Των Πέτρου Γκότση*, Μανασσή Μήτρακα* και Αναστάσιου Ζουμπούλη*
Το νερό αποτελεί έναν από τους πολυτιμότερους φυσικούς πόρους της γης και είναι ο σημαντικότερος παράγοντας για την ανάπτυξη, την υγιή διαβίωση του ανθρώπου, καθώς και για την ίδια τη ζωή γενικότερα. Η ραγδαία αύξηση του πληθυσμού της γης, καθώς και ο σύγχρονος τρόπος ζωής έχουν οδηγήσει σε αύξηση των απαιτήσεων για καθαρό νερό υψηλής ποιότητας, ιδίως κατά τα τελευταία χρόνια. Ταυτόχρονα, η υποβάθμιση των διαθέσιμων υδάτινων αποθεμάτων, λόγω της ρύπανσής τους με χιλιάδες χημικές ενώσεις κυρίως ανθρωπογενούς αλλά (σε κάποιες περιπτώσεις) και φυσικής προέλευσης, ορισμένες από τις οποίες είναι και τοξικές ή επικίνδυνες, αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα περιβαλλοντικά προβλήματα της εποχής μας.
Τα περισσότερα συστήματα επεξεργασίας για την παραγωγή του πόσιμου νερού περιλαμβάνουν συνήθως τρία ή τέσσερα επιμέρους στάδια. Προ-επεξεργασία, πρωτοβάθμια, δευτεροβάθμια και τριτοβάθμια επεξεργασία. Στο στάδιο της προ-επεξεργασίας απομακρύνονται με τη χρήση απλών φυσικών διεργασιών –για παράδειγμα εσχάρωση, κοσκίνηση- τα σχετικά μεγάλα αιωρούμενα σωματιδία, τα οποία είναι ορατά με γυμνό μάτι, όπως είναι στερεά και διάφορα επιπλέοντα υλικά. Στην πρωτοβάθμια και δευτεροβάθμια επεξεργασία εφαρμόζονται άλλες, πιο σύνθετες, κυρίως φυσικοχημικές διεργασίες –για παράδειγμα καθίζηση, κροκίδωση, διήθηση, προσρόφηση, ενδεχομένως σε συνδυασμό με κάποιου είδους βιολογική επεξεργασία κλπ.- για την απομάκρυνση των μικρότερων αιωρούμενων συστατικών, καθώς και των περιεχομένων ανόργανων ή οργανικών διαλυμένων συστατικών. Στο τελευταίο στάδιο επεξεργασίας εφαρμόζονται συνήθως κατάλληλες μέθοδοι απολύμανσης, οι οποίες έχουν ως στόχο την καταστροφή των παθογόνων μικροοργανισμών, που μπορεί να έχουν παραμείνει στο νερό μετά τις προηγούμενες επεξεργασίες του, ώστε το νερό να γίνει υγειονομικά ασφαλές για κατανάλωση.
Το επίφοβο αργίλιο
Η κροκίδωση-συσσωμάτωση αποτελεί μια σημαντική φυσικοχημική διεργασία, η οποία εφαρμόζεται ευρέως κατά τα αρχικά στάδια επεξεργασίας του νερού, εξαιτίας του σχετικά χαμηλού κόστους και της απλότητας της. Κατά τη μέθοδο αυτή, αρχικά προστίθεται κάποιο κατάλληλο χημικό αντιδραστήριο («κροκιδωτικό»), με το οποίο τα πολύ μικρού μεγέθους συστατικά (κολλοειδών διαστάσεων, γύρω στο 1 μm, δηλ. 1x10-6 m) αποσταθεροποιούνται, ενώ στο επόμενο στάδιο τα αποσταθεροποιημένα συστατικά πλησιάζουν ευκολότερα το ένα το άλλο, έρχονται σε επαφή μεταξύ τους και τελικά σχηματίζουν μεγαλύτερα συσσωματώματα (κροκίδες), τα οποία είναι ευκολότερο να απομακρυνθούν στη συνέχεια με την εφαρμογή μιας απλής φυσικής μεθόδου, όπως -για παράδειγμα- της καθίζησης με βαρύτητα. Ένα από τα συνηθέστερα κροκιδωτικά αντιδραστήρια, το οποίο χρησιμοποιείται εκτεταμένα στις περισσότερες εγκαταστάσεις επεξεργασίας επιφανειακού νερού κατά τις τελευταίες δεκαετίες, είναι το χλωριούχο πολυαργίλιο (PACl). Το σημαντικότερο μειονέκτημά του, ωστόσο, όπως και γενικότερα της χρήσης των χημικών αντιδραστηρίων που περιέχουν αργίλιο (Al), είναι η ενδεχόμενη παρουσία αυξημένης συγκέντρωσης του αργιλίου στο επεξεργασμένο νερό, πάνω από το νομοθετικό ασφαλές όριο των 50 μg/L, η οποία έχει βρεθεί ότι εγκυμονεί αρκετούς κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία με τη συνεχιζόμενη κατανάλωση του νερού αυτού. Το αργίλιο αυτό ονομάζεται «υπολειμματικό» και μπορεί να φτάσει κάτω από ορισμένες δυσμενείς προϋποθέσεις στις βρύσες των καταναλωτών, αν και γίνονται συνεχείς και συστηματικοί έλεγχοι και αναλύσεις για τον έλεγχο της συγκέντρωσής του, ώστε να παραμένει συνεχώς σε αρκετά χαμηλότερα επίπεδα από τα μέγιστα επιτρεπτά. Τα τελευταία χρόνια, μάλιστα, έχουν αυξηθεί οι ενδείξεις, ότι η παρουσία του αργιλίου μπορεί να σχετίζεται με σοβαρές νευρολογικές ασθένειες, όπως είναι η νόσος του Parkinson, η μυοατροφική σκλήρυνση (νόσος του Lou Gehrig) και η νόσος του Alzheimer.
