Φυςικά Συςτιματα Επεξεργαςίασ Αποβλιτων

Transcript

1 Φυςικά Συςτιματα Επεξεργαςίασ Αποβλιτων Σε αντιδιαςτολι με τα καταςκευαςμζνα (constructed)? Ζμπνευςθ μίμθςθ ίςωσ και με «εξωτερικι» βοικεια Σφςτθμα «υγρά απόβλθτα / ατμόςφαιρα / ζδαφοσ / φυτό» Κατάταξθ ωσ Εδαφικά ςυςτιματα επεξεργαςίασ (terrestrial) Εφαρμογι ςτο ζδαφοσ Διικθςθ, με ι χωρίσ βλάςτθςθ Δεξαμενζσ ςτακεροποίθςθσ (aquatic) Ponds, lagoons Mικροοργανιςμοί, κατϊτερεσ μορφζσ φυτϊν και ηϊων Συςτιματα τεχνθτϊν υγροβιοτόπων (wetlands) Υδρόβια/υδροχαρι φυτά Ελεφκερθ επιφάνεια νεροφ, κορεςμζνο ζδαφοσ Παντοφ: ΚΑΙ βιολογικι δραςτθριότθτα 1

2 . Σφγκριςθ φυςικϊν/καταςκευαςμζνων ςυςτθμάτων Απαίτθςθ ςε γθ τυπικϊν ςυςτθμάτων δευτεροβάκμιασ επεξεργαςίασ για εφκρατα/κερμά κλίματα Σφςτθμα επεξεργαςίασ Απαίτθςθ ζκταςθσ, m 2 /PE Ενεργόσ ιλφσ, SBR Βιολογικό φίλτρο Αντιδραςτιρασ UASB Προαιρετικά αερόβια λιμνοδεξαμενι Αναερόβια + προαιρετικά αερόβια λιμνοδεξαμενι Υγροβιότοποσ κατακόρυφθσ ροισ Υγροβιότοποσ οριηόντιασ ροισ Τυπικζσ αποδόςεισ υγροβιότοπων Παράμετροι Οριηόντιασ ροισ Κατακόρυφθσ ροισ Ελεφκερθσ υδατικισ επιφάνειασ Επίπεδο επεξεργαςίασ Δευτεροβάκμια Δευτεροβάκμια Τριτοβάκμια TSS >80% >90% >80% BOD 5 >80% >90% >80% N-NH % >90% >80% N-total 30-50% <20% 30-50% P-total 10-20% 10-20% 10-20% Coliforms 2 log log 10 1 log 10 Τα πρϊτα πειράματα ςτθ Γερμανία το 1952, για αςτικά λφματα Τα πρϊτα ςυςτιματα ςε Γερμανία, Ολλανδία και ΗΠΑ ςτα τζλθ τθσ δεκαετίασ 60 Επζκταςθ ςε βιομθχανικά απόβλθτα και νερά βροχισ ςτθ δεκαετία 90 Σε εφαρμογι παγκοςμίωσ 2

3 Τφποι Υγροβιότοπων Φυςικά Συςτιματα Επεξεργαςίασ Αποβλιτων 3

4 4

5 Φυςικά και Συμβατικά Συςτιματα Επεξεργαςίασ Αποβλιτων 5

6 Πρότυπο ροισ κινθτικι βιοδιεργαςιϊν Οριηόντιασ ροισ, ελεφκερθσ επιφάνειασ νεροφ Αρχικά (1996) εμβολικι ροι Πολφ απλουςτευμζνο πρότυπο (2009) Ν αντιδραςτιρεσ ίςου όγκου πλιρουσ ανάμειξθσ ςε ςειρά Ν από 1.1 ζωσ 8.3, από περίπου 70 εγκαταςτάςεισ, για L/W αυξανόμενο Εμβολικι ροι με διαςπορά Pe <1 ςε πολλζσ εγκαταςτάςεισ Στρωτι ροι Κατακόρυφθσ ροισ Κανζνα από τα ςυνικθ πρότυπα προσ το παρόν only mathematical in nature Πρϊτθσ τάξθσ Στον υπολογιςμό τθσ ςτακεράσ ρυκμοφ βιοδιάςπαςθσ υπειςζρχονται Το πορϊδεσ του «εδάφουσ», όχι αναγκαςτικά χωρικά ομοιογενζσ (ανιςότροπο μζςο) και επίςθσ χρονικά μεταβαλλόμενο Η κερμοκραςία, ςε ιςορροπία με τθ κερμοκραςία του αζρα ςτθν επιφάνεια, αλλά πιο ςτακερι ςτο βάκοσ Διόρκωςθ τθσ ςυγκζντρωςθσ κατά τθ ςυγκζντρωςθ υποβάκρου (background concentration), προσ προςδιοριςμό Για το BOD 5 από 2 ζωσ 10 mg/l, ανάλογα με τον τφπο του αποβλιτου και τθ κερμοκραςία Για το NH mg/l Διόρκωςθ του μοντζλου ροισ (Ν) λόγω τθσ αλλαγισ του φάςματοσ των οργανικϊν ρφπων μεταξφ ειςόδου και εξόδου Rule-of-thumb design Δίνει τθν ζκταςθ ανά IK (PE) για τουσ διαφορετικοφσ τφπουσ ΥΒΤ Εξιςϊςεισ παλινδρόμθςθσ Εμπειρικζσ ςχζςεισ μεταξφ ειςόδου/εξόδου και ίςωσ χρόνου παραμονισ Κινθτικι πρϊτθσ τάξθσ με ςυγκζντρωςθ υποβάκρου και Ν αντιδραςτιρεσ ίςου όγκου ςε ςειρά Διαγράμματα μαηικισ φόρτιςθσ Σχεδιαςμόσ υγροβιότοπων Για μικροφσ υγροβιότοπουσ και δευτεροβάκμια επεξεργαςία αςτικϊν λυμάτων 6

