Διδακτορικές Διατριβές

Μόνιμο URI για αυτήν τη συλλογήhttps://dspace.library.tuc.gr/handle/123456789/137

Νέα

Περιηγούμαι

Τώρα δείχνει 1 - 15 από 15

Risk analysis of ground water contamination detection networks, using stochastic modeling and decision theory
(Πολυτεχνείο Κρήτης, 2013) Papapetridis Konstantinos; Παπαπετριδης Κωνσταντινος; Palaiologos Evaggelos; Παλαιολογος Ευαγγελος; Karatzas Giorgos; Καρατζας Γιωργος; Nikolaidis Nikolaos; Νικολαιδης Νικολαος; Chrysikopoulos Constantinos; Χρυσικοπουλος Κωνσταντινος; Kalogerakis Nikos; Καλογερακης Νικος; Gidarakos Evaggelos; Γιδαρακος Ευαγγελος
Simultaneous removal of toxic metals and PAHs from real contaminated sediments using electrokinetic technique
(Technical University of Crete, 2014) Chachladakis Ioannis; Χαχλαδακης Ιωαννης; Gidarakos Evaggelos; Γιδαρακος Ευαγγελος; Xekoukoulotakis Nikos; Ξεκουκουλωτακης Νικος; Katsaounis Alexandros; Κατσαουνης Αλεξανδρος; Diamantopoulos Evaggelos; Διαμαντοπουλος Ευαγγελος; Gentekakis Ioannis; Γεντεκακης Ιωαννης; Mantzavinos Dionysis; Μαντζαβινος Διονυσης; Pentari Despoina; Πενταρη Δεσποινα
The present PhD thesis focused on investigating the simultaneous removal of toxic metals and PAHs from contaminated sediments by the use of electrokinetic technique. This electroremediation technique was applied in real, unaltered contaminated surficial sediments, with grain size just below 2 mm, with the purpose of simulating –as much as possible- field conditions, a fact which constitutes a scientific novelty. All experiments were performed without pH control while three different electrolytic cells, of various dimensions and volumes were designed and used. At first, the use of a chelating agent (EDTA) was evaluated and it was concluded that when used in both electrolyte chambers (anode and cathode) could enhance the transport of toxic metals, in comparison with de-ionized water. Moreover, the application and efficiency evaluation of two newly introduced surfactants -according to literature data on electrokinetic remediation of soils/sediments- commercially known as Nonidet and Poloxamer, was investigated. The results revealed their high solubilization capacity and indicated that in some individual cases higher removal percentages (in the range of 45%-50%), compared to other well-known and used surfactants (e.g. Tween 80, that removal percentages of approximately 25%-30% have been reported) or cyclodextrins (e.g. HPCD, where removal percentages ranged between 30%-35%), could be obtained. Furthermore, their contribution in the removal-transport of toxic metals from solid to liquid phase was noteworthy. In addition, the sequential application of two anolytes, a chelating agent and a surfactant in the middle of the experiment, revealed that removal percentages of some toxic metals e.g. As and Zn could be favoured by this technique (by a 5%-10%) without, at the same time, inhibiting the removal of PAHs. Furthermore, the use of citric acid as catholyte combined with its unique characteristics (e.g. depolarization of ΟΗ- generated at cathode, solubility of acetic metallic salts, biodegradability, etc.) showed potential contribution and enhancement in the transport percentages of some metals (e.g. As). Finally, a laboratory-semi-pilot scale cell was designed and used with the purpose of evaluating and/or certifying the efficiency of the aforementioned solutions and combination techniques in a larger scale. The results revealed that the removal percentages of the contaminants were maintained at high levels, such as the ones reported in the smaller cells, exhibiting similar amounts of energy consumption, reinforcing the belief of equally good expected results if the technology is to be applied in the field.
Παραγωγή εξανθρακώματος από βιομάζα για περιβαλλοντικές εφαρμογές
(Technical University of Crete, 2014) Agrafioti Evanthia; Αγραφιωτη Ευανθια; Diamantopoulos Evaggelos; Διαμαντοπουλος Ευαγγελος; Gidarakos Evaggelos; Γιδαρακος Ευαγγελος; Komnitsas Konstantinos; Κομνιτσας Κωνσταντινος; Vamvouka Despoina; Βαμβουκα Δεσποινα; Xekoukoulotakis Nikos; Ξεκουκουλωτακης Νικος
Επεξεργασία υγρών αποβλήτων με αναερόβιο αντιδραστήρα UASB & συστήματα προσκολλημένης ανάπτυξης
(Technical University of Crete, 2014) Loupasaki Eleftheria; Λουπασακη Ελευθερια; Diamantopoulos Evaggelos; Διαμαντοπουλος Ευαγγελος; Kalogerakis Nikos; Καλογερακης Νικος; Mantzavinos Dionysis; Μαντζαβινος Διονυσης; Gikas Petros; Γκικας Πετρος; Xekoukoulotakis Nikos; Ξεκουκουλωτακης Νικος; Paranychianakis Nikolaos; Παρανυχιανακης Νικολαος
Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη συστημάτων για την in-situ επεξεργασία υγρών αποβλήτων. Μελετήθηκε τόσο η επεξεργασία αστικών λυμάτων, όσο και η επεξεργασία υγρών αποβλήτων ελαιουργείου (κατσίγαρος) αραιωμένων με αστικά λύματα. Αρχικά μελετήθηκαν ένας τεχνητός υγροβιότοπος κάθετης ροής και τρία συστήματα προσκολλημένης ανάπτυξης με διαφορετικά πληρωτικά υλικά: α) πλαστικά καπάκια μπουκαλιών μέσης διαμέτρου 3,3cm, β) δακτύλιοι Kaldnes τύπου Κ1 και γ) κύβοι πετροβάμβακα (GEOLAN B-040) διαστάσεων 5cm. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα με αστικά λύματα σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, σε τρεις διαφορετικές συνθήκες φόρτισης και λειτουργίας: α) 140 g COD/m2d (τροφοδοσία κάθε δεύτερη μέρα), β) 83 g COD/m2d (τροφοδοσία κάθε δεύτερη μέρα), και γ) 29 g COD/m2d (τροφοδοσία κάθε μέρα). Η διοχέτευση των λυμάτων τη μέρα τροφοδοσίας δεν ήταν συνεχής, αλλά εναλλασσόταν με διαστήματα ανάπαυσης, μηδενικής ροής. Ο αερισμός των συστημάτων δεν ήταν τεχνητός, αλλά φυσικός λόγω της διακοπτόμενης τροφοδοσίας. Η μέση απομάκρυνση COD ως μάζα κυμάνθηκε μεταξύ 82 και 94 % για τον τεχνητό υγροβιότοπο και τη μονάδα με τους κύβους πετροβάμβακα, ενώ για τα άλλα δύο συστήματα η μέση απομάκρυνση ήταν από 64 μέχρι 88%. Αν και δεν γινόταν προεπεξεργασία των λυμάτων τόσο η εκροή του τεχνητού υγροβιότοπου όσο και της μονάδας με τον πετροβάμβακα σχεδόν πληρούσε ακόμα και τα «γενικότερα» όρια διάθεσης στο περιβάλλον, έτσι η απόδοση των μονάδων κρίνεται ικανοποιητική. Στη συνέχεια αφού επιλέχθηκαν οι δύο καλύτερες μονάδες (τεχνητός υγροβιότοπος και πετροβάμβακας), πραγματοποιήθηκαν πειράματα με υγρά απόβλητα ελαιουργείου αραιωμένα με αστικά λύματα σε φορτίσεις 102 g COD/m2d και 247 g COD/m2d (τροφοδοσία κάθε μέρα). Η αραίωση με αστικά λύματα οδήγησε σε μείωση του οργανικού φορτίου των υγρών αποβλήτων ελαιουργείου και σε ρύθμιση του pH και της αλκαλικότητας στα επιθυμητά επίπεδα. Η μέση απομάκρυνση COD ως μάζα κυμάνθηκε μεταξύ 79 και 83 % για τον τεχνητό υγροβιότοπο, ενώ για τη μονάδα με τους κύβους πετροβάμβακα ήταν από 67 μέχρι 69%. Για την επεξεργασία της εκροής των μονάδων χρησιμοποιήθηκαν παράλληλα τρεις μονάδες εργαστηριακής κλίμακας ΠΟΜΑ: ετερογενούς φωτοκατάλυσης, photo-Fenton και ηλεκτροχημικής οξείδωσης. Πιο αποτελεσματική ήταν η επεξεργασία με photo-Fenton και ηλεκτροχημική οξείδωση με απομακρύνσεις 55 με 65% ως DOC για τη μικρή φόρτιση και 25 με 30% για τη μεγάλη. Για το σύστημα υγροβιότοπου - ηλεκτροχημικής οξείδωσης η συνολική απομάκρυνση ως COD και για τις δύο φορτίσεις ήταν περίπου 90%, ενώ για το αντίστοιχο σύστημα με τον πετροβάμβακα ήταν περίπου 86%. Εκτός από τις αερόβιες μεθόδους για την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων ελαιουργείου, αραιωμένων με αστικά λύματα, πραγματοποιήθηκαν πειράματα και με αναερόβιο αντιδραστήρα τύπου UASB συνολικού όγκου 600L, με μέση φόρτιση COD 3200 mg/L και υδραυλικό χρόνο παραμονής 24 h, σε συνθήκες ελεγχόμενης θερμοκρασίας 20 οC. Η μέση απομάκρυνση για το COD ήταν 55%, για τα TSS ήταν 78% ενώ για τον Ρ ήταν 36%. Για την επεξεργασία της εκροής του αντιδραστήρα χρησιμοποιήθηκαν παράλληλα τρεις μονάδες εργαστηριακής κλίμακας ΠΟΜΑ: ετερογενούς φωτοκατάλυσης, photo-Fenton και ηλεκτροχημικής οξείδωσης. Το μεγαλύτερο ποσοστό απομάκρυνσης ως DOC σημειώθηκε με τη μέθοδο της ηλεκτροχημικής οξείδωσης και ήταν 35%. Ενώ τα ποσοστά απομάκρυνσης για τις διεργασίες της φωτοκατάλυσης και photo-Fenton ήταν πολύ χαμηλά, 13% και 7% αντίστοιχα. Τέλος ο αναερόβιος αντιδραστήρας UASB και τα δύο συστήματα προσκολλημένης ανάπτυξης, τεχνητός υγροβιότοπος (ΤΥ) και πετροβάμβακας (Π), μπήκαν σε σειρά δημιουργώντας δύο νέα συστήματα (UASB+TY, UASB+Π) για την επεξεργασία του αραιωμένου με αστικά λύματα κατσιγάρου. Οι απομακρύνσεις του συστήματος UASB+TY ως μάζα ήταν 62% για το COD και 44% για το DOC. Οι αντίστοιχες απομακρύνσεις για το σύστημα UASB+Π ήταν 41 και 26%. Η επεξεργασία της εκροής των συστημάτων έγινε με : φωτοκατάλυση, photo-Fenton και ηλεκτροχημική οξείδωση. Οι διεργασίες photo-Fenton και ηλεκτροχημική οξείδωση είχαν την ίδια απομάκρυνση ως προς το DOC και στα δύο συστήματα, 25% περίπου για τον πετροβάμβακα και 19% για τον υγροβιότοπο. Η συνολική απομάκρυνση του συστήματος με τον υγροβιότοπο και την ηλεκτροχημική οξείδωση ως συγκέντρωση COD ήταν 63%, ενώ για το αντίστοιχο σύστημα με τους κύβους πετροβάμβακα ήταν 80%. Για την πραγματοποίηση των πειραμάτων σχεδιάστηκαν και εγκαταστάθηκαν στο χώρο του βιολογικού καθαρισμού του Πολυτεχνείου Κρήτης οι αντίστοιχες πιλοτικές μονάδες.