Εναλλακτικοί δρόμοι
Για το λόγο αυτό έχει ενδιαφέρον η μελέτη της αντικατάστασης των κροκιδωτικών που περιέχουν αργίλιο με άλλα, εναλλακτικά αντιδραστήρια, όπως είναι –για παράδειγμα- αυτά που περιέχουν σίδηρο (Fe). Τα κροκιδωτικά με βάση ορισμένες σχετικά απλές ενώσεις του σιδήρου, αν και έχουν βρεθεί αποτελεσματικά για την κατεργασία του νερού, εντούτοις δε βρίσκουν ιδιαίτερη εφαρμογή στην Ελλάδα, αλλά και στις υπόλοιπες Μεσογειακές χώρες, ιδίως για την επεξεργασία του πόσιμου νερού, σε αντίθεση με άλλες χώρες, όπως είναι οι Σκανδιναβικές και η Νορβηγία.
Τα πειράματα στο ΑΠΘ
Σκοπός της συγκεκριμένης έρευνας, που διεξάγεται στο Εργαστήριο Χημικής και Περιβαλλοντικής Τεχνολογίας του Τμήματος Χημείας Α.Π.Θ., είναι –μεταξύ άλλων- και η μελέτη της εφαρμογής κατάλληλων ενώσεων του σιδήρου για την επεξεργασία του επιφανειακού νερού με σκοπό την πόσιμη χρήση του, ως εναλλακτικά αντιδραστήρια του πολυχλωριούχου αργιλίου (PACl), το οποίο εφαρμόζεται σήμερα ευρέως στις περισσότερες (κυρίως μεγάλου μεγέθους) εγκαταστάσεις επεξεργασίας του επιφανειακού νερού προς πόσιμη χρήση. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιούνται τόσο απλά (χλωριούχος σίδηρος/FeCl3, θειϊκός σίδηρος/Fe2(SO4)3), όσο και σύνθετα προ-πολυμερισμένα αντιδραστήρια κροκίδωσης με βάση το σίδηρο (πολυχλωριούχος σίδηρος/PFCl, πολυθειϊκός σίδηρος/PFS) και εξετάζεται η αποτελεσματικότητά τους, όσον αφορά τις βέλτιστες συνθήκες απομάκρυνσης των περιεχομένων φυσικών οργανικών ενώσεων (ΝΟΜ), των αιωρούμενων στερεών συστατικών -κυρίως κολλοειδών διαστάσεων-, αλλά και της υπολειμματικής συγκέντρωσης του μετάλλου (Fe), σε δείγματα προσομοιωμένου επιρυπασμένου επιφανειακού νερού. Τα πειράματα διεξάγονται σε ειδικά διαμορφωμένη συσκευή, η οποία είναι γνωστή ως «συσκευή jar-test» και αποτελεί τυπικό εργαστηριακό εργαλείο για τη βελτιστοποίηση των συνθηκών κατεργασίας κατά τη διεργασία της κροκίδωσης. Ο απώτερος στόχος των πειραμάτων αυτών είναι η προσομοίωση, στο βαθμό που είναι αυτό εφικτό, των συνθηκών που επικρατούν κατά τη λειτουργία των μονάδων κροκίδωσης σε πραγματικές εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού. Η συγκεκριμένη έρευνα χρηματοδοτείται από την Ελλάδα και την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Ανάπτυξη Ανθρώπινου Δυναμικού, Εκπαίδευση και Διά Βίου Μάθηση», στο πλαίσιο του δεύτερου κύκλου της Πράξης «Ενίσχυση Μεταδιδακτόρων ερευνητών/ερευνητριών», που υλοποιεί το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών (ΙΚΥ).
*Ο Πέτρος Γκότσης και ο Αναστάσιος Ζουμπούλης είναι στελέχη του Εργαστηρίου Χημικής και Περιβαλλοντικής Τεχνολογίας, του τμήματος Χημείας του Α.Π.Θ.
*Ο Μαννασής Μήτρακας είναι στέλεχος του εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας, του τμήματος Χημικών Μηχανικών του Α.Π.Θ.