«ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΛΥΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ»

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΙΤΛΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ «ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΛΥΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ» ΟΝΟΜΑ ΦΟΙΤΗΤΗ ΕΥΓΕΝΙΔΗΣ ΠΡΟΚΟΠΙΟΣ ΟΝΟΜΑ ΕΠΙΒΛΕΠΟΝΤΑ ΚΑΘΗΓΗΤΗ ΔΗΜΗΤΡΑΚΟΠΟΥΛΟΣ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΠΑΤΡΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ, 2018

2 Περίληψη Οι περισσότερες ΕΕΛ στον ελλαδικό χώρο είναι απαρχαιωμένες και ο εξοπλισμός του παρωχημένος, με αποτέλεσμα το ενεργειακό τους αποτύπωμα να είναι ιδιαίτερα βεβαρυμένο. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται σύγχρονες μέθοδοι που έχουν ως προσανατολισμό την ενεργειακή βελτιστοποίηση και την ανάκτηση ενέργειας στις Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) στην Ελλάδα. Αρχικά καταγράφονται τα βασικά στάδια επεξεργασίας μιας τυπικής Εγκατάστασης Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) μεσαίου μεγέθους στην Ελλάδα. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι διαθέσιμες μέθοδοι για την εξοικονόμηση ενέργειας οι οποίες διακρίνονται σε τροποποιήσεις μέσω των υφιστάμενων περιουσιακών στοιχείων και λειτουργιών και σε τροποποιήσεις του εξοπλισμού ή των διεργασιών στα επί μέρους στάδια επεξεργασίας της ΕΕΛ. Ακολούθως παρουσιάζονται οι διαθέσιμες μέθοδοι για την ανάκτηση ενέργειας εντός των εγκαταστάσεων μίας μονάδας επεξεργασίας λυμάτων οι οποίες διακρίνονται σε εφαρμογές για την ανάκτηση ενέργειας από τα ανεπεξέργαστα υγρά απόβλητα, από τα επεξεργασμένα λύματα εκροής και από την ιλύ, ενώ γίνεται παρουσίαση των διαθέσιμων εφαρμογών για την ενεργειακή αξιοποίηση του παραγόμενου βιοαερίου. Στο τέλος της εργασίας παρατίθενται τα συμπεράσματα που απορρέουν από την δυνατότητα της εφαρμογής των μεθόδων και των δράσεων προς το σκοπό της ενεργειακής εξοικονόμησης της ΕΕΛ. 2

3 Abstract Most of the WWTPs in Greece are obsolete and their equipment outdated; the result is that their energy footprint is particularly heavy. This paper presents modern methods that are oriented towards energy optimization and energy recovery at Wastewater Treatment Plants in Greece. Initially, the basic phases of treatment are presented for a typical Wastewater Treatment Plant (WWTP) in Greece. Afterwards, the available energy saving methods are presented, which are categorized into modifications through the existing assets and functions and into modifications of the equipment or processes at the individual stages of the WWTP. Following, the available methods for energy recovery within a WWTP are described, which are distinguished in applications for the recovery of energy from untreated wastewater, treated effluent and sludge, and in applications for energy exploitation of biogas production. Finally, conclusions are drawn regarding the possibility of applying the methods and actions for the purpose of energy savings at a WWTP. 3

4 Περιεχόμενα Περίληψη... 2 Abstract... 3 Κατάλογος Πινάκων... 7 Κατάλογος Σχημάτων... 7 Κατάλογος Εικόνων Εισαγωγή Στάδια Επεξεργασίας Εγκαταστάσεων Επεξεργασίας Λυμάτων Επεξεργασία Λυμάτων Προκαταρκτική επεξεργασία Εσχάρωση Εξάμμωση-Λιποσυλλογή Υποδοχή Βοθρολυμάτων Διάταξη υποδοχής βοθρολυμάτων Καθίζηση (πρωτοβάθμια) Δευτεροβάθμια επεξεργασία Αερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων Αναερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων Αερόβια - αναερόβια συστήματα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων Μέθοδος ενεργού ιλύος Οι δεξαμενές ενεργού ιλύος Οι δεξαμενές δευτεροβάθμιας καθίζησης Επεξεργασία Ιλύος Προετοιμασία Πάχυνση Πάχυνση με βαρύτητα Πάχυνση με μηχανικά μέσα Πάχυνση με επίπλευση Σταθεροποίηση και απολύμανση Αναερόβια Χώνευση Αερόβια Χώνευση Κομποστοποίηση Χημική επεξεργασία Αφυδάτωση Κλίνες ξήρανσης

5 Φυγοκέντρηση Ταινιοφιλτρόπρεσσα-Φιλτρόπρεσσα Απολύμανση εκροής Χλωρίωση Οζόνωση Απολύμανση με υπεριώδη ακτινοβολία (UV) Τριτοβάθμια επεξεργασία Ενεργειακή βελτιστοποίηση Βελτιστοποίηση μέσω των υφιστάμενων περιουσιακών στοιχείων και λειτουργιών Ηλεκτρικοί κινητήρες υψηλής απόδοσης Βελτίωση απόδοσης διεργασιών μέσω αυτοματισμών Σύστημα SCADA Μετατροπείς συχνότητας (Variable Frequency Drives, VFDs) Σύστημα παρακολούθησης και καταγραφής της ενέργειας Συστήματα θέρμανσης-κλιματισμού Συστήματα φωτισμού Τροποποιήσεις του εξοπλισμού ή των διεργασιών σε στάδια επεξεργασίας της ΕΕΛ Προηγμένη πρωτοβάθμια επεξεργασία Έλεγχος του διαλυμένου οξυγόνου στις δεξαμενές αερισμού Ο Μηχανισμός του αερισμού Φυσητήρες αερισμού (blowers) Επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων λυμάτων Αναερόβια χώνευση Βελτιστοποίηση της θερμοκρασίας της διεργασίας αναερόβιας χώνευσης Προεπεξεργασία της ιλύος πριν τη χώνευση Θερμική υδρόλυση Επεξεργασία με υπερήχους (Ultrasound) Επεξεργασία με προσθήκη ενζύμων (Enzyme dosing) Μονάδα Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού-Θερμότητας (ΣΗΘ) Λειτουργικές τροποποιήσεις για την εξοικονόμηση ενέργειας Διαχείριση ηλεκτρικού φορτίου Ανάλυση ενεργειακών απαιτήσεων Μείωση της ζήτησης αιχμής Βελτίωση του συντελεστή ισχύος (συνφ)

6 3.4. Δυνατότητες ανάκτησης ενέργειας Ανάκτηση θερμικής ενέργειας από τα ανεπεξέργαστα λύματα Υδροηλεκτρικό έργο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Συγκεντρωτικά αποτελέσματα Δυνητικές νέες εργασίες Συμπεράσματα-Προτάσεις Βιβλιογραφία

7 Κατάλογος Πινάκων Πίνακας 1. Οι μέθοδοι επεξεργασίας της ιλύος Σελ. 31 Πίνακας 2. Σύγκριση των διαφορετικών μεθόδων προετοιμασίας (Commission of European Communities, 2002). Πίνακας 3. Σύγκριση των διαφορετικών διεργασιών πάχυνσης (Αγγελάκης κ.α, 2005). Πίνακας 4. Σύγκριση των διαφορετικών μεθόδων αφυδάτωσης (Αγγελάκης κ.α, 2005). Πίνακας 5. Συστήματα αυτοματισμού για τον έλεγχο και τη ρύθμιση παραμέτρων λειτουργίας επιμέρους διεργασιών επεξεργασίας που μπορούν να εφαρμοστούν σε μία ΕΕΛ (Federation of Canadian Municipalities and National Research Council, 2003). Πίνακας 6. Κατηγοριοποίηση υδροστροβίλων (Φ. Κατερινόπουλος, 2007). Σελ. 33 Σελ. 35 Σελ. 41 Σελ. 53 Σελ. 91 Πίνακας 7. Συγκεντρωτική εξοικονόμηση ενέργειας σε μια ΕΕΛ Σελ. 92 Κατάλογος Σχημάτων Σχήμα 1. Τυπικό διάγραμμα ροής Ε.Ε.Λ. με τη μέθοδο της ενεργού ιλύος Σελ. 11 Σχήμα 2. Δεξαμενές πρωτοβάθμιας καθίζησης Σελ. 17 Σχήμα 3. Αερόβια βιολογική επεξεργασία λυμάτων Σελ. 19 Σχήμα 4. Αναερόβια βιολογική επεξεργασία λυμάτων Σελ. 21 Σχήμα 5. Αερόβια βιολογική επεξεργασία (αιωρούμενη βιομάζα) Σελ. 24 Σχήμα 6. Δεξαμενές αερισμού (ενεργού ιλύος) Σελ. 25 Σχήμα 7. Σκαρίφημα κυκλικής δεξαμενής καθίζησης Σελ. 28 Σχήμα 8. Τυπικό διάγραμμα ροής απολύμανσης υγρών αποβλήτων με όζον Σελ. 44 Σχήμα 9. Διαδικασία Νιτροποίησης-Απονιτροποίησης Σελ. 47 7

8 Κατάλογος Εικόνων Εικόνα 1. Σύστημα εσχαρισμού και πρέσσας Σελ. 13 Εικόνα 2. Αεριζόμενος εξαμμωτής Σελ. 15 Εικόνα 3. Αερισμός λιμνών σταθεροποίησης λυμάτων με πλωτούς αναδευτήρες Σελ. 23 Εικόνα 4. Συστήματα αερισμού (διαχυτήρες) Σελ. 26 Εικόνα 5. Συστήματα αερισμού (επιφανειακοί αναδευτήρες) Σελ. 27 Εικόνα 6. Εικόνα 7. Συστήματα αερισμού (κυλινδρικοί αεριστήρες τύπου βούρτσας) Δεξαμενές καθίζησης (Επιφανειακό ξέστρο - απαγωγός επιπλεόντων) Σελ. 27 Σελ. 29 Εικόνα 8. Μαιανδρικές δεξαμενές χλωρίωσης Σελ. 44 Εικόνα 9. Απολύμανση με υπεριώδη ακτινοβολία Σελ. 46 8

9 1. Εισαγωγή Η επεξεργασία των λυμάτων αποτελεί μια απαραίτητη υπηρεσία προς το δημόσιο συμφέρον. Η βασική λειτουργία των Εγκαταστάσεων Επεξεργασίας Λυμάτων (Ε.Ε.Λ.) είναι η επεξεργασία των λυμάτων, για την ελαχιστοποίηση των επιβλαβών ουσιών που περιέχονται στα λύματα, σε τέτοιο βαθμό ώστε να μπορούν να απορριφθούν στον τελικό φυσικό υδάτινο αποδέκτη χωρίς να επηρεάσουν την ποιότητά του. Η επεξεργασία τους και η διαχείρισή τους καθορίζεται από την οδηγία 91/271/ΕΟΚ, η οποία καθιστά τη συλλογή και την επεξεργασία των λυμάτων υποχρεωτική σε όλες τις χώρες της Ε.Ε. για οικισμούς με περισσότερους από κατοίκους. Ως εκ τούτου, κατασκευάζονται συνεχώς τα τελευταία χρόνια όλο και πιο προηγμένες και σύγχρονες Ε.Ε.Λ (Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων) παγκοσμίως που εξυπηρετούν με τις εγκαταστάσεις τους τον περιορισμό της ρύπανσης των υδάτων από τα αστικά λύματα. Οι Ε.Ε.Λ (Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων) είναι ιδιαιτέρως ενεργοβόρες εγκαταστάσεις, με την κατανάλωση ενέργειας για την επεξεργασία των λυμάτων παγκοσμίως να τείνει να αυξηθεί στο μέλλον λόγω της αύξησης του πληθυσμού, με όλο και πιο περιοριστικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τους κανονισμούς και τη ζήτηση για επαναχρησιμοποίηση των λυμάτων. Σε αυτό το πλαίσιο αναζητούνται μέθοδοι και τεχνικές τόσο για τη μείωση της ρύπανσης όσο και της ενεργειακής κατανάλωσης των μονάδων. Το κόστος της ενέργειας μπορεί να κυμαίνεται από 20% έως 60% του συνολικού κόστους λειτουργίας μιας Ε.Ε.Λ.. Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ανά m 3 επεξεργασμένων λυμάτων μπορεί να κυμαίνεται από 0,26-0,84 kwh / m 3 ανάλογα τα λειτουργικά και περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά, όπως το φορτίο των λυμάτων, το μέγεθος και την παλαιότητα των εγκαταστάσεων, τον τύπο Ε.Ε.Λ.. Όπως αναφέρεται στη διεθνή βιβλιογραφία (U.S. Environmental Protection Agency, EPA, 2006), η υψηλότερη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιείται από τις αντλίες (79%) για την άντληση και την επεξεργασία λυμάτων. Η επεξεργασία των λυμάτων με τη μέθοδο της ενεργούς ιλύος, με τη βιολογική οξείδωση των ρύπων, απορροφά περίπου το 50% έως το 65% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης και το 11% της ενέργειας απαιτείται για την πρωτοβάθμια επεξεργασία, δηλαδή για την απομάκρυνση της άμμου και των ελαίων καθώς και για την καθίζηση. Ωστόσο, οι 9