Η διάβρωση των ακτογραμμών της Ελλάδας. Αξιολόγηση - τρόποι αντιμετώπισης
(Technical University of Crete, 2014) Foteinis Spyridon; Φωτεινης Σπυριδων; Synolakis Kostas; Συνολακης Κωστας; Nikolaidis Nikolaos; Νικολαιδης Νικολαος; Kallithrakas Nikolaos; Καλλιθρακας Νικολαος; Tsoutsos Theocharis; Τσουτσος Θεοχαρης; Kalogerakis Nikos; Καλογερακης Νικος; Elia Psillakis; Ψυλλακη Ελευθερια
Εκτεταμένη περίληψη Στο πλαίσιο της παρούσης διατριβής μελετήθηκε η διάβρωση των ακτογραμμών της Ελλάδας. Για τον λόγο αυτό εξετάστηκαν και αξιολογήθηκαν τρεις αντιπροσωπευτικές περιπτώσεις μελέτης, (α) Ν. Λασιθίου, (β) παραλία Βάρκιζας, Αθήνα και (γ) Ν. Χανιών. Ο Ν. Λασιθίου φιλοξενεί πληθώρα παραλιών, με εύρος κοκκομετρίας, γεωμετρικών χαρακτηριστικών (μήκος και πλάτος) και κυματικού καθεστώτος και ρευμάτων που καλύπτουν την πλειονότητα των παραλιών που συναντούνται στην Ελληνική επικράτεια (παραλίες τσέπης έως παραλίες πολλών χιλιομέτρων, σχετικά περιορισμένου μέσου πλάτους (10 - 60 m), οι οποίες αποτελούνται από λεπτόκοκκο έως χοντρόκοκκο υλικό και επηρεάζονται είτε από ανοικτά αναπτύγματα πελάγους είτε από κατακερματισμένα λόγο νησιών και βραχονησίδων). Η παραλία της Βάρκιζας αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα αστικοποιημένης παραλίας, καθώς είναι ιδιαίτερα δημοφιλή, με περιορισμένο μήκος και πλάτος, ενεργή διάβρωση, έντονη αστικοποίηση της λεκάνης απορροής και της παραλίας και χωρίς καμία μορφή διαχείρισης της. Ο Ν. Χανιών, φιλοξενεί, σε μεγαλύτερο βαθμό από τον Ν. Λασιθίου, ιδιαίτερα δημοφιλείς παραλίες και μεγάλο μέρος της τοπικής οικονομίας στηρίζεται σε αυτές. Παρόλα αυτά, τις τελευταίες κυρίως δεκαετίες, έχει παρατηρηθεί η έντονη διάβρωση, ρύπανση και υποβάθμιση της υγείας τους, όπως συμβαίνει και σε άλλες τουριστικά αναπτυγμένες παραλίες της Ελλάδας. Για την προκαταρκτική αξιολόγηση της κατάστασης των Ελληνικών ακτογραμμών, από πλευράς διάβρωσης, χρησιμοποιήθηκαν βιβλιογραφικά στοιχεία και πραγματοποιήθηκαν επισκέψεις πεδίου. Η υγεία των Ελληνικών ακτογραμμών βρέθηκε χαμηλή, και μέσω επεξεργασίας αεροφωτογραφιών και τοπογραφικών δεδομένων βρέθηκε πως είτε παραλίες έχουν ήδη εξαφανιστεί, όπως η παραλία Βραχάκια, Χανιά είτε ακτογραμμές να διαβρώνονται με μέσο ρυθμό έως και 2 m/year, όπως στην περίπτωση του δέλτα του Αχελώου ποταμού. Επίσης, αναγνωρίστηκε ότι η έντονη διάβρωση οφείλεται σε ανθρώπινους παράγοντες και αναπτύχθηκαν δείκτες αξιολόγησης της παράκτιας κυψέλης/παραλίας οι οποίοι αποτελούν πρωτοτυπία. Στην συνέχεια αξιολογήθηκε η υφιστάμενη νομοθεσία/νομολογία που αφορά την παράκτια ζώνη. Αυτή βρέθηκε ιδιαίτερα ελλιπής, με πληθώρα νόμων οι οποίοι αναφέρονται σε διακριτά κομμάτια της παράκτιας ζώνης και όχι στο σύνολο της, με αποτέλεσμα να υπάρχουν αλληλοεπικαλύψεις. Στη περίπτωση μελέτης του Ν. Λασιθίου αναγνωρίστηκαν και μελετήθηκαν 25 περιοχές οι οποίες δύναται να αντιμετωπίζουν σημαντικό πρόβλημα διάβρωσης λόγο ανθρωπογενών παρεμβάσεων. Για τον υπολογισμό της διαχρονική εξέλιξης των ακτογραμμών χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες, δορυφορικές εικόνες και μετρήσεις πεδίου. Βρέθηκε πως η υποχώρηση ακτογραμμής είναι αντίστροφος ανάλογη του κανονικοποιημένου πλάτους (προς το μήκος), για τιμές έως περίπου 0.1, ενώ για υψηλότερες τιμές (έως 0.5), δηλαδή για παραλίες περιορισμένου πλάτους (παραλίες τσέπης), η διάβρωση είναι περιορισμένη ή μηδενική. Πραγματοποιήθηκε συσχετισμός του σημερινού και του ιστορικού μήκους (x) ως προς το κανονικοποιημένο πλάτους (προς το μήκος) (y) των φυσικών αμμωδών παραλίων, και βρέθηκε πως το πρώτο περιγράφεται στατικά από την σχέση y=23.47x-0.048, ενώ το ιστορικό από την σχέση y=18.276x0.02. Συνεπώς, οι μικρές σε μήκος παραλίες έχουν παραμείνει σχετικά σταθερές νώ οι μεγάλου μήκους παραλίες έχουν χάσει έως και το 30% του πλάτους τους τις τελευταίες δεκαετίες. Το γεγονός αυτό υποδηλώνει ότι όσο μεγαλύτερο το πλάτος μιας παραλίας, τόσο περισσότερες πιθανότητες έχει να επηρεαστεί από ανθρωπογενείς παρεμβάσεις και τόσο πιο επιρρεπείς είναι στην διάβρωση. Βάση χάρτη επικινδυνότητας διάβρωσης που δημιουργήθηκε, προσαρμοσμένος στο περιορισμένο πλάτος των παραλιών του Ν. Λασιθίου, το 40% των υπό εξέταση περιοχών αντιμετωπίζουν εκτεταμένο πρόβλημα παράκτιας υποχώρησης (>0.25 m/έτος), το 20% αντιμετωπίζει μέτριο πρόβλημα (0.15 έως 0.25 m/έτος), το 12% χαμηλό ρυθμό υποχώρησης (0.05 έως 0.15 m/έτος) και μόλις το 28%, κυρίως παραλίες τσέπης, παραμένει σταθερό (~ 0 m/έτος). Στην περίπτωση μελέτης της παραλίας της Βάρκιζας αναπτύχθηκε πρωτοπόρα μέθοδος για την αναλυτική καταγραφή του πραγματικού εμβαδού και της τοπογραφίας/βαθυμετρίας, η μέθοδος του κράνους RTK GPS. Η μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί σε παραλίες μικρού πλάτους και μήκους, με έντονές μεταβολές του ανάγλυφου τους και στις οποίες η παλίρροια είναι πολύ μικρή. Η ακρίβεια της μεθόδου πολύ υψηλή (±2.60 cm στον κάθετο άξονα) όπως επίσης και η ταχύτητα αποτύπωσης (έως 3600 μετρήσεις/ώρα). Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συγκρίθηκαν με αυτά που προέκυψαν από την εφαρμογή κλασσικών μεθόδων για την καταγραφή προφίλ παραλιών (shore-normal techniques) και βρέθηκε ότι η μέθοδος του κράνους RTK GPS είναι η καταλληλότερη για την αποτύπωση των Ελληνικών παραλιών. Επίσης, για πρώτη φορά στην Ελλάδα, μετρήθηκε το κυματικό καθεστώτος και τα ρεύματα της παραλίας της Βάρκιζας με το ναυτικό ραντάρ Miros wavex και τον ADCP κυματομετρητή Nortek Awac. Συνολικά, για τον κυματικό χειμώνα 2012-2013 καταγράφηκαν 16 κυματικές καταιγίδες οι οποίες είχαν όλες βόρειο προσανατολισμό, μέγιστο ύψος κύματος περίπου 4 m και η μέγιστη φασματική περίοδος 8 sec. Στην περίπτωση μελέτης του Ν. Χανιών παρατηρήθηκε έντονη διάβρωση σε παραλίες του κόλπου Χανιών, βάσει δεδομένων που βρέθηκαν και αφορούν τον Β΄ Παγκοσμίου πολέμου, επισκέψεις πεδίου και ιστορικό φωτογραφικό υλικό. Παραδείγματος χάρη, η παραλία του Κολυμβαρίου κατά τον Β΄ Παγκόσμιο πόλεμο είχε πλάτος το οποίο κυμαινόταν από 51 έως 104 m, ενώ από το διάστημα 1973 έως το 2005 διαβρώνονταν με ρυθμό 1m/year με αποτέλεσμα να το 2005 το δυτικό τμήμα της να εξαφανιστεί και να αντικατασταθεί από ογκόλιθους. Πρωτογενή δεδομένα τα οποία συλλέχθηκαν στην Βάρκιζα αλλά και στα Χανιά με τον κυματομετρητή Awac συγκρίθηκαν με τις προβλέψεις του μαθηματικού μοντέλου SMB (Svedrup- Munk-Bretschneider), το πιο διαδεδομένο μοντέλο περιγραφής της κατάστασης διαταραχής της θαλάσσιας επιφάνειας, και τις προβλέψεις του κυματικού μοντέλου WAM. Βρέθηκε, πως οι προσεγγίσεις του μαθηματικού μοντέλου SMB έχουν μεγάλες επισφάλειες, ενώ οι προβλέψεις του κυματικού μοντέλου WAM βρίσκονται πιο κοντά στην πραγματικότητα για τον υπολογισμό του σημαντικού ύψους κύματος, ενώ βρέθηκε πως υπάρχει σημαντική τάση υπερυπολογισμού της περιόδου. Στη συνέχεια, αξιοποιώντας τις μετρήσεις του κυματομετρητή Awac εφαρμόστηκε το υδροδυναμικό μοντέλο MIKE 21 BW σε περίπτωση μελέτης στο Ενετικό λιμάνι Χανίων, ώστε να μελετηθεί αν ο έξαλλος κυματοθραύστης που έχει τοποθετηθεί ΒΔ της εισόδου του είναι λειτουργικός. Βρέθηκε πως ο κυματοθραύστης δεν επιφέρει τα επιθυμητά αποτελέσματα και πως είναι αναγκαία η χρήση υδροδυναμικών μοντέλων πριν από την τοποθέτηση κατασκευών στην παράκτια ζώνη. Αξιολογηθεί η μέθοδος του ραδιενεργού καίσιου-137 (137Cs) για τον υπολογισμό του ρυθμού διάβρωσης/πρόσχωσης λεκανών απορροής και αναπτύχθηκε πρωτοπόρα εφαρμογή της για τον υπολογισμό της στάθμης εφημέριων υδάτινων σωμάτων, τον Μάιο του 1986. Τέλος, μελετήθηκε η ρύπανση με βαρέα μέταλλα σε ιζήματα παραλιών και η πιθανότητα ρύπανσης από βαρέα μέταλλα ευκαιριακών πηγών αναπλήρωσης και αναγνωρίστηκαν σημειακές πηγές ρύπανσης παραλιών. Αυτές ήταν (α) η υποθαλάσσια έξοδος της εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων του Δ. Πλατανιά, (β) τα βυρσοδεψία και (γ) εργασίες συντήρησης σκαφών πάνω σε λιμενοβραχίονες. Βρέθηκε, πως στο εν λόγο θέμα υπάρχει νομοθετικό κενό και προτάθηκαν τρόποι κάλυψης του. Καθώς η παραλία του Πλατανιά έχει χάσει πάνω από το μισό της πλάτος σε σχέση με την δεκαετία του 1980, πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά στην Ελλάδα, και στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, η ευκαιριακή αναπλήρωση με υλικό από τον ομώνυμο λιμένα, ο οποίος δεν ήταν σημαντικά μολυσμένες με βαρέα μέταλλα. Extended summary In this thesis the erosion of the coastlines of Greece, with special attention given to sandy beaches, was studied. For this reason three case studies were examined, namely (a) Lasithi Prefecture, (b) Varkiza beach, Athens and (c) Chania Prefecture. Lasithi Prefecture hosts a plethora of beaches, with geometric characteristics (mean grain sizes, beach length and width) and wave climate representative of a common Greek beach. Varkiza beach is a typical example of an urbanized Greek beach, as it is very popular, has limited beach length and width, is actively eroding and has undergone intense urbanization of the drainage basin and the coastal zone, without any management. Chania Prefecture hosts popular beaches and a large part of the local economy relies on them. However, during the last decades, its beaches are actively eroding and combined with pollution the overall health of coastal zone has been degraded, a common case in popular Greek beaches. For a preliminary assessment of the current situation, in terms of erosion, literature review as well as field surveys were conducted. The overall health and sustainability of Greek coastlines was found to be low. Using historical data and historical aerial photographs it was found