Βιολογική απομάκρυνση ξενοβιοτικών ουσιών σε αντιδραστήρα διαλείποντος έργου με περιοδική λειτουργία (SBR).

Abstract

Η τύχη και η παρουσία μικρορυπαντών όπως οι Πολυκυκλικοί Αρωματικοί Υδρογονάνθρακες (ΠΑΥ) και τα Γραμμικά Αλκυλοβενζοσουλφονικά Άλατα (ΓΑΑ) στα αστικά λύματα και στη λυμματολάσπη ανεγείρουν σοβαρές ανησυχίες σχετικά με περιβαλλοντικές επιπτώσεις και κινδύνους για την δημόσια υγεία, εξαιτίας της τοξικότητας και αντοχής αυτών των ενώσεων στο περιβάλλον. Συχνά εξάλλου έχει αναφερθεί η μεταφορά τέτοιων τοξικών ρύπων σε διαφορετικές μήτρες επιφανειακών και υπόγειων ρύπων. Προηγούμενες μελέτες έχουν επικεντρωθεί στην υπολειμματικότητα των ενώσεων αυτών κατά τη βιολογική επεξεργασία υγρών αποβλήτων, για παράδειγμα στις εκροές επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων, στα συστήματα ενεργής ιλύος και στην αναερόβια χώνευση και σταθεροποίηση λάσπης βιολογικών καθαρισμών. Σε αυτές τις μελέτες οι ενώσεις αυτές έχουν περιγραφεί ως ανθεκτικές έως πολύ ανθεκτικές, και επηρεάζουν τόσο την απόδοση επεξεργασίας των συστημάτων αυτών όσο και τη σταθερότητά τους. Σε αυτήν την εργασία η απομάκρυνση συγκεκριμένων Πολυκυκλικών Αρωματικών Υδρογονανθράκων (του φαινανθρενίου, του φλουορανθενίου και του πυρένιου) μελετήθηκε καθώς και ένα μείγμα Γραμμικών Αλκυλοβενζοσουλφωνικών Αλάτων σε τρεις εργαστηριακής κλίμακας Αντιδραστήρες Αδιαλείπτου Έργου με ενεργό όγκο δυο λίτρων. Οι αντιδραστήρες τροφοδοτήθηκαν με αυξανόμενες συγκεντρώσεις αυτών των ενώσεων (το άθροισμα των ΠΑΥς κυμαινόταν από 5 έως 20μg/L και των ΓΑΑ από 110 έως 220 mg/L από την αρχή μέχρι το τέλος του πειράματος) τα οποία εμβολιάστηκαν σε συνθετικό αστικά απόβλητα για ένα διάστημα δυο μηνών, με έναν υδραυλικό χρόνο παραμονής 3L . d -1 στους 20 ο C. Η παρακολούθηση των ΠΑΥ και των ΓΑΑ έλαβε χώρα τόσο στο δοχείο τροφοδοσίας όσο και στην καθιζόμενη βιομάζα στην λεγόμενη κουβέρτα λάσπης (που προκύπτει μετά την εκροή του υπερκείμενου διαλύματος) σε δυο ξεχωριστούς, αλλά όμοιους αντιδραστήρες. Τα στερεά συσσωματώματα που καθιζάνουν ελέγχθηκαν για την παρουσία ξενοβιοτικών για ναεπιβεβαιωθεί η υπο ερώτηση αθροιστική τοξική επίδραση των ενώσεων εξαιτίας βιοσυσσώρευσης. Η συχνότητας της δειγματοληψίας ήταν κάθε τρεις μέρες. Παράλληλα με τους δυο αντιδραστήρες αυτούς λειτούργησε ένας τρίτος ακριβώς όμοιος στον οποίο η τροφοδοσία δεν περιείχε ξενοβιοτικές ενώσεις. Με αυτόν τον τρόπο έγινε σύγκριση της απόδοσης των αντιδραστήρων για την απομάκρυνση μιας πληθώρας ρυπαντών όπως COD, TSS, TN, NH4 + NO3 - , και TP. Γενικά η λειτουργία των αντιδραστήρων επηρεάστηκε ελάχιστα από την παρουσία ξενοβιοτικών και σε κάθε παλμό που αυξάνονταν η συγκέντρωση των ξενοβιοτικων οι αντιδραστήρες ανταποκρίνοταν μετά από μια αρχικό stress, μια σχετική αύξηση της βιομάζας και της ταχύτητας αποδόμισης. Το ποσοστό απομάκρυνσης στην εκροή για τους ΠΑΥ κυμαινόταν μεταξύ 93.7±5.4%, 95.8±2.1%, 76.8±10.3% και 89.3±4.5% για το άθροισμα του φαινανθρένιου, το φλουορανθενίου και του πυρένιου. Επιπλέον το ποσοστό της απομάκρυνσης για τα C10-C13 ΓΑΑ ομόλογα βρέθηκε να είναι 95.4± 5.0 για το C10, 96.9± 3.5 για το C11, 96.0± 5.1 για το C12 και 93.7± 8.5 για C13.

The fate and presence of micro-pollutants such as PAHs and LAS in sewage sludge and wastewater effluents raises serious concerns about environmental impact and human health issues, due to the toxicity of these compounds. Previous studies have focused on the residual concentration of these compounds following biological treatment, for example in wastewater effluents, in activated sludge systems, or in the anaerobic digestion of municipal sludge, matrices containing these compounds in significant concentrations. In previous studies these compounds have been found recalcitrant, affecting both the stability of the systems and their treatment performance. In this work the removal of selected Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) (i.e., phenanthrene, fluoranthene and pyrene) as well as a mixture of Linear Alkylbenzene Sulfonates (LAS) in three bench top Sequencing Batch Reactors (SBR) with a 2 L working volume were examined. The bioreactors were fed with increasing concentrations of these compounds (sum of PAHs ranged from 5 to 20μg/L and LAS from 110 to 220mg/L, from the beginning to the end of the experiments) spiked in synthetic domestic wastewater over a time period of two months with a hydraulic residence time (HRT) of 3 L . d -1 at 20 o C. The monitoring of PAHs and LAS took place in the influent tank, in the effluent, but also and in the settled biomass (granules) in the sludge blanket after the discard of the treated effluent, in two separate but identical reactors. Granules were analyzed for xenobiotics, in order to evaluate any potential cumulative toxic effects (under question) in the SBR operation and treatment performance. Sampling from all sites was done every nine cycles of treatment or every three days. Together with the two previously mentioned reactors, in a third control experiment an identical SBR was operated under the same conditions but without the addition of xenobiotics, in order to determine the extent of inhibition in the biomass concentration and in the decrease of the removal performance for a number oftypical pollutants such as COD, TSS, TN, NH4 + NO3 - , and TP. Time required to reach steady state after increasing the PAHs or LAS influent concentration was estimated. In general the reactor operation was marginally affected by the presence of xenobiotics and at every pulse increase in the influent concentration, a respond in no less than five days was followed by a relative increase in the biodegradation and metabolism rate in the reactors and a decrease in effluent concentration to previous low levels. Percent removal of PAHs varied for each compound from an average of 93.7±5.4%, 95.8±2.1%, 76.8±10.3% and 89.3±4.5% for phenanthrene, fluoranthene, pyrene and the sum of these compounds respectively. Furthermore, percent removal of C10- C13 LAS homologues was found to be 95.4± 5.0 for C10, 96.9± 3.5 for C11, 96.0± 5.1 for C12 and 93.7± 8.5 for C13.