7 Τριτοβάκμια επεξεργαςία υγρϊν αποβλιτων Η περαιτζρω επεξεργαςία/αποδόμθςθ/απομάκρυνςθ διαλυμζνων οργανικϊν και ανόργανων ενϊςεων όταν θ εκροι τθσ δευτεροβάκμιασ επεξεργαςίασ δεν ικανοποιεί τισ νομοκετθμζνεσ απαιτιςεισ για τον αποδζκτθ όταν είναι επικυμθτι θ επαναχρθςιμοποίθςθ των αποβλιτων Η επεξεργαςία ενϊςεων που «περνοφν» αναλλοίωτεσ από τθν πρωτοβάκμια και τθ δευτεροβάκμια επεξεργαςία (πχ μζταλλα) Η απενεργοποίθςθ των πακογόνων μικροοργανιςμϊν Ωσ τριτογενισ επεξεργαςία εφαρμόηεται θ απολφμανςθ θ χθμικι οξείδωςθ θ αναγωγι θ προςρόφθςθ ςε ςτερεά θ ιοντοεναλλαγι θ αντίςτροφθ όςμωςθ Απολφμανςθ υγρϊν αποβλιτων Καταςτροφι βακτθρίων, ιϊν και κφςτεων με χθμικά μζςα (χλϊριο, βρϊμιο, ιϊδιο, όηον...) Μεγαλφτερθ εφαρμογι ζχει το χλϊριο και το όηον με φυςικά μζςα (κερμότθτα και φωσ θλιακό ι υπεριϊδεσ) με μθχανικά μζςα (διικθςθ): απομάκρυνςθ μικροοργανιςμϊν με ακτινοβόλθςθ (κυρίωσ με ακτίνεσ γ) Καταςτροφι λόγω οξείδωςθσ του κυτταρικοφ τουσ περιβλιματοσ λόγω διάχυςθσ του απολυμαντικοφ ςτο εςωτερικό τουσ και αντίδραςθσ με τα ζνηυμα και με το πρωτόπλαςμα 7

8 Απομάκρυνςθ πακογόνων Διεργαςία Απομάκρυνςθ Τφποσ Εςχαριςμόσ 10-20% Φυςικι απομάκρυνςθ Εξάμμωςθ 10-25% Φυςικι απομάκρυνςθ Αϋβάκμια κακίηθςθ 25-75% Φυςικι απομάκρυνςθ Χθμικι κατακριμνιςθ 40-80% Φυςικι απομάκρυνςθ Βιολογικό φίλτρο 90-95% Φυςικι απομάκρυνςθ Ενεργόσ ιλφσ 90-98% Φυςικι απομάκρυνςθ Χλωρίωςθ 98-99% Απολφμανςθ Απολφμανςθ με χλϊριο 1 Cl 2 ςε νερό Cl2 H2O HOCl H Cl με [HOCl] [H ] [Cl ] KH [Cl ] 2 4, o 25 C HOCl H OCl με [H ] [OCl ] KI [HOCl] 8, o 25 C Ελεφκερο διακζςιμο χλϊριο: *HOCl]+[OCl - ] [HOCl] 1 [HOCl] [OCl ] KI 1 [H ] HOCl φορζσ δραςτικότερο του OCl - NaOCl ςε νερό NaOCl H2O NaOH HOCl Το HOCl αντιδρά με ΝΗ 3 και με τισ οργανικζσ ενϊςεισ... 8