that either beaches had already disappeared, such as Vrachakia beach, Chania or shoreline retreat had maximum mean erosion rates of up to 2 m / year, as in the case of Acheloos delta. Erosion can be mainly attributed to human interventions on the coastal zone and on the drainage basins. In order to assess the health of the coastal zone the beach and coastal cell good environmental indices were developed. Moreover, the legislation that concerns the coastal zone was found to be inadequate, with a plethora of laws that overlap. In Lasithi Prefecture 25 locales were identified as actively eroding or vulnerable, mainly due to anthropogenic interventions. To evaluate the temporal evolution of these locales historical aerial photographs, satellite images and field measurements were utilized. It was found that shoreline retreat was inverse proportional to the normalized beach width (by length), for values up to about 0.1, while for higher values (up to 0.5), i.e. pocket beaches, erosion was either low or the coastline was stable. When natural sandy beaches were examined, it was found that the correlation of the current and historical beach length (x) to beach width (y) can be statistically described for the first by y = 23.47x-0.048 and for latter by y = 18.276x0.02. Therefore, it is observed that pocket beaches have remained relatively stable, while longer coastlines have lost up to 30% of their mean width during the last decades. This suggests that the larger the length of a beach, the more likely to be affected by anthropogenic interventions and so the more prone to erosion it will be. A coastal erosion hazard map was created, adapted to the mean beach widths of Lasithi Prefecture. 40% of the coastline faces extensive coastal retreat (> 0.25 m / year), 20% medium (0.15 to 0.25 m / year), 12% low(0.05 to 0.15 m / year) and only 28%, mainly pocket beaches, are stable (~ 0 m / year). In Varkiza beach, Athens, the method of the helmet RTK GPS was developed as to effectively map beach evolution in three dimensions and identify volumetric losses and gains and beach dynamic. The method finds favorable application to Greek beaches, which are generally short in length and often have been forced to accommodate various structures in their dry width, including buildings and roads. As a result, steep inclinations of the dry beach profile can be observed. The method is quite accurate (± 2.60 cm on the vertical axis) and high density and resolution data from the beach dry width, and from the swash zone (~up to 1.5 m depth, depending on the operator height), can be obtained. The results were compared with those obtained from the shore normal techniques and it was found that the helmet technique better fits Greek beaches conditions. Also, wave and current measurements in shallow waters were recorded using a Miros wavex marine radar and ADCP Nortek Awac. For the period 2012-2013, 16 wave storms, of north direction, were recorded, with maximum wave height about 4 m and maximum spectral period 8 sec. Beaches of Chania Prefecture were found to be actively eroding. By utilizing data from field surveys and historical data that reach back to Second World War, it was found that popular beaches located on the northern part have undergone extensive erosion. For example, the width of Kolymvari beach, during the Second World War, was ranging from 51 to 104 m and beaches were used as an airstrip from German aircrafts. From 1973 to 2005 the western part of the beach eroded at a rate of 1m / year and in 2005 a sea wall and a coastal road replace the beach. What is more wave data, collected with an ADCP Nortek Awac were compared with the predictions of SMB (Svedrup- Munk-Bretschneider) model, most coastal engineering studies rely on this, and with forecasts of third generation wave model WAM . It was found that SMB yields high errors, while the WAM estimations are closer to reality for the significant wave height but for wave period. Awac measurements were used as an input in the hydrodynamic model MIKE 21 BW and the results of a common storm in the Venetian port, Chania were simulated. Mike 21 was used in order to investigate whether the breakwater situated NW of the port entrance, which placement was not based on a hydrodynamic model predictions, is functional. It is shown that the breakwater is not producing the desirable results and hence the use of a hydrodynamic model is necessary before placing structures on the coastal zone, which is not the case in Greece. Caesium-137 (137Cs) technique was assessed for estimating erosion/accretion rates in drainage basins in Greece and it was found promising. Finally, the distribution of heavy metals in beach sediment and in opportunistic beach nourishment sources was examined by utilizing an Energy Dispersive X-Ray Fluorescence (EDXRF) system. Heavy metal point sources were identified and included (i) the effluents of small industries (tanneries), (ii) wastewater treatment plant effluents, and (iii) paint and oil scraps from substandard ship maintenance activities that take place on ports breakwaters. It was found that legislation for dredging activities in Greece is insufficient. Using, an identified source, the first planned opportunistic beach nourishment project in Greece materialized in Platanias beach, Chania. Nonetheless, before opportunistic beach restoration projects materialize the quality of the dredged material needs to be assessed.
Μελέτη επιπτώσεων κλιματικής μεταβολής σε βασικές υδρολογικές παραμέτρους και ο ρόλος του μεροληπτικού σφάλματος
(Technical University of Crete, 2014) Gryllakis Emmanouil; Γρυλλακης Εμμανουηλ; Tsanis Giannis; Τσανης Γιαννης; Christopoulos Dionysios; Χριστοπουλος Διονυσιος; Tsoutsos Theocharis; Τσουτσος Θεοχαρης; Kolokotsa Dionysia; Κολοκοτσα Διονυσια; Karatzas Giorgos; Καρατζας Γιωργος; Lazaridis Michalis; Λαζαριδης Μιχαλης
Η μελέτη των πιθανών επιπτώσεων της κλιματικής μεταβολής στους υδατικούς πόρους στοχεύει στην ανάπτυξη της απαραίτητης πληροφορίας για την προσαρμογή στις αλλαγές αυτές. Στόχος της προσαρμογής είναι η μείωση της ευπάθειας των φυσικών και ανθρωπίνων συστημάτων στις επιπτώσεις της αλλαγής του κλίματος. Το βασικό εργαλείο στην κλιματική έρευνα είναι τα κλιματικά μοντέλα, τα οποία μπορούν να προσμοιάσουν το παρελθών κλίμα, ενώ όταν τροφοδοτηθούν με τα κατάλληλα μελλοντικά σενάρια εκπομπών μπορούν να προβλέψουν το μελλοντικό κλίμα. Ωστόσο οι κλιματικές προσομοιώσεις δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως έχουν λόγω των συστηματικών σφαλμάτων που εμπεριέχουν. Έτσι, είναι αναγκαία η διαδικασία της διόρθωσης αυτών των σφαλμάτων μεροληψίας ώστε τα κλιματικά δεδομένα να γίνονται κατάλληλα σε μοντέλα επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής που είναι βαθμονομημένα με παρατηρημένα δεδομένα. Στην διατριβή που εκπονήθηκε, ιεραρχήθηκαν τα μεγαλύτερα και πιο σύγχρονα κλιματικά πειράματα που έχουν συσταθεί και διεξαχθεί στην περιοχή της Ευρώπης και της Βορείου Αμερικής, CMIP3 και CMIP5, NARCCAP, EURO CORDEX 44, EURO CORDEX 11 και North America CORDEX, με βάσει την ικανότητά τους να αναπαριστούν το παρελθόν καθεστώς κατακρήμνισης και θερμοκρασίας. Τα δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν για την εκτίμηση της επίδρασης της κλιματικής αλλαγής στην υδρολογία τεσσάρων λεκανών απορροής στις περιοχές αυτές. Αναπτύχθηκε μια νέα μέθοδος διόρθωσης των μεροληπτικών σφάλματων στα δεδομένα κατακρήμνισης, ώστε αυτά να καθίστανται χρήσιμα στη προβολή των επιπτώσεων της κλιματικής μεταβολής στην υδρολογία των περιοχών μελέτης. Η μεθοδολογία αξιολογήθηκε για την απόδοση της στα αποτελέσματα ενός GCM. Επίσης τα αποτελέσματα στης διόρθωσης σε τρία GCMs συγκρίθηκαν με αυτά μίας άλλης ευρέως χρησιμοποιούμενης μεθοδολογίας. Η μέθοδος που αναπτύχθηκε δίνει βελτιωμένα αποτελέσματα διόρθωσης σε σχέση με άλλες μεθόδους. Επίσης, η διόρθωση στα σφάλματα μεροληψίας στα δεδομένα κατακρήμνισης και θερμοκρασίας αύξησε στην ικανότητα της υδρολογικής προσομοίωσης, και μείωσε την αβεβαιότητα μεταξύ των αποτελεσμάτων που προέρχονται από διαφορετικές κλιματικές προσομοιώσεις. Η κλιματική πληροφορία χρησιμοποιήθηκε έπειτα για την εκτίμηση της επίδρασης της προβλεπόμενης κλιματικής αλλαγής σε τέσσερις λεκάνες απορροής, με και χωρίς διόρθωση του σφάλματος μεροληψίας στα δεδομένα της βροχόπτωσης και θερμοκρασίας. Η σύγκριση κατέδειξε ότι η διόρθωση του σφάλματος βελτίωσε την απόδοση των υδρολογικών προσομοιώσεων, κατά τα παρατηρούμενα δεδομένα παροχής, ενώ επίσης μείωσε και την διακύμανση μεταξύ των αποτελεσμάτων όπως αυτά προήλθαν από διαφορετικές κλιματικές προσομοιώσεις. Στην συνέχεια έγινε ανάλυση των τάσεων, με σκοπό να εξεταστεί ο βαθμός όπου κάθε διαδικασία διόρθωσης του σφάλματος μεροληψίας, θα μπορούσε να επηρεάσει την μακροχρόνια τάση της κατακρήμνισης και της θερμοκρασίας. Παρατηρήθηκε ότι η μέθοδος που αναπτύχθηκε για την διόρθωση του σφάλματος μεροληψίας στην κατακρήμνιση μπορεί να επηρεάσει σε περιορισμένο βαθμό την τάση της μακροπρόθεσμης αλλαγής. Παρόμοια ήταν και τα αποτελέσματα για την μακροπρόθεσμη τάση στην θερμοκρασία. Παρόλα αυτά, η συνδυασμένη αλλαγή στις τάσεις των προαναφερθέντων μεταβλητών δύναται να προκαλέσει μεγαλύτερη αλλαγή στην τάση της παροχής. Επιπλέον, εξετάστηκε η αλλαγή στην εποχικότητα, για την καλύτερη απόδοση του κλίματος σε κάθε περιοχή μελέτης. Τέλος μελετήθηκε η αλλαγή των ακραίων φαινομένων βροχόπτωσης για την επιρροή τους σε ακραία φαινόμενα απορροής υπό το πρίσμα της κλιματικής αλλαγής.