10 λειτουργοί των Ε.Ε.Λ. μπορούν να μειώσουν σημαντικά την καταναλισκόμενη ενέργεια μέσω προκαταρκτικών ενεργειακών ελέγχων, ακολουθούμενων από τροποποιήσεις της διαδικασίας. Όπως παρουσιάζεται παρακάτω μόνο η βελτιστοποίηση της διαδικασίας του αερισμού και της άντλησης επιτρέπει την ετήσια εξοικονόμηση ενέργειας κατά 6%. 10

11 2. Στάδια Επεξεργασίας Εγκαταστάσεων Επεξεργασίας Λυμάτων Η επεξεργασία των λυμάτων για την αφαίρεση του ρυπαντικού τους φορτίου περιλαμβάνει μια σειρά από στάδια επεξεργασίας. Μια τυπική διάταξη επεξεργασίας λυμάτων φαίνεται στο παρακάτω Σχήμα 1. Όλα τα διαδοχικά στάδια επεξεργασίας (πρωτοβάθμια, δευτεροβάθμια ή και τριτοβάθμια επεξεργασία) περιλαμβάνουν διαχωρισμό των αιωρούμενων στερεών από το υγρό ρεύμα και το σχηματισμό μιας υδαρούς ιλύος. Η συγκέντρωση της παραγόμενης ιλύος είναι της τάξης μερικών γραμμαρίων ανά λίτρο και είναι εύκολα βιοδιασπώμενη. Όλη η ποσότητα των παραγόμενης ιλύος που παράγεται πρέπει αρχικά να διατηρηθεί στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας για ξεχωριστή επεξεργασία και ύστερα να αποτεθεί ή να χρησιμοποιηθεί εξωτερικά των εγκαταστάσεων αυτών (Φίλιππας, 2009). Σχήμα 1. Τυπικό διάγραμμα ροής Ε.Ε.Λ. με τη μέθοδο της ενεργού ιλύος Με τις συμβατικές μεθόδους επεξεργασίας των λυμάτων, σχεδόν όλο το οργανικό και το ανόργανο ρυπαντικό φορτίο που περιέχεται στα λύματα, καταλήγει στην ιλύ που αποτελούν τα βιοστερεά. Ένα μόνο σχετικά μικρό κλάσμα του άνθρακα της οργανικής ύλης των αρχικών λυμάτων, μετατρέπεται σε διοξείδιο του άνθρακα μέσω της βιολογικής οξείδωσης κατά τη δευτεροβάθμια επεξεργασία. Ένα επίσης μικρό 11

12 κλάσμα υπολειμματικού αιωρούμενου και διαλυμένου οργανικού άνθρακα εξέρχεται με την τελική απορροή (Bruce and Evans, 2002) Επεξεργασία Λυμάτων Προκαταρκτική επεξεργασία Με τον όρο προκαταρκτική επεξεργασία εννοούμε τις φυσικές και μηχανικές διεργασίες που λαμβάνουν μέρος κατά την επεξεργασία των λυμάτων όπως την εσχάρωση, την εξάμμωση και τον διαχωρισμό των ελαίων και των λιπών. Ο ρόλος των εσχαρών είναι να μην επιτρέπουν τη διέλευση στερεών μεγαλύτερων από περίπου 20 mm και είναι κυρίως μηχανικά αυτοκαθαριζόμενες. Με την εξάμμωση απομακρύνεται η άμμος και τα μικρά «πετραδάκια» που έχουν διαπεράσει από την εσχάρωση, ώστε να προστατευθούν οι αγωγοί και οι δεξαμενές (ανοικτές ή κλειστές) από αποθέσεις άμμου και οι αντλίες από μηχανική διάβρωση (Ανδρεαδάκης, 2000). Τα εσχαρίσματα και η άμμος της προκαταρκτικής επεξεργασίας δεν θεωρούνται ιλύς και αποτίθενται σε ΧΥΤΑ ή άλλες αδειοδοτημένες μονάδες (Commission of European Communities, 2002). Για να μειωθούν ή και να αποφευχθούν τα κόστη μεταφοράς και διάθεσης, τα εσχαρίσματα μπορούν να συν-αποτεφρωθούν με την ιλύ (βιοστερεά) στις ΕΕΛ που διαθέτουν επί τόπου αποτεφρωτήρες ιλύος και τα λίπηέλαια μπορούν να συν-χωνευθούν με την ιλύ στους αναερόβιους χωνευτές, στις ΕΕΛ που χρησιμοποιούν την αναερόβια χώνευση ως μέθοδο σταθεροποίησης της ιλύος Εσχάρωση Σκοπός των εσχαρών όπως προαναφέρθηκε είναι η συγκράτηση και στη συνέχεια η απομάκρυνση των ογκωδών αντικειμένων (κομμάτια ξύλων, πλαστικά, κλαδιά, κουρέλια κ.λ.π.), για να προστατευτεί ο ηλεκτρο-μηχανολογικός εξοπλισμός της ΕΕΛ από φθορές και εμφράξεις. Τα βασικά είδη των εσχαρών είναι δύο, οι απλές χειροκίνητες που καθαρίζονται με τα χέρια και οι μηχανικές αυτοκαθαριζόμενες οι οποίες προτιμώνται κατά κύριο λόγο. Αναλόγως του μεγέθους της ΕΕΛ, τοποθετούνται μηχανικές εσχάρες ώστε να καλύπτεται η παροχής αιχμής, εφεδρικές που λειτουργούν σε περίπτωση αστοχίας κάποιας από τις κύριες καθώς και παρακαμπτήριες εσχάρες που συνήθως έχουν 12

13 μεγαλύτερο διάκενο εσχάρωσης. Η παράκαμψη των μηχανικών εσχαρών γίνεται με χειροκίνητα ή ηλεκτροκίνητα θυροφράγματα απομόνωσης. Τα εσχαρίσματα έχουν πυκνότητα kg/m 3, υγρασία 75-90%, περιεκτικότητα σε VSS 80-90% και αποδίδουν κατά τη καύση τους kj/kg. Οι ποσότητες των εσχαρισμάτων ποικίλλουν ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της εσχάρας, το είδος του αποχετευτικού συστήματος (σε παντορροικά συστήματα μπορεί να είναι και 10 φορές μεγαλύτερες απ ότι σε χωριστικά) και την παρουσία βιομηχανικών αποβλήτων (Κάνουλας, 2008). Η μεταφορά των εσχαρισμάτων προς τους κάδους συλλογής τους γίνεται με μεταφορική ταινία ή με κλειστό μεταφορικό κοχλία (Εικόνα 1). Στο μεταφορικό κοχλία γίνεται επίσης μερική ή ακόμα και πλήρης αποστράγγιση των εσχαρισμάτων. Τα στραγγίδια επιστρέφουν στην κύρια ροή των υγρών αποβλήτων με βαρύτητα ή με αντλίες στραγγιδίων. Εικόνα 1. Σύστημα εσχαρισμού και πρέσσας Εξάμμωση-Λιποσυλλογή Σκοπός της εξάμμωσης είναι η απομάκρυνση της άμμου, των σωματιδίων αργίλου ή των άλλων σωματιδίων γεωλογικής φύσης ή όχι, με διάμετρο μεγαλύτερη από 20mm που δεν είναι οργανικά και έχουν ταχύτητες καθίζησης σημαντικά μεγαλύτερες από 13

14 εκείνες των οργανικών στερεών. Η παρουσία των σωματιδίων αυτών στην ροή δημιουργεί προβλήματα στον εξοπλισμό, όπως εναπόθεσή τους στους αγωγούς, έμφραξη των σωληνώσεων, φθορά του ηλεκτρο-μηχανολογικού εξοπλισμού (αντλίες κ.λ.π.) και μείωση της απόδοσης των μονάδων επεξεργασίας. Οι εξαμμωτές χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: α) στους εξαμμωτές με σταθερή ταχύτητα ροής και β) στους εξαμμωτές με αερισμό. Οι εξαμμωτές με αερισμό συνδυάζονται και με λιποσυλλέκτες. Εξαμμωτές με σταθερή ταχύτητα ροής Είναι επιμήκη και ρηχά κανάλια στα οποία η ταχύτητα ροής παραμένει σταθερή (περίπου 0,3m/s) και ανεξάρτητη από την παροχή λυμάτων. Η σταθερή ταχύτητα της ροής επιτυγχάνεται, (α) με ανοιχτό αγωγό παραβολικής διατομής και δίαυλο Parshall στο κατάντη άκρο του ή (β) με ανοιχτό αγωγό ορθογωνικής διατομής και αναλογικό υπερχειλιστή στο κατάντη άκρο του. Εξαμμωτές με αερισμό Οι αεριζόμενοι εξαμμωτές (Εικόνα 2) είναι ορθογωνικές αεριζόμενες δεξαμενές στις οποίες ο αέρας εισάγεται με διαχύτες χοντρής φυσαλίδας από τη μία πλευρά με αποτέλεσμα τη δημιουργία ελικοειδούς ροής. Η άμμος καθιζάνει στον πυθμένα και συλλέγεται σε χοάνη (ή χοάνες) απ όπου απομακρύνεται με αντλίες. Το κύριο πλεονέκτημα των εξαμμωτών με αερισμό είναι ότι δίνεται η δυνατότητα να συλλέγονται τα λίπη. Παράλληλα και κατά μήκος των εξαμμωτών κατασκευάζονται περιοχές ηρεμίας - λιποσυλλογής (πλάτους m), όπου συγκεντρώνονται στην επιφάνεια τα λίπη, οι αφροί και οι άλλες επιπλέουσες ουσίες. 14

15 Εικόνα 2. Αεριζόμενος εξαμμωτής Φυσητήρες αερισμού εξάμμωσης Η παροχή του απαιτούμενου αέρα λαμβάνεται συνήθως από λοβοειδείς φυσητήρες θετικής εκτόπισης των οποίων η λειτουργία είναι συνεχής. Η παροχή του αέρα είναι συνήθως 9-18 m 3 /h (τυπική τιμή ίση με 10 m 3 /h) ανά μέτρο μήκους εξαμμωτή. Οι φυσητήρες τροφοδοτούν τους διαχύτες χοντρής ή μεσαίας φυσαλίδας που είναι τοποθετημένοι σε απόσταση m από τον πυθμένα κατά μήκος της εσωτερικής πλευράς του εξαμμωτή. Οι διαχύτες πρέπει συνήθως να παρέχουν ποσότητες αέρα μικρότερες από 15 m 3 /h ανά μέτρο μήκους διαχύτη Υποδοχή Βοθρολυμάτων Σκοπός της μονάδας υποδοχής των βοθρολυμάτων είναι η παραλαβή των βοθρολυμάτων από τα βυτιοφόρα οχήματα, η αποθήκευση τους και η διοχέτευσή τους στην ροή επεξεργασίας των λυμάτων χωρίς να δημιουργούνται επιπτώσεις και διαταραχές στη λειτουργία της ΕΕΛ Διάταξη υποδοχής βοθρολυμάτων. Η διάταξη υποδοχής βοθρολυμάτων αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη: 1. Χώρος εκκένωσης των βοθρολυμάτων. Χωροθετείται συνήθως κοντά στα έργα προκαταρκτικής επεξεργασίας και καταλαμβάνει τόση επιφάνεια 15

16 ώστε να πραγματοποιούνται με ασφάλεια οι ελιγμοί των βυτιοφόρων οχημάτων. 2. Φρεάτια εκκένωσης των βοθρολυμάτων από τα βυτιοφόρα με διατάξεις σύνδεσης (π.χ. ταχυσυνδέσμους). Τα φρεάτια εκκένωσης είναι εξοπλισμένα με εσχάρες με διάκενα 8-10 cm για τη συγκράτηση των ογκωδών στερεών υλικών. 3. Δεξαμενή εξισορρόπησης βοθρολυμάτων. Σε αυτή καταλήγουν και αποθηκεύονται προσωρινά τα βοθρολύματα από τα φρεάτια εκκένωσης. Η δεξαμενή εξισορρόπησης πρέπει να είναι κλειστή ώστε να μην εκλύονται οσμές. Επίσης, στα τοιχώματα της γίνεται υδατοστεγάνωση ώστε να μην επιτρέπεται η απόθεση στερεών σε αυτά και να διευκολύνεται η έκπλυση τους κατά την συντήρησή τους. Η δεξαμενή μπορεί να είναι εξοπλισμένη με αναδευτήρες και αερισμό για την αποφυγή αποθέσεων στον πυθμένα και την ομογενοποίηση των βοθρολυμάτων. Στη δεξαμενή μπορεί να γίνεται και προσθήκη χημικών για την γρηγορότερη εξισορρόπηση των ρυπαντών ή για τον περιορισμό των οσμών. 4. Αντλίες, για την παροχέτευση των βοθρολυμάτων στη ροή επεξεργασίας των λυμάτων στην ΕΕΛ Καθίζηση (πρωτοβάθμια) Με την καθίζηση επιτυγχάνεται ο διαχωρισμός από τα λύματα των ουσιών που καθιζάνουν και αυτών που επιπλέουν. Πρόκειται για μια φυσική διεργασία διαχωρισμού των αιωρούμενων σωματιδίων, το ειδικό βάρος των οποίων είναι μεγαλύτερο από το αντίστοιχο του νερού. Για σωματίδια με μέσο μέγεθος μεγαλύτερο από 100 μm και συγκέντρωση μεγαλύτερη από 50 mg/lt, η καθίζηση είναι η κατ' εξοχήν εφαρμοζόμενη μέθοδος διαχωρισμού. Στηρίζεται στο φαινόμενο της βαρύτητας και εφαρμόζεται για την απομάκρυνση διαφόρων στερεών που καθιζάνουν. Η τεχνική της καθίζησης εφαρμόζεται: - για την απομάκρυνση της άμμου στους αμμοσυλλέκτες, - για την απομάκρυνση των ολικών αιωρούμενων στερεών (TSS) (πρωτοβάθμια καθίζηση), - για την απομάκρυνση των βιολογικών κροκίδων μετά από βιολογική επεξεργασία (δευτεροβάθμια καθίζηση), 16