9 Απολφμανςθ με χλϊριο 2 Κινθτικι dnmorg k Nmorg dt k ςτακερά που εξαρτάται από το ph, τθ κερμοκραςία (Arrhenius), τθ ςυγκζντρωςθ του απολυμαντικοφ ( b k ac ), το είδοσ των μικροοργανιςμϊν κακϊσ και τθν φπαρξθ κολλοειδϊν και ςυςςωματωμάτων Εμπειρικι ςχζςθ που περιλαμβάνει τθ δράςθ του χλωρίου ςτουσ μικροοργανιςμοφσ Nt 1 Recommended Ct values for 99% N CR t (2-log) inactivation με C R υπολειμματικό χλϊριο, mg/l, t ςε min Απαίτθςθ για μεγάλο χρόνο παραμονισ Αντιδραςτιρεσ εμβολικισ ροισ T ( C) ph Ct (mg.min L -1) Bacteria < < Viruses < Giardia

10 Απολφμανςθ με υπεριϊδθ ακτινοβολία Δεν δθμιουργεί τοξικά παραπροϊόντα Μικροβιοκτόνοσ δράςθ: nm Κινθτικι dn k κινθτικι ςτακερά, cm 2 /m.w.s I ζνταςθ ακτινοβολίασ UV, mw/cm 2 για δόςεισ ακτινοβολίασ > 10 mj/cm 2 Δόςθ UV = I.t morg dt k I N morg Να λειτουργεί αποτελεςματικά θ δευτεροβάκμια κακίηθςθ!!! 10

11 Σχεδιαςμόσ απολφμανςθσ Επιλζγεται το μζςο απολφμανςθσ Επιλζγεται το επικυμθτό ποςοςτό καταςτροφισ των μικροοργανιςμϊν Από πειραματικά αποτελζςματα ι βιβλιογραφικά δεδομζνα εκτιμϊνται οι κινθτικοί ςυντελεςτζσ Υπολογίηεται ο απαραίτθτοσ χρόνοσ παραμονισ των αποβλιτων Διαςταςιολογείται θ δεξαμενι απολφμανςθσ Υπολογίηεται θ απαιτοφμενθ παροχι απολυμαντικοφ και διαςταςιολογείται θ μονάδα τροφοδοςίασ του Για τον προςδιοριςμό τθσ απαίτθςθσ ςε απολυμαντικό τυπικζσ τιμζσ ςχεδιαςμοφ για χλϊριο είναι 2-8 mg/l για ζξοδο από μονάδα ενεργοφ ιλφοσ και mg/l για ανεπεξζργαςτα λφματα 11

12 Αντίςτροφθ όςμωςθ Τριτογενισ/τεταρτογενισ επεξεργαςία ςτα αςτικά λφματα απομάκρυνςθ ιόντων και ενϊςεων που ζχουν παραμείνει και εμποδίηουν τθν επαναχρθςιμοποίθςθ Για παραγωγι νεροφ προσ επαναχρθςιμοποίθςθ Άρδευςθ Βιομθχανικι χριςθ Απομάκρυνςθ διαλυμζνων ςτερεϊν Επεξεργαςία καλαςςινοφ νεροφ Όπωσ πριν, αλλά και για προμικεια πόςιμου νεροφ 12

13 Δυναμικό αντίςτροφθσ όςμωςθσ 1 Όςμωςθ: κίνθςθ διαλυμζνθσ ουςίασ κατά τθ βακμίδα ςυγκζντρωςθσ μζςω θμιπερατισ μεμβράνθσ Oςμωτικι πίεςθ R T x Εφαρμογι πίεςθσ υψθλότερθσ από τθν π Αντίςτροφθ κίνθςθ του διαλφτθ 1 dm K P dt Z με Α επιφάνεια (m 2 ), Κ δ διαπερατότθτα του διαλφτθ (L/atm/m/d), Z μ πάχοσ μεμβράνθσ (m) 13

14 Δυναμικό αντίςτροφθσ όςμωςθσ 2 Επίςθσ 1 dm. ί K. ί x dt όπου x μοριακό κλάςμα (ι κλάςμα βάρουσ) τθσ διαλυμζνθσ ουςίασ Κ δ. ουςίασ = 0, πλιρθσ κατακράτθςθ Δυναμικό αντίςτροφθσ όςμωςθσ 3 Μζτρο πόλωςθσ w από μετριςεισ (καταςκευαςτι) Εκλεκτικότθτα μεμβράνθσ Συντελεςτισ απόρριψθσ K p r p r w p p 1 dm M 1 x p p x x dt x x r a. ί xr x R x r p 14

15 Εξιςϊςεισ λειτουργίασ Στο ςτοιχειϊδθ όγκο 1 dm K M1 xp pr pp M xr xp dt L 1 dm. ί K. ί M x M x x dt L p r p, Δφο χϊροι πλιρουσ ανάμειξθσ / δφο χϊροι εμβολικισ ροισ xp xp a 1 a pr pp 1 xr 1 xp a 1 M0 Mr Mpe M0 x Mr x Mpe x 0 re pe, 15