ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΠΟΤΑΜΟΥ ΑΙΣΟΝΑ ΣΤΗΝ ΠΙΕΡΙΑ ΩΣ ΑΠΟ ΕΚΤΗ ΤΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΜΕΝΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ ΤΗΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗΣ

Transcript

1 ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΠΟΤΑΜΟΥ ΑΙΣΟΝΑ ΣΤΗΝ ΠΙΕΡΙΑ ΩΣ ΑΠΟ ΕΚΤΗ ΤΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΜΕΝΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ ΤΗΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗΣ Β.Ζ. Αντωνόπουλος και Β. Ε. Παπαδηµητρίου Τοµέας Εγγείων Βελτιώσεων, Εδαφολογίας και Γεωργικής Μηχανικής, Τµήµα Γεωπονίας, Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη 5 Τηλ , Φαξ , vasanton@agro.auth.gr KEYWORDS: Ποταµός Αίσονας, ποιότητα νερού, λύµατα, αποδέκτης, µοντέλο QUALE ΠΕΡΙΛΗΨΗ O Αίσονας ποταµός βρίσκεται στην Πιερία της Κεντρικής Μακεδονίας, εκβάλει στον Θερµαϊκό Κόλπο και αποτελεί τον αποδέκτη των εκροών των εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυµάτων της Κατερίνης (Ε.Ε.Λ.). Στην εργασία αυτή έγινε µία προσπάθεια διερεύνησης της επίδρασης των φορτίων των λυµάτων που εισέρχονται στον Αίσονα µε την βοήθεια του µαθηµατικού µοντέλου QUALE. Οι ποιοτικές παράµετροι που εξετάστηκαν είναι το διαλυµένο οξυγόνο (DO), η βιοχηµική απαίτηση σε οξυγόνο (BOD), οι ανόργανες µορφές του αζώτου (αµµωνιακό, νιτρώδες και νιτρικό), και ο διαλυµένος φώσφορος. Η ρύθµιση και ο έλεγχος αξιοπιστίας του µαθηµατικού µοντέλου QUALE, έγινε µε βάση δεδοµένα µετρήσεων από βιβλιογραφικές πηγές. Το µοντέλο µπορεί να συµβάλλει σηµαντικά και στη µελλοντική διερεύνηση της ποιότητας του νερού του Αίσονα, εξαιτίας της αύξησης των λυµάτων µε την επέκταση των Ε.Ε.Λ. Κατερίνης. WATER QUALITY STUDY OF AESONAS STREAM (PIERIA) AS RESULT OF DISPOSAL OF WASTEWATER TREATMENT OF KATERINI PLANT V.Z. Antonopoulos and V.Ε. Papadimitriou Department of Hydraulics, Soil Science and Agr. Engineering, School of Agriculture, Aristotle University, 5 Thessaloniki, Greece ABSTRACT Aesonas River is located in Pieria Prefecture at Central Macedonia, ends in the Thermaikos Gulf and the outflows of wastewater treatment unit of Katerini city (WWTU) are some of the point pollution sources of the river. In this paper, the mathematical model QUALE is used to evaluate the environmental impact of outflows of WWTU of Katerini in the water quality of Aesonas River. HELECO 5, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 5

2 The examinated water quality parameters were : dissolved oxygen, BOD, inorganic forms of nitrogen (NH -N, NO -N and NO 3 -N), and dissolved phosphorus. The calibration and verification of QUALE model was based on measurements of water quality and discharge. The results have shown that the model QUALE can be used to evaluate the future water quality changes due to an increase of inflow wastewater in WWTU of Katerini city.. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η παροχέτευση και διάθεση των υγρών επεξεργασµένων και µη αποβλήτων σε υδατορεύµατα προκαλεί µεταβολές στα ποιοτικά χαρακτηριστικά των αποδεκτών µε πιο σηµαντική τη µείωση του διαλυµένου οξυγόνου. Λίγα ποτάµια στην Ελλάδα είναι αποδέκτες σηµαντικών εισροών αστικών και βιοµηχανικών λυµάτων. Οι µεγάλες πόλεις της Ελλάδας βρίσκονται κυρίως δίπλα σε θάλασσες (Αθήνα-Πειραιάς, Θεσσαλονίκη, Πάτρα, Καβάλα, Ηράκλειο) ή λίµνες (Καστοριά, Ιωάννινα). Από τις πόλεις που βρίσκονται δίπλα σε ποτάµια, που αποτελούν αποδέκτες των λυµάτων τους, είναι η Λάρισα (Πηνειός), Ξάνθη (Κόσυνθος), Έδεσσα και Βέροια (περιφερειακή τάφρος 66), Γρεβενά (Γρεβενιώτης-Αλιάκµονας). Πιο συχνό είναι το φαινόµενο µικρές πόλεις να έχουν ως αποδέκτη υδατορεύµατα µικρής δυναµικότητας όπως είναι για παράδειγµα η Κατερίνη (Αίσονας) και η Πτολεµαίδα (Πεντάβρυσος). Από τους διασυνοριακούς ποταµούς, ο Αξιός είναι αυτός που δέχεται εισροές από αστικές και βιοµηχανικές δραστηριότητες σε µικρή απόσταση από τα σύνορα. Γενικά η καταγραφή, η µελέτη και η ανάπτυξη µοντέλων ποιότητας του νερού των ποταµών της Ελλάδας είναι περιορισµένη. Από το 97, άρχισε από το Υπουργείο Γεωργίας η καταγραφή της ποιότητας των υδάτων στα µεγάλα ποτάµια της Βόρειας Ελλάδας. Τα τελευταία χρόνια και άλλοι φορείς, όπως το Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε, η ΕΗ, κ.α., εγκατέστησαν σταθµούς µέτρησης των ποσοτικών και ποιοτικών παραµέτρων των επιφανειακών νερών [3]. Η ανάλυση των δεδοµένων από αυτές τις καταγραφές έγινε σε µερικές περιπτώσεις είτε µε στατιστικά και στοχαστικά µοντέλα για τη διερεύνηση των τάσεων και µελλοντικών προβλέψεων [,5,6], είτε µε τη µελέτη των διαφοροποιήσεων της ποιότητας κατά µήκος των υδατορευµάτων []. Για την εκτίµηση των επιπτώσεων της διάθεσης των λυµάτων στην ποιότητα του νερού των υδατορευµάτων χρησιµοποιούνται µαθηµατικά µοντέλα [,9,8]. Από τα πιο γνωστά και ευρέως χρησιµοποιούµενα µαθηµατικά µοντέλα είναι το QUALE της Εταιρείας Προστασίας Περιβάλλοντος της U.S.A. (Brown and Barnwell, 987). Το QUALE έχει χρησιµοποιηθεί για την επίλυση διαφορετικών προβληµάτων ποιότητας νερού σε πολλά και διαφορετικά ποτάµια συστήµατα [,,, 5]. Στην εργασία χρησιµοποιείται το µαθηµατικό µοντέλο QUALE για να εκτιµηθούν οι επιπτώσεις της διάθεσης των εκροών των Εγκαταστάσεων Επεξεργασίας Λυµάτων Κατερίνης (Ε.Ε.Λ.) στην ποιότητα του Αίσονα και του τελικού αποδέκτη που είναι ο Θερµαϊκός κόλπος. Οι ποιοτικές παράµετροι που εξετάζονται είναι το διαλυµένο οξυγόνο (DO), η βιοχηµική απαίτηση σε οξυγόνο (BOD), οι ανόργανες µορφές του αζώτου όπως το αµµωνιακό, το νιτρώδες και το νιτρικό άζωτο, καθώς και ο διαλυµένος φώσφορος.. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ QUALE Το µαθηµατικό µοντέλο ποιότητας του νερού ποταµών QUALE (Brown and Barnwell, 987) είναι ένα µοντέλο σταθερής κατάστασης για κοινούς ρύπους σε µονοδιάστατα υδατορεύµατα και καλά αναµειγνυόµενα οικοσυστήµατα. Το µοντέλο περιγράφει τις πιο σηµαντικές φυσικές, βιολογικές HELECO 5, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 5