Microextraction under vacuum conditions
(Technical University of Crete, 2014) Giantzi Evaggelia; Γιαντζη Ευαγγελια; Elia Psillakis; Ψυλλακη Ελευθερια; Kalogerakis Nikos; Καλογερακης Νικος; Chrysikopoulos Constantinos; Χρυσικοπουλος Κωνσταντινος; Kallithrakas Nikolaos; Καλλιθρακας Νικολαος; Diamantopoulos Evaggelos; Διαμαντοπουλος Ευαγγελος
Στην παρούσα διατριβή ερευνάται η δυνατότητα δειγματοληψίας ημι – πτητικών ενώσεων από τον υπερκείμενο χώρο σε υδατικά και στερεά δείγματα με χρήση της τεχνικής μικροεκχύλισης στερεής φάσης υπερκείμενου χώρου (HSSPME) κάτω από συνθήκες χαμηλής πίεσης. Αυτή η νέα μέθοδος ονομάστηκε μικροεκχύλιση στερεής φάσης υπερκείμενου χώρου υποβοηθούμενη από κενό (Vac – HSSPME). Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζονται οι τεχνικές προετοιμασίας δείγματος. Γίνεται αναλυτική παρουσίαση των τεχνικών στις οποίες η φάση δέκτης χρησιμοποιεί ελάχιστο ή καθόλου οργανικό διαλύτη. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις αρχές και τις παραμέτρους που επηρεάζουν τις δύο μεθόδους εφαρμογής της SPME (απευθείας και υπερκείμενου χώρου) Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται η δημοσιευμένη έρευνα με τίτλο: Μικροεκχύλιση στερεής φάσης υπερκείμενου χώρου υποβοηθούμενη από κενό: Βελτιωμένη εκχύλιση ημι – πτητικών ενώσεων με δειγματοληψία του υπερκείμενου χώρου σε συνθήκες μη ισορροπίας και χαμηλής πίεσης. Σε αυτή τη δημοσίευση προτείνεται η εφαρμογή μιας νέας τεχνικής μικροεκχύλισης στερεάς φάσης υπερκείμενου χώρου (HSSPME) η οποία πραγματοποιήθηκε κάτω από συνθήκες ελαττωμένης πίεσης, σύμφωνα με την οποία όγκοι δείγματος που χρησιμοποιούνται στην κλασσική HSSPME (9 mL) εισάγονται για πρώτη φορά σε αεροστεγή και εμπορικά διαθέσιμη φιάλη μεγάλου όγκου (1000 mL) η οποία είχε εκκενωθεί από την παρουσία αέρα πριν την εφαρμογή της HSSPME. Η προτεινόμενη μέθοδος εξασφαλίζει επαναλήψιμες συνθήκες για την HSSPME και αποκλείει την πιθανότητα απώλειας των υπο – μελέτη ενώσεων. Παρουσιάζεται για πρώτη φορά ένα θεωρητικό μοντέλο της εξάρτησης της HSSPME από την πίεση σε συνθήκες μη – ισορροπίας. Αν και κατά τη διάρκεια της HSSPME η χαμηλή πίεση δεν αναμένεται να αυξήσει την ποσότητα της ουσίας που εκχυλίζεται σε κατάσταση ισορροπίας, αυξάνει όμως τους ρυθμούς εκχύλισης σε σύγκριση με την HSSPME υπό ατμοσφαιρική πίεση εξαιτίας της αύξησης των ρυθμών εξάτμισης υπό την παρουσία εκκενωμένου υπερκείμενου χώρου. Η επίδραση αυτή είναι πιο έντονη για τις ημι – πτητικές ουσίες των οποίων οι ρυθμοί εξάτμισης ελέγχονται από την αντίσταση στη μεταφορά μάζας στο στενό αέριο φιλμ της υγρής/αέριας διεπιφάνειας. Εξετάζονται οι παράμετροι που επηρεάζουν την HSSPME κάτω από συνθήκες χαμηλής και ατμοσφαιρικής πίεσης και τα πειραματικά δεδομένα που συλλέγονται χρησιμοποιούνται για την επιβεβαίωση της θεωρίας/μοντέλου. Εξετάζεται επίσης και η χρήση του υπερβολικά μεγάλου υπερκείμενου όγκου. Η προτεινόμενη μέθοδος εφαρμόστηκε για την ανίχνευση χλωροφαινολών σε υδατικά δείγματα με γραμμικότητες καλύτερες από 0,9915 και όρια ανίχνευσης σε επίπεδα των ppt. Η επαναληψιμότητα κυμάνθηκε μεταξύ 3,1% και 8,6%. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται η δημοσιευμένη έρευνα με τίτλο: Επίδραση της σταθεράς του νόμου Henry και των λειτουργικών παραμέτρων στην μικροεκχύλιση στερεής φάσης υπερκείμενου χώρου υποβοηθούμενης από κενό. Σε αυτή τη δημοσίευση διερευνήθηκαν η επίδραση των ιδιοτήτων των οργανικών ενώσεων στόχων κ των παραμέτρων δειγματοληψίας (όγκος υπερκείμενης φάσης και ανάδευση δείγματος) στην αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθόδου Vac – HSSPME. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι σε θερμοκρασία δωματίου η HSSPME σε συνθήκες μη ισορροπίας βελτιώνεται δραματικά με την εφαρμογή κενού μέσα στην δειγματοληπτική φιάλη σε σύγκριση με συνθήκες κανονικής πίεσης. Προέκυψε ότι σε θερμοκρασία δωματίου η αύξηση των ρυθμών εκχύλισης που επάγεται από τη μείωση της ολικής πίεσης μέσα στη δειγματοληπτική φιάλη είναι σημαντική για τις ουσίες των οποίων η σταθερά του νόμου του Henry, KH, είναι κοντά ή κάτω από το κατώφλι των τιμών για ουσίες χαμηλού KH. Για αυτές τις ουσίες ο ρυθμός εξάτμισης εξαρτάται από την αντίσταση στη μεταφορά μάζας στο λεπτό αέριο στρώμα της διεπιφάνειας δείγματος/υπερκείμενου χώρου και μειώνοντας την ολική πίεση αυξάνουν οι ρυθμοί εξάτμισης και σαν αποτέλεσμα ταχύτερη συνολική διαδικασία εκχύλισης. Αντιστρόφως, για ουσίες με ενδιάμεση τιμή KH, η Vac – HSSPME δεν αναμένεται να βελτιώσει τους ρυθμούς εξάτμισης σε σχέση με την κλασσική HSSPME δεδομένου ότι η αντίσταση στη μεταφορά μάζας στο λεπτό υγρό στρώμα παραμένει σημαντική. Σε συμφωνία με τη θερμοδυναμική θεωρία, στην ισορροπία, η εκχυλιζόμενη ποσότητα της ουσίας από την SPME ίνα δεν επηρεάζεται από τις συνθήκες πίεσης μέσα στην δειγματοληπτική φιάλη. Επιπλέον, οι κινητικές εκχύλισης στην Vac – HSSPME για τις χαμηλού KH ουσίες επηρεάστηκαν οριακά από την εφαρμοζόμενη αλλαγή του όγκου της υπερκείμενης φάσης καθώς οι ρυθμοί εξάτμισης αυξάνουν δραματικά κάτω από συνθήκες ελαττωμένης πίεσης και το δείγμα ανταποκρίνεται ταχύτερα στην πτώση της συγκέντρωσης στον υπερκείμενο χώρο σε σύγκριση με την κλασσική HSSPME. Στην ισορροπία όμως, αύξηση στον όγκο του υπερκείμενου χώρου μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της ευαισθησίας για την Vac – HSSPME παρόμοια με την παρατηρούμενη κατά την κλασσική HSSPME. Όπως ήταν αναμενόμενο, η ανάδευση του υγρού δείγματος βελτίωσε την αποτελεσματικότητα της Vac – HSSPME. Η γραμμικότητα της μεθόδου ήταν καλύτερη από 0,998 και τα όρια ανίχνευσης σε επίπεδα των ppt. Η ακρίβεια της μεθόδου κυμάνθηκε μεταξύ 1,8% και 8,4%. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται η δημοσιευμένη έρευνα με τίτλο: Σμίκρυνση της μικροεκχύλισης στερεής φάσης υπερκείμενου χώρου υποβοηθούμενης από κενό. Σε αυτή την έρευνα, έγινε δυνατή η σμίκρυνση της δειγματοληπτικής φιάλης σε ειδικά διαμορφωμένο φιαλίδιο των 22 mL και παρατηρήθηκε ότι οι αλλαγές στην τελική πίεση της εκκενωμένης από αέρα φιάλης πριν την εισαγωγή του δείγματος ήταν αρκετά χαμηλές και επέτρεψαν την ικανοποιητική απόδοση της Vac-HSSPME. Η διαμορφωμένη φιάλη των 22 mL χρησιμοποιήθηκε για την εκχύλιση πέντε αρωματικών υδρογονανθράκων. Μελετήθηκαν και βελτιστοποιήθηκαν μερικές πειραματικές παράμετροι. Για τις ουσίες των οποίων η αντίσταση στη μεταφορά στη μάζα στο λεπτό αέριο φιλμ της διεπιφάνειας αερίου/δείγματος ελέγχει τους ρυθμούς εξάτμισης, η μείωση της συνολικής πίεσης κατά τη διάρκεια της HSSPME μπορεί να βελτιώσει δραματικά τις κινητικές εκχύλισης μέσα στη διαμορφωμένη φιάλη των 22 mL. Η υγρασία αποδείχτηκε ότι επηρέασε την ποσότητα του ναφθαλενίου (ουσία ενδιάμεσης τιμής KH) που εκχυλίστηκε από την πολυμερή ίνα στην θερμοδυναμική ισορροπία καθώς επηρέασε αρνητικά την εκχύλιση όλων των αναλυόμενων ουσιών σε υψηλές εφαρμοζόμενες θερμοκρασίες δειγματοληψίας. Τα σημαντικά πλεονεκτήματα της διαμορφωμένης φιάλης είναι η αποτελεσματική ικανότητα εκχύλισης και καλή ευαισθησία που επιτεύχθηκαν σε συνθήκες θερμοκρασίας δωματίου και σε σύντομους χρόνους δειγματοληψίας. Για την φιάλη των 22 mL, η προτεινόμενη μέθοδος ήταν γραμμική, τα όρια ανίχνευσης σε επίπεδα των ng L-1 και σχετικές τυπικές αποκλίσεις που κυμάνθηκαν μεταξύ 1,3% και 5,8%. Οι υδατικές μήτρες δεν επηρέασαν την εκχύλιση με την Vac – HSSPME. Το Κεφάλαιο 5 διερευνά την δυνατότητα χρήσης της Vac-HSSPME για την εκχύλιση πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανράκων από δείγματα χώματος. Διάφορες παράμετροι ελέγχθηκαν και βελτιστοποιήθηκαν. Οι βέλτιστες συνθήκες ήταν: δειγματοληψία του υπερκείμενου χώρου 2 g επιμολυσμένου χώματος και 2 mL απιονισμένου ύδατος για 30 min ενώ το μίγμα αναδευόταν στις 1400 rpm. Η Vac – HSSPME ήταν γραμμική σε εύρος συγκεντρώσεων 1 έως 400 ng g-1 (r2>0,9478) και επαναλήψιμη (4.3 έως 10%, εκφρασμένη σε τιμές σχετικής τυπικής απόκλισης – RSD). Τα όρια ανίχνευσης κυμάνθηκαν σε επίπεδα των ng g-1 (0,003 – 0,233 ng g-1). Για μία ακόμη φορά, η μέθοδος Vac-HSSPME αποδείχτηκε ιδιαίτερα ευαίσθητη και μεγάλης ακρίβειας κάτω από σύντομους χρόνους και υπό ήπιες θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια της δειγματοληψίας. Στο Κεφάλαιο 6 ανακεφαλαιώνονται τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας και παρουσιάζονται τα συμπεράσματα. Αξιολογούνται οι παράμετροι οι οποίες επηρεάζουν τη διαδικασία καθώς και η συνολική απόδοση της Vac-HSSPME. Στη συνέχεια, προτείνονται μελλοντικές κατευθύνσεις για την απλούστευση της προτεινόμενης μεθοδολογίας και την εφαρμογή της σε ευρύτερο πεδίο εφαρμογών.