17 - για την απομάκρυνση των χημικών κροκίδων (μετά από χημική κροκίδωση), - για την πάχυνση (πύκνωση) των στερεών στους παχυντές ιλύος. Η ευρεία χρήση της καθίζησης οφείλεται στην απλότητα της μεθόδου, παρά τις περιπλοκές που παρουσιάζουν πολλές φορές διάφορες δεξαμενές καθίζησης, και στη μικρή κατανάλωση ενέργειας. Τα σωματίδια καθιζάνουν με την βαρύτητα και η ταχύτητα καθίζησης σε ηρεμία εξαρτάται από το μέγεθος, το ειδικό βάρος και το σχήμα των σωματιδίων καθώς και την κινηματική συνεκτικότητα του ρευστού, η οποία είναι συνάρτηση και της θερμοκρασίας. Η πρωτοβάθμια καθίζηση γίνεται σε ορθογώνιες, ή κυκλικές δεξαμενές όπου τα στερεά καθιζάνουν σε συνθήκες ηρεμίας κάτω από την επίδραση της βαρύτητας (Σχήμα 2). Ο χρόνος παραμονής κυμαίνεται από 1,5-3,0 ώρες, με βάση τη μέση παροχή των λυμάτων. Σχήμα 2. Δεξαμενές πρωτοβάθμιας καθίζησης (άνω : κάτοψη, κάτω : τομή) Απόδοση πρωτοβάθμιας καθίζησης: - Μείωση αιωρουμένων σωματιδίων (TSS) κατά %. - Μείωση οργανικού φορτίου ως BOD5 κατά % Δευτεροβάθμια επεξεργασία Η δευτεροβάθμια επεξεργασία περιλαμβάνει το βιολογικό αντιδραστήρα (ΒΑ) και τη δεξαμενή δευτεροβάθμιας καθίζησης (ΔΔΚ). Σε μερικές περιπτώσεις, οι δύο αυτές λειτουργίες πραγματοποιούνται στην ίδια δεξαμενή που εργάζεται περιοδικά ως ΒΑ και ΔΔΚ (Ανδρεαδάκης, 2000). 17

18 Ο πρώτος και κύριος ρόλος της βιολογικής επεξεργασίας είναι η απομάκρυνση του οργανικού φορτίου που σε όρους BOD5 μπορεί να φτάσει και να ξεπεράσει το 95%. Παράλληλα απομακρύνονται, κατά παρόμοια σχεδόν ποσοστά, αιωρούμενα στερεά (SS) και μικροοργανισμοί. Μεγάλο μέρος της οργανικής ύλης βρίσκεται στα λύματα με διαλυμένη και κολλοειδή μορφή που δεν μπορεί να καθιζάνει ακόμη και με τη χρήση κροκιδωτικών. Τη λύση στο πρόβλημα δίνει η βιολογική επεξεργασία ως εξής (Φίλιππας, 2009): Ο βιολογικός αντιδραστήρας είναι μια δεξαμενή από την οποία διέρχονται τα λύματα. Το βάθος των λυμάτων είναι σχεδόν σταθερό, μερικά μέτρα, πράγμα που εξασφαλίζεται με έναν υπερχειλιστή εξόδου μεγάλου μήκους τοποθετημένο στο κατάλληλο ύψος από τον πυθμένα του βιολογικού αντιδραστήρα. Στα λύματα του βιολογικού αντιδραστήρα παρέχεται συνεχώς οξυγόνο είτε με τη μορφή εμφυσούμενου αέρα, είτε με έντονη ανάδευση που επιτυγχάνουν επιφανειακοί αεριστήρες, έτσι ώστε να υπάρχει πάντα διαλυμένο οξυγόνο 1-2 mg/l (Ανδρεαδάκης, 2000). Τα λύματα του βιολογικού αντιδραστήρα περιέχουν μεγάλες συγκεντρώσεις οργανικής ύλης και αρκετό οξυγόνο, δηλαδή υπάρχουν όλες οι τροφικές και περιβαλλοντικές προϋποθέσεις για μια πλούσια ανάπτυξη αερόβιων ετερότροφων, χημικοσυνθετικών μικροοργανισμών, κυρίως βακτηριδίων. Οι μικροοργανισμοί οξειδώνουν ένα τμήμα της οργανικής ύλης για απόληψη ενέργειας με κύρια προϊόντα τα CO2 και H2O. Το υπόλοιπο τμήμα της οργανικής ύλης, συχνά το μεγαλύτερο, το μετατρέπουν σε κυτταρική μάζα νέων μικροοργανισμών, δηλαδή στην ουσία το μεγάλο μέρος της αρχικής οργανικής ύλης μετατρέπεται πάλι σε (ζωντανή) οργανική ύλη. Η μεγάλη διαφορά βρίσκεται στο ότι η νέα οργανική ύλη είναι εύκολα συσσωματώσιμη και καθιζήσιμη σε αντίθεση με την αρχική που δεν ήταν καθιζήσιμη (Φίλιππας, 2009). Η καθίζηση επιτυγχάνεται στη δευτεροβάθμια δεξαμενή καθίζησης όπου οδηγείται συνεχώς το λεγόμενο «ανάμικτο υγρό» δηλαδή το μείγμα λυμάτων και μικροοργανισμών του βιολογικού αντιδραστήρα. Σκοπός της καθίζησης είναι ο διαχωρισμός των στερεών. Το μεγαλύτερο μέρος της ιλύος ανακυκλώνεται στην δεξαμενή αερισμού ώστε να διατηρείται σταθερή η συγκέντρωση των μικροοργανισμών στον αντιδραστήρα, ενώ ένα τμήμα της ιλύος, ίσο με την καθαρή παραγωγή της, οδηγείται προς κατεργασία. Οι μικροοργανισμοί μαζί με ανόργανα στερεά αλλά και μη διασπασμένα οργανικά στερεά συσσωματώνονται και 18

19 καθιζάνουν στον πυθμένα της ΔΔΚ δημιουργώντας αυτό που ονομάζεται «ενεργός ιλύς» λόγω ακριβώς της υψηλής περιεκτικότητας της σε ζωντανούς μικροοργανισμούς. Τμήμα της ενεργού ιλύος επιστρέφει με άντληση (επανακυκλοφορία) στον βιολογικό αντιδραστήρα ώστε να μεταφερθεί εκεί η επιθυμητή συγκέντρωση μικροοργανισμών, ενώ άλλο μέρος της (περίσσεια ιλύος) απομακρύνεται προς τα έργα επεξεργασίας της ιλύος. Χωρίς την απομάκρυνση αυτή η συγκέντρωση των μικροοργανισμών στον βιολογικό αντιδραστήρα θα αυξάνονταν απεριόριστα (Ανδρεαδάκης, 2000) Αερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων Η απομάκρυνση και η σταθεροποίηση της διαλυμένης και της σωματιδιακής οργανικής ύλης που βρίσκεται στα λύματα επιτυγχάνεται βιολογικά με τη χρήση αερόβιων μικροοργανισμών, κυρίως βακτηρίων. Οι μικροοργανισμοί λαμβάνουν ενέργεια καταναλώνοντας στοιχειακό οξυγόνο (Ο2) και οξειδώνουν το οργανικό υλικό των αποβλήτων (την τροφή τους) σε διοξείδιο του άνθρακα (CO2), νερό (H2O) και επιπρόσθετη βιομάζα (νέα κύτταρα) (Σχήμα 3). Τα θρεπτικά συστατικά (Ν και Ρ) απαιτούνται για τη μετατροπή της οργανικής ύλης σε απλά τελικά προϊόντα. Ο όρος νέα κυτταρική μάζα χρησιμοποιείται για να αναπαραστήσει τη βιομάζα που παράγεται ως αποτέλεσμα της οξείδωσης της οργανικής ύλης των υγρών αποβλήτων. Σχήμα 3. Αερόβια βιολογική επεξεργασία λυμάτων Η αμμωνία (ΝΗ3) που υπάρχει στα απόβλητα οξειδώνεται από ειδικά βακτήρια σε νιτρώδη (NO2-) και νιτρικά (NO3-) άλατα σε μια διαδικασία η οποία ονομάζεται νιτροποίηση και τα νιτρικά άλατα μετατρέπονται από άλλα ειδικά βακτήρια σε αέριο άζωτο (Ν2) σε μια διαδικασία η οποία ονομάζεται απονιτροποίηση. Έτσι 19

20 απομακρύνεται το άζωτο από τα απόβλητα. Για την απομάκρυνση του φωσφόρου, οι βιολογικές διεργασίες διαμορφώνονται έτσι ώστε να προάγουν την ανάπτυξη βακτηρίων με την ικανότητα να απορροφούν και να αποθηκεύουν μεγάλα ποσά ανόργανου φωσφόρου. Η μέθοδος της αερόβιας επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων βασίζεται στην ανάμιξη και τον αερισμό των αποβλήτων υπό συνθήκες που επιτρέπουν την επικράτηση κατάλληλων αερόβιων μικροοργανισμών, σε βιοαντιδραστήρες, όπου τα διαλυτά και κολλοειδή ρυπαντικά φορτία (εκπεφρασμένα ως οργανικό φορτίο μετρούμενο με το BOD5, ολικό άζωτο, ολικό φώσφορο κ.λ.π.) μετατρέπονται σε προϊόντα αποσύνθεσης (CO2, N2) και προϊόντα σύνθεσης (νέα κυτταρική μάζα), τα οποία μπορούν εύκολα να διαχωριστούν και να απομακρυνθούν από την υγρή φάση. Η βιομάζα που παράγεται έχει σχετική πυκνότητα ελαφρώς μεγαλύτερη απ' αυτή του νερού και μπορεί να απομακρυνθεί από τα επεξεργασμένα υγρά απόβλητα με καθίζηση με βαρύτητα στις δεξαμενές τελικής καθίζησης. Εάν δεν απομακρυνθεί, δεν επιτυγχάνεται ολοκληρωμένη επεξεργασία γιατί η βιομάζα είναι εκ φύσεως οργανικό υλικό και θα προσμετρηθεί ως BOD στην εκροή. Οι βιοαντιδραστήρες σχεδιάζονται κατάλληλα, ώστε να παρέχουν ιδανικές συνθήκες ανάπτυξης των μικροοργανισμών (θερμοκρασία, ph, συγκέντρωση οξυγόνου, αλκαλικότητα, ανάδευση, κ.α.) και διαστασιολογούνται από την ένταση και το είδος των διεργασιών (αερόβιοι, αναερόβιοι) ενώ οι δεξαμενές καθίζησης είναι κοινές σε όλες τις περιπτώσεις Αναερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων Κατά την αναερόβια διεργασία, η βιολογική αποικοδόμηση του οργανικού υλικού πραγματοποιείται απουσία οξυγόνου με τη δράση αναερόβιων μικροοργανισμών, οι οποίοι αναπτύσσονται χρησιμοποιώντας ως πηγή ενέργειας τις οργανικές ενώσεις. Τα βασικότερα προϊόντα της αναερόβιας διεργασίας, είναι μεθάνιο (CH4), διοξείδιο του άνθρακα (CO2), υδρόθειο (H2S), υδρογόνο (Η2), αμμωνία (ΝΗ3) και αναερόβια βιομάζα (Σχήμα 4). Η δημιουργία των προϊόντων εξαρτάται από τις συνθήκες λειτουργίας, τα χαρακτηριστικά της τροφοδοσίας και τα εμπλεκόμενα είδη των μικροοργανισμών. 20

21 Σχήμα 4. Αναερόβια βιολογική επεξεργασία λυμάτων Η αναερόβια αποικοδόμηση είναι μια πολύ αργή και ευαίσθητη διαδικασία (Νταρακάς, 2010) στην οποία συμμετέχουν υποχρεωτικά αναερόβιοι μικροοργανισμοί όπως τα αρχαιοβακτήρια και τα μεθανοβακτήρια, τα οποία χαρακτηρίζονται από πολύ χαμηλούς ρυθμούς ανάπτυξης, καθώς και μύκητες και πρωτόζωα. Τα θετικά της αναερόβιας διαδικασίας είναι η παραγωγή μεθανίου (CH4), το οποίο μαζί με το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) συνθέτει το βιοαέριο, ότι δεν απαιτείται αερισμός, ότι επιτυγχάνεται αποικοδόμηση δύσκολα βιοαποικοδομήσιμων ουσιών και ότι υπάρχει πολύ χαμηλή παραγωγή ιλύος. Αναερόβια επεξεργασία εφαρμόζεται ως επί το πλείστον για τη χώνευση ή ζύμωση της ιλύος η οποία προκύπτει από τα συστήματα καθίζησης και για την επεξεργασία πυκνών βιομηχανικών ή άλλων αποβλήτων. Η διεργασία αποικοδόμησης πραγματοποιείται σε δυο στάδια από διαφορετικές ομάδες μικροοργανισμών. Στο πρώτο στάδιο γίνεται υδρόλυση και ζύμωση των σύνθετων οργανικών ενώσεων με παραγωγή απλών οργανικών οξέων από επαμφοτερίζοντα και αναερόβια βακτήρια, ενώ κατά το δεύτερο στάδιο μετατρέπονται τα οργανικά οξέα σε μεθάνιο (CH4) και διοξείδιο του άνθρακα (CO2) από αναερόβια βακτήρια. Λεπτομερέστερη περιγραφή των διεργασιών δίνεται στο κεφάλαιο που αφορά την αναερόβια χώνευση της ιλύος Αερόβια - αναερόβια συστήματα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων Πρόκειται για συστήματα μικτής επεξεργασίας η οποία πραγματοποιείται σε δεξαμενές ή λίμνες σταθεροποίησης, όπου στο ανώτερο στρώμα διατηρούνται αερόβιες συνθήκες εξαιτίας του ατμοσφαιρικού οξυγόνου ή του παραγόμενου από τα 21

