Το προτεινόμενο έργο αναφέρεται στην αποκατάσταση της ποιότητας των υδάτων όταν αυτά είναι ρυπασμένα με εξασθενές χρώμιο, το οποίο είναι ένα πολύ διαδεδομένο πρόβλημα στην Ελλάδα αλλά και σε ολόκληρο τον κόσμο. Η τεχνολογία που έχει εφαρμοστεί βασίζεται σε διήθηση από τροποποιημένες προσροφητικές μεμβράνες υπερδιήθησης, που έχουν χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας σε σχέση με τις συμβατικές μεμβράνες που χρησιμοποιούνται και στην απευθείας προσρόφησή του από υλικά προσρόφησης, τα οποία θα παράγονται από απόβλητα τροφίμων, π.χ., φλούδες και κελύφη φρούτων, κάτι το οποίο συμβάλλει στην κυκλική οικονομία. Συνεπώς τεκμηριώνεται η συνάφεια του θέματος με τη θεματική ενότητα «Περιβάλλον και κυκλική οικονομία», αλλά και με την περιοχή παρέμβασης, καθώς αναφέρεται στην αποκατάσταση της υγείας των υδάτων.
Η ρύπανση του πόσιμου νερού με αυξημένες συγκεντρώσεις εξασθενούς χρωμίου (Cr(VI)) απασχολεί εκατομμύρια ανθρώπους σε όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένης και της Ελλάδας, όπως προέκυψε από πρόσφατες έρευνες και όπως φαίνεται στον κάτωθι χάρτης της Ελλάδος. Επιπλέον, η καινούργια οδηγία της Ευρωπαϊκής Επιτροπής για το πόσιμο νερό (ΟΔΗΓΙΑ (ΕΕ) 2020/2184), ελάττωσε το αποδεκτό όριο του Cr (VI) στο πόσιμο νερό, από 50 μg/l ολικού χρωμίου που είναι ακόμη σε ισχύ στα 25 μg/L εξασθενούς χρωμίου με ισχύ από το 2036, ενώ στην Ελλάδα, στα εσωτερικά ύδατα, π.χ., ποτάμια και λίμνες, το όριο είναι τα 3 μg/L (ΦΕΚ 1909/Β/08-12-2010, Annex I, Part B).
Συνεπώς είναι αδήριτη ανάγκη η ανάπτυξη αποτελεσματικών τεχνικών που παράγουν νερό με πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις εξασθενούς χρωμίου, π.χ. κάτω από 3 μg/L. H απομάκρυνση του Cr(VI) από το νερό γίνεται συνήθως με χρήση δισθενούς σιδήρου, ο οποίος αντιδρά με το Cr(VI) και το ανάγει σε Cr(III), το οποίο επειδή είναι δυσδιάλυτο (logKsp Cr(ΟΗ)3 <-32.2), μπορεί να απομακρυνθεί από το νερό με καταβύθιση ή με προσρόφησή του στα οξείδια του σιδήρου που σχηματίζονται από την οξείδωση του δισθενούς σιδήρου.
Η μέθοδος αυτή όμως παρουσιάζει μερικούς περιορισμούς, όπως το γεγονός ότι χρειάζεται περίπου δεκαπλάσια ποσότητα αλάτων του δισθενούς σιδήρου από ότι η στοιχειομετρία απαιτεί, επειδή ο δισθενής σίδηρος αντιδρά και με το οξυγόνο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μεγάλη παραγωγή λάσπης, η οποία είναι σχετικά δύσκολο να διαχειριστεί και επίσης αυξάνει και το κόστος της επεξεργασίας.
Επιπροσθέτως, αν τα νερά αυτά περιέχουν ποσότητες οργανικής ύλης, το τρισθενές χρώμιο, που προκύπτει από την αναγωγή του εξασθενούς με δισθενή σίδηρο, παραμένει στο νερό ως διαλυτό σύμπλοκο με τις οργανικές ενώσεις και συνεπώς, μπορεί να επαναοξειδωθεί εφόσον οι περιβαλλοντικές συνθήκες το επιτρέψουν αν, π.χ. όταν υποστούν επεξεργασία για απολύμανση με χλώριο ή όζον, και να είναι επικίνδυνα για τη δημόσια υγεία και να καταστούν ακατάλληλα για ανθρώπινη κατανάλωση.
