Διεργαςίεσ επεξεργαςίασ υγρών αποβλήτων

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Διεργαςίεσ επεξεργαςίασ υγρών αποβλήτων"

Transcript

1 ΑΡΙΣΟΣΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΘΕΑΛΟΝΙΚΗ ΣΜΗΜΑ ΠΟΛΙΣΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΟΜΕΑ ΤΔΡΑΤΛΙΚΗ & ΣΕΧΝΙΚΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΣΟ Διεργαςίεσ επεξεργαςίασ υγρών αποβλήτων (Σεχνική Περιβάλλοντοσ) Ευθύμιοσ Νταρακάσ Αναπλθρωτισ Κακθγθτισ Θεςςαλονίκη, Ιανουάριοσ 2014

2 Πίνακασ περιεχομένων Κεφάλαιο 1: Το περιβάλλον Ειςαγωγι Τα βαςικά χθμικά ςτοιχεία του περιβάλλοντοσ Τα επίπεδα ροισ τθσ ενζργειασ ςτο περιβάλλον Οι βιοχθμικοί κφκλοι Ο υδρολογικόσ κφκλοσ Ο κφκλοσ του άνκρακα Ο κφκλοσ του αηϊτου Ο κφκλοσ του φωςφόρου Ο κφκλοσ του κείου Οι μικροοργανιςμοί... 7 Κεφάλαιο 2: φπανςθ μόλυνςθ του νεροφ Γενικά φπανςθ του νεροφ με οργανικι φλθ Οξυγόνωςθ / Αποξυγόνωςθ νεροφ φπανςθ του νεροφ με κρεπτικά άλατα (Ευτροφιςμόσ) φπανςθ του νεροφ με τοξικζσ ουςίεσ Οι τοξικζσ οργανικζσ ενϊςεισ Τα οξζα και οι βάςεισ Τα βαριά μζταλα Τα φυτοτοξικά ςτοιχεία Θερμικι ρφπανςθ των νερϊν Κεφάλαιο 3: Τα υγρά απόβλθτα Γενικά Ρροζλευςθ Οριςμοί Σφςταςθ των υγρϊν αποβλιτων Φυςικά χαρακτθριςτικά των υγρϊν αποβλιτων Ανόργανα χθμικά χαρακτθριςτικά των υγρϊν αποβλιτων Οργανικά χθμικά χαρακτθριςτικά των υγρϊν αποβλιτων Βιολογικά χαρακτθριςτικά των υγρϊν αποβλιτων... 21

3 3.3 Ο άνκρακασ, το άηωτο, ο φϊςφοροσ, οι ςτερεζσ ουςίεσ και οι μικροοργανιςμοί των υγρϊν αποβλιτων Ο άνκρακασ Το άηωτο Ο φϊςφοροσ Οι ςτερεζσ ουςίεσ Οι μικροοργανιςμοί Κεφάλαιο 4: Θ επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων Γενικά Σχεδιαςμόσ εγκαταςτάςεων επεξεργαςίασ υγρϊν αποβλιτων Κεφάλαιο 5: Ρρωτοβάκμια επεξεργαςία αςτικϊν λυμάτων Γενικά Εςχάρωςθ Εξάμμωςθ (Αμμοςυλλζκτεσ) και λιποςυλλογι Κακίηθςθ (πρωτοβάκμια) Κεφάλαιο 6: Δευτεροβάκμια επεξεργαςία αςτικϊν λυμάτων Γενικά Αερόβια ςυςτιματα βιολογικισ επεξεργαςίασ λυμάτων Αναερόβια ςυςτιματα βιολογικισ επεξεργαςίασ λυμάτων Αερόβια αναερόβια ςυςτιματα βιολογικισ επεξεργαςίασ λυμάτων Αερόβια βιολογικι επεξεργαςία αιωροφμενθσ βιομάηασ Μζκοδοσ ενεργοφ ιλφοσ Οι δεξαμενζσ ενεργοφ ιλφοσ Θ ςυγκζντρωςθ τθσ βιομάηασ ςτθ δεξαμενι ενεργοφ ιλφοσ Ο δείκτθσ όγκου ιλφοσ Θ θλικία τθσ ιλφοσ Διάρκεια αεριςμοφ και κατανάλωςθ οξυγόνου Ο ςυντελεςτισ απόδοςθσ τθσ εγκατάςταςθσ Απόδοςθ τθσ μεκόδου τθσ ενεργοφ ιλφοσ... 57

