Απομάκρυνση νιτρικού αζώτου από υδατικά συστήματα με χρήση φυσικού και τροποποιημένου Παλυγορσκίτη και αξιοποίησή του ως αζωτούχο λίπασμα σε υδροπονική καλλιέργεια μαρουλιού

• Κύριος συγγραφέας: Σπυρίδωνος, Ίρις
• Άλλοι συγγραφείς: Spyridonos, Iris
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Παλυγορσκίτης; Προσρόφηση νιτρικών; Υδροπονική καλλιέργεια; Συγκέντρωση αζώτου; Palygorskite; Nitrate adsorption; Hydroponic cultivation; Nitrogen concentration

Μία από τις σοβαρότερες προκλήσεις που αντιμετωπίζει η ανθρωπότητα τον 21ο αιώνα, είναι η ρύπανση των υδάτινων σωμάτων, κυρίως λόγω της αυξημένης εκβιομηχάνισης. Ένας αρκετά διαδεδομένος ρύπος στα ύδατα, είναι τα νιτρικά ιόντα, τα οποία σε υψηλές συγκεντρώσεις συμβάλλουν στο φαινόμενο του ευτροφισμού και μπορούν να προκαλέσουν προβλήματα υγείας στον άνθρωπο. Για την εξυγίανση των υδάτων εφαρμόζονται πολυάριθμοι μηχανισμοί, ωστόσο, υπάρχει ανάγκη από μη συμβατικές και φιλικές προς το περιβάλλον τεχνικές. Οι άργιλοι και τα αργιλικά ορυκτά, ως ευρέως διαδεδομένα, χαμηλού κόστους υλικά, με μοναδικές φυσικοχημικές ιδιότητες, έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας για τη χρήση τους ως παράγοντες απορρύπανσης. Η προσρόφηση αποτελεί τον κύριο μηχανισμό με τον οποίο τα αργιλικά ορυκτά απομακρύνουν ρύπους από το υδάτινο περιβάλλον και οφείλεται κυρίως στο επιφανειακό φορτίο και την ιοντοανταλλακτική τους ικανότητα. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, αποτελεί η χρήση του ινώδους Παλυγορσκίτη ως προσροφητικό μέσο για την απομάκρυνση νιτρικού αζώτου από υδατικά διαλύματα και η μετέπειτα εφαρμογή του ως λίπασμα αργής απελευθέρωσης αζώτου σε υδροπονική καλλιέργεια. Ο Παλυγορσκίτης που χρησιμοποιήθηκε, εξορύσσεται στην Ελλάδα και συγκεκριμένα στην περιοχή των Γρεβενών. Ένα μέρος τους αργιλικού αυτού υλικού που εφαρμόστηκε στις πειραματικές διαδικασίες δεν υπέστη κάποια επεξεργασία (R-Pal), ενώ το υπόλοιπο εκτέθηκε σε υψηλή θερμοκρασία (400 οC) ή επεξεργάστηκε με διάλυμα HCl, προκύπτοντας θερμικά (T-Pal) και όξινα τροποποιημένος (A-Pal) Παλυγορσκίτης, αντίστοιχα. Τόσο το ανεπεξέργαστο όσο και τα επεξεργασμένα αργιλικά υλικά, χαρακτηρίστηκαν πριν και μετά την επεξεργασία τους, με τις τεχνικές, περίθλασης ακτίνων X (XRD), με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) και τη μέθοδο BET (Brunauer – Emmett - Teller) για την ανάλυση του πορώδους και ειδικής επιφάνειας. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν πειράματα διαλείποντος έργου για τη συγκριτική έρευνα της προσροφητικής ικανότητας των τριών υλικών για απομάκρυνση νιτρικού αζώτου. Αρχικά, εξετάστηκε η επίδραση της αρχικής συγκέντρωσης του ρύπου (15, 30, 50 και 100 mg NO3-N/L) σε διαφορετικές ποσότητες αργιλικού ορυκτού (0,4, 0,8, 1,6 και 4g) με σκοπό να διερευνηθεί σε ποια αναλογία αρχικής συγκέντρωσης νιτρικών / μάζας αργιλικού ορυκτού επιτυγχάνεται η βέλτιστη απομάκρυνση. Βρέθηκε ότι η μεγαλύτερη ποσότητα Παλυγορσκίτη παρουσιάζει καλύτερη ικανότητα προσρόφησης σε υψηλότερη αρχική συγκέντρωση νιτρικού αζώτου (4g / 100 mg/L), ωστόσο, μόνο στην περίπτωση των 15 mg/L ο ρύπος έφτασε κοντά στην επιτρεπτή συγκέντρωση, που ορίζει η Ευρωπαϊκή Ένωση για το πόσιμο νερό (11,3 mg/L ΝΟ3--Ν). Για το λόγο αυτό, η επίδραση των τροποποιημένων υλικών και η επίδραση του pH στην ικανότητα απομάκρυνσης του νιτρικού αζώτου μελετήθηκαν χρησιμοποιώντας αρχική συγκέντρωση 15 mg ΝΟ3--Ν /L. Παρατηρήθηκε ότι η όξινη ενεργοποίηση ενίσχυσε την ικανότητα απομάκρυνσης του Παλυγορσκίτη από 0,15 mg/g σε 0,23 mg/g, ενώ η θερμική επεξεργασία δεν είχε κάποιο αντίκτυπο. Όσον αφορά την επίδραση του pH, η μεταβολή του φαίνεται να επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την προσρόφηση. Σε όξινο περιβάλλον διευκολύνεται η ανάκτηση του ρύπου, ενώ το όξινα τροποποιημένο δείγμα Παλυγορσκίτη εμφανίζει την καλύτερη απόδοση. Η μελέτη κορεσμού και εκρόφησης, έδειξε, ότι ο κορεσμός όλων των προσροφητών σε ΝΟ3--Ν και η απελευθέρωση όλης της ποσότητας ρύπου, πραγματοποιήθηκαν εντός 24 ωρών. Παρά την γρήγορη απελευθέρωση, τα τροποποιημένα και μη αργιλικά υλικά, ήταν αποτελεσματικά στην εφαρμογή τους ως αζωτούχα λιπάσματα, σε υδροπονική καλλιέργεια μαρουλιών. Κατά τη διάρκεια των 40 ημερών καλλιέργειας, υπολογίστηκε ανά διαστήματα η ποσότητα νιτρικού αζώτου που καταναλώνεται από τα φυτά. Επίσης, εκτιμήθηκαν μορφολογικά χαρακτηριστικά, ενδεικτικά της ανάπτυξής τους, τόσο κατά τη διάρκεια των 40 ημερών, όσο και μετά τη συγκομιδή τους. Επιπλέον, για τη διαπίστωση πιθανών μεταβολών κατά την υδροπονική καλλιέργεια, τα προσροφητικά υλικά χαρακτηρίστηκαν με τη μέθοδο περίθλασης ακτίνων X (XRD) και συγκρίθηκαν με τις προηγούμενες αναλύσεις. Ο ακατέργαστος Παλυγορσκίτης βρέθηκε να προωθεί σε μεγαλύτερο βαθμό την ανάπτυξη των μαρουλιών, σε σύγκριση με τα τροποποιημένα υλικά. Ωστόσο, όλα τα δείγματα Παλυγορσκίτη φαίνεται να ενισχύουν την ανάπτυξη των ριζών, κάτι το οποίο είναι ελπιδοφόρο για τη χρήση τους ως φορείς αζώτου για την ανάπτυξη την φυτών.