Επομένως, για την επίτευξη των ορίων της νομοθεσίας για το πόσιμο νερό αλλά και για τα εσωτερικά επιφανειακά ύδατα, χρειαζόμαστε τεχνολογίες που απομακρύνουν το εξασθενές χρώμιο απευθείας, δηλ. χωρίς αναγωγή σε τρισθενές χρώμιο αλλά με προσρόφηση/ συγκράτηση του εξασθενούς χρωμίου σε στερεές επιφάνειες. Αυτό μπορεί να γίνει με προσροφητικές τεχνικές, είτε με καινοτόμα υλικά προσρόφησης είτε με τη δημιουργία προσροφητικής μεμβράνης, η οποία επίσης έχει το πλεονέκτημα ότι θα απομακρύνει επιπροσθέτως και σωματιδιακούς ρύπους όπως επίσης και βακτήρια.
Οι κλασσικές μεμβράνες υπερδιήθησης δεν απομακρύνουν διαλυτά στοιχεία από το νερό, όπως τα οξυανιόντα του εξασθενούς χρωμίου, που είναι των μορφών είτε CrO4 2- είτε Cr2O7 2- . Συνεπώς, στην παρούσα κατάσταση (state of the art), η απομάκρυνση εξασθενούς χρωμίου με κλασικές μεμβράνες υπερδιήθησης δεν είναι δυνατή και χρειάζεται η χρήση μεμβράνης νανοδιήθησης ή αντίστροφης ώσμωσης, κάτι το οποίο έχει πολύ υψηλότερες ενεργειακές απαιτήσεις.
Παράλληλα, οι εξελίξεις στις τεχνολογίες μεμβρανών έχουν οδηγήσει στον σχεδιασμό μεμβρανών για να στοχεύουν πιο αποτελεσματικά την απομάκρυνση των οξυανιόντων, όπως για παράδειγμα οι μεμβράνες πολυακρινιτριλίου με τροποποίηση της επιφάνειας τους με αμινικές ομάδες.
Η πρόκληση συνεπώς για την παρούσα πρόταση είναι η χρήση πολυμερικών μεμβρανών, όπως π.χ. πολυσουλφόνης ή πολυακριλονιτριλίου κατάλληλα τροποποιημένων, με εισαγωγή στη μεμβράνη ενεργών ομάδων, όπως πολυκατιόντα (π.χ πολυαιθυλενιμίνη), με χρήση της τεχνολογίας Layer by layer, που μπορούν να δεσμεύουν εξασθενές χρώμιο από το νερό.
Η Layer-by- layer (LBL) είναι μια βασική μέθοδος για την παρασκευή μεμβρανών υπερδιήθησης (UF) προσφέροντας ρυθμιζόμενο μέγεθος φορτίου και πόρων, υψηλή διαπερατότητα νερού και καλές αντιρρυπαντικές ιδιότητες, καθιστώντας τις εξαιρετικά κατάλληλες για ανάκτηση πόρων και συγκράτηση ιόντων. Η ερευνητική ομάδα του έργου έχει μεγάλη εμπειρία στη χρήση μεμβρανών στην επεξεργασία νερού και στην απομάκρυνση εξασθενούς χρωμίου. Πρόκληση επίσης είναι η δημιουργία κατάλληλων προσροφητικών υλικών, τα οποία μπορούν να προσροφούν απευθείας το εξασθενές χρώμιο. Αυτό, επειδή τα πιο κλασικά προσροφητικά υλικά στην επεξεργασία νερού (οξείδια του σιδήρου και του αργιλίου και ενεργός άνθρακας) δεν απομακρύνουν επαρκώς το εξασθενές χρώμιο ή και καθόλου. Το παρον έργο έχει στόχο να αναπτύξει νέα προσροφητικά υλικά που βασίζονται στον ενεργό άνθρακα, και τα οποία τροποποιούνται με ενεργές ομάδες για να δεσμεύουν το εξασθενές χρώμιο. Τα υλικά αυτά παράγονται από απορρίμματα τροφών, και έτσι συνδράμουν στην κυκλική οικονομία και κατά συνέπεια στην περαιτέρω προστασία του περιβάλλοντος. Η ερευνητική ομάδα έχει μεγάλη εμπειρία στην παρασκευή και τροποποίηση προσροφητικών υλικών.