3 και χηµικές διαδικασίες και τις αλληλοεπιδράσεις τους για κάθε ποιοτική παράµετρο µε την βοήθεια µίας οµάδας µερικών διαφορικών εξισώσεων. Οι ποιοτικές παράµετροι που περιγράφονται είναι: η θερµοκρασία, το διαλυµένο οξυγόνο, το BOD, ο ολικός οργανικός άνθρακας, το οργανικό άζωτο, τα NH 3 -N, NO -N, NO 3 -N, ο οργανικός και διαλυµένος φωσφόρος, τα φύκη ως χλωροφύλλη, τα κολοβακτήρια, µία µη συντηρητική και τρεις συντηρητικές ουσίες. Η βασική εξίσωση είναι η µονοδιάστατη εξίσωση µεταφοράς µάζας µε µετακίνηση-διασπορά (convection-dispersion), η οποία λύνεται αριθµητικά ως προς το χρόνο και την απόσταση, για κάθε ποιοτική παράµετρο. Η εξίσωση περιλαµβάνει τη µετακίνηση, την διασπορά, την αραίωση, τους µετασχηµατισµούς κάθε ρύπου, εισροές και εκροές. Για κάθε ποιοτική παράµετρο C, η εξίσωση έχει τη µορφή C = t A x A x x D L C x A x (A x uc) + x dc + S V όπου C είναι η συγκέντρωση της ουσίας (mg/l), A x είναι η διατοµή ροής του νερού (m ), D L είναι ο συντελεστής διασποράς (m /day), u είναι η µέση ταχύτητα ροής (m/day), x είναι η απόσταση (m), t είναι ο χρόνος (day), S είναι ο όρος εισροών ή εκροών (mg/day) και V ο όγκος του τµήµατος (L). Ο όρος dc/ εκφράζει το ρυθµό µεταβολής της συγκέντρωσης της ουσίας µε το χρόνο λόγω των µετασχηµατισµών της. Τα υδραυλικά χαρακτηριστικά του υδατορεύµατος (µέση ταχύτητα (u ), βάθος (d) ροής, και συντελεστής διασποράς (D L )) για συνθήκες σταθερής κατάστασης εκφράζονται από απλές σχέσεις της µορφής u = aq b (α) d = αq λ (β) D L = 3. K n u d 5/6 (γ) όπου Q είναι η παροχή, a, b, α και λ εµπειρικές σταθερές, K είναι σταθερά διασποράς (αδιάστατη) και n ο συντελεστής του Manning. Οι παραδοχές που έγιναν για την εφαρµογή του µοντέλου στο Αίσονα ποταµό είναι ότι οι συνθήκες ροής του νερού και της µεταφοράς µάζας των ποιοτικών παραµέτρων είναι σταθερής κατάστασης και ότι η διαµόρφωση της συγκέντρωσης του διαλυµένου οξυγόνου οφείλεται στην αποικοδόµηση του οργανικού άνθρακα (CBOD), στο επαναερισµό και στη νιτροποίηση σε δύο στάδια. Λόγω των υδραυλικών συνθηκών που επικρατούν (µικρό βάθος ροής, µεγάλες ταχύτητες ροής και µικρή απόσταση µέχρι τις εκβολές) δεν υπάρχουν σηµαντικές συγκεντρώσεις φυκών, µπενθικής ζήτησης και καθίζησης οργανικού υλικού και φωσφόρου. Μετά από αυτές τις παραδοχές οι ποιοτικές µεταβλητές που εξετάζονται από το µοντέλο είναι: DO, BOD, οι αζωτούχες µορφές NH -N, NO -N και NO 3 -N και ο διαλυµένος φώσφορος. Για αυτές τις παραδοχές η εξ. () γίνεται d C dc dc S D L u + + = (3) dx dx V Οι εξισώσεις που εκφράζουν το ρυθµό µεταβολής του BOD και του DO (όρος dc/ στη εξ. (3)) έχουν ως εξής dl = KL () do = K(Os O) KL α 5 β Ν - α 6 β Ν (5) όπου O και O s είναι οι συγκεντρώσεις οξυγόνου και οξυγόνου κορεσµού (mg/l), α 5 και α 6 είναι στοιχειοµετρικοί συντελεστές της αναλογίας οξυγόνου προς άζωτο που καταναλώνεται για την οξείδωση της αµµωνίας και των νιτρωδών αντίστοιχα (mg O /mg Ν), L είναι η συγκέντρωση του CBOD (mg/l), K και Κ είναι οι συντελεστές αποξυγόνωσης του CBOD και επαναερισµού HELECO 5, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 5 () 3