22 φύκη οξυγόνου με τη διεργασία της φωτοσύνθεσης, ενώ στο κατώτερο στρώμα όπου δεν διεισδύει το φως επικρατούν αναερόβιες συνθήκες. Οι δεξαμενές σταθεροποίησης είναι σχετικά μικρού βάθους λεκάνες με επίπεδο πυθμένα και συνήθως κατασκευάζονται με χωμάτινο ανάχωμα. Το σχήμα και οι ακριβείς διαστάσεις των λιμνών ποικίλουν ανάλογα με τη διεργασία, τον τύπο των αποβλήτων (ποσότητα, ποιοτικά χαρακτηριστικά) και το κλίμα της περιοχής. Το σχήμα μπορεί να είναι στρογγυλό, τετράγωνο ή ορθογώνιο με στρογγυλεμένες γωνίες και το μήκος δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το τριπλάσιο του πλάτους. Ο πυθμένας των δεξαμενών πρέπει να είναι επίπεδος, εκτός από το σημείο εισροής, για να διευκολύνεται η συνεχής ροή των αποβλήτων. Η στρογγύλευση των γωνιών βοηθά επίσης τη διατήρηση του τύπου της υδραυλικής ροής και αποτρέπει τα νεκρά σημεία στη ροή που μπορεί να δημιουργήσουν επιπτώσεις στην επεξεργασία. Κατά το σχεδιασμό πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι ιδιαιτερότητες της περιοχής της εγκατάστασης όπως ο τύπος του εδάφους, το κλίμα κ.λ.π., η διαθέσιμη έκταση, η ποσότητα και η ποιότητα των αποβλήτων και το απαιτούμενο επίπεδο επεξεργασίας. Τα τοιχώματα και ο πυθμένας των λιμνών επενδύονται συνήθως με υλικά όπως η άργιλος ή ένα τεχνητό επικαλυπτικό (μπετονίτης, πλαστικό, ελαστικό, σκυρόδεμα ή άλλο υλικό), για να αποτραπεί η ρύπανση του υδροφόρου ορίζοντα από τυχόν διαρροές. Όλες αυτές οι κατασκευές διακρίνονται σε: - δεξαμενές σταθεροποίησης ή οξείδωσης (αερόβιες, αερόβιες-αναερόβιες, αναερόβιες) - αεριζόμενες δεξαμενές (αερόβιες, αερόβιες-αναερόβιες, παρατεταμένου αερισμού). Οι λίμνες σταθεροποίησης είναι κατάλληλες για μικρές εγκαταστάσεις, εφόσον υπάρχει αρκετή εδαφική έκταση με πρόσφορη τοπογραφική διαμόρφωση και κατάλληλη φύση του εδάφους για την αποφυγή ρύπανσης του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα και λειτουργούν υπό συνθήκες φυσικού ή τεχνητού αερισμού ή και αναερόβια. Ο φυσικός αερισμός στηρίζεται στη διάλυση και διάχυση του ατμοσφαιρικού οξυγόνου στην ανεπτυγμένη επιφάνεια και στη διαδικασία της παραγωγής οξυγόνου με φωτοσύνθεση από τα φύκη. Μια αεριζόμενη λίμνη είναι στην ουσία ένας βιολογικός αντιδραστήρας πλήρους ανάμιξης, χωρίς επανακυκλοφορία, όπου πραγματοποιείται οξείδωση του οργανικού φορτίου. Ο χρόνος παραμονής των αποβλήτων κυμαίνεται από 3 έως 6 ημέρες. Ανάλογα με τη ποσότητα του αέρα που προστίθεται κατά τη διεργασία διακρίνονται 22

23 σε αερόβιες και αερόβιες / αναερόβιες. Όταν ο αερισμός δεν δημιουργεί συνθήκες πλήρους ανάμιξης στον πυθμένα της λίμνης μπορεί να εμφανιστούν αναερόβιες συνθήκες. Η εκροή περιέχει το 1/2 έως 1/3 της ποσότητας του BOD εισόδου υπό μορφή βακτηριακής μάζας ενώ το μεγαλύτερο μέρος του φορτίου απομακρύνεται με καθίζηση. Εάν ανακυκλωθεί η ιλύς από τη δεξαμενή καθίζησης, η μέθοδος μετατρέπεται σε μέθοδο ενεργού ιλύος. Η εκροή των επεξεργασμένων αποβλήτων χαρακτηρίζεται από το απομένον φορτίο του BOD και από τη συγκέντρωση των αιωρούμενων στερεών. Εικόνα 3. Αερισμός λιμνών σταθεροποίησης λυμάτων με πλωτούς αναδευτήρες Κατά το σχεδιασμό μιας λίμνης αερισμού οι παράμετροι που πρέπει να εξετάζονται είναι η απομάκρυνση του βιοχημικά απαιτούμενου οξυγόνου (BOD), τα χαρακτηριστικά των αποβλήτων, η απαίτηση σε οξυγόνο, η θερμοκρασία, η ενέργεια για ανάμειξη και ο διαχωρισμός των στερεών. Ο τεχνητός αερισμός γίνεται συνήθως με επιπλέοντες αναμικτήρες (αεριστήρες) (Εικόνα 3). Οι δεξαμενές μεγάλου βάθους χωρίς μηχανικό αερισμό παρουσιάζουν είτε μικτή βιολογική δράση (αερόβια κοντά στην επιφάνεια, αναερόβια στον πυθμένα και επαμφοτερίζουσα στη μέση) είτε λειτουργούν πρακτικά ως αναερόβιες, λόγω του υψηλού φορτίου και της φύσης των αποβλήτων Μέθοδος ενεργού ιλύος Στα αερόβια συστήματα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων κυριαρχεί η μέθοδος της «ενεργού ιλύος». Η ενεργός ιλύς αποτελείται από μια συσσωμάτωση ζωντανών και νεκρών μικροοργανισμών που δεν έχουν ακόμα αποσυντεθεί, οργανικών αιωρούμενων και κολλοειδών στερεών που δεν έχουν απομακρυνθεί στο στάδιο της προεπεξεργασίας των αποβλήτων, οργανικών ουσιών κολλοειδούς υφής, ενδιάμεσων 23

24 προϊόντων βιολογικής αποικοδόμησης οργανικών ενώσεων και αδρανών στερεών που δεν επιδέχονται αποσύνθεση. Η μέθοδος της ενεργού ιλύος εφαρμόζεται σε έναν αριθμό παραλλαγών που παρουσιάζουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, είναι όμως κατά περίπτωση επιλέξιμες για την ικανοποίηση των ιδιαιτεροτήτων κάθε εφαρμογής. Η διαδικασία συνίσταται από δύο βασικές διεργασίες, τον αερισμό και την καθίζηση (Σχήμα 5). Σχήμα 5. Αερόβια βιολογική επεξεργασία (αιωρούμενη βιομάζα) Στη δεξαμενή αερισμού ή δεξαμενή ενεργού ιλύος ή βιοαντιδραστήρα, παρέχεται ο κατάλληλος χρόνος για την ανάμιξη και τον αερισμό των εισερχόμενων υγρών αποβλήτων με την αιωρούμενη βιομάζα, δηλαδή το μικροβιακό εναιώρημα, το οποίο γενικά αναφέρεται ως αιωρούμενα στερεά ανάμικτου υγρού (Mixed Liquor Suspended Solids, MLSS) και πτητικά στερεά ανάμικτου υγρού (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids, MLVSS) που είναι ουσιαστικά το οργανικό περιεχόμενο των MLSS. Η δεξαμενή ενεργού ιλύος προσφέρει το κατάλληλο περιβάλλον όπου η αιωρούμενη βιολογικά ενεργός μάζα, αυξάνεται συνεχώς. Οι μικροοργανισμοί προσροφούν διαλυμένες οργανικές ενώσεις, τις οξειδώνουν και τις απομακρύνουν από το ρεύμα των αποβλήτων. Στη δεξαμενή καθίζησης η οποία ακολουθεί, η αιωρούμενη βιολογική μάζα, δηλαδή οι οργανικές ενώσεις που δεν οξειδώθηκαν προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό αλλά μετατράπηκαν σε βακτηριακή μάζα, καθιζάνει και απομακρύνεται από το σύστημα. Ένα μέρος όμως αυτής της βακτηριακής μάζας επιστρέφει από τη δεξαμενή καθίζησης στη δεξαμενή αερισμού Αυτό ονομάζεται επανακυκλοφορία ιλύος (βιομάζας). Ο σκοπός της επανακυκλοφορίας είναι να διατηρηθεί επαρκής 24

25 συγκέντρωση ενεργού ιλύος στη δεξαμενή αερισμού έτσι ώστε να επιτευχθεί ο επιθυμητός βαθμός επεξεργασίας στο χρονικό διάστημα που είναι επιθυμητό. Με αυτόν δηλαδή τον τρόπο επιτυγχάνεται υψηλή συγκέντρωση μικροοργανισμών ικανή για την προσρόφηση και αποικοδόμηση του εισερχόμενου οργανικού φορτίου. Η επανακυκλοφορία της βιομάζας, η οποία μπορεί να φτάσει σε ποσοστό και το 100 %, είναι σημαντικότατη λειτουργική παράμετρος ελέγχου που ρυθμίζει τη λειτουργία της διεργασίας. Η ελεγχόμενη δηλαδή αυξομείωση της συγκέντρωσης των μικροοργανισμών στον βιοαντιδραστήρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να επιτευχθεί απόκριση σε μεταβαλλόμενες συνθήκες εισόδου. Σημειώνεται τέλος, ότι η ορθή λειτουργία της δεξαμενής δευτεροβάθμιας καθίζησης παίζει σπουδαίο ρόλο στην βιολογική επεξεργασία των υγρών αποβλήτων Οι δεξαμενές ενεργού ιλύος Το σχήμα των δεξαμενών ενεργού ιλύος εξαρτάται από τους αεριστήρες οι οποίοι επιλέγονται. Συνήθως πρόκειται για ορθογώνιες δεξαμενές (Σχήμα 6). Σχήμα 6. Δεξαμενές αερισμού (ενεργού ιλύος) Οι βασικοί τύποι αεριστήρων είναι οι επιφανειακοί αεριστήρες (Εικόνα 5 και 6) και οι αεριστήρες (διαχυτήρες από κεραμικά ή πλαστικά αφρώδη υλικά) εμφύσησης φυσαλίδων αέρα (Εικόνα 4). Έχουν αναπτυχθεί διαφορετικοί τύποι δεξαμενών οι οποίοι διαφέρουν ως προς την θέση τοποθέτησης των αεριστήρων. Υπάρχουν δηλαδή δεξαμενές με αεριστήρες στον πυθμένα και δεξαμενές με αεριστήρες κοντά στην ελεύθερη επιφάνεια. Στις δεξαμενές με αεριστήρες κοντά στον πυθμένα χρησιμοποιούνται φυσαλίδες μικρής ή μέσης διαμέτρου ενώ στις δεξαμενές με αεριστήρες στην επιφάνεια φυσαλίδες με μέση ή μεγάλη διάμετρο. Επιγραμματικά θα μπορούσαμε να πούμε ότι η πρόσδοση οξυγόνου για την οξείδωση των οργανικών ενώσεων στις δεξαμενές ενεργού ιλύος επιτυγχάνεται με: 25

26 - διαχυτήρες λεπτής φυσαλίδας (σε όλη την επιφάνεια, ή πλατιάς δέσμης), - αεριστήρες τύπου βούρτσας (Mammutrotor) ή κυλινδρικούς αεριστήρες, - επιφανειακούς περιστρεφόμενους αεριστήρες σταθερού άξονα, - επιφανειακούς περιστρεφόμενους πλωτούς αεριστήρες, - πρόσδοση καθαρού οξυγόνου. Εικόνα 4. Συστήματα αερισμού (διαχυτήρες) Οι συνθήκες του περιβάλλοντος που επηρεάζουν κατά κύριο λόγο την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων με ένα συμβατικό σύστημα ενεργού ιλύος είναι κυρίως η θερμοκρασία και το ph. Η θερμοκρασία έχει σημαντική επίδραση στην ταχύτητα βιοαποικοδόμησης των οργανικών ουσιών. Συνεπώς η παράμετρος αυτή συνδέεται με τον χρόνο παραμονής των αποβλήτων στη δεξαμενή αερισμού, αυτός όμως καθορίζει και το μέγεθος αυτής της δεξαμενής. Ακόμα, για τη σωστή λειτουργία του βιολογικού συστήματος απαιτείται η ύπαρξη θρεπτικών συστατικών σε σωστές αναλογίες. Εκτός από άνθρακα, άζωτο και φώσφορο απαιτούνται και διάφορα άλλα ιχνοστοιχεία. Όταν η απαιτούμενη αναλογία C/N/P δεν υπάρχει στα απόβλητα ή η συγκέντρωση ενός στοιχείου είναι μικρότερη από την απαιτούμενη, πρέπει να προστεθεί το στοιχείο που λείπει. Η ύπαρξη διαφόρων χημικών με τοξική επίδραση στους μικροοργανισμούς επηρεάζει αρνητικά την αύξηση των μικροοργανισμών και υπό ορισμένες συνθήκες την αποκλείει τελείως προκαλώντας παρεμποδίσεις. 26