Το συνολικό θέμα είναι εξαιρετικά επίκαιρο, καθώς η ανεπάρκεια της ποσότητας του νερού, αλλά και η υποβάθμιση της ποιότητας του, απειλεί την ποιότητα ζωής μας τόσο στην Ελλάδα όσο και σε όλο τον κόσμο κάτι που, μεταξύ άλλων, οδήγησε στην αποστολή στις 5 Μαρτίου 2024 ανοιχτής επιστολής από πολλές Ευρωπαϊκές οργανώσεις και Οργανισμούς στην Πρόεδρο της Ευρωπαϊκής Επιτροπής κα. Ursula von der Leyen για την ανάγκη λήψης μέτρων για τη διαφύλαξη του νερού στην Ευρώπη.
Οι κύριοι στόχοι του έργου συνοψίζονται ως εξής:
To έργο Smart-Mem-Mat έχει σκοπό να αντιμετωπίσει το πρόβλημα της παρουσίας εξασθενούς χρωμίου στο νερό που προορίζεται για ανθρώπινη κατανάλωση με την ανάπτυξη α) καινοτόμων έξυπνων μεμβρανών υπερδιήθησης και β) καινοτόμων επιλεκτικών προσροφητικών υλικών, με έμφαση στην κυκλική οικονομία και στη χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας.
α) Οι μεμβράνες και τα προσροφητικά υλικά έχουν την ικανότητα να δεσμεύουν το εξασθενές χρώμιο, χωρίς να είναι απαραίτητη η αναγωγή του σε τρισθενές χρώμιο. Η τεχνολογία που έχει εφαρμοστεί για την τροποποίηση των μεμβρανών είναι η layer by layer technology, η οποία χρησιμοποιώντας κατάλληλες ενώσεις, π.χ., πολυαιθυλενιμίνη ή χιτοζάνη, στοχεύει στην εισαγωγή ενεργών ομάδων στην επιφάνεια των μεμβρανών, οι οποίες μπορούν να δεσμεύουν το εξασθενές χρώμιο. Παράλληλα, η τεχνική αυτή εκμεταλλεύεται όλες τις άλλες ευεργετικές ιδιότητες των μεμβρανών υπερδιήθησης, όπως η απομάκρυνση σωματιδίων και μικροοργανισμών από το νερό. Η τεχνολογία αυτή είναι ιδιαίτερα βιώσιμη, γιατί παρέχει υψηλή αποτελεσματικότητα με χαμηλότερες ενεργειακές απαιτήσεις σε σχέση με διεργασία νανοδιήθησης
β) Τα καινοτόμα προσροφητικά υλικά προέρχονται από την ανακύκλωση απορριμμάτων τροφίμων, τα οποία τροποποιούνται κατάλληλα με ενεργές ομάδες, όπως π.χ, λανθάνιο και μαγνήσιο ή χιτοζάνη, που μπορούν να δεσμεύσουν αποτελεσματικά το εξασθενές χρώμιο από το νερό,
γ) Τα υλικά αυτά έχουν δοκιμαστεί τόσο ως προ-επεξεργασία (pre treatment) των ρυπασμένων με χρώμιο υδάτων, πριν την υπερδιήθηση, όσο και μετά από αυτήν, σαν post treatment, σε ένα υβριδικό σύστημα επεξεργασίας υδάτων.
Το Τμήμα Χημείας της Σχολής Θετικών Επιστημών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ), έκλεισε πέρυσι τα 80 χρόνια λειτουργίας του. Στο Τμήμα, μεταξύ άλλων, γίνεται ενδελεχής έρευνα στον τομέα της περιβαλλοντικής τεχνολογίας, με έμφαση στην επεξεργασία υδάτων και υγρών αποβλήτων. Περίπου 20 μέλη του προσωπικού του Τμήματος Χημείας, ανήκουν στο ανώτερο 2% της παγκόσμιας κατάταξης των επιστημόνων σύμφωνα με τη λίστα του Πανεπιστημίου του Stanford, μεταξύ των οποίων και ο επιστημονικά υπεύθυνος του παρόντος έργου, κ. Κατσογιάννης. Το τμήμα και συγκεκριμένα ο κύριος Κατσογιάννης έχει συνεργασίες με πολλά πανεπιστήμια του εξωτερικού, μεταξύ των οποίων το Ca’ Foscari της Βενετίας, το Πανεπιστήμιο του Αμβούργου, το EPFL στη Λωζάνη, το ETH Ζυρίχης και άλλα.
