Παραγωγή και διαχείριση συσκευασιών φυτοφαρμάκων

Abstract

Pesticides are widely used to control plant diseases and insects. Insecticides, herbicides and fungicides are the most commonly used types of pesticides. High density polyethylene (HDPE) is the principal material of pesticide containers. Rational management of empty plastic pesticide containers contributes to the protection of the environment and human health. This PhD thesis deals with two issues. It attempts to identify those variables that affect the generation of empty plastic pesticide containers. The first part develops mathematical models to estimate the generated mass of the above containers as a function of various parameters. For this purpose, 603 datasets collected from 106 farmers were recorded through questionnaires. Nineteen variables were identified. Empirical models were developed to predict the generation of wasted plastic pesticide containers through linear regression. The cultivated area, the type of crop (annual/perennial, dry/irrigated) and the method of application of pesticides (spraying on foliage/soil application) were the statistically significant variables that affected the generated mass of the above wastes. Fifty-six new datasets from eighteen farmers were used to control the reliability of the models. Two of the four models were found to be reliable and can be applied for cultivated areas higher than 58,000 m2. The generation of wasted plastic pesticide containers was calculated at 0.028± 0.028 kg farmer-1 year-1 1,000 m-2 of crop. This Ph.D. thesis also includes a life cycle analysis (LCA) of seven scenarios to manage the wasted plastic pesticide containers. Goal of the LCA was to assess the environmental impacts of those seven alternative management scenarios and to rank them according to their environmental footprints. For this purpose, a residual analysis of all active chemical substances was carried out on a sample of empty plastic pesticide containers which had previously undergone triple rinsing. The concentrations and masses of the pesticides recorded were input into the life cycle analysis software SimaPro®. The scenario that included separate collection of the empty plastic pesticide containers and their processing in a recycling plant was the one with the lowest environmental impact. Landfilling was the worst scenario with the highest environmental impact. A sensitivity analysis was performed using different impact assessment methods, different waste transportation distances and different types of treatment plants. All impact assessment methods used here led to the same ranking of the seven management scenarios.

Τα φυτοπροστατευτικά προϊόντα χρησιμοποιούνται ευρέως για την καταπολέμηση των εχθρών και των ασθενειών των φυτών. Τα εντομοκτόνα, ζιζανιοκτόνα και μυκητοκτόνα αποτελούν τις σημαντικότερες κατηγορίες φυτοπροστατευτικών προϊόντων. Το υψηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο είναι το κυρίαρχο υλικό των περισσότερων συσκευασιών τους. Η ορθολογική διαχείριση των απορριμματικών συσκευασιών φυτοπροστατευτικών προϊόντων συμβάλει στην προστασία της ανθρώπινης υγείας αλλά και του περιβάλλοντος. Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται δύο ζητήματα. Το πρώτο ζήτημα της έρευνας αφορά την ανάπτυξη μαθηματικών μοντέλων εκτίμησης της παραγόμενης μάζας των πλαστικών απορριμματικών συσκευασιών φυτοπροστατευτικών προϊόντων ως συνάρτηση συγκεκριμένων μεταβλητών. Επιχειρεί να προσδιορίσει εκείνες τις μεταβλητές που επηρεάζουν την παραγωγή των παραπάνω αποβλήτων συσκευασίας και οι οποίες θα συμπεριληφθούν στα μαθηματικά μοντέλα. Κάτι τέτοιο θα ήταν εξαιρετικά χρήσιμο για τον καθορισμό της δυναμικότητας και του μεγέθους μιας μονάδας επεξεργασίας τους. Για τον σκοπό αυτό καταγράφηκαν μέσω ερωτηματολογίων 603 σειρές δεδομένων από 106 αγρότες που αφορούσαν 19 μεταβλητές. Αναπτύχθηκαν εμπειρικά μοντέλα πρόβλεψης της παραγωγής πλαστικών απορριμματικών συσκευασιών φυτοπροστατευτικών προϊόντων μέσω της γραμμικής παλινδρόμησης. Η καλλιεργούμενη έκταση, το είδος της καλλιέργειας (ετήσια/πολυετής, ξερική/ποτιστική) και ο τρόπος εφαρμογής των φυτοπροστατευτικών προϊόντων (ψεκασμός φυλλώματος/εφαρμογή στο έδαφος) ήταν οι στατιστικά σημαντικές μεταβλητές που επηρέασαν την παραγόμενη μάζα των ανωτέρω αποβλήτων. Για τον έλεγχο της αξιοπιστίας των μοντέλων χρησιμοποιήθηκαν 56 νέες σειρές δεδομένων από 18 αγρότες. Δύο από τα τέσσερα μοντέλα κρίθηκαν αξιόπιστα όταν εφαρμόζονται σε καλλιεργούμενη έκταση άνω των 58,000 m2. Η παραγωγή πλαστικών απορριμματικών συσκευασιών φυτοπροστατευτικών προϊόντων εκτιμάται σε 0.028 ± 0.028 kg αγρότη-1 έτος-1 1,000 m2 καλλιέργειας-1. Το δεύτερο ζήτημα της έρευνας αφορά την ανάλυση κύκλου ζωής των πλαστικών απορριμματικών συσκευασιών φυτοπροστατευτικών προϊόντων, την εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων μεταξύ επτά εναλλακτικών διαχειριστικών σεναρίων και την κατάταξή τους με βάση το περιβαλλοντικό τους αποτύπωμα. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκε ανάλυση υπολειμμάτων δραστικής ουσίας σε πλαστικές απορριμματικές συσκευασίες φυτοπροστατευτικών προϊόντων οι οποίες προηγουμένως είχαν υποστεί τριπλό ξέπλυμα. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων τροφοδότησαν την ανάλυση κύκλου ζωής. Το σενάριο που περιλάμβανε χωριστή συλλογή των πλαστικών απορριμματικών συσκευασιών φυτοπροστατευτικών προϊόντων και επεξεργασία τους σε μονάδα ανακύκλωσης ήταν το βέλτιστο με τις μικρότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Η απλή διάθεση σε χώρους υγειονομικής ταφής ήταν το χείριστο σενάριο με τις μεγαλύτερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση ευαισθησίας χρησιμοποιώντας διαφορετικές μεθόδους εκτίμησης των επιπτώσεων, διαφορετικές αποστάσεις μεταφοράς των αποβλήτων και διαφορετικές μονάδες επεξεργασίας. Οι μέθοδοι εκτίμησης περιβαλλοντικών επιπτώσεων που μελετήθηκαν οδήγησαν στην ίδια ιεράρχηση των τεχνολογιών διαχείρισης.