27 Εικόνα 5. Συστήματα αερισμού (επιφανειακοί αναδευτήρες) Εικόνα 6. Συστήματα αερισμού (κυλινδρικοί αεριστήρες τύπου βούρτσας) Η θεωρητική απαίτηση σε οξυγόνο υπολογίζεται κυρίως με βάση το BOD5 των ανθρακούχων και των αζωτούχων ενώσεων των αποβλήτων. Επειδή όμως ένα μέρος του οργανικού φορτίου των αποβλήτων μετατρέπεται σε βιομάζα η οποία απομακρύνεται καθημερινά από το σύστημα, η θεωρητική απαίτηση σε οξυγόνο είναι μικρότερη κατά την ποσότητα του οξυγόνου που θα απαιτείτο για την οξείδωση αυτής της βιομάζας. Στην πράξη όμως και με στόχο την ομαλή λειτουργία και τον υψηλό βαθμό απόδοσης του συστήματος, απαιτούνται πάντα πολύ μεγαλύτερες ποσότητες οξυγόνου από τις θεωρητικές τιμές. Υπάρχουν πολλές παραλλαγές συστημάτων αερόβιας βιολογικής επεξεργασίας με τη μέθοδο της αιωρούμενης βιομάζας. Τα ταχύρυθμα συστήματα επεξεργασίας απαιτούν μικρούς βιοαντιδραστήρες και μικρή μεταφορά οξυγόνου στην υγρή φάση, αλλά το ποσοστό βιοαποικοδόμησης του οργανικού φορτίου (BOD) είναι χαμηλό (50-80 %). Στα αργόρυθμα συστήματα επιτυγχάνονται υψηλά ποσοστά καθαρισμού (> 90 %), αλλά απαιτούνται μεγάλοι βιοαντιδραστήρες και υψηλή παροχή οξυγόνου. Τα συστήματα παρατεταμένου αερισμού στηρίζονται στην συνεχή προσφορά οξυγόνου, 27

28 χωρίς ανάλογη προσφορά τροφής οδηγώντας την ιλύ στο στάδιο της ενδογενούς αναπνοής (αυτοκατανάλωσης) με αποτέλεσμα τη δημιουργία ελάχιστης ή καθόλου περίσσειας ιλύος. Τα συστήματα απαιτούν περισσότερο αερισμό, άρα μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας. Το ποσοστό βιοαποικοδόμησης του οργανικού φορτίου (BOD) μπορεί να φτάσει και το 97 % Οι δεξαμενές δευτεροβάθμιας καθίζησης Οι δεξαμενές δευτεροβάθμιας καθίζησης μπορεί να είναι ορθογώνιες, κυκλικές ή χωνοειδείς και αποτελούν αναπόσπαστο τμήμα όλων των συστημάτων αερόβιας επεξεργασίας. Τον πιο συνηθισμένο τύπο αποτελούν οι κυκλικές δεξαμενές (Σχήμα 7). Σχήμα 7. Σκαρίφημα κυκλικής δεξαμενής καθίζησης Το συνολικό βάθος των δεξαμενών τελικής καθίζησης δεν πρέπει να είναι μικρότερο από τα 2.5m και μετριέται σε απόσταση 2/3 L από το σημείο εισόδου των λυμάτων στις δεξαμενές L=μήκος ροής). O όγκος των δεξαμενών κατανέμεται σε τέσσερις επιμέρους ζώνες οι οποίες εξυπηρετούν τέσσερις διαφορετικούς σκοπούς. Στο πάνω μέρος της δεξαμενής βρίσκεται η ζώνη καθαρού νερού, το βάθος της οποίας είναι τουλάχιστον 0,5 m. Η ζώνη καθίζησης είναι η δεύτερη ζώνη στην οποία γίνεται ο διαχωρισμός των καθιζανουσών ουσιών και της οποίας το βάθος πρέπει κατά κανόνα να είναι 1,0 m αλλά στην περίπτωση ΕΕΛ που δέχονται λύματα 28

29 παντορροϊκών δικτύων μπορεί να περιορισθεί σε 0,5 m. Ακολουθεί ο αποθηκευτικός χώρος για τη συγκράτηση της βιομάζας η οποία φεύγει από τις δεξαμενές αερισμού λόγω αύξησης της παροχής κατά τις περιόδους βροχών στις εγκαταστάσεις παντορροϊκών δικτύων. Τέλος η ζώνη πάνω από τον πυθμένα στην οποία συγκεντρώνεται η ιλύς η οποία έχει κατακαθίσει ονομάζεται ζώνη πάχυνσης. Ο τρόπος εισόδου και εξόδου των λυμάτων στις δεξαμενές καθίζησης είναι πολύ σημαντική υπόθεση. Η ομοιόμορφη, ομαλή και ήρεμη ροή ιδίως κατά την είσοδο με ειδικές διατάξεις ηρεμίας, με τις οποίες επιδιώκεται αφενός η καταστροφή της ενέργειας των εισερχομένων λυμάτων στις δεξαμενές και αφετέρου η ισομερής κατανομή τους σε όλο το πλάτος ή την περίμετρό τους, αλλά και κατά την έξοδο των λυμάτων εξασφαλίζει την καλή λειτουργία των δεξαμενών καθίζησης. Αυτό επιτυγχάνεται με τα έργα εισόδου (προσαγωγοί αύλακες εισροής) και εξόδου (υπερχειλιστές). Το ίδιο ισχύει και για τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση της ιλύος που έχει κατακαθίσει στον πυθμένα των δεξαμενών (σαρωτές ιλύος και ξέστρα) (Εικόνα 7). Εικόνα 7. Δεξαμενές καθίζησης (Επιφανειακό ξέστρο - απαγωγός επιπλεόντων) Η αύλακα εισροής πρέπει να εξασφαλίζει ομοιόμορφη τροφοδότηση της δεξαμενής σε όλο το πλάτος της χωρίς τη δημιουργία δευτερογενών ρευμάτων. Η κατακάθιση φερτών στον πυθμένα της αύλακας των ορθογωνίων δεξαμενών είναι δυνατόν να αποφευχθεί με τεχνητή ανάδευση (εμφύσηση αέρα), διαφορετικά θα πρέπει να διαμορφωθεί ο πυθμένας της αύλακας κατάλληλα ώστε η ιλύς που καθιζάνει να συμπαρασύρεται μέσα στη δεξαμενή μαζί με τα εισρέοντα λύματα. Στις κυκλικές δεξαμενές καθίζησης κατασκευάζεται στο κέντρο ένας θάλαμος ηρεμίας στον οποίο καταλήγει ο προσαγωγός σωλήνας ο οποίος λειτουργεί σαν σίφωνας. Η έξοδος των λυμάτων από τις δεξαμενές καθίζησης γίνεται με υπερχειλιστές οι οποίοι τοποθετούνται στο τέλος των ορθογωνίων δεξαμενών 29

30 καθίζησης και στην εξωτερική περιφέρεια των κυκλικών δεξαμενών καθίζησης. Υπάρχουν δύο είδη υπερχειλιστών, οι υπερχειλιστές ευθείας και οδοντωτής στέψης. Η οδοντωτή στέψη παρουσιάζει το πλεονέκτημα της ομοιόμορφης ροής σε όλο το μήκος του υπερχειλιστή ακόμα και όταν η οριζοντίωση της στέψης δεν είναι τελείως ακριβής. Η ιλύς που καθιζάνει στον πυθμένα των δεξαμενών μπορεί να κυλήσει προς τον θάλαμο συγκέντρωσης μόνον όταν η κλίση του πυθμένα των δεξαμενών είναι κατάλληλη. Μεγάλες κλίσεις πυθμένα υπάρχουν μόνο στις χωνοειδείς δεξαμενές. Στις άλλες περιπτώσεις η μετακίνηση της ιλύος προς τον θάλαμο συγκέντρωσης γίνεται με μηχανικά μέσα. Στις ορθογώνιες και κυκλικές δεξαμενές οι κλίσεις των πυθμένων είναι μικρές και συνεπώς οι δεξαμενές αυτές πρέπει να εξοπλίζονται με συστήματα σάρωσης της ιλύος προς τους θαλάμους συγκέντρωσης. Τα συστήματα αυτά ονομάζονται σαρωτές ιλύος. Η ταχύτητα σάρωσης της ιλύος πρέπει να επιλέγεται κατά τρόπο που να μην εμποδίζεται το φαινόμενο της καθίζησης και κατά μείζονα λόγο να μην γίνεται ανάδευση της ιλύος που έχει ήδη κατακαθίσει. Η σάρωση των ορθογωνίων δεξαμενών είναι δυνατόν να είναι συνεχής ή διακοπτόμενη. Στις κυκλικές δεξαμενές η σάρωση είναι συνεχής. O θάλαμος συγκέντρωσης της ιλύος πρέπει να είναι σε θέση να αποθηκεύσει ποσότητα ιλύος μισής ημέρας. Η ιλύς που συγκεντρώνεται στους θαλάμους συγκέντρωσης ιλύος απομακρύνεται είτε με βαρύτητα είτε με άντληση στις δεξαμενές συγκέντρωσης ιλύος οι οποίες βρίσκονται εκτός βρίσκονται εκτός των δεξαμενών καθίζησης. Ο όγκος των δεξαμενών υπολογίζεται για να αποθηκεύει ποσότητα ιλύος μιας ημέρας. Ο βαθμός απόδοσης των δεξαμενών δευτεροβάθμιας ή τελικής καθίζησης είναι ικανοποιητικός όταν η επανακυκλοφορία της ιλύος είναι μικρότερη του 50 % της παροχής λυμάτων. Στην αντίθετη περίπτωση δηλαδή για μεγάλες παροχές επανακυκλοφορίας η ηρεμία στις δεξαμενές καθίζησης διαταράσσεται και η απόδοση των δεξαμενών ελαττώνεται. Στις περιπτώσεις αυτές, π.χ. σε εγκαταστάσεις με νιτροποίηση - απονιτροποίηση, η επανακυκλοφορία γίνεται αμέσως μετά την εκροή από τις δεξαμενές αερισμού αποφορτίζοντας έτσι τις δεξαμενές καθίζησης. Η τελική καθίζηση επηρεάζεται από πολλές παραμέτρους όπως είναι ο χρόνος πάχυνσης, το ύψος της στρώσης πάχυνσης, οι μετακινήσεις της ιλύος μέσα στις δεξαμενές με τη βοήθεια των ξέστρων, η επανακυκλοφορία κ.λ.π. 30

31 2.2. Επεξεργασία Ιλύος Μετά από την επεξεργασία των λυμάτων, χρειάζεται να πραγματοποιηθεί επιπλέον επεξεργασία στην παραγόμενη ιλύ με στόχο να μειωθεί η περιεχόμενη της υγρασία, να σταθεροποιηθεί η οργανική της ύλη, να μειωθεί ο όγκος και η συνολική της μάζα και να μειωθεί η συγκέντρωση των παθογόνων μικροοργανισμών (υγειονοποίηση) (Φίλιππας, 2009). Πίνακας 1. Οι μέθοδοι επεξεργασίας της ιλύος Διάφορα στάδια επεξεργασίας μπορούν να εφαρμοστούν για να επιτύχουν αυτά τα αποτελέσματα. Είναι δυνατόν να μην ακολουθούνται όλα τα στάδια. Ορισμένα από 31

32 αυτά παραλείπονται, ιδίως σε μικρές μονάδες, όπου λόγω των μεγάλων ηλικιών της ενεργού ιλύος, η παραγόμενη βιολογική μάζα είναι επαρκώς σταθεροποιημένη και ο χειρισμός της απαιτεί μόνο διεργασίες που αποσκοπούν στη μείωση του όγκου της π.χ. πάχυνση, αφυδάτωση (Νταρακάς, 2011) Προετοιμασία Μια προκαταρκτική φάση χημικής ή θερμικής προετοιμασίας πραγματοποιείται για την περαιτέρω βελτίωση της διεργασίας της πάχυνσης ή της αφυδάτωσης της ιλύος. Η χημική προετοιμασία πραγματοποιείται με τη προσθήκη αντιδραστηρίων όπως ανόργανα άλατα, ασβέστη ή και κάποια οργανικά πολυμερή. Με την προσθήκη χημικών στην ιλύ, πριν από την πάχυνση και την αφυδάτωσή της, προκαλείται συσσωμάτωση των στερεών της ιλύος, με αποτέλεσμα να διευκολύνεται ο διαχωρισμός του νερού (Αγγελάκης κ.α., 2005). Η θερμική προετοιμασία περιλαμβάνει την θέρμανση της ιλύος στους 150 C C για 30 με 60 λεπτά. Η θερμότητα μπορεί να μεταβάλλει τη φυσική δομή της ιλύος και να βοηθήσει το επόμενο στάδιο της αφυδάτωσης. Ωστόσο, καθώς ένα μέρος της οργανικής ύλης μπορεί να υποστεί υδρόλυση κατά τη διεργασία, είναι πιθανόν να προκληθούν οσμές αλλά και να αυξηθούν τα ρυπαντικά φορτία των στραγγισμάτων κατά τη φάση της αφυδάτωσης. Είναι επίσης πιθανόν να πραγματοποιηθεί μερική θέρμανση σε θερμοκρασία 40 C - 50 C. Με αυτό τον τρόπο μειώνεται το ρυπαντικό φορτίο των στραγγισμάτων από το στάδιο της αφυδάτωσης (Commission of European Communities, 2002). Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των δυο μεθόδων προετοιμασίας συνοψίζονται στον Πίνακα 2. 32