4 6.2.9 Οι δεξαμενζσ δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ Τα ςυςτιματα SBR (Sequencing Batch Reactors) ι Αντιδραςτιρεσ διαλείποντοσ ζργου εναλλαςςόμενων κφκλων λειτουργίασ Αερόβια βιολογικι επεξεργαςία προςκολλθμζνθσ βιομάηασ (Βιολογικά φίλτρα) Γενικά Τα χαλικοδιυλιςτιρια Τα διςκοδιυλιςτιρια Κεφάλαιο 7: Απομάκρυνςθ κρεπτικϊν αλάτων Απομάκρυνςθ αηϊτου Απομάκρυνςθ φωςφόρου Κεφάλαιο 8: Ρροχωρθμζνθ επεξεργαςία αςτικϊν λυμάτων Γενικά Διικθςθ Διεργαςίεσ μεμβρανϊν Αντίςτροφθ ϊςμωςθ Ρροςρόφθςθ ςε ενεργό άνκρακα Χθμικζσ διεργαςίεσ επεξεργαςίασ υγρϊν αποβλιτων Γενικά Κεφάλαιο 9: Απολφμανςθ αςτικϊν λυμάτων Γενικά Χλωρίωςθ λυμάτων Οηόνωςθ λυμάτων Απολφμανςθ λυμάτων με υπεριϊδθ ακτινοβολία (UV) Κεφάλαιο 10: Διαχείριςθ τθσ ιλφοσ Γενικά Ροιοτικά χαρακτθριςτικά τθσ ιλφοσ Ράχυνςθ ιλφοσ Στακεροποίθςθ ιλφοσ Αερόβια ςτακεροποίθςθ Αναερόβια ςτακεροποίθςθ Αφυδάτωςθ ιλφοσ... 93

5 Γενικά Φυςικζσ μζκοδοι αφυδάτωςθσ ιλφοσ Τεχνθτζσ μζκοδοι αφυδάτωςθσ ιλφοσ Θερμικι επεξεργαςία ιλφοσ (Ξιρανςθ και καφςθ) Διάκεςθ Αγροτικι εκμετάλλευςθ ιλφοσ Ραράρτθμα Ραράδειγμα ςχεδιαςμοφ και λειτουργίασ Ε.Ε.Λ Βιβλιογραφία