4 αντίστοιχα (day - ), β και β είναι συντελεστές της οξείδωσης της αµµωνίας και των νιτρωδών (day - ), N και N είναι οι συγκεντρώσεις του αµµωνιακού και του νιτρώδους αζώτου (mg/l). Οι συγκεντρώσεις των µορφών του αζώτου θεωρούνται ότι µεταβάλλονται µε το χρόνο ακολουθώντας τις παρακάτω εξισώσεις dn = β3n βn (6) dn = βn βn (7) dn3 = βn (8) dn = β3n (9) όπου Ν 3 και Ν είναι οι συγκεντρώσεις του νιτρικού και του οργανικού αζώτου (mg/l), β 3 είναι ο συντελεστής της υδρόλυσης του οργανικού αζώτου (day - ). Η µεταβολή της συγκέντρωσης του διαλυµένου φωσφόρου ακολουθεί τη σχέση dp = βp () όπου Ρ και Ρ είναι οι συγκεντρώσεις του οργανικού και ανόργανου ή διαλυµένου φωσφόρου (mg/l), β είναι ο συντελεστής ανοργανοποίησης του οργανικού φωσφόρου (day - ). Ο φωσφόρος που προέρχεται από σταθµούς επεξεργασίας λυµάτων θεωρείται ότι αποτελείται από την διαλυτή ανόργανη µορφή του. Η συγκέντρωση κορεσµού υπολογίζεται για τη θερµοκρασία του νερού και τη βαροµετρική πίεση (Chapra, 997). Οι συντελεστές K, Κ, β, β, β 3 και β εξαρτώνται από τη θερµοκρασία και προσαρµόζονται στην τρέχουσα θερµοκρασία του νερού µε εξισώσεις της µορφής Χ Τ = Χ Θ (Τ-) () Όπου Θ εµπειρική σταθερά για κάθε διαδικασία και Τ είναι η θερµοκρασία του νερού ( ο C). 3. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΑΙ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ O ποταµός Αίσονας είναι το µεγαλύτερο υδατόρευµα στην Πιερία. Αποτελεί τον αποδέκτη σηµειακών και µη σηµειακών πηγών ρύπανσης διαφορετικής προέλευσης. Η πιο σηµαντική ποιοτική επιβάρυνση είναι η διάθεση των επεξεργασµένων λυµάτων των Ε.Ε.Λ. Κατερίνης στα.5 km ανάντη των εκβολών του στον Θερµαϊκό κόλπο. Στις Ε.Ε.Λ. Κατερίνης επεξεργάζονται δευτεροβάθµια τα λύµατα 35. κατοίκων µε µέση ηµερήσια παροχή.65 m 3 /sec. Η µελλοντική επέκταση των Ε.Ε.Λ. Κατερίνης έχει σκοπό να αντιµετωπιστούν οι ανάγκες επεξεργασίας λυµάτων της ετίας (Α φάση) και της ετίας (Β φάση). Με την επέκταση του, θα δοθεί η δυνατότητα εξυπηρέτησης των οικισµών της νοτιανατολικής περιοχής της Κατερίνης. Στην Α φάση (για την ετία), η οποία θα γίνει µε την κατασκευή δύο γραµµών επεξεργασίας, η δυναµικότητα της νέας εγκατάστασης θα αφορά 8. κατοίκους κατά το χειµώνα και 5. κατοίκους το θέρος. Οι αντίστοιχες συνολικές µέσες ηµερήσιες παροχές εισόδου θα είναι 6. m 3 /ηµέρα για το χειµώνα και 3. m 3 /ηµέρα για το θέρος. Το συνολικό φορτίο BOD των 5 ηµερών θα είναι.8 και 6.9 kg/ηµέρα, το συνολικό φορτίο αζώτου 8 και 5 Kg/ηµέρα και το συνολικό φορτίου φωσφόρου και 35 kg/ηµέρα για τον χειµώνα και το θέρος αντίστοιχα (Γ.Τυπάδης, 999). HELECO 5, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 5

5 Η υδρολογική λεκάνη του ποταµού ανέρχεται στα 77 km, που συνίσταται από τις επιµέρους λεκάνες του Πατσιάρη, του Πέλεκα και του Μαυρονερίου (Σχήµα ). Η µέση ετήσια βροχόπτωση είναι mm και η µέση ετήσια θερµοκρασία 5. o C. Η παροχή του ποταµού κυµαίνεται από.85 έως. m 3 /s κατά το µήνα Μάιο, από.3 έως.6 m 3 /s τον Ιούνιο και από. έως.3 m 3 /s τον µήνα Σεπτέµβριο. Από την ανάλυση των δεδοµένων των µετρήσεων της παροχής του ποταµού στις θέσεις Α, Α, Α3 και Α (Τερζίδης και Μπαµπατζιµόπουλος, 987, 998) προέκυψαν οι εξής σχέσεις παροχής-ταχύτητας και παροχής-βάθους