33 Πίνακας 2. Σύγκριση των διαφορετικών μεθόδων προετοιμασίας (Commission of European Communities, 2002) Πάχυνση Η πάχυνση είναι το πρώτο στάδιο για την μείωση της περιεκτικότητας της ιλύος σε νερό και λαμβάνει χώρα πριν την σταθεροποίηση και αφυδάτωση της ιλύος, με σκοπό την αύξηση της απόδοσης των αντίστοιχων διεργασιών. Η παχυμένη ιλύς συνήθως έχει συγκέντρωση μέχρι και 6% (60 kg/m 3 ), ώστε να είναι εφικτή η άντλησή της (Αγγελάκης κ.α, 2005) Πάχυνση με βαρύτητα Η πάχυνση με βαρύτητα είναι μια διαδεδομένη τεχνική και πραγματοποιείται σε δεξαμενές (παρόμοιες με τις δεξαμενές δευτεροβάθμιας καθίζησης), οι οποίες είναι συνήθως εξοπλισμένες με μηχανικά ξέστρα του πυθμένα. Οι βαρυτικές δυνάμεις φέρνουν την παχυμένη ιλύ στη βάση της δεξαμενής όπου και αυτή εξάγεται. Το νερό (στραγγίσματα) συλλέγετε από τη κορυφή και οδηγείται στο δίκτυο στραγγισμάτων της εγκατάστασης. Η διεργασία αυτή μπορεί να επιτύχει πάχυνση της ιλύος 2 με 8 φορές, αυξάνοντας τη συγκέντρωσή της από μερικά γραμμάρια ανά λίτρο σε μερικές δεκάδες γραμμάρια ανά λίτρο (Φίλιππας Άγγελος, 2009). Το κόστος λειτουργίας της διεργασίας είναι σχετικά χαμηλό, καθώς μόνο η παροχή ηλεκτρικής ενέργειας είναι απαραίτητη για τη λειτουργία των ξέστρων και των αντλιών. Η καταναλισκόμενη ενέργεια είναι περίπου 5 kwh ανά τόνο ξηράς ουσίας (DM) (Φίλιππας Άγγελος, 2009). 33

34 Πάχυνση με μηχανικά μέσα Η μηχανική πάχυνση γίνεται είτε με φυγοκεντρητές είτε με διατάξεις φίλτρανσης της ιλύος (περιστρεφόμενα τύμπανα και τράπεζες πάχυνσης). Στα περιστρεφόμενα τύμπανα ή τις τράπεζες πάχυνσης η ιλύς, μετά από κροκίδωση, στραγγίζει με βαρύτητα διαμέσου ταινιών κατασκευασμένων από πορώδες υλικό. Τα στραγγίσματα από το συγκρότημα πάχυνσης - αφυδάτωσης συλλέγονται και οδηγούνται στην είσοδο της εγκατάστασης. Κατά την διάρκεια λειτουργίας του συγκροτήματος γίνεται συνεχής έκπλυση των ταινιών. Η λειτουργία των συγκροτημάτων αυτών απαιτεί συνεχή παρακολούθηση και η καταναλισκόμενη ενέργεια είναι της τάξης των 40 kwh / (t DS). Στους φυγοκεντρητές η κροκιδωμένη ιλύς φυγοκεντρίζεται και έτσι εξασφαλίζεται ικανοποιητικός διαχωρισμός της παχυμένης ιλύος από τα στραγγίσματα. Η λειτουργία των φυγοκεντρητών δεν απαιτεί συνεχή παρακολούθηση και για τον λόγο αυτό μπορούν να λειτουργούν συνεχώς και η καταναλισκόμενη ενέργεια είναι της τάξης των 60 kwh / (t DS) (Αγγελάκης κ.α., 2005). Η διεργασία της πάχυνσης στα περιστρεφόμενα τύμπανα ή στις τράπεζες είναι δυνατή και με τη προσθήκη πολυηλεκτρολύτη στην ιλύ. Αυτές οι μηχανικές διατάξεις χρησιμοποιούνται για όλα τα είδη ιλύος, αν και η λειτουργία τους είναι πιο οικονομική όταν επεξεργάζονται ιλύ με περιεκτικότητα μικρότερη του 1% σε στερεά (DS) και στην οποία μπορούν να επιτύχουν πάχυνση περίπου στο 6% DS. Η πρωτοβάθμια ιλύς μπορεί να παχυνθεί μέχρι και 10% DS καθώς μετά από αυτό το σημείο είναι δύσκολο να συνεχιστεί η διεργασία χωρίς τη χρησιμοποίηση δαπανηρών αντλητικών συστημάτων. Η πάχυνση της ενεργού ιλύος φτάνει συνήθως το 5% DS (Commission of European Communities, 2002) Πάχυνση με επίπλευση Η τεχνική της πάχυνσης με επίπλευση μπορεί να εφαρμοστεί όταν τα στερεά σωματίδια της ιλύος παρουσιάζουν χαμηλούς ρυθμούς καθίζησης. Επίσης, μπορεί να εφαρμοστεί και στο στάδιο της δευτεροβάθμιας επεξεργασίας των λυμάτων για τη περαιτέρω πάχυνση της ενεργού ιλύος (Φίλιππας Άγγελος, 2009). Η βαρυτική δύναμη των λεπτόκοκκων αιωρούμενων σωματιδίων ελαττώνεται με τη προσκόλληση μικρό-φυσαλίδων σε αυτά και έτσι λόγω της αυξημένης άνωσης πετυχαίνεται η άνοδός τους στην επιφάνεια από όπου απομακρύνονται με τη βοήθεια ενός ξέστρου. Η εφαρμογή της τεχνικής αυτής στα στάδια επεξεργασίας της ιλύος 34

35 περιλαμβάνει την εισαγωγή πεπιεσμένου αέρα και τη διαδοχική αποσυμπίεση στη δεξαμενή επίπλευσης. Η προσθήκη ενός πολυμερούς είναι χρήσιμη μερικές φορές όταν είναι απαραίτητη η ελάττωση της ύλης που βρίσκεται σε αιώρηση (Φίλιππας Άγγελος, 2009). Η απόδοση της διεργασίας αυτής είναι υψηλότερη από τη πάχυνση με μηχανικά μέσα, αλλά και το κόστος της ενέργειας που απαιτείται (100 με 130 kwh / (t DS)) είναι επίσης υψηλότερο (Commission of European Communities, 2002). Τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των διαφορετικών διεργασιών της πάχυνσης της ιλύος παρουσιάζονται στον Πίνακα 3. Πίνακας 3. Σύγκριση των διαφορετικών διεργασιών πάχυνσης (Αγγελάκης κ.α., 2005) Σταθεροποίηση και απολύμανση Πρόκειται για μια βιολογική διεργασία, η οποία αποσκοπεί στην σταθεροποίηση της οργανικής ύλης, στην μείωση των οσμών αλλά και στην καταστροφή μεγάλου μέρους των παθογόνων μικροοργανισμών που περιέχονται στην ιλύ, κυρίως λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που αναπτύσσονται κατά τη διάρκεια του εν λόγω σταδίου (Φίλιππας Άγγελος, 2009). 35

36 Αναερόβια Χώνευση Η αναερόβια χώνευση είναι μια διεργασία που πραγματοποιείται σε κλειστές δεξαμενές, οι οποίες συνήθως βρίσκονται πλησίον της εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων, και χαρακτηρίζεται από πλήρη έλλειψη οξυγόνου, με συνεχή ανάμιξη που επιτελείται με ανακυκλοφορία (εμφύσηση βιοαερίου ή μηχανική ανάμιξη) και με συνεχή έλεγχο της θερμοκρασίας, του ph και των αιωρούμενων στερεών. Η βέλτιστη θερμοκρασία ανάπτυξης των αναερόβιων βακτηριδίων είναι η μεσόφιλη περιοχή (30 C έως 35 C) ή η θερμόφιλη περιοχή (55 C έως 60 C) (Φίλιππας Άγγελος, 2009). Η επεξεργασία αυτή είναι αρκετά πιο αργή σε σχέση με την αερόβια επεξεργασία και ενδείκνυται για λύματα με υψηλό BOD. Με την αναερόβια χώνευση επιτυγχάνεται μείωση των οργανικών στερεών της ιλύος κατά 40 έως 60%. Η διάρκεια της επεξεργασίας κυμαίνεται μεταξύ δύο και τριών εβδομάδων ενώ εμφανίζει και ένα ιδιαίτερα σημαντικό πλεονέκτημα, την παραγωγή μεθανίου. Πιο συγκεκριμένα, κατά την αναερόβια επεξεργασία οι οργανικές ουσίες μειώνονται με μετατροπή του 30-40% των στερεών σε αέρια, κυρίως μεθάνιο. Το μεθάνιο που παράγεται χρησιμοποιείται πολλές φορές από την ίδια την εγκατάσταση επεξεργασίας υγρών αποβλήτων ως καύσιμο, προκειμένου να καλύψει μέρος των ενεργειακών της αναγκών (Φίλιππας, 2009). Η αποτελεσματικότητα της διεργασίας εξαρτάται από ένα σύνολο παραγόντων όπως η θερμοκρασία, το ph, ο χρόνος παραμονής, η χημική σύσταση των λυμάτων και η παρουσία τοξικών ουσιών. Πολλές φορές κατά τη διάρκεια αυτής της διεργασίας εφαρμόζεται θέρμανση προκειμένου να επιταχυνθούν οι βιοχημικές αντιδράσεις σε μεσόφιλες θερμοκρασίες (25 C - 40 C). Ο βαθμός ελάττωσης της συγκέντρωσης των παθογόνων μικροοργανισμών κατά τη διαδικασία της αναερόβιας χώνευσης είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας και του χρόνου επεξεργασίας. Υψηλές θερμοκρασίες (50 C - 60 C) και μεγάλοι χρόνοι παραμονής ευνοούν την καταστροφή των παθογόνων. Μειονέκτημα της αναερόβιας χώνευσης είναι το υψηλό κόστος επένδυσης, με αποτέλεσμα η παραπάνω επιλογή να εφαρμόζεται σε σχετικά μεγάλες εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων (Αγγελάκης κ.α., 2005) Αερόβια Χώνευση Η αερόβια χώνευση επιφέρει τα ίδια αποτελέσματα με την αναερόβια χώνευση, όσον αφορά στην σταθεροποίηση της ιλύος. Πραγματοποιείται με έντονη οξυγόνωση -ανάδευση της ιλύος, σε ανοιχτές δεξαμενές βάθους 3-6 μέτρων, οπότε 36

37 αποικοδομείται το 40-60% των πτητικών στερεών και παράγεται σχετικά σταθεροποιημένη ιλύς. Η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου διατηρείται σε επίπεδα άνω του 1mg/L προκειμένου να αποφευχθεί η δημιουργία οσμών. Η διάρκεια αυτής της διαδικασίας κυμαίνεται μεταξύ ημερών, ανάλογα με τη θερμοκρασία. Οι θερμοκρασίες που επικρατούν κατά την αερόβια χώνευση ανήκουν συνήθως στη μεσόφιλη περιοχή (37 C). Ωστόσο, με την αποσύνθεση της οργανικής ύλης εκλύεται θερμότητα που, κάτω από κατάλληλες συνθήκες, μπορεί να αυξήσει την θερμοκρασία πάνω από 50 C (θερμόφιλη χώνευση). Η θανάτωση των παθογόνων μικροοργανισμών προκαλείται εξαιτίας της έλλειψης θρεπτικών συστατικών, αφού η οργανική ύλη αποικοδομείται, με αποτέλεσμα να μειώνονται συνεχώς οι διαθέσιμες πηγές άνθρακα (Φίλιππας, 2009). Αξίζει να τονιστεί ότι η διεργασία της αερόβιας χώνευσης παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως χαμηλό κόστος εγκατάστασης, ευκολία στους χειρισμούς και παραγωγή σταθεροποιημένης και άοσμης ιλύος. Ωστόσο, παράγονται περαιτέρω ποσότητες μικροβιακής ιλύος, με αποτέλεσμα να απαιτείται επιπλέον επεξεργασία αυτής πριν από την τελική απόθεση, ενώ και οι απαιτήσεις σε ενέργεια λόγω του αερισμού είναι 5 με 10 φορές μεγαλύτερες από την αναερόβια χώνευση (Φίλιππας, 2009) Κομποστοποίηση Η κομποστοποίηση είναι μια αεροβική διεργασία που περιλαμβάνει τη μίξη της ιλύος με διάφορα άλλα παραπροϊόντα όπως πριονίδια ή ζωική κοπριά. Συγκεκριμένα, είναι η ελεγχόμενη βίο-οξείδωση ετερογενών οργανικών υλικών, από ετερογενείς και κυρίως ετερότροφους οργανισμούς (βακτήρια, μύκητες κτλ.). Με την κομποστοποίηση παράγεται πλεονάζουσα θερμότητα η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αύξηση της θερμοκρασίας της μάζας που κομποστοποιείται, και σε συνδυασμό με τον χρόνο έκθεσης (μερικές εβδομάδες), επιτυγχάνεται ικανοποιητική απολύμανση της λάσπης (Φίλιππας, 2009). Η διεργασία της κομποστοποίησης επιτελείται για διάφορους σκοπούς. Το προϊόν της διεργασίας (compost) έχει μεγάλη γεωργική αξία, βρίσκεται σε ένα ικανοποιητικό επίπεδο απολύμανσης και είναι σταθεροποιημένο, μειώνοντας έτσι σημαντικά τις οσμές, γεγονός που μπορεί να κάνει την αποδοχή του ευκολότερη. Τέλος, με την κομποστοποίηση επιτυγχάνεται και μείωση της περιεχόμενης υγρασίας, το προϊόν μπορεί και να ξεπεράσει και το 60% DS, κάνοντας έτσι 37