6 Κεφάλαιο 1: Σο περιβάλλον 1.1 Ειςαγωγι Το ζδαφοσ, τα νερά, ο αζρασ, θ χλωρίδα και θ πανίδα είναι ςτοιχεία με τα οποία ο άνκρωποσ ςυνυπάρχει ςτον πλανιτθ από τθ γζννθςι του και καλοφνται με μια λζξθ περιβάλλον. Σαν φυςικό περιβάλλον ορίηεται το ςφνολο των βιοτικϊν (χλωρίδα και πανίδα) και αβιοτικϊν (κερμοκραςία, υγραςία, ζδαφοσ κ.λ.π.) παραγόντων που ςυνκζτουν τον φυςικό χϊρο. Το ανκρωπογενζσ περιβάλλον αναφζρεται ςε εκείνα τα ςτοιχεία του περιβάλλοντοσ που ζχουν διαμορφωκεί από τον άνκρωπο δθλαδι κτιρια, οδικό δίκτυο, λιμάνια, αεροδρόμια, βιομθχανίεσ κακϊσ και ςτουσ βιοτικοφσ παράγοντεσ που αναπτφςςονται γφρω απ αυτά (αςτικι χλωρίδα και πανίδα). Οι κινιςεισ και οι μεταβολζσ που ςυντελοφνται εκεί είναι άλλοτε φυςικζσ και άλλοτε ανκρωπογενείσ. Βιοτικοί παράγοντεσ (Χλωρίδα, πανίδα) Ρεριβάλλον Φυςικό περιβάλλον Ανκρωπογενζσ περιβάλλον Αβιοτικοί παράγοντεσ (Θερμοκραςία, υδγραςία, ζδαφοσ κ.λ.π.) Κτιρια, οδικό δίκτυο, λιμάνια, αεροδρόμια, βιομθχανίεσ (αςτικι χλωρίδα & πανίδα) Σχιμα Φυςικό και ανκρωπογενζσ περιβάλλον Για καλι ποιότθτα ηωισ του ανκρϊπου, για ανάπτυξθ και ευθμερία τθσ κοινωνίασ, απαιτείται αρμονία ςτθ φφςθ και οικολογικι ιςορροπία. Θ οικολογικι ιςορροπία διαταράςςεται από τισ διάφορεσ φυςικζσ διεργαςίεσ (θφαίςτεια, πυρκαγιζσ, πλθμμφρεσ, βιολογικζσ δραςτθριότθτεσ) αλλά κυρίωσ από τισ ανκρϊπινεσ δραςτθριότθτεσ (βιομθχανία, παραγωγι ενζργειασ, αυτοκίνθτα, κζρμανςθ, ψφξθ κ.λ.π.), με αποτζλεςμα τον άμεςα διαγραφόμενο κίνδυνο για τθν μελλοντικι ποιότθτα ηωισ του ανκρϊπου. Θ φφςθ ζχει αναπτφξει διάφορουσ μθχανιςμοφσ αυτοκακαριςμοφ και προςταςίασ από τθ ρφπανςθ που προκαλείται από τισ φυςικζσ διεργαςίεσ. Αντίκετα θ ρφπανςθ που προκαλείται από τισ ανκρϊπινεσ δραςτθριότθτεσ είναι θ πλζον επικίνδυνθ και οδθγεί ςε μθ αντιςτρεπτζσ καταςτάςεισ. Τα απόβλθτα (αζρια, υγρά, ςτερεά) των αςτικϊν και βιομθχανικϊν κζντρων κακϊσ και θ μθ ορκολογικι χριςθ διαφόρων χθμικϊν ενϊςεων (λιπάςματα, εντομοκτόνα, ηιηανιοκτόνα, παραςιτοκτόνα, κ.λ.π.) ευκφνονται, ςε ςυνδυαςμό με άλλουσ παράγοντεσ, για τθν καταςτροφι πολλϊν φυςικϊν οικοςυςτθμάτων και τθν εξαφάνιςθ οριςμζνων ειδϊν. Θ ρφπανςθ τθσ ατμόςφαιρασ, των νερϊν και του εδάφουσ προκαλεί εντάςεισ ςτα οικοςυςτιματα και μειϊνει το μζγεκοσ των πιο ευαίςκθτων ςτισ ςυγκεκριμζνεσ ςυνκικεσ πλθκυςμϊν. Θ ατμοςφαιρικι ρφπανςθ ευκφνεται για τον περιοριςμό πολλϊν δαςικϊν εκτάςεων ανά τον κόςμο. Ραράλλθλα, ο εμπλουτιςμόσ των επιφανειακϊν και υπόγειων νερϊν με ακατζργαςτα απόβλθτα, (αςτικά και βιομθχανικά), κακϊσ και με διάφορεσ τοξικζσ οργανικζσ ενϊςεισ (εντομοκτόνα, λιπάςματα, διοξίνεσ κ.ά.) επιφζρει ευτροφιςμό των επιφανειακϊν νερϊν, βιοςυςςϊρευςθ τοξικϊν ουςιϊν, τροποποίθςθ του ph τουσ κ.λ.π., δυςχεραίνοντασ τθν επιβίωςθ πολλϊν ευαίςκθτων ειδϊν. 1.2 Τα βαςικά χθμικά ςτοιχεία του περιβάλλοντοσ Τα βαςικά χθμικά ςτοιχεία όπωσ ο άνκρακασ (C), το οξυγόνο (Ο), το υδρογόνο (Θ), το άηωτο (Ν), ο φϊςφοροσ () και το κείο (S) ανικουν ςτα αμζταλλα, ςυνυπάρχουν ςτο περιβάλλον (αζρα, ζδαφοσ ι νερό) είτε ελεφκερα είτε υπό μορφι διαφόρων χθμικϊν ενϊςεων. Ιδιαίτερο ενδιαφζρον παρουςιάηουν οι μθχανιςμοί ςφνκεςθσ, μεταφοράσ και αποικοδόμθςθσ των ουςιϊν που ςυντίκενται από τα ςτοιχεία αυτά ςτο φυςικό και το ανκρωπογενζσ περιβάλλον. Το οξυγόνο (Ο) Είναι πολφ βαςικό ςτοιχείο. Ρεριζχεται ςε όλουσ τουσ ηωντανοφσ οργανιςμοφσ. Στον ανκρϊπινο οργανιςμό αποτελεί το 66% κατά βάροσ του ςϊματόσ του. Αποτελεί το 50% κατά βάροσ του γιινου φλοιοφ και το 21% κατ όγκο. Αποτελεί επίςθσ τα 88,8% κατά βάροσ του νεροφ. Το 1781 διαπιςτϊκθκε για πρϊτθ φορά θ απαραίτθτθ παρουςία του ςτα Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 1