νερού. Θέση Α : u =.85Q.339, d =.39Q.395 Θέση Α : u =.33Q.5, d =.37Q.75 Θέση Α3 : u =.5Q.59, d =.38Q.59 Ο Αίσονας θεωρείται ως µονοδιάστατο υδραυλικό σύστηµα και η προσοµοίωση γίνεται υπό συνθήκες σταθερής ροής του νερού και µεταφοράς µάζας. Το µαθηµατικό µοντέλο QUALE ρυθµίστηκε και εφαρµόστηκε για τις ποσοτικές και ποιοτικές συνθήκες του Αίσονα ποταµού σε τρεις διαφορετικούς µήνες του έτους, τον Μάιο και το Σεπτέµβριο του 993 και τον Ιούνιο του 99 (Αντωνόπουλος και Παπαδηµητρίου, 3). Για τον έλεγχο της ακρίβειας και την επιβεβαίωση του µαθηµατικού µοντέλου χρησιµοποιήθηκαν τα δεδοµένα µετρήσεων της ποιότητας του νερού των Guitona et al., (995) και άλλα συµπληρωµατικά δεδοµένα που εκτιµήθηκαν από τα χαρακτηριστικά του υδατορεύµατος. Η προσοµοίωση της ποιότητας του νερού του Αίσονα αφορά το διαλυµένο οξυγόνο (DO), την βιοχηµική απαίτηση σε οξυγόνο (BOD), τις ανόργανες µορφές του αζώτου (NH -N, NO -N, NO 3 -N) και τον διαλυµένο φώσφορο. Σχήµα. Γεωγραφική θέση, υδρολογική λεκάνη και υδρογραφικό δίκτυο ποταµού Αίσονα. Για την προσοµοίωση, το υδατόρευµα θεωρείται ότι αποτελείται από το κύριο τµήµα µήκους km και ένα άλλο τµήµα µήκους km που συµβάλλει στον κυρίως ποταµό, στο 7 ο km από τις εκβολές του. Οι τιµές των συντελεστών των µετασχηµατισµών των ποιοτικών παραµέτρων εκτιµήθηκαν κατ αρχήν από βιβλιογραφικές πηγές (Bowie et al., 985; Brown and Barnwell, 987, U.S.EPA, 997) και διορθώθηκαν κατά τη φάση της ρύθµισης του µοντέλου. Οι τιµές αυτές έχουν ως εξής: K =.35 d -, β =. d -, β =. d -, β 3 =. d - και β =. d -. Τα αποτελέσµατα της ρύθµισης δίνονται στο Σχήµα. HELECO 5, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 5 5

6 Η επιβεβαίωση του µοντέλου έγινε µε τα δεδοµένα των µηνών Μαίου και Σεπτεµβρίου του 993. Τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης της ποιότητας του νερού τον µήνα Σεπτέµβριο δίνονται στο Σχήµα 3. Ο Σεπτέµβριος είναι ο πιο δυσµενής µήνας για τον Αίσονα. Ανάντη της θέσης διάθεσης των λυµάτων των Ε.Ε.Λ. δεν υπάρχει ροή νερού, ενώ κατάντη αυτή διαµορφώνεται από τα λύµατα των Ε.Ε.Λ. Σχήµα : Σύγκριση των αποτελεσµάτων του µοντέλου µε τις µετρηµένες τιµές α) DO β), BOD, γ), NH -N, δ) NO -N, ε) NO 3 -N και στ) διαλυµένου φωσφόρου κατά µήκος του ποταµού Αίσονα τον Ιούνιο του 99 HELECO 5, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 5 6

7 Σχήµα 3: Σύγκριση των αποτελεσµάτων του µοντέλου µε τις µετρηµένες τιµές α) DO β), BOD, γ), NH -N, δ) NO -N, ε) NO 3 -N και στ) διαλυµένου φωσφόρου κατά µήκος του ποταµού Αίσονα το Σεπτέµβριο του 993. Οι συγκρίσεις των αποτελεσµάτων του µοντέλου µε τις µετρηµένες τιµές έδειξαν ότι παρόλο τον πολύ µικρό αριθµό των µετρήσεων, υπάρχει µία ικανοποιητική προσέγγισή τους. Θα υπήρχε όµως καλύτερη προσέγγιση, αν ήταν γνωστές όλες οι πηγές ρύπανσης του Αίσονα, οι οποίες είναι αδύνατο να προσδιορισθούν, διότι πολλές δεν είναι καταγεγραµµένες ως πηγές ρύπανσης. Οι δυσµενείς υδρολογικές συνθήκες της ξηρής περιόδου (θέρος) του έτους, επηρεάζουν το διαλυµένο οξυγόνο επειδή η παροχή του Αίσονα διαµορφώνεται στο κατάντη τµήµα µόνο από τα επεξεργασµένα λύµατα. Ο διαλυµένος φώσφορος φαίνεται να έχει χαµηλή τιµή και συνεπώς δεν κρίνεται απαραίτητη η περαιτέρω αποµάκρυνση του. Οι ανόργανες µορφές του αζώτου βρίσκονται σε χαµηλές συγκεντρώσεις. Επειδή όµως ο τελικός αποδέκτης είναι ο Θερµαϊκός κόλπος, ιδιαίτερα ευαίσθητο σύστηµα και χώρος αναψυχής, θα πρέπει να ελέγχονται οι εκροές τους είτε αυτές προέρχονται από τις Ε.