38 ευκολότερη τη διαχείριση της ιλύος (Φίλιππας, 2009) Χημική επεξεργασία Η χημική επεξεργασία είναι κυρίως η επεξεργασία με ασβέστη και περιλαμβάνει την προσθήκη ασβέστη (CaO) στην ιλύ με στόχο την αύξηση του ph στο 12 ώστε να καταστραφεί ή να ανασταλεί η δράση της βιομάζας που είναι υπεύθυνη για τη διάσπαση των οργανικών συστατικών της ιλύος. Με την επεξεργασία αυτή επιτυγχάνεται, επίσης, η απολύμανση της ιλύος και η αύξηση του ξηρού - στερεού περιεχομένου της κάνοντας έτσι τη διαχείριση της ευκολότερη (Φίλιππας, 2009). Η αύξηση των στερεών εξαρτάται από την αρχική συγκέντρωση τους, αλλά κυρίως από τη ποσότητα του ασβέστη που προστίθεται. Η συνήθης προστιθέμενη ποσότητα του ασβέστη, προκειμένου να επιτευχθεί ικανοποιητική σταθεροποίηση της ιλύος, φτάνει το 30% της ξηρής μάζας της ιλύος (Commission of European Communities, 2002). Η χημική επεξεργασία συμβάλλει στη βελτίωση των ιδιοτήτων της ιλύος που ακολουθεί το στάδιο της χώνευσης και στοχεύει στην ελάττωση της συνάφειας μεταξύ στερεών και νερού και τη συσσωμάτωση των σωματιδίων, ώστε να διευκολυνθεί η μετέπειτα αφυδάτωση. Αυτή επιτυγχάνεται με τη προσθήκη κροκιδωτικών, κυρίως πολυηλεκτρολυτών, τα οποία βοηθούν στη συσσωμάτωση των στερεών σωματιδίων της ιλύος ή με ολιγόχρονη θέρμανση στους 160 C C, σε αυτόκλειστα με υψηλή πίεση (θερμική βελτίωση). Η τελευταία επιτυγχάνει και σημαντική μείωση του μικροβιολογικού φορτίου. Η συσσωμάτωση που λαμβάνει χώρα σε αυτό το στάδιο είναι ιδιαίτερα αποδοτική στην απομάκρυνση ιών (Φίλιππας, 2009) Αφυδάτωση Με την αφυδάτωση επιτυγχάνεται η περαιτέρω ελάττωση του όγκου της ιλύος και η περαιτέρω μείωση της περιεκτικότητας της σε νερό, με αποτέλεσμα να είναι πιο εύκολη η διακίνηση, η μεταφορά και η τελική διάθεση της σταθεροποιημένης ιλύος. Χρησιμοποιούνται μηχανικές και θερμικές μέθοδοι, συνήθως ταινιοφιλτρόπρεσσες ή φυγοκεντρικοί συμπυκνωτές και κλίνες ξήρανσης ή συνδυασμός αυτών. Στην αφυδατωμένη ιλύ το στερεό περιεχόμενο μπορεί να κυμανθεί από 30% μέχρι και 90% (Φίλιππας, 2009). 38

39 Κλίνες ξήρανσης Μία από τις απλούστερες τεχνικές αφυδάτωσης της ιλύος είναι οι ανοιχτές κλίνες ξήρανσης, που χρησιμοποιούνται κυρίως σε μικρές εγκαταστάσεις επεξεργασίας ιλύος, εφόσον οι τοπικές κλιματολογικές συνθήκες επιτρέπουν την λειτουργία τους όλο το έτος. Οι κλίνες αποτελούνται από στρώμα άμμου πάχους περίπου 20 cm, με συντελεστή ομοιομορφίας 4, που διαμορφώνεται πάνω σε στρώμα χαλικιών. Η ιλύς κατανέμεται ομοιόμορφα πάνω στο στρώμα της άμμου. Η αφυδάτωση της ιλύος επιτυγχάνεται με την διήθηση του νερού μέσω του στραγγιστηρίου και με την εξάτμιση από την εκτεθειμένη στον αέρα επιφάνεια (Φίλιππας, 2009). Οι βασικοί μηχανισμοί αφυδάτωσης στις κλίνες ξήρανσης είναι δύο (Φίλιππας, 2009): 1) Διήθηση του νερού της ιλύος μέσα στις κλίνες, που διαρκεί περίπου 1-3 ημέρες και έχει ως αποτέλεσμα συγκεντρώσεις στερεών 15-25%. Το ποσοστό του νερού που απομακρύνεται με διήθηση είναι 20-55% του συνολικού και εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της ιλύος και κυρίως τη συγκέντρωση της. 2) Εξάτμιση του νερού, που εξαρτάται από τη θερμοκρασία, τη σχετική υγρασία και την ταχύτητα των ανέμων της περιοχής και αποτελεί μια διαδικασία με ρυθμό μικρότερο από αυτόν της διήθησης. Με τις κλίνες ξήρανσης μπορεί να επιτευχθεί συγκέντρωση ξηρών στερεών μέχρι και 40% (400 kg/m 3 ), ανάλογα με την διάρκεια της ξήρανσης και τις επικρατούσες κλιματολογικές συνθήκες. Γενικά, η αφυδάτωση με κλίνες ξήρανσης έχει μικρό λειτουργικό κόστος και ελάχιστες απαιτήσεις συντήρησης. Ωστόσο απαιτούνται μεγάλες εκτάσεις, ενώ αναμένονται οχλήσεις από πιθανές οσμές (Φίλιππας, 2009) Φυγοκέντρηση Η φυγοκέντρηση είναι μία μηχανική διεργασία, κατά την οποία με την βοήθεια της φυγόκεντρης δύναμης διαχωρίζεται η παχυμένη ιλύς από τα στραγγίσματα. Οι φυγοκεντρητές χρησιμοποιούνται στις διεργασίες αφυδάτωσης καθώς είναι συμπαγείς, έχουν μεγάλη παραγωγική δυνατότητα και είναι απλοί στη λειτουργία (Φίλιππας, 2009). Η φυγοκέντρηση μπορεί να εφαρμοστεί και στο στάδιο της πάχυνσης. Με την φυγοκέντρηση επιτυγχάνεται τελικό προϊόν με συγκέντρωση στερεών μέχρι και 30% (300 kg/m 3 ), ωστόσο οι απαιτήσεις σε ενέργεια είναι σημαντικές: από 30 έως 80 kwh / (t DS), ενώ είναι απαραίτητη και η προσθήκη κροκιδωτικών (Φίλιππας, 2009). 39

40 Ταινιοφιλτρόπρεσσα-Φιλτρόπρεσσα Με την ταινιοφιλτρόπρεσσα η ιλύς αναμεμειγμένη με πολυμερές κροκιδωτικό, αφυδατώνεται καθώς συμπιέζεται μεταξύ δύο ταινιών. Η βασική αρχή είναι ίδια με αυτήν της πάχυνσης με βαρύτητα. Υπάρχουν διαφόρων ειδών μηχανές, ανάλογα με τον βαθμό πίεσης που ασκείται στην ιλύ (χαμηλής, μέσης και υψηλής συμπίεσης περίπου 4, 5 και 7 bar) (Φίλιππας, 2009). Με την ταινιοφιλτρόπρεσσα είναι δυνατόν να αυξηθεί η συγκέντρωση των στερεών στην ιλύ από 10% μέχρι και 20%, ανάλογα με τον τύπο της ιλύος και την πίεση που εφαρμόζεται. Η κατανάλωση ενέργειας ανέρχεται σε περίπου 35 kwh / (t DS) (Φίλιππας, 2009). Οι φιλτρόπρεσσες αποτελούνται από επάλληλες κατακόρυφες πλάκες, που σχηματίζουν εσωτερικές κοιλότητες και καλύπτονται από πορώδες ύφασμα, το οποίο αποτελεί το διηθητικό μέσο. Η ιλύς τροφοδοτείται στη κοιλότητα κάθε πλάκας και με την ασκούμενη πίεση επιτυγχάνεται η απομάκρυνση του νερού μέσω του πορώδους υλικού. Με την χρήση αυτής της τεχνικής μπορεί να επιτευχθεί μεγάλος βαθμός αφυδάτωσης (μέχρι 45%) (Φίλιππας, 2009). Για την ικανοποιητική αφυδάτωση, συνήθως απαιτείται χημική προετοιμασία. Η κατανάλωση ενέργειας κυμαίνεται μεταξύ 30 και 40 kwh / (t DS) (Φίλιππας Άγγελος, 2009). Τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των μεθόδων αφυδάτωσης παρουσιάζονται συνοπτικά στον Πίνακα 4. Μετά την επεξεργασία ακολουθεί η τελική διάθεση της ιλύος. Οι κυριότερες μέθοδοι διάθεσης της ιλύος στις διάφορες χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης είναι σήμερα η γεωργική αξιοποίηση, η καύση και η υγειονομική ταφή. Σε μικρότερο ποσοστό η επεξεργασμένη ιλύς μπορεί να διατεθεί σε δάση, σε κήπους αλλά και για την αποκατάσταση εδαφών (Φίλιππας, 2009). 40

41 Πίνακας 4. Σύγκριση των διαφορετικών μεθόδων αφυδάτωσης (Αγγελάκης κ.α., 2005) Απολύμανση εκροής Ο στόχος της απολύμανσης των λυμάτων είναι η καταστροφή των παθογόνων µικροοργανισµών σε ικανοποιητικά επίπεδα ώστε η διάθεση των λυµάτων στους υδάτινους αποδέκτες ή η επαναχρησιµοποίησή τους να µην δηµιουργεί κινδύνους στη δηµόσια υγεία. (Ανδρεαδάκης, 2000) Απολύµανση των λυµάτων επιτυγχάνεται κατά κανόνα µε εφαρµογή φυσικών ή χηµικών µεθόδων όπως χλωρίωση, οζόνωση ή υπεριώδη ακτινοβολία. Τα χαρακτηριστικά του ιδανικού απολυµαντικού είναι: α) υψηλός ρυθµός εξουδετέρωσης παθογόνων µικροοργανισµών, β) χαµηλή δραστικότητα µε ουσίες που περιέχονται στο νερό και χαµηλή παραγωγή επικίνδυνων παραπροϊόντων, γ) χαµηλό κόστος λειτουργίας και µικρές απαιτήσεις συντήρησης, δ) µηδενικός κίνδυνος κατά τη χρήση του, ε) εύκολη ανιχνευσιµότητα στο νερό και στ) χαµηλή τοξικότητα στους υδρόβιους οργανισµούς. Οι παραπάνω ιδιότητες δεν είναι 41

42 συγκεντρωµένες σε ένα απολυµαντικό, θα πρέπει όµως να λαµβάνονται υπόψη κατά την αξιολόγηση των εναλλακτικών µεθόδων. Ο ρυθµός εξουδετέρωσης των παθογόνων µικροοργανισµών που περιέχονται στα λύµατα (ιοί, βακτήρια, παράσιτα) εξαρτάται από διάφορους παράγοντες όπως: 1) το είδος του µικροοργανισµού, 2) το είδος, τις ιδιότητες και τη δόση του απολυµαντικού µέσου, 3) το χρόνο έκθεσης των µικροοργανισµών στο απολυµαντικό µέσο, 4) τα υδραυλικά χαρακτηριστικά της δεξαµενής απολύµανσης, 5) τα φυσικοχηµικά χαρακτηριστικά των λυµάτων (π.χ. οργανικό φορτίο, αµµωνιακό άζωτο, συγκέντρωση στερεών, θολότητα, απορροφητικότητα σε 254 nm, ph και θερµοκρασία) Χλωρίωση Το χλώριο (Cl2) είναι ουσία τοξική για τον άνθρωπο και τα ζώα, σε χαμηλές όμως συγκεντρώσεις οι οποίες απαιτούνται για την καταστροφή των παθογόνων μικροοργανισμών είναι αβλαβές. Όταν το αέριο χλώριο αναμιγνύεται με το νερό σχηματίζεται υποχλωριώδες οξύ (HOCI). Η βακτηριοκτόνος δράση του υποχλωριώδους οξέως (HOCI) είναι αυτή που απολυμαίνει την εκροή των λυμάτων. Η παρουσία όμως του υποχλωριώδους οξέως στο νερό εξαρτάται κυρίως από το ph. Έτσι, σε χαμηλές τιμές ph υπερισχύει το οξύ (HOCl), ενώ σε υψηλές τιμές υπερισχύουν τα υποχλωριώδη ιόντα (OCl - ). Η μέγιστη απολύμανση επιτυγχάνεται για τιμές ph μεταξύ 5,5 και 7,5. Σημειώνεται τέλος ότι όσο υψηλότερη είναι η τιμή του ph και όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία τόσο περισσότερη ποσότητα χλωρίου απαιτείται για την επιτυχή απολύμανση. Εάν για την απολύμανση χρησιμοποιηθεί χλωριώδες νάτριο (NaOCl2) και αέριο χλώριο δημιουργείται διοξείδιο του χλωρίου το οποίο είναι το βακτηριοκτόνο μέσο. Το διοξείδιο του χλωρίου (ClO2) είναι σταθερό αέριο που παραμένει σαν υπόλειμμα στο νερό για μικρό χρονικό διάστημα και είναι ιδιαίτερα δραστικό σε υψηλές τιμές του ph. Εάν χρησιμοποιηθεί υποχλωριώδες νάτριο (NaOCl) προκύπτει υποχλωριώδες οξύ και για υψηλές τιμές του ph μετατρέπεται σε υποχλωριώδες ιόν του οποίου η βακτηριοκτόνος δράση δεν είναι αποτελεσματική. Στην περίπτωση αυτή απαιτείται διόρθωση του ph ώστε η τιμή του να είναι μικρότερη από 7,5. Το φως, η θερμοκρασία και ίχνη βαρέων μετάλλων δημιουργούν απώλειες ενεργού χλωρίου λόγω μετατροπής του σε χλωρικό και χλωριώδες νάτριο. Η πιο συνηθισμένη μέθοδος απολύμανσης των υγρών αποβλήτων είναι η χλωρίωση 42

