Εισαγωγή / Στόχοι προγράμματος
Στην σημερινή εποχή η χρήση των φυτοφαρμάκων είναι ευρύτατη, αφού η αύξηση της γεωργικής παραγωγής είναι θέμα μείζονος σημασίας. Τα καρβαμιδικά παρασιτοκτόνα αποτελούν μία από τις σημαντικότερες κατηγορίες φυτοφαρμάκων. Το 1996 υπολογίστηκε ότι καταναλώθηκαν πάνω από 2,5 εκατομμύρια τόνοι καρβαμιδικών παρασιτοκτόνων σε όλο τον κόσμο. Πρόκειται για μια ευρεία κατηγορία παρασιτοκτόνων των οποίων οι δομές (R1OCONR2R3) προέρχονται απ’ το καρβαμικό οξύ με εισαγωγή διαφόρων υποκαταστατών.
Πολλά από τα καρβαμιδικά παρασιτοκτόνα με εμπορική σημασία έχουν στη θέση του υποκαταστάτη R1 βρίσκεται ένας αρωματικός δακτύλιος, αν και ορισμένα ενολικά και οξιμικά καρβαμιδικά χρησιμοποιούνται επίσης. Όσο για τους άλλους υποκαταστάτες ο R2 συνήθως είναι μεθύλιο και ο R3 μπορεί να είναι είτε υδρογόνο, είτε μεθύλιο, είτε μια πιο σύνθετη ομάδα. Η δράση των καρβαμιδικών σχετίζεται κατά κύριο λόγο και στις περισσότερες περιπτώσεις με την παρεμπόδιση του ενζύμου χοληνεστεράση.
Τα τελευταία χρόνια η χρήση των καρβαμιδικών παρασιτοκτόνων έχει αυξηθεί αντικαθιστώντας τα οργανοχλωριωμένα και τα οργανοφωσφορικά που είναι λιγότερο φιλικά προς το περιβάλλον. Παρόλα τα πλεονεκτήματα των καρβαμιδικών, όσο αφορά στη χαμηλότερη ανθεκτικότητα και τη σχετικά μειωμένη τοξικότητα, η μαζική χρήση τους σε εκτεταμένες γεωργικές περιοχές κατά τη διάρκεια συγκεκριμένων εποχών έχει αυξήσει σημαντικά τη ρύπανση των επιφανειακών νερών και των υγρών αποβλήτων και αποτελεί μεγάλο περιβαλλοντικό πρόβλημα.
Η τύχη των παρασιτοκτόνων αυτών στο περιβάλλον εξαρτάται από πολλές διεργασίες όπως καταβύθιση, εξάτμιση, υδρόλυση, φωτόλυση, βιοσυσσώρευση. Αυτό το οποίο πρέπει να τονιστεί ωστόσο είναι ότι ορισμένα από τα προϊόντα αποδόμησης των ουσιών αυτών είναι εξίσου ή περισσότερο τοξικά. Η τοξικότητα των προϊόντων αποδόμησης εξαρτάται από τη χρήση του αρχικού παρασιτοκτόνου, το βαθμό μεταφοράς στα επιφανειακά νερά και την ταχύτητα σχηματισμού των προϊόντων. Υψηλός κίνδυνος αναμένεται για τα προϊόντα που έχουν μεγάλη συγκέντρωση στα ιζήματα ή υψηλή τοξικότητα σε συνδυασμό με τη βιοσυσσώρευσή τους. Εξαιτίας, λοιπόν, της τοξικότητας των προϊόντων μετασχηματισμου, η πλήρης αποδόμηση και ανοργανοποίησή τους είναι η ιδανική και αναγκαία λύση.
Σήμερα, οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία επιφανειακών νερών και υγρών αποβλήτων ρυπασμένων με αυτού και άλλων ειδών παρασιτοκτόνα είναι οι συμβατικές μέθοδοι επεξεργασίας υγρών. Συγκεκριμένα η κροκίδωση και καταβύθιση και η συμβατική διήθηση δεν εμφανίζονται ιδιαίτερα αποτελεσματικές ειδικά σε μικρές συγκεντρώσεις. Η προσρόφηση σε ενεργό άνθρακα (PAC και GAC) καθώς και η αντίστροφη ώσμωση οδηγεί σε αποτελεσματική απομάκρυνση των ουσιών. Ωστόσο η λύση στο πρόβλημα της ρύπανσης δεν είναι οριστική αλλά αυτό που επιτυγχάνεται ουσιαστικά είναι η μεταφορά του ρυπαντικού φορτίου από την υγρή στη στερεή φάση.