Το Τμήμα Χημείας της Σχολής Θετικών Επιστημών του Δημοκρίτειου Πανεπιστημίου Θράκης (ΔΠΘ) με έδρα την Καβάλα, είναι ένα σύγχρονο τμήμα στην Ελλάδα στο οποίο γίνεται ενδελεχής έρευνα στον τομέα της σύνθεσης και τον χαρακτηρισμό νέων προηγμένων υλικών (κυρίως προσροφητικών) για περιβαλλοντικές εφαρμογές (επεξεργασία νερού και υγρών αποβλήτων). Το επιστημονικό προσωπικό του τμήματος, μεταξύ άλλων, ειδικεύεται στον χαρακτηρισμό των νανοπορωδών υλικών και μεμβρανών με συνδυαστικές μεθόδους. Στο Τμήμα Χημείας ΔΠΘ, ανήκει και το εργαστήριο προηγμένων ερευνών Ήφαιστος που διαθέτει σύγχρονο και εξειδικευμένο εξοπλισμό αξίας άνω των 20 εκατ. ευρώ και ειδικεύεται στη σύνθεση και τον χαρακτηρισμό υλικών.
H COM2S είναι μια εταιρεία με εξειδίκευση στον τομέα της τεχνολογίας και των υπηρεσιών πληροφορικής από το 2001. Η COM2S διακρίνεται για την εμπειρία της στη διαχείριση και υλοποίηση πολύπλοκων έργων, ενώ η φιλοσοφία της εστιάζει στην παροχή υψηλής ποιότητας υπηρεσιών και λύσεων που ανταποκρίνονται στις ανάγκες των πελατών της. Με μια ισχυρή παρουσία στον ψηφιακό τομέα, η COM2S είναι διακεκριμένη για τις καινοτόμες προσεγγίσεις της στην ανάπτυξη λύσεων που επιτρέπουν στους πελάτες της να αξιοποιούν το δυναμικό της τεχνολογίας για την επίτευξη των επιχειρηματικών τους στόχων. Στο πλαίσιο του έργου Smart-Mem-Mat, η COM2S αναλαμβάνει τον συντονισμό της διαχείρισης έργου, τον έλεγχο ποιότητας, τη διαχείριση δεδομένων, τη διάδοση και την εκμετάλλευση, προσφέροντας εξειδικευμένες υπηρεσίες που ενισχύουν την επιτυχή ολοκλήρωση του έργου.
Η INTERGEO Ε.Π.Ε. ιδρύθηκε στην Ελλάδα το 1990, ως θυγατρική εταιρεία της INTERGEO Salzburg, μιας πολυεθνικής εταιρείας με 33 παραρτήματα σε 28 χώρες παγκοσμίως. H εταιρεία δραστηριοποιείται στον τομέα των γεωτεχνικών και περιβαλλοντικών μελετών και έργων, με ιδιαίτερη εξειδίκευση στις εξυγιάνσεις ρυπασμένων εδαφών και υπόγειων νερών, αλλά και στη διαχείριση επικίνδυνων αποβλήτων. Η έδρα της εταιρείας βρίσκεται στη Θέρμη Θεσσαλονίκης, ενώ παραρτήματα αυτής λειτουργούν σε Αθήνα και Κύπρο. H INTERGEO Ε.Π.Ε. έχει δραστηριοποιηθεί σε μεγάλο αριθμό περιβαλλοντικών έργων σε όλη την επικράτεια, καθώς και στην Κύπρο, ολοκληρώνοντας με επιτυχία πάνω από 1.500 περιβαλλοντικούς ελέγχους σε έδαφος και υπόγεια νερά. Η εταιρεία διαθέτη πολυετή εμπειρία στο σχεδιασμό και την εφαρμογή in situ και on site τεχνικών απορρύπανσης υπεδάφους και υπόγειων νερών, και μέχρι σήμερα έχει ολοκληρώσει περισσότερα από 200 έργα απορρύπανσης – αποκατάστασης εδαφών και υπόγειων νερών.
COM2S
Ζαν Μωρεάς 24Α, Χαλάνδρι, Ελλάδα
Τηλέφωνο: +30 210 6853689, +30 210 6855551
Φαξ: +30 210 6858766
E-mail: info@com2s.gr