43 (με αέριο χλώριο ή με διοξείδιο του χλωρίου ή με υποχλωριώδες νάτριο) και η πιο σημαντική παράμετρος κατά τη χλωρίωση είναι ο χρόνος επαφής των αποβλήτων με το χλώριο. Το σύστημα της χλωρίωσης σχεδιάζεται ώστε να εξασφαλίζεται ότι το % περίπου της μάζας των υγρών αποβλήτων παραμένει στη δεξαμενή η οποία είναι μαιανδρικού τύπου για τουλάχιστον λεπτά. Η δόση του χλωρίου που απαιτείται για επιτυχή απολύμανση είναι συνάρτηση της αρχικής απαίτησης χλωρίου, της εξασθένισής του κατά τον χρόνο επαφής και της απαιτούμενης συγκέντρωσης του υπολειπόμενου χλωρίου το οποίο θα επιτελέσει το έργο της απολύμανσης. Οι τυπικές τιμές της αρχικής απαίτησης χλωρίου για διάφορους τύπους αστικών υγρών αποβλήτων οι οποίοι βασίζονται σε χρόνο επαφής λεπτά είναι οι εξής: - μετά από πρωτοβάθμια επεξεργασία mg/lt, - μετά από βιολογική επεξεργασία (μέθοδος ενεργού ιλύος) 5-10 mg/lt, - μετά από διήθηση της εκροής (μέθοδος ενεργού ιλύος) 5-8 mg/lt, - μετά από απονιτροποίηση (μέθοδος ενεργού ιλύος) 5-8 mg/lt, - μετά από βιολογική επεξεργασία (χαλικοδιυλιστήρια) 5-15 mg/lt. Η συνήθης πρακτική που ακολουθείται για τον προσδιορισμό της απαιτούμενης δόσης χλωρίου, είναι η μέτρηση της συγκέντρωσης του υπολειμματικού χλωρίου, μετά από χρόνο επαφής min, η οποία πρέπει να είναι 0,5 mg/lt. Για να εξασφαλιστεί η παραμονή των κατεργασμένων αποβλήτων στη δεξαμενή επαφής χλωρίου για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο, η πιο κοινή προσέγγιση είναι η χρήση δεξαμενών επαφής μεγάλου μήκους εμβολικής ροής με στρογγυλεμένα άκρα ή μια σειρά εσωτερικά συνδεδεμένων δεξαμενών ή τμημάτων. Οι δεξαμενές επαφής χλωρίου εμβολικής ροής που κατασκευάζονται σε μαιανδρική μορφή για την εξοικονόμηση χώρου, απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή στο σχεδιασμό τους για να περιοριστεί ο σχηματισμός υδραυλικών νεκρών ζωνών που μειώνουν τους υδραυλικούς χρόνους παραμονής. Λόγοι μήκους προς πλάτος τουλάχιστον 20:1 και η χρήση ανακλαστήρων και πτερυγίων βοηθούν στην ελαχιστοποίηση των βραχυκυκλώσεων ροής. 43

44 Εικόνα 8. Μαιανδρικές δεξαμενές χλωρίωσης Οζόνωση Το όζον (Ο3) χρησιμοποιείται κυρίως για την απολύμανση του πόσιμου νερού. Όμως η υψηλή οξειδωτική του ικανότητα το καθιστά ιδιαίτερα ελκυστικό για την αποικοδόμηση σύνθετων οργανικών ουσιών που παραμένουν στα υγρά απόβλητα μετά το στάδιο της βιολογικής επεξεργασίας. Το όζον είναι χημικά ασταθές αέριο και διασπάται πολύ γρήγορα μετά την παραγωγή του. Γι αυτό παράγεται επί τόπου από υγρό οξυγόνο με τη μέθοδο των ηλεκτρικών εκκενώσεων (σχήμα 8). Η κατανάλωση ενέργειας είναι αρκετά μεγάλη. Σχήμα 8. Τυπικό διάγραμμα ροής απολύμανσης υγρών αποβλήτων με όζον Η αποτελεσματικότητα του όζοντος στη διάσπαση των υπολειμματικών οργανικών ουσιών εξαρτάται από τη δόση, το ph των αποβλήτων και την συγκέντρωση του οργανικού φορτίου. Το βασικό μειονέκτημα της χρήσης όζοντος είναι το υψηλό κόστος των εγκαταστάσεων παραγωγής του και το υψηλό κόστος λειτουργίας τους. Η οζόνωση ενδείκνυται σε περιπτώσεις όπου τα επεξεργασμένα υγρά απόβλητα δεν 44

45 πρέπει να περιέχουν παραπροϊόντα χλωρίωσης και όταν απαιτείται μετά από τη χλωρίωση και ένα ακόλουθο στάδιο αποχλωρίωσης. Η ποσότητα του όζοντος που απαιτείται για την απολύμανση βιολογικά κατεργασμένων υγρών αποβλήτων είναι gr/m 3 λυμάτων και η διάρκεια της αντίδρασης είναι λεπτά. Για πλήρη καταστροφή των κυτταρικών δεσμών ακόμη και στην περίπτωση των ιών, απαιτούνται υπολειμματικές συγκεντρώσεις από 0,2-0,5 mg/lt με χρόνο επαφής 6 λεπτά Απολύμανση με υπεριώδη ακτινοβολία (UV) Η εφαρμογή υπεριώδους ακτινοβολίας (UV) για την καταστροφή των μικροοργανισμών που περιέχονται στα υγρά απόβλητα οφείλεται στην απορρόφηση της ακτινοβολίας από το γενετικό υλικό (DNA) των κυττάρων. Η μέγιστη καταστροφική ικανότητα της υπεριώδους ακτινοβολίας επιτυγχάνεται στην περιοχή του UVC, σε μήκος κύματος nm, όπου αναφέρεται η μέγιστη απορρόφησή της από τα νουκλεϊνικά οξέα των μικροοργανισμών. Μέτρο της αποτελεσματικότητας της απολύμανσης με υπεριώδη ακτινοβολία αποτελεί η ποσότητα, δηλαδή η δόση της ενέργειας που απορροφάται από το μικροοργανισμό. Η ποσότητα αυτή είναι το γινόμενο του ρυθμού με τον οποίο η ενέργεια, δηλαδή η ένταση, παρέχεται επί τον χρόνο κατά τον οποίο ο μικροοργανισμός εκτίθεται σε αυτή. Παρ' όλα αυτά, αύξηση της δόσης οδηγεί συχνά σε μειωμένη απολυμαντική δράση, γεγονός που οφείλεται στην προσρόφηση των βακτηρίων στα αιωρούμενα σωματίδια. Μια άλλη παράμετρος που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη είναι ότι ορισμένες ανόργανες και οργανικές ενώσεις που υπάρχουν στα απόβλητα απορροφούν στο μήκος κύματος της εκπεμπόμενης υπεριώδους ακτινοβολίας. Η δόση της ακτινοβολίας εξαρτάται από την ένταση της ακτινοβολίας (ενέργεια, mw) και το χρόνο (διάρκεια ακτινοβολίας, s) και είναι αντιστρόφως ανάλογη προς την επιφάνεια που ακτινοβολείται (cm 2 ). Τα πλεονεκτήματα της απολύμανσης με UV είναι πολλά. Η μέθοδος είναι αποτελεσματική για πολλά και διάφορα είδη μικροοργανισμών. Δεν επιφέρει χημικές μεταβολές στα απόβλητα οπότε δεν μεταβάλει την επίπτωσή τους στον υδάτινο αποδέκτη. Δεν υπάρχει τοξική υπολειμματική συγκέντρωση. Ο εξοπλισμός καταλαμβάνει μικρό χώρο και είναι σχετικά οικονομικός. Τα μειονεκτήματα συνίστανται στην απουσία μετρήσιμης υπολειμματικής ποσότητας σε αντίθεση με τη 45

46 χλωρίωση και το υπολειμματικό χλώριο, στην απουσία μεθόδων μέτρησης της δόσης, γεγονός που παρεμποδίζει επίσης τον έλεγχο και στην πιθανότητα φωτοεπισκευής των κυττάρων που έχουν πληχθεί από την ακτινοβολία UV. Τα σημαντικότερα όμως μειονεκτήματα - προβλήματα είναι η πτώση της απόδοσης των συσκευών ακτινοβολίας και της διάρκειας ζωής των λαμπτήρων και ότι οι λαμπτήρες και οι επιφάνειες ανάκλασης λερώνουν με την πάροδο του χρόνου. Τα συστήματα απολύμανσης UV διακρίνονται συνήθως σε οριζόντια, όπου οι λυχνίες τοποθετούνται παράλληλα με τη ροή και κάθετα, όπου οι λυχνίες τοποθετούνται κάθετα σε σχέση με τη ροή των υγρών αποβλήτων. Εικόνα 9. Απολύμανση με υπεριώδη ακτινοβολία Οι προϋποθέσεις για καλή απολύμανση των υγρών αποβλήτων με υπεριώδη ακτινοβολία είναι ο περιοδικός καθαρισμός των λαμπτήρων (π.χ. ανά δεκαήμερο) και η χαμηλή περιεκτικότητα των αποβλήτων σε αιωρούμενα στερεά (< 20 mg/lt) Τριτοβάθμια επεξεργασία Η τριτοβάθμια επεξεργασία είναι μια πρόσθετη επεξεργασία που ακολουθεί τη δευτεροβάθμια επεξεργασία και έχει σχεδιαστεί για την αφαίρεση υπολειπόμενων ανεπιθύμητων χημικών στοιχείων, όπως το αμμωνιακό άζωτο και ο φώσφορος, μέσα από υψηλής απόδοσης βιολογικές ή χημικές διεργασίες (Φίλιππας, 2009). Αυτή η επεξεργασία είναι απαραίτητη όταν απαιτείται ένα υψηλό επίπεδο απορρύπανσης, ειδικά όταν τα λύματα διατίθενται σε ευαίσθητους αποδέκτες, όπως αυτοί αναγνωρίζονται από τα κράτη μέλη (Φίλιππας, 2009). 46

47 Το άζωτο καταναλώνει οξυγόνο όταν η αντίδραση της νιτροποίησης λαμβάνει χώρα στο φυσικό περιβάλλον. Είναι όμως τοξικό στην αμμωνιακή ή νιτρική μορφή του και είναι υπεύθυνο για τα φαινόμενο του ευτροφισμού. Η απομάκρυνση του αζώτου είναι μία βιολογική διεργασία η οποία φαίνεται στο Σχήμα 9. Κάθε βήμα πραγματοποιείται από συγκεκριμένα βακτήρια, τα οποία χρειάζονται και διαφορετικές συνθήκες για να αναπτυχθούν (Φίλιππας, 2009). Σχήμα 9. Διαδικασία Νιτροποίησης-Απονιτροποίησης (Φίλιππας, 2009) Η αφαίρεση του φωσφόρου μπορεί να γίνει μέσω χημικών διεργασιών ή βιολογικής επεξεργασίας. Οι χημικές διεργασίες περιλαμβάνουν κυρίως τη χημική καταβύθιση με την προσθήκη κατάλληλων χημικών αντιδραστηρίων. Αυτή η διεργασία όμως αυξάνει την ποσότητα της ιλύος η οποία παράγεται από μια εγκατάσταση ενεργού ιλύος, κατά περίπου 30%. Η βιολογική επεξεργασία που μπορεί να εφαρμοσθεί για την αφαίρεση του φωσφόρου περιλαμβάνει ειδικούς μικροοργανισμούς οι οποίοι μπορούν και αποθηκεύουν το φώσφορο. Με αυτόν τον τρόπο ο τελευταίος συσσωρεύεται εντός των βακτηρίων και απομακρύνεται μαζί με την υπόλοιπη ιλύ (Φίλιππας, 2009). 47