Ένα ολοκληρωμένο σύστημα εκτίμησης της επικινδυνότητας και των επιπτώσεων πλημμυρικών φαινομένων
(Technical University of Crete, 2014) Vozinaki Anthi-Eirini; Βοζινακη Ανθη-Ειρηνη; Karatzas Giorgos; Καρατζας Γιωργος; Paranychianakis Nikolaos; Παρανυχιανακης Νικολαος; Tsanis Giannis; Τσανης Γιαννης; Tsouchlaraki Androniki; Τσουχλαρακη Ανδρονικη; Nikolaidis Nikolaos; Νικολαιδης Νικολαος
Βιοαντιδραστήρες μεμβρανών για την επεξεργασία βιομηχανικών λυμάτων
(Technical University of Crete, 2014) Babatsouli Panagiota; Μπαμπατσουλη Παναγιωτα; Kalogerakis Nikos; Καλογερακης Νικος; Diamantopoulos Evaggelos; Διαμαντοπουλος Ευαγγελος; Venieri Danai; Βενιερη Δαναη; Paranychianakis Nikolaos; Παρανυχιανακης Νικολαος; Gikas Petros; Γκικας Πετρος
Στο α μέρος της παρούσας διατριβής μελετάται μια πιλοτική μονάδα βιολογικού καθαρισμού με βιοαντιδραστήρα μεμβρανών, η οποία επεξεργάζεται τα βιομηχανικά απόβλητα που εισέρχονται στις εγκαταστάσεις του βιολογικού της ΒΙ.ΠΕ Ηρακλείου Κρήτης, χωρίς καμμία προεπεξεργασία, πέραν από αυτή της εσχάρωσης. Το συγκεκριμένο απόβλητο χαρακτηρίζεται κυρίως από το πολύ υψηλό οργανικό φορτίo που περιέχει και τις υψηλές διακυμάνσεις στη σύστασή του. Οι αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια της διατριβής στο συγκεκριμένο σύστημα αφορούσαν α) την εξέταση της επίδρασης του χρόνου παραμονής της λάσπης στην ποιότητα της εκροής β) τον προσδιορισμό των διαλυτών και δεσμευμένων εξωκυτταρικών πολυμερών που παράγονται στο σύστημα με στόχο την διερεύνηση της επίδρασης του χρόνου παραμονής της λάσπης στην έμφραξη των μεμβρανών και γ) την εξέταση της επίδρασης του υδραυλικού χρόνου παραμονής τόσο στην ποιότητα εξόδου της εκροής, όσο και στη συσσώρευση των εξωκυτταρικών πολυμερών ενώσεων και των διαλυτών μικροβιακών προϊόντων, σε σταθερό χρόνο παραμονής της λάσπης. Επιπλέον στα πλαίσια αυτής της διατριβής και στα ευρύτερα πλαίσια του όρου ‘βιοαντιδραστήρες μεμβρανών’ στο β μέρος εξετάστηκε ένας αντιδραστήρας προσκολλημένης βιομάζας χρησιμοποιώντας ως μέσο ανάπτυξης των μικροοργανισμών ένα πατενταρισμένο ύφασμα με στόχο τη μελέτη της επεξεργασίας ενός συνθετικού αποβλήτου που προσομοιώνει το ‘βιομηχανικό’ απόβλητο που προέρχεται από την έξοδο θαλασσινών υδατοκαλλιεργειών. Με την πάροδο του χρόνου αναπτύχθηκαν βακτήρια πάνω στο ύφασμα του αντιδραστήρα και κατόπιν πραγματοποιήθηκε ο εμβολιασμός του συστήματος με συγκεκριμένο γένος μικροαλγών για την αποτελεσματικότερη λειτουργία του. Οι αναλύσεις οι οποίες πραγματοποιήθηκαν στο συγκεκριμένο σύστημα είχαν ως στόχο: α) τον προσδιορισμό του βέλτιστου χρόνου λειτουργίας της αντλίας του αντιδραστήρα β) την περιγραφή της μικροβιακής κοινότητας που αποτελούσε το βιοφίλμ που αναπτύχθηκε στο ύφασμα του αντιδραστήρα και που προσδιορίστηκε συγκεκριμένα με τη μέθοδο του Pyrosequencing. γ) τον προσδιορισμό του αριθμού των συνολικών κυττάρων των μικροαλγών και των βακτηρίων ανά τετραγωνικό εκατοστό βιοφίλμ που εκτιμήθηκε με βάση τον αλγόριθμο του πιο πιθανού αριθμού (Most Probable Number - MPN) δ) την αποδοτικότητα του συστήματος (όσον αφορά τις απομακρύνσεις οργανικού υλικού, αζώτου και φωσφόρου) σε διάφορες αναλογίες άνθρακα προς άζωτο του τροφοδοτούμενου αποβλήτου ε) την εξέταση της σταθερότητας της βακτηριακής κοινότητας μέσω της τεχνικής της ηλεκροφόρησης σε πολυακρυλαμίδη σε διαβάθμιση αποδιατακτικών μέσων (DGGE) στ) τη σύνδεση συγκεκριμένων ομάδων μικροοργανισμών με την επεξεργασία του αποβλήτου. Η ποσοτικοποίηση του αριθμού γονιδίων πραγματοποιήθηκε με την τεχνική της Real-Time PCR. Συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκε ο πολλαπλασιασμός των οξειδωτών αμμωνίας για τα αρχαία (AOA- ammonia oxidizing archaeal) και τα βακτήρια (AOB- ammonia Oxidizing Bacteria) (γονίδιο amoΑ), καθώς και ο πολλαπλασιασμός των γονιδίων απονιτροποίησης nirK, nirS, and nosZ.
Δυναμική των ατμοσφαιρικών αερολυμάτων και μελέτη του δυναμικού πυρηνοποίησής τους στην Ανατολική Μεσόγειο
(Πολυτεχνείο Κρήτης, 2015) Kopanakis Ilias; Κοπανακης Ηλιας; Lazaridis Michalis; Λαζαριδης Μιχαλης; Diamantopoulos Evaggelos; Διαμαντοπουλος Ευαγγελος; Kalogerakis Nikos; Καλογερακης Νικος; Kolokotsa Dionysia; Κολοκοτσα Διονυσια
Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η δυναμική των αιωρούμενων σωματιδίων και το δυναμικό πυρηνοποίησης των αερολυμάτων στην ανατολική Μεσόγειο. Ο κύριος όγκος μετρήσεων πραγματοποιήθηκαν στον Ερευνητικό Σταθμό του Πολυτεχνείου Κρήτης, ενώ ένα μικρό μέρος αυτών διεξήχθησαν σε θέση εντός του αστικού ιστού της πόλεως των Χανίων. Ο σταθμός του Ακρωτηρίου είναι ένας αγροτικός / αστικός σταθμός υποβάθρου (rural / background urban), ενώ παράλληλα διατηρεί και τα βασικά χαρακτηριστικά ενός παραθαλάσσιου σταθμού μέτρησης, όπως φάνηκε και από τα αποτελέσματα (marine). Υπολογίστηκε ότι η μέση συγκέντρωση για τα έτη 2003-2010 και 2013 ήταν για μεν τα PM10 ίση με 38,3 ± 11,2 μg/m3, για δε τα PM2,5 ίση με 24,7 ± 6,6 μg/m3. Οι υψηλότερες τιμές για τα σωματίδια PM10 καταγράφηκαν τους καλοκαιρινούς μήνες Ιούλιο και Αύγουστο, με τους μήνες Φεβρουάριο, Απρίλιο και Μάιο να ακολουθούν. Οι εξάρσεις της συγκέντρωσης τους ανοιξιάτικους μήνες, καθώς και η εμφάνιση υψηλών τιμών τυπικής απόκλισης τους μήνες αυτούς, συσχετίζονται με την εμφάνιση μεταφοράς σκόνης από την βόρεια Αφρική. Κατά ανάλογο τρόπο, το κλάσμα PM2,5 των σωματιδίων εμφανίζει υψηλότερες συγκεντρώσεις τους μήνες Αύγουστο, Ιούλιο και Οκτώβριο, και χαμηλότερες τον Δεκέμβρη και τον Ιανουάριο. Σε στατιστική ανάλυση που έγινε για την προέλευση των ανέμων στην περιοχή βρέθηκε να επικρατούν οι βόρειας και δυτικής διεύθυνσης άνεμοι. Σχετικά με την ημερήσια διακύμανση των αιωρούμενων σωματιδίων στην περιοχή, αυτή ακολουθεί την κλασική και αναμενόμενη πορεία, αύξησης αυτών την ημέρα και πτώσης των συγκεντρώσεων κατά τη διάρκεια της νύκτας. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, δύο κορυφές κάνουν την εμφάνισή τους, η μία το μεσημέρι και η δεύτερη αργά το απόγευμα. Τα μέγιστα αυτά συνδέονται άμεσα με τις τοπικές πηγές εκπομπής σωματιδίων και τις αλλαγές στο ύψος του οριακού στρώματος στην περιοχή. Η κατανομή μάζας εμφανίζει δύο κύρια μέγιστα, ένα στις διαμέτρους των λεπτόκοκκων σωματιδίων σε διαμέτρους μικρότερες του 1 μm, και το δεύτερο σε αεροδυναμικές διαμέτρους που κυμαίνονται μεταξύ 3,3 και 9 μm. Το μεγαλύτερο μέρος της μάζας των PM10 αφορούσε σε ανόργανα χημικά είδη με τα ιόντα να καταλαμβάνουν ένα 50-80 % και τα ανιόντα να επικρατούν έναντι των κατιόντων. Έπονται με μικρότερα ποσοστά τα μέταλλα, ο οργανικός και ανόργανος άνθρακας και άλλα χημικά είδη που δεν ταυτοποιήθηκαν, όπως οργανικές ενώσεις, νερό κτλ. Πρόκειται για παρόμοιες τιμές, με εκείνες που έχουν μετρηθεί σε άλλες θέσεις της ελληνικής επικράτειας και κυρίως σε σταθμούς υποβάθρου, όπως είναι αυτός στην Φινοκαλιά Λασηθίου. Παρατηρήθηκε ότι, κατά προσέγγιση, οι τιμές συγκέντρωσης κυμαίνονται σε επίπεδα κάτω των 35 μg/m3 για το 60 % των μετρούμενων τιμών συγκέντρωσης, μεταξύ 35 και 50 μg/m3 για το 20 %, ενώ το υπόλοιπο 20 % παρουσιάζει τιμές μεγαλύτερες του ημερήσιου θεσμοθετημένου ορίου των 50 μg/m3. Τους μήνες, από τον Οκτώβριο μέχρι και τον Μάιο, σχεδόν το σύνολο των ημερήσιων υπερβάσεων PM10 οφείλονται σε αερομεταφερόμενη αφρικανική σκόνη, πράγμα που δείχνει την μεγάλη συνεισφορά των ερήμων της Αφρικής στο σωματιδιακό ατμοσφαιρικό ισοζύγιο της περιοχής της ανατολικής Μεσογείου. Αντίθετα στις περιπτώσεις των μηνών της περιόδου Ιούνιου – Σεπτεμβρίου δε συμβαίνει κάτι ανάλογο και οι υπερβάσεις βρέθηκε ότι οφείλονται είτε σε τοπικές πηγές εκπομπής είτε σε μεταφορά σωματιδιακών ρυπαντών από αστικά κέντρα της χώρας ή άλλες χώρες της ανατολικής Ευρώπης, την Τουρκία και τη Ρωσία, μέσω των αερίων μαζών που έρχονται με τα μελτέμια της καλοκαιρινής περιόδου. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι σχετικά με τα επεισόδια της αερομεταφερόμενης αφρικανικής σκόνης στην περιοχή μελέτης κυριαρχούν σε συμμετοχή οι αέριες μάζες οι προερχόμενες από την Λιβύη, ενώ ακολουθούν σε συχνότητα εμφάνισης η Αλγερία και η Τυνησία, χώρες που βρίσκονται δυτικά της Λιβύης. Η Αίγυπτος, το Μαρόκο, η Μαυριτανία, το Μάλι, το Τσαντ, το Σουδάν και η Νιγηρία με λίγες εμφανίσεις έκαστο, καταγράφονται σποραδικά σε κινήσεις αερίων μαζών που καταλήγουν στην ανατολική Μεσόγειο. Από τα προηγούμενα συνάγεται το συμπέρασμα ότι η κύρια ευρύτερη περιοχή προέλευσης των αερίων μαζών που φθάνουν στην ανατολική Μεσόγειο είναι η βορειοδυτική Αφρική (δυτική και κεντρική Σαχάρα και βορειοδυτική έρημος Σάχελ). Διαπιστώθηκε ότι ο ιλλίτης αποτελεί το ορυκτό με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση στα συλλεχθέντα δείγματα, ενώ αξιοσημείωτα ποσοστά εμφάνισαν και τα ορυκτά χαλαζίας, καλσίτης, καολινίτης, δολομίτης, παλυγορσκίτης, αλμπίτης, οι χλωρίτες και στα ξηρά δείγματα ο γύψος. Συμπερασματικά διαπιστώθηκε ότι, οι κύριες πηγές για την μάζα των αιωρούμενων σωματιδίων στην περιοχή της ανατολικής Μεσογείου είναι οι φυσικές πηγές, όπως η Μεσόγειος θάλασσα, ο δευτερογενής σχηματισμός αυτών στην ατμόσφαιρα μέσω πρόδρομων ενώσεων, η μεταφορά ορυκτογενούς σκόνης από την βόρεια Αφρική καθώς και αστικών και βιομηχανικών αερολυμάτων από περιοχές της κεντρικής και βόρειας Ευρώπης, ενώ και οι τοπικές πηγές εκπομπής συνεισφέρουν σε κάποιον βαθμό στα μετρούμενα επίπεδα ατμοσφαιρικών αερολυμάτων, ως αποτέλεσμα της μέσης αστικοποίησης που καταγράφεται στις χώρες που κείνται στην ευρύτερη περιοχή της ανατολικής Μεσογείου. Η μέτρηση του πλήθους των αιωρούμενων σωματιδίων πραγματοποιήθηκε με το όργανο SMPS (Grimm). Η μέση τιμή για το σύνολο της περιόδου 2009-2014 όπου έλαβαν χώρα οι μετρήσεις για συνολικά 550 ημέρες, ήταν 4922 ± 3645 σωμ. / cm3, διάμεσος τιμή 4066 σωμ. / cm3, ενώ η ελάχιστη και μέγιστη τιμή πλήθους σωματιδίων που καταγράφηκαν ήταν 134 και 99561 σωμ. / cm3, αντίστοιχα. Επίσης βρέθηκε ότι οι πυρήνες για την πρώτη περίοδο 2009-2012 καταλάμβαναν ένα ποσοστό 16,9 %, τα σωματίδια Αitken 47,7 % και τα σωματίδια συσσώρευσης 35,4 %. Ανάλογα, για την περίοδο 2013-2014 τα ποσοστά αυτά διαμορφώθηκαν στο 22,3, 59,2 και 18,6 %, αντιστοίχως. Η πλειοψηφία των καταγεγραμμένων περιπτώσεων, πάνω από το 50 %, εμφανίζει δικόρυφη κατανομή, σαν αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών διεργασιών στις οποίες συμμετέχουν τα υπέρλεπτα αιωρούμενα σωματίδια. Εξάλλου οι τιμές των συγκεντρώσεων κατά τη διάρκεια του χειμώνα παρουσίασαν και τις μεγαλύτερες διακυμάνσεις μέσα σε ένα 24-ωρο, σε σχέση με τις άλλες τρεις εποχές του έτους, αποτέλεσμα της χρήσης βιομάζας και πετρελαίου για τη θέρμανση, διεργασίες που παράγουν πλήθος σωματιδίων και του φυσικού καθαρισμού της ατμόσφαιρας την περίοδο αυτή (επεισόδια υγρής κατακρήμνισης), που τα απομακρύνουν από την ατμόσφαιρα. Η μελέτη της κατανομής των συγκεντρώσεων της επιφάνειας και του όγκου των αιωρούμενων σωματιδίων, για τις περιόδους των καθημερινών ημερών και των σαββατοκύριακων έδειξε ότι οι υψηλότερες συγκεντρώσεις παρατηρούνται τα σαββατοκύριακα των χειμερινών μηνών, ενώ την περίοδο των καθημερινών ημερών του χειμώνα, παρατηρείται επίσης η υψηλότερη συγκέντρωση σε σχέση με αυτές που καταγράφονται τις άλλες εποχές του έτους. Εξάλλου, την περίοδο του χειμώνα εμφανίζονται οι υψηλότερες συγκεντρώσεις τόσο για την επιφάνεια (143,5 ± 119,6 μm2/cm3), όσο και για τον όγκο των μετρούμενων σωματιδίων (3,31 ± 2,84 μm3/cm3), ενώ η μικρότερη τιμή επιφάνειας, εμφανίζεται την εποχή του φθινοπώρου, με μέση τιμή 76,6 ± 40,8 μm2/cm3. Συνολικά στην περιοχή του Ακρωτηρίου στο χρονικό διάστημα των 550 ημερών που έλαβαν χώρα μετρήσεις με την διάταξη CPC-DMA, καταγράφηκαν 64 σημαντικά φαινόμενα πυρηνοποίησης. Κατά μέσο όρο βρέθηκε ότι ανά 8 ημέρες εμφανίζεται 1 φαινόμενο πυρηνοποίησης στην περιοχή. Η μέση διάρκεια αυτών των φαινομένων ήταν 10 ώρες, με το μικρότερο από αυτά να διαρκεί 1,5 ώρα και το μεγαλύτερο να έχει διάρκεια 30 ώρες. Η εμφάνιση νυκτερινών και ημερησίων φαινομένων παρουσιάζουν την ίδια πιθανότητα. Ο ρυθμός μεγέθυνσης GR κυμάνθηκε από 1,58 έως 126,84 nm h-1 με μέση τιμή 12,6 nm h-1, ενώ ο ρυθμός σχηματισμού J από 0,05 έως 10,19 cm-3 s-1 με μέση τιμή 1,4 cm-3 s-1. Τέλος, φάνηκε ότι ούτε ημερήσια, ούτε εποχιακή προτίμηση δείχνει η εμφάνιση του φαινομένου της πυρηνοποίησης στην περιοχή, καθώς τα σταθμισμένα ποσοστά εμφάνισης έδειξαν ομοιόμορφη κατανομή στον χρόνο. Διαπιστώθηκε ότι οι κύριες πηγές του πλήθους των αιωρούμενων σωματιδίων στην περιοχή της ανατολικής Μεσογείου είναι οι τοπικές πηγές εκπομπής αερολυμάτων, η μεταφορά τους από την βόρεια Αφρική και τα γεγονότα σχηματισμού μέσω πυρηνοποίησης, φαινόμενο που εν τέλει καθορίζει την δυναμική της αριθμητικής συγκέντρωσης των αιωρούμενων σωματιδίων στην ανατολική Μεσόγειο.