Ε.Λ ή από γεωργικές απορροές στην ευρύτερη περιοχή. Σχετικά µε τις µελλοντικές προβλέψεις της ετίας, παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης της ποιότητας του ποταµού για τους µήνες Ιούνιο και Σεπτέµβριο, που αποτελούν και τις πιο δυσµενείς καταστάσεις, εξαιτίας της µικρής παροχής του ποταµού Αίσονα. Ως στοιχεία εξόδου των επεξεργασµένων λυµάτων από τις Ε.Ε.Λ. Κατερίνης, για την προσοµοίωση, χρησιµοποιήθηκαν οι οριακές τιµές εκροών που τέθηκαν κατά τον σχεδιασµό της µονάδας επέκτασης, δηλαδή BOD 5 mg/l, ολική αµµωνία ΝΗ -Ν mg/l, νιτρικά ΝΟ 3 -Ν 8 mg/l, ολικó άζωτο Ν mg/l, ολικός φώσφορος Ρ 5 mg/l, (Γ.Τυπάδης, 999). Η παροχή εξόδου µετά από την επεξεργασία των λυµάτων θεωρείται ότι θα διπλασιασθεί, δηλαδή θα είναι,3 m 3 /sec. DO (mg/l) NH -N (mg/l) (α) DO κορεσµού Προβλέψεις 99 D Προβλέψεις ετίας DO 8 6 (γ) ΒOD (mg/l) NO -N (mg/l) 5,,3,, 8 8 (β) Προβλέψεις 99 BOD Προβλέψεις ετίας BOD (δ) 6 6 ΝΟ 3 -N (mg/l),8,6,, 8 6 Aπόσταση από κατάντη (χλµ) (ε) ιαλ. P (mg/l),5,,3,, 8 Απόσταση από κατάντη (χλµ) (στ) 6 Σχήµα. Κατανοµή των ποιοτικών παραµέτρων τον µήνα Ιούνιο µε την είσοδο από τις Ε.Ε.Λ.Π.Κ. επεξεργασµένων λυµάτων (προβλέψεις ετίας). Τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης για τις ποιοτικές παραµέτρους, τους δύο µήνες που ενδιαφέρουν παρουσιάζονται στα Σχήµατα και 5 για τους µήνες Ιούνιο και Σεπτέµβριο, αντίστοιχα. HELECO 5, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 5 7

8 Για τον µήνα Ιούνιο, µε παροχή του ποταµού της τάξης του. m 3 /sec, µπορεί να παρατηρήσει κανείς στα αποτελέσµατα του µοντέλου προσοµοίωσης ότι το διαλυµένο οξυγόνο διατηρείται πάνω από την κρίσιµη τιµή των 5 mg/l µε χαµηλότερη τιµή µετά την είσοδο των λυµάτων η οποία είναι αρκετά ικανοποιητική, περίπου 8. mg/l. H βιοχηµική απαίτηση σε οξυγόνο κυµαίνεται από 6. mg/l µετά την είσοδο των λυµάτων και µειώνεται σταδιακά µέχρι τις εκβολές του ποταµού. Το αµµωνιακό άζωτο είναι κάτω από 5. mg/l, ενώ παρατηρείται προχωρηµένη νιτροποίηση µετά την είσοδο των λυµάτων, προφανώς λόγω της επεξεργασίας στην εγκατάσταση. Ο διαλυµένος φώσφορος παρουσιάζει αρκετά χαµηλή τιµή. DO (mg/l) 8 (α) 6 DO κορεσµού Προβλέψεις 993 D 8 6 ΒOD (mg/l) 3 Προβλέψεις 993 BOD Προβλέψεις ετίας BOD (β) 8 6,3 NH -N (mg/l) (γ) NO -N (mg/l),, (δ) ΝΟ 3 -N (mg/l) Aπόσταση από κατάντη (χλµ) (ε) ιαλ. P (mg/l) 5 3 (στ) 8 6 Απόσταση από κατάντη (χλµ) Σχήµα 5. Κατανοµή των ποιοτικών παραµέτρων τον µήνα Σεπτέµβριο µε την είσοδο από τις Ε.Ε.Λ.Π.Κ. επεξεργασµένων λυµάτων (προβλέψεις ετίας).. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Το µαθηµατικό µοντέλο ποιότητας του νερού υδατορευµάτων QUALE της U.S. EPA, χρησιµοποιήθηκε για την προσοµοίωση της ποιότητας του Αίσονα ποταµού στην Πιερία. Η ρύθµιση και επιβεβαίωση του µοντέλου έγινε µε τις λίγες υπάρχουσες καταγεγραµµένες τιµές ποιοτικών παραµέτρων και ροής του νερού, σε τρεις διαφορετικούς µήνες των ετών 993-9, από βιβλιογραφικές πηγές, (Αντωνόπουλος και Παπαδηµητρίου, 3). Επίσης έγινε εφαρµογή του µοντέλου και για µελλοντικές προβλέψεις ετίας. Αυτό που µπορεί να επισηµάνει κανείς, είναι ότι σε περίπτωση επέκτασης των Εγκαταστάσεων Επεξεργασίας Λυµάτων και εφόσον τηρηθούν τα ποιοτικά όρια εκροής λυµάτων στον Αίσονα και τα όρια των ποιοτικών χαρακτηριστικών του, τότε το διαλυµένο οξυγόνο διατηρείται σε ικανοποιητικές τιµές, πάνω από το κρίσιµο όριο των 5 mg/l. Αν οι Ε.Ε.Λ.Π.Κατερίνης λειτουργούν, τότε δεν θα υπάρξει υποβάθµιση του υδατορρεύµατος, αλλά πρέπει να προσεχθεί ιδιαίτερα η περίπτωση όπου το αµµωνιακό και νιτρικό άζωτο µπορεί να συσσωρεύεται στις εκβολές του ποταµού και να παρουσιάζονται φαινόµενα ευτροφισµού. Γι' αυτό και θα ήταν απαραίτητη η αποµάκρυνσή του, ιδιαίτερα κατά τους θερινούς µήνες όπου οι παροχή του ποταµού είναι µικρή καθώς και στις χρονικές περιόδους όπου θα γίνεται χρήση λιπασµάτων. Εξάλλου η ανάπτυξη φυτοπλαγκτού θεωρείται πιθανή όταν η συγκέντρωση του ανόργανου αζώτου είναι πάνω από.3 mg/l και των ορθοφωσφορικών µεγαλύτερη των. mg/l. HELECO 5, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 5 8

9 Το µοντέλο έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσµατα για την ποιότητα του νερού. Το µικρό µήκος του ποταµού και η ακόµα µικρότερη απόσταση της θέσης εκροής των επεξεργασµένων λυµάτων στο υδατόρευµα µέχρι τον τελικό αποδέκτη που είναι ο Θερµαϊκός κόλπος, δεν έδωσε την ευκαιρία να διερευνηθούν όλες οι δυνατότητες του µαθηµατικού µοντέλου QUALE. Παρόλα αυτά το µοντέλο αποτελεί ένα χρήσιµο εργαλείο για την πρόβλεψη της διακύµανσης της ποιότητας του νερού υδατορευµάτων κάτω από διαφορετικές υδρολογικές συνθήκες και να χρησιµοποιηθεί για την διαχείριση της ποιότητας του νερού του ποταµού Αίσονα και άλλων ποταµών της Ελλάδας µικρού ή µεγαλύτερου δυναµικού, που αποτελούν αποδέκτες επεξεργασµένων ή µη αστικών, βιοµηχανικών και γεωργικών λυµάτων. Το µαθηµατικό µοντέλο που χρησιµοποιήθηκε, µπορεί εφόσον επιλεχθούν κατάλληλοι συντελεστές και γίνουν βέβαια οι κατάλληλες ρυθµίσεις, να εφαρµοσθεί σε οποιοδήποτε υδατόρευµα. Είναι ένα αρκετά ευέλικτο πρόγραµµα και µπορεί να εφαρµοσθεί σε µεγάλα µονοδιάστατα ποτάµια. Απαραίτητη προϋπόθεση βέβαια για τη χρήση ή ανάπτυξη ανάλογων µοντέλων όπως το QUALΕ, είναι η πραγµατοποίηση συνεχών δειγµατοληψιών µε µετρήσεις παροχής και των ποιοτικών παραµέτρων ενός ποταµού, καθώς και καλή γνώση της περιοχής όπου βρίσκεται το υπό µελέτη υδατόρευµα. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ. Αντωνόπουλος, Β. (3) Υδραυλική Περιβάλλοντος και Ποιότητα Επιφανειακών Υδάτων, Εκδόσεις Γιαχούδη, Θεσσαλονίκη, 5 σελ.. Αντωνόπουλος, Β. (989) Προσοµοίωση της µεταφοράς µάζας και των µετασχηµατισµών ποιοτικών παραµέτρων σε µικρά υδατορεύµατα. Πρακτ. Συνεδρ. Προστασία Περιβάλλοντος και Αγροτική Παραγωγή, ΓΕΩΤΕΕ, Θεσσαλονίκη, σελ Αντωνόπουλος Β. και Β. Παπαδηµητρίου (3) Προσοµοίωση της ποιότητας του ποταµού Αίσονα στην Πιερία µε το µαθηµατικό µοντέλο QUALE. Πρακτ. 