Η οξειδωτική διάσπαση με τη χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας και όζοντος είναι δυνατή αλλά αρκετά δαπανηρή και τεχνικά περίπλοκη. Η συμβατική βιολογική επεξεργασία παρουσιάζει αργούς ρυθμούς διάσπασης και η διάθεση της ενεργούς ιλύος αποτελεί σημαντικό πρόβλημα.
Kάτω από το φως όμως της ισχύουσας οδηγίας της Ε.Ε. 96/61/ΕΚ του συμβουλίου της 24ης Σεπτεμβρίου 1996, για το νέο τρόπο αδειοδότησης των δραστηριοτήτων, πρέπει να επιτυγχάνεται ολοκληρωμένη πρόληψη και έλεγχος της ρύπανσης του περιβάλλοντος.
Στα πλαίσια της αναζήτησης νέων, αποτελεσματικών και φιλικών προς το περιβάλλον μεθόδων για την καταστροφή των διαφόρων οργανικών ενώσεων στους υδάτινους πόρους μπορεί να ενταχθεί το αυξανόμενο ενδιαφέρον για μια ειδική κατηγορία οξειδωτικών τεχνικών που ονομάζονται «Προχωρημένες Οξειδωτικές Μέθοδοι Αντιρρύπανσης» (Αdvanced Οxidation Processing (AOPs)). Mε τον όρο αυτό εννοούνται εκείνες οι τεχνολογίες, οι οποίες στηρίζονται στη χρήση μεθόδων όπως η φωτόλυση, οι φωτοχημικές μέθοδοι οξείδωσης (UV-H2O2, UV-O3), η φωτοκατάλυση (UV-TiO2, UV-ZnO, αντιδραστήριο photo-Fenton κ.ά.). Η αποτελεσματικότητά τους στηρίζεται με εξαίρεση τη φωτόλυση, παρόλο που χρησιμοποιούν διαφορετικά συστήματα αντίδρασης, στη δημιουργία ριζών υδροξυλίου (ΟΗ·), οι οποίες με δυναμικό οξείδωσης 2,8V αποτελούν το ισχυρότερο οξειδωτικό μέσο μετά το φθόριο και επιπλέον δε ρυπαίνουν το περιβάλλον.
Το αντικείμενο επομένως του προτεινόμενου έργου ήταν η μελέτη απομάκρυνσης τριών καρβαμιδικών παρασιτοκτόνων από υδατικά συστήματα και υγρά απόβλητα με τη χρήση διαφόρων μεθόδων της κατηγορίας των ΑΟΡs. Μελετήθηκαν οι κινητικές αποδόμησης, οι χρόνοι ημιζωής, οι σταθερές διάσπασης και οι αρχικές ταχύτητες για κάθε μέθοδο και ουσία, καθώς και οι διάφοροι παράγοντες που επηρεάζουν, όπως το pH, η θερμοκρασία, η αρχική συγκέντρωση του παρασιτοκτόνου ή του καταλύτη, η παρουσία οξειδωτικών ουσιών κ.ά. Επίσης, Ανιχνεύτηκαν τα ανόργανα ιόντα που ελευθερώνονται κατά την αποδόμηση, ελέγχθηκε αν μπορεί να επιτευχθεί πλήρης ανοργανοποίηση των παρασιτοκτόνων, ενώ ταυτοποίηθηκαν και οι ενώσεις που προκύπτουν ως ενδιάμεσα ή τελικά προϊόντα της κάθε διεργασίας. Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις τοξικότητας των αρχικών ουσιών και των προϊόντων τους, ώστε να γίνει μια ολοκληρωμένη σύγκριση των διαφορετικών μεθόδων.
Βασικοί στόχοι του έργου ήταν: (α) η κατανόηση ορισμένων από τους μηχανισμούς που ελέγχουν την τύχη των καρβαμιδικών παρασιτοκτόνων που μελετήθηκαν, (β) η κατανόηση των βασικών παραμέτρων ελέγχου της κάθε μεθόδου επεξεργασίας, προκειμένου να εξεταστεί η δυνατότητα εφαρμογής της, (γ) η σύγκριση και επιλογή των βέλτιστων μεθόδων και συνθηκών αποδόμησης, (δ) η ανάπτυξη συγκεκριμένης μεθοδολογίας για την επεξεργασία αποβλήτων της επιχείρησης – φορέα συγχρηματοδότησης, αλλά και άλλων επιχειρήσεων του κλάδου παραγωγής, συσκευασίας και διακίνησης φυτοπροστατευτικών προϊόντων ή και άλλων συναφών κλάδων.