Βιογεωγραφία βακτηρίων και αφθονία λειτουργικών γονιδίων στη Λεκάνη Απορροής του Ποταμού Κοιλιάρη
(Πολυτεχνείο Κρήτης, 2015) Tsiknia Myrto; Τσικνια Μυρτω; Paranychianakis Nikolaos; Παρανυχιανακης Νικολαος; Kalogerakis Nikos; Καλογερακης Νικος; Diamantopoulos Evaggelos; Διαμαντοπουλος Ευαγγελος; Venieri Danai; Βενιερη Δαναη; Varouchakis Emmanouil; Βαρουχακης Εμμανουηλ; Nikolaidis Nikolaos; Νικολαιδης Νικολαος
Οι μικροοργανισμοί του εδάφους κατέχουν κυρίαρχο ρόλο στους βιογεωχημικούς κύκλους των θρεπτικών στοιχείων και κατά συνέπεια στη λειτουργία και παραγωγικότητα των φυσικών αλλά και ανθρωπογενών οικοσυστημάτων. Είναι κρίσιμη λοιπόν η κατανόηση των παραμέτρων, βιοτικών και αβιοτικών, που επηρεάζουν τα μοτίβα της χωρικής κατανομής των μικροβιακών κοινοτήτων ώστε να είναι εφικτή η πρόβλεψη της απόκρισης τους στην κλιματική αλλαγή αλλά και σε ανθρωπογενείς επεμβάσεις, καθώς επίσης για την ανάπτυξη κατάλληλων “εργαλείων” πρόβλεψης των διεργασιών που εμπλέκονται οι μικροοργανισμοί του εδάφους. Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη, σε μεγάλη κλίμακα (λεκάνη απορροής), των διακυμάνσεων της κατανομής της μικροβιακής κοινότητας του εδάφους. Για τον στόχο αυτό, η μικροβιακή κοινότητα, μελετήθηκε με την χρήση φυλογενετικών δεικτών και λειτουργικών γονιδίων καθώς επίσης και προσδιορίστηκαν βιογεωχημικές διεργασίες (ρυθμός νιτροποίησης και ανοργανοποίησης C, ενεργότητα ενζύμων) και οι παράγοντες που επιδρούν σε αυτήν (περιβάλλον, κλίμα, χρήσεις γης, ιδιότητες και βάθος εδάφους, χρόνος). Τα αποτελέσματα της διατριβής ερμηνεύτηκαν συνδυάζοντας τα αποτελέσματα των μοριακών αναλύσεων (qPCR, 16S rRNA αλληλούχιση) με μετρήσεις φυσικοχημικών και βιοχημικών παραμέτρων, χρησιμοποιώντας προηγμένες μεθόδους στατιστικής και γεωστατιστικής ανάλυσης. Αρχικά, ο ολικός οργανικός C (TOC) και το pH αναγνωρίστηκαν ως οι σημαντικότερες περιβαλλοντικές παράμετροι που συσχετίζονται με την κατανομή της αφθονίας των μικροβιακών τάξων, καθώς επίσης και παρέχονται ενδείξεις ύπαρξης οικολογικής συνοχής και συντροφικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μικροβιακών τάξων, σε επίπεδο λεκάνης απορροής. Η συγκρότηση της μικροβιακής κοινότητας βρέθηκε να διέπεται κυρίως από στοχαστικές διαδικασίες και ειδικότερα από ένα συνδυασμό τυχαίων μεταναστεύσεων, γεννήσεων και θανάτων και διασποράς. Στην συνέχεια, η εφαρμογή μηχανικών μεθόδων μάθησης έδειξε πως οι χρήσεις γης και το βάθος του εδάφους μπορεί να κατηγοριοποιηθεί με βάση τη δομή της μικροβιακής κοινότητας σε υψηλό ταξινομικό επίπεδο. Η ανάλυση των δικτύων για τις χρήσεις γης και τα εδαφικά βάθη, ανέδειξαν στοιχεία σχετικά με τις σχέσεις αλληλεπίδρασης των μικροοργανισμών αλλά και τον πιθανό ρόλο τους στους βιογεωχημικούς κύκλους του C και N για την περιοχή μελέτης μας. Πιο συγκεκριμένα, για τον κύκλο του Ν, μελετήθηκαν οι διάφορες διεργασίες του στην περιοχή του ποταμού Κοιλιάρη και οι περιβαλλοντικές παράμετροι που τις επηρεάζουν, μέσω της ποσοτικοποίησης των λειτουργικών γονιδίων που εμπλέκονται σε αυτές. Υπολογίστηκε η αφθονία των αζωτοδεσμευτικών βακτηρίων, των οξειδωτών της αμμωνίας και των απονιτροποιητών, συμπεριλαμβανομένου και του πρόσφατα αναγνωρισμένου clade II του γονιδίου nosZ. Οι περιβαλλοντικές παράμετροι που προσδιορίστηκαν, με σημαντικότερη το pH, εξήγησαν μέχρι και το 80% της διακύμανσης της αφθονίας των λειτουργικών ομάδων και οι χρήσεις γης βρέθηκε να καθορίζουν την ισχύ και το είδος των σχέσεων που παρατηρήθηκαν μεταξύ των λειτουργικών ομάδων.
Development and application of smart algorithms for control and management in buildings, towards zero energy buildings
(Technical University of Crete, 2015) Sotirios Papantoniou; Παπαντωνιου Σωτηριος; Kolokotsa Dionysia; Κολοκοτσα Διονυσια; Kalaitzakis Kostas; Καλαϊτζακης Κωστας; Tsoutsos Theocharis; Τσουτσος Θεοχαρης; Karatzas Giorgos; Καρατζας Γιωργος; Koutroulis Eftychios; Κουτρουλης Ευτυχιος; Lazaridis Michalis; Λαζαριδης Μιχαλης
The scope of the present doctoral thesis is to develop and integrate building optimization and control algorithms which: (1) safeguard the comfort of occupants, (2) reduce the energy consumption of the HVAC equipment, (3) embody and manage the energy production from RES, (4) can be integrated in existing and new BEMS and (5) facilitate the transformation of any building towards a zero energy building. The main characteristics of the developed BOC algorithms are to: • Integrate predictive models for outdoor and indoor conditions to facilitate calculation of the performance of the HVAC systems. • Incorporate optimization algorithms which predict the optimum operation of the HVAC systems in the near future. • Apply close loop control which minimizes the difference between the set-points and the actual values. • Combine the calculations from the optimization with human interference, when required, in order to guarantee that potential failure of a subsystem is not affecting the whole BOC structure. The different sub-systems which compose the BOC algorithms are:  A closed loop control algorithm for safeguarding the comfort conditions and reduce the energy consumption from waste energy.  A predictive algorithm for outdoor conditions which affect the buildings’ fabric and the operation of the HVAC systems  A predictive algorithm for indoor conditions which estimate the indoor conditions under the predicted outdoor conditions and the use of the HVAC system  An optimization algorithm which sets the set-point of the AHU for the near future in order to exploit the thermal mass of the buildings’ fabric.  An override sequence which bypasses all the system and allows authorized/trained personnel to send commands directly to the HVAC and artificial lights. Thermal and lighting models of hospital facilities are developed and validated with collected measurements. The thermal models are used to preliminary estimate energy requirements of buildings and the comfort of occupants. Furthermore, the thermal modes are used for the fine-tuning of the control algorithms and the estimation of their energy efficiency potential. The thermal models incorporate the geometry of the buildings, the construction characteristics and the internal gains. The thermal models are connected with the BOC algorithms development software. The thermal models point the direction the developed algorithms should follow to transform the energy consuming buildings to zero energy ones. Advanced control algorithms for AHU and artificial lights are designed and fine-tuned to safeguard the comfort level and reduce the energy losses from wasted energy. The control algorithms use the knowledge from the users in the form of rules and their parameters are easily fine-tuned, if required. The reduction of the energy losses contribute to the target of zero energy buildings. Innovative identification algorithms are developed in order to estimate in advance the conditions of the facilities in order to adjust the usage of the HVAC equipment. The identification algorithms predict indoor and outdoor conditions. The a priori knowledge assists the definition of plans which can reduce the energy consumption of the next hours of operation, reducing the power demand for specific hours of the day. Furthermore, optimization algorithms using genetic techniques are used to select the most “profitable” operation of the HVAC system in the next hours. The solution selected from the optimization algorithm minimizes the operational cost of the HVAC system over the next hours while the comfort level can be maintained. The optimization algorithms can integrate additional energy efficiency technologies such as RES and swift the loads when RES provide power. The BOC algorithms are integrated in specific facilities of the two Hospitals (Hospital of Chania and Hospital of Ancona, Italy) and the energy efficiency are calculated at 57% and 55% for the Air handling Units and the artificial lights respectively for the hospital of Chania and 75 % for the artificial lights in the hospital of Ancona. The present thesis provides a completed innovative optimization and control system which can be applied to existing BEMS or new ones in order to maximize the energy efficiency of the systems. The optimization and control system has achieved significant energy efficiency in both pilot hospitals, without compromising the comfort (visual or thermal) of patients. Another significant advantage the new control algorithms is the ability to be accessed and monitored from distance by means of a Web-EMCS internet platform.
Εξυγίανση ρυπασμένου υπόγειου υδροφορέα από οργανικούς και ανόργανους ρύπους με εφαρμογή της τεχνολογίας των διαπερατών αντιδρώντων φραγμάτων
(Technical University of Crete, 2015) Simantiraki Foteini; Σημαντηρακη Φωτεινη; Gidarakos Evaggelos; Γιδαρακος Ευαγγελος; Karatzas Giorgos; Καρατζας Γιωργος; Venieri Danai; Βενιερη Δαναη; Diamantopoulos Evaggelos; Διαμαντοπουλος Ευαγγελος; Komnitsas Konstantinos; Κομνιτσας Κωνσταντινος; Xekoukoulotakis Nikos; Ξεκουκουλωτακης Νικος
Η διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στο ζήτημα της απομάκρυνσης επίμονων, τοξικών και συχνά εμφανιζόμενων ρύπων από υπόγειους υδροφορείς με την χρήση κατάλληλων πληρωτικών οργανικών και ανόργανων υλικών. Οι ρύποι που μελετήθηκαν, επιλέχθηκαν με κριτήριο την συχνότητα εμφάνισής τους στο υπέδαφος και τα υπόγεια ύδατα αλλά και την τοξικότητα και επικινδυνότητά τους για το περιβάλλον και τον άνθρωπο. Στην παρούσα διατριβή, επιλέχθηκαν και μελετήθηκαν ως πληρωτικά υλικά δυο είδη ιλύος (αναερόβια χωνευμένη και μη χωνευμένη ιλύς), δύο είδη κόμποστ (μη ώριμο και ώριμο) και ένα ανόργανο υλικό, ο ελληνικός φυσικός ζεόλιθος. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε πλήρης χαρακτηρισμός των συγκεκριμένων υλικών με στόχο τον ακριβή προσδιορισμό των παραμέτρων που έχουν άμεση επίδραση στον βαθμό ρόφησης οργανικών και ανόργανων ρύπων. Ακολούθησαν, πειράματα διαλείποντος έργου υπό κατάλληλες σταθερές συνθήκες και για τα πέντε υλικά. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση καθοριστικών παραμέτρων (ποσότητα υλικού και χρόνος επαφής) στον βαθμό απομάκρυνσης των μετάλλων (καδμίου και ψευδαργύρου) και των πτητικών υδρογονανθράκων (βενζόλιο, τολουόλιο, αιθυλοβενζόλιο, m, p, o ξυλόλια-BTEX) από τα υδατικά διαλύματα. Με βάση τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων έγινε επιλογή του καλύτερου οργανικού υλικού τόσο από άποψη ποιότητας και καταλληλότητας διάθεσης στο έδαφος όσο και από άποψη απόδοσης στην δέσμευση των ρύπων. Το ώριμο κόμποστ και ο ζεόλιθος διερευνήθηκαν περεταίρω. Συγκεριμένα, μελετήθηκε η επίδραση της αρχικής συγκέντρωσης των ρύπων και του pH αλλά και η πιθανή ύπαρξη ανταγωνιστικών φαινομένων παρουσία μετάλλων και BTEX. Τα πειραματικά αποτελέσματα των κινητικών και ισόθερμων πειραμάτων εφαρμόστηκαν σε ευρέως χρησιμοποιούμενα μαθηματικά μοντέλα με σκοπό να διερευνηθεί η δυνατότητα αξιόπιστης χρήσης τους. Στην συνέχεια, η έρευνα επεκτάθηκε, για τον ζεόλιθο και το ώριμο κόμποστ, σε πειράματα συνεχούς ροής. Τα εν λόγω πειράματα έλαβαν χώρα σε κυλινδρικές στήλες κατακόρυφης ροής. Αυτή η σειρά πειραμάτων, προσεγγίζει περισσότερο τις πραγματικά επικρατούσες συνθήκες στο υπέδαφος και ολοκληρώθηκε με την διερεύνηση της χρήσης μαθηματικών μοντέλων συνεχούς ροής για την προσομοίωση των πειραματικών αποτελεσμάτων και την εξεύρεση του πιο αξιόπιστου μοντέλου.Τέλος, η διατριβή περιλαμβάνει πειράματα συνεχούς ροής σε επίπεδο μεγαλύτερης κλίμακας με αξιοποίηση της φυσικής ροής. Συγκεκριμένα, κατασκευάστηκε πειραματική διάταξη με διαδοχή στρωμάτων που αντιστοιχεί σε εκείνη που συναντάται στο υπέδαφος και στην τεχνολογία των αντιδρώντων φραγμάτων. Η διατριβή ολοκληρώθηκε με τον προσδιορισμό της απόδοσης της πιλοτικής δεξαμενής στην εξυγίανση υπογείων υδάτων υπό διαφορετικές συνθήκες και με την προσομοίωση της ροής στην δεξαμενή μέσω της χρήσης λογισμικού (Princenton Transport Code-PTC).
Predicting spatial and temporal changes in groundwater levels using artificial Neural networks and geostatistical methods
(Technical University of Crete, 2015) Tapoglou Evdokia; Ταπογλου Ευδοκια; Karatzas Giorgos; Καρατζας Γιωργος; Nikolaidis Nikolaos; Νικολαιδης Νικολαος; Nikolos Ioannis; Νικολος Ιωαννης; Chrysikopoulos Constantinos; Χρυσικοπουλος Κωνσταντινος; Tsanis Giannis; Τσανης Γιαννης; Christopoulos Dionysios; Χριστοπουλος Διονυσιος
Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η δημιουργία ενός προγράμματος χωρικής και χρονικής προσομοίωσης του υδραυλικού ύψους ενός υδροφορέα, με χρήση μεθόδων υπολογιστικής νοημοσύνης και γεωστατιστικών μεθόδων. Τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα είναι η μέθοδος που επιλέχθηκε για τη χρονική προσομοίωση, καθώς έχει αποδειχθεί ήδη στην βιβλιογραφία ότι η χρήση της φέρει καλά αποτελέσματα χωρίς την απαίτηση πολύπλοκων και δυσεύρετων δεδομένων εισόδου. Η μεθοδολογία του Kriging ακολουθήθηκε για τη χωρική προσομοίωση και παρεμβολή των αποτελεσμάτων των τεχνητών νευρωνικών δικτύων στο χώρο. Για το συνδυασμό των δύο αυτών μεθοδολογιών χρησιμοποιήθηκε ένα σύστημα ασαφούς λογικής.Το πρώτο βήμα που ακολουθείται στην προτεινόμενη προσέγγιση είναι η συλλογή όλων των διαθέσιμων δεδομένων. Στην παρούσα διατριβή συλλέχθηκαν δεδομένα και έγινε προσομοίωση του υδραυλικού ύψους για δύο περιοχές μελέτης μια στην Βαυαρία της Γερμανίας και μια στο Μαϊάμι της πολιτείας Φλόριντα των ΗΠΑ. Οι δύο αυτές περιοχές έχουν πολύ διαφορετικά χαρακτηριστικά μεταξύ τους και για αυτό το λόγο η επιτυχής προσομοίωση του υδραυλικού ύψους σε αυτές μπορεί να επιβεβαιώσει την αξιοπιστία του μοντέλου. Ακολουθεί η προσομοίωση με χρήση τεχνητών νευρωνικών δικτύων και ταυτόχρονα δοκιμάστηκε και η χρήση συστήματος ασαφούς λογικής για την επιλογή των κατάλληλων γειτόνων που στην συνέχεια χρησιμοποιούνται από τον αλγόριθμο του kriging. Τέλος, εφαρμόζεται η μεθοδολογία της παρεμβολής με kriging, με χρήση τριών διαφορετικών βαριογραμμάτων σε κάθε περίπτωση. Τα αποτελέσματα αξιολογούνται μέσω μιας σειράς δεικτών σφάλματος σε δεδομένα διασταυρωμένης επικύρωσης και προσδιορίζεται το πιο κατάλληλο θεωρητικό μοντέλο βαριογράμματος για κάθε περιοχή μελέτης ξεχωριστά. Για την πρώτη περιοχή μελέτης στη Βαυαρία, καταλληλότερο βαριόγραμμα ήταν το δυναμονομικό με τιμή για τη ρίζα του μέσου τετραγωνικού σφάλματος (RMSE) ίση με 7.6·10-3 m,ενώ για την δεύτερη περιοχή μελέτης καταλληλότερο βαριόγραμμα ήταν το εκθετικό με τιμή για το δείκτη σφάλματος RMSE ίση με 0.962 m. Βασική διαφορά που οδηγεί σε αυτή την απόκλιση στις τιμές του σφάλματος ήταν ότι στην πρώτη περίπτωση προσομοιώνεται η διαφορά του υδραυλικού ύψους, ενώ στη δεύτερη περιοχή μελέτης προσομοιώνεται το υδραυλικό ύψος αυτό καθ’ αυτό, διαφορά που οφείλεται στα στατιστικά χαρακτηριστικά των χρονοσειρών. Για την επιβεβαίωση του μοντέλου και την πιστοποίηση της ακρίβειας του, πραγματοποιήθηκε ανάλυση αβεβαιότητας στα επιμέρους κομμάτια της μεθοδολογίας.Η καινοτομία της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός μοντέλου με βάση τα δεδομένα το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη χωρική και χρονική προσομοίωση του υδραυλικού ύψους, χωρίς την απαίτηση γεωλογικών δεδομένων. Η χρήση της ασαφούς λογικής για τον προσδιορισμό των γειτόνων του kriging αποτελεί καινοτομία της παρούσας εργασίας και μπορεί να βελτιώσει τα αποτελέσματα της μεθόδου. Η εφαρμογή του μοντέλου σε δύο διαφορετικού γεωλογικού υπόβαθρου περιοχές μελέτης, μια προσχωματική και μια καρστική, αποδεικνύει την αποτελεσματικότητα του κάτω από διάφορες συνθήκες.
Βιώσιμη επεξεργασία και αξιοποίηση βιομηχανικών και αστικών υγρών αποβλήτων
(Πολυτεχνείο Κρήτης, 2015) Katsoni Athanasia; Κατσωνη Αθανασια; Diamantopoulos Evaggelos; Διαμαντοπουλος Ευαγγελος; Mantzavinos Dionysis; Μαντζαβινος Διονυσης; Venieri Danai; Βενιερη Δαναη; Gentekakis Ioannis; Γεντεκακης Ιωαννης; Gidarakos Evaggelos; Γιδαρακος Ευαγγελος; Tsoutsos Theocharis; Τσουτσος Θεοχαρης
Η παραγωγή ελαιολάδου και η παραγωγή τυροκομικών προϊόντων αποτελούν δυο από τις κύριες οικονομικές δραστηριότητες στην Περιφέρεια Κρήτης, οι οποίες συνοδεύονται από την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων υγρών αποβλήτων. Στην παρούσα διατριβή έγινε η ολοκληρωμένη επεξεργασία των στραγγισμάτων ελαιοπυρήνα και του τυρογάλακτος, δυο υγρών αποβλήτων με υψηλό οργανικό ρυπαντικό φορτίο. Τα απόβλητα υπέστησαν επεξεργασία με τη διεργασία της αναερόβιας χώνευσης σε αντιδραστήρα τύπου UASB με σκοπό την παραγωγή βιοαερίου, το οποίο δυνητικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Για τη μείωση της τοξικότητας των αποβλήτων, έναντι των μεθανιογόνων μικροοργανισμών του αναερόβιου αντιδραστήρα, έγινε αραίωσή τους με πρωτογενές αστικό λύμα που προερχόταν από το βιολογικό καθαρισμό του Πολυτεχνείου Κρήτης. Η διεργασία της αναερόβιας χώνευσης ήταν αποτελεσματική ως προς την απομάκρυνση του COD των αποβλήτων, με μέση απομάκρυνση 55% και 89% για τα αραιωμένα στραγγίσματα του ελαιοπυρήνα και το αραιωμένο τυρόγαλα, αντίστοιχα. Όσον αφορά στην απόδοση της διεργασίας ως προς την παραγωγή βιοαερίου, αυτή δεν ήταν αρκετά αποτελεσματική μιας και η παραγωγή μεθανίου κυμάνθηκε σε μικρότερα επίπεδα από τη θεωρητική τιμή και στα δυο διαφορετικά μίγματα αποβλήτων. Η εκροή του αναερόβιου αντιδραστήρα υπέστη περαιτέρω επεξεργασία, για την απομάκρυνση του εναπομείναντος οργανικού φορτίου, με σκοπό την ασφαλή διάθεσή του στο περιβάλλον. Η επεξεργασία έγινε με εφαρμογή της ηλεκτροχημικής οξείδωσης με ηλεκτρόδια αδάμαντα εμπλουτισμένου με βόριο και τη διεργασία photo-Fenton. Η ηλεκτροχημική οξείδωση ήταν πολύ αποτελεσματική ως προς την απομάκρυνση του COD των αποβλήτων, ειδικά όταν έγινε χρήση του NaCl ως ηλεκτρολύτη. Εντούτοις, μετά την ηλεκτροχημική οξείδωση παρατηρήθηκε αύξηση της τοξικότητας των διαλυμάτων, η οποία οφείλεται στο σχηματισμό οργανοχλωριωμένων παραπροϊόντων κατά τη διάρκεια της ηλεκτροχημικής οξείδωσης του αποβλήτου. Από την άλλη, με τη διεργασία photo-Fenton τα ποσοστά απομάκρυνσης του COD κυμάνθηκαν σε μικρότερα επίπεδα από τα ποσοστά που επιτεύχθηκαν με την ηλεκτροχημική οξείδωση. Συγκεκριμένα, για τα αραιωμένα στραγγίσματα πυρήνα η μέγιστη απομάκρυνση COD ήταν 26% και για το αραιωμένο τυρόγαλα 35%. Παρασκευάστηκαν διάφοροι καταλύτες κατάλληλοι για την ξηρή αναμόρφωση του αερίου μίγματος που προσομοιάζει το βιοαέριο που παράγεται από την αναερόβια χώνευση των υγρών αποβλήτων. Στη συνέχεια έγινε η επιλογή του κατάλληλου καταλύτη για να χρησιμοποιηθεί ως ανοδικό ηλεκτρόδιο σε κυψελίδα καυσίμου με σκοπό την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Κατασκευάστηκε κυψελίδα καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη GDC (CeO2 ενισχυμένη με Gd2O3) που λειτούργησε σε θερμοκρασία 7500C. Το ανοδικό και καθοδικό ηλεκτρόδιο ήταν κεραμομεταλλικού τύπου με βάση το Ni ενισχυμένο με Ir (Ir-Ni/GDC) και περοβσκίτης τύπου LSM, αντίστοιχα. Η τροφοδοσία της κυψελίδας καυσίμου που μελετήθηκε ήταν μίγμα προσομοιωμένου βιοαερίου (CH4 και CO2) σε τρεις διαφορετικές συστάσεις: ισομοριακού, οξειδωτικού και αναγωγικού μίγματος βιοαερίου. Η ηλεκτροκαταλυτική μελέτη της κυψελίδας έδειξε ότι η κυψελίδα μπορεί να λειτουργήσει αποδοτικά παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια σε τροφοδοσία βιοαερίου οποιασδήποτε ποιότητας, ενώ η λειτουργία της παρουσιάζει βέλτιστη συμπεριφορά στην περίπτωση της οξειδωτικής σύστασης βιοαερίου (CO2/CH4=1,8/1).

Περιηγούμαι

Πλοήγηση Διδακτορικές Διατριβές ανά Ημερομηνία έκδοσης