9 ου Συνεδρίου ΕΥΕ, Θεσσαλονίκη, σελ. 7-. Antonopoulos, V., and D. Papamichail (99) Stochastic analysis of water quality parameters in streams G.Tsakiris (ed.), Advances in Water Resources Technology, Balcema, Rotterdam, Antonopoulos, V.Z., D. Papamichail and K. Mitsiou () Statistical and Trend Analysis of Water Quality and Quantity Data for the Strymon River in Greece Hydrology and Earth System Science, 5: Αργυρόπουλος,.Σ. και Ι.Γ. Γκανούλης (99) Στοχαστική προσοµοίωση υδατικής ποιότητας ποταµού Αξιού µε µοντέλα ARIMA Πρακτ. 5ου Συνεδρίου ΕΥΕ, Λάρισα, σελ Bowie, G.L., W.B. Mills, and D.B. Porcella (985) Rates, constants and kinetics formulations in surface water quality modeling. EPA/6/3-85/, Athens, U.S.A. 8. Brown L.C. and T.O Barnwell, Jr (987) The enhanced stream water quality models QUALE and QUALE-UNCAS: Documentation and user manual U.S. Environmental Protection Agency, EPA/6/3-87/7, Athens, U.S.A. 9. Chapra, S.C. (997) Surface water-quality modeling, McGraw-Hill, Inc, New York, 86 pp.. Chaudhury R.R., J.A. Sobrinho, R.M. Wright, and M. Sreenivas (998) Dissolved oxygen modeling of the Blackstone river (Northeastern United States), Water Res., 3: -.. Drolc A. and J.K. Koncan (999) Calibration of QALE model for the Sava river (Slovenia), Water Science Technology, (): -8.. Guitonas, A., H. Valioulis and V. Antonopoulos (995) Investigation of disposal possibilities for wastewater of the city of Katerini (Greece), In Agellakis et al. Proceedings of Inter. Symposium on Wastewater Reuse, Iraklio pp HELECO 5, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 5 9

10 3. Μήτσιου Κ.Α., Β.Ζ. Αντωνόπουλος και.μ. Παπαµιχαήλ (999). Στατιστική διερεύνηση των χρονοσειρών παραµέτρων ποιότητας του νερού του ποταµού Στρυµόνα.Υδροτεχνικά, 9: Ning, S.K., Chang, Ni-Bin, L. Yang, H.W. Chen H.Y. and Hsu () Assessing pollution prevention program by QUALE simulation analysis for the Kao-Ping River Basin, Taiwan, J. Environ. Manag., 6: Park and Lee, () A water quality modeling study of the Nakdong river, Korea, Ecological Modeling, 5: Τερζίδης, Γ. και Χρ. Μπαµπατζιµόπουλος (998) Αναρύθµιση µαθηµατικού µοντέλου πεδιάδας Πιερίας (Κατερίνης), Τελική Έκθεση, Τµήµα Γεωπονίας και Υπουργείο Γεωργίας- /νση Γεωλογίας-Υδρολογίας, Θεσσαλονίκη. 7. Τερζίδης, Γ. και Χρ. Μπαµπατζιµόπουλος (987) Κατάρτιση µαθηµατικού µοντέλου πεδιάδας Πιερίας (Κατερίνης), Τελική Έκθεση, Τµήµα Γεωπονίας και Υπουργείο Γεωργίας- /νση Γεωλογίας-Υδρολογίας, Θεσσαλονίκη. 8. Thomann, R.V. and J.A. Mueller (987) Principles of surface water quality modeling and control Harper and Row Publishing, New York, U.S.A. 9. Τυπάδης Γ. (999) Εγκατάσταση επεξεργασίας λυµάτων ήµου Κατερίνης. Μελέτη Περιβαλλοντικών επιπτώσεων..ε.υ.α.κατερίνης.. U.S.EPA (997) Technical Guidance annual for developing total maximum daily loads, Book : Streams and rivers Part, EPA 83-B=97-. HELECO 5, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 5