7 φαινόμενα τθσ καφςθσ και τθσ αναπνοισ. Το οξυγόνο είναι το πιο διαδεδομζνο οξειδωτικό μζςο κακϊσ αντιδρά ςχεδόν με όλα τα ςτοιχεία, εκτόσ από τα ευγενι αζρια. Ο άνκρακασ (C) Θεωρείται πολφ βαςικό ςτοιχείο κακϊσ χρθςιμοποιείται ςτθ ςφνκεςθ τθσ οργανικισ φλθσ, θ οποία είναι μζροσ τθσ ηωισ ςτον πλανιτθ. Το μεγαλφτερο ποςοςτό χθμικισ ενζργειασ που απαιτείται για τθ ηωι είναι αποκθκευμζνο ςτισ οργανικζσ ενϊςεισ υπό μορφι δεςμϊν μεταξφ ατόμων άνκρακα αλλά και μεταξφ ατόμων άνκρακα με άλλα ςτοιχεία. Το υδρογόνο (Θ) Σχιμα Τα βαςικά χθμικά ςτοιχεία Είναι το πρϊτο ςτοιχείο του περιοδικοφ πίνακα και το ελαφρφτερο γνωςτό χθμικό ςτοιχείο (14,4 φορζσ ελαφρφτερο από τον αζρα). Βρίςκεται ςτθ φφςθ κυρίωσ με τθ μορφι ενϊςεων, αλλά και ελεφκερο, όπωσ ςτισ θφαιςτειακζσ εκριξεισ, ςτισ πετρελαιοπθγζσ, ςτισ ρωγμζσ θφαιςτείων και ςτθν ατμόςφαιρα ςε φψθ πάνω από τα 100 Km. Το άηωτο (Ν) Το άηωτο αποτελεί μζροσ των ηωτικϊν οργανικϊν ενϊςεων ςτουσ μικροοργανιςμοφσ όπωσ ςτα αμινοξζα, ςτισ πρωτεΐνεσ και ςτο DNA. Στθν αζριά του μορφι το άηωτο καταλαμβάνει το 78% τθσ τροπόςφαιρασ και δεν μπορεί να αφομοιωκεί από τουσ οργανιςμοφσ. Δεν μπορεί να προςλθφκεί αυτοφςιο από τα φυτά και τα ηϊα γι αυτό πρζπει πρϊτα να μετατραπεί βιολογικά από τα βακτιρια ϊςτε να ειςζλκει ςτθν τροφικι αλυςίδα ςαν μζροσ του κφκλου του αηϊτου. Ο φϊςφοροσ () Ο φϊςφοροσ είναι ζνα ουςιϊδεσ κρεπτικό ςυςτατικό για τα φυτά και τα ηϊα ςτθ μορφι των ιόντων Ο 4 3- και ΘΟ Αποτελεί μζροσ των μορίων του DNA, μορίων που αποκθκεφουν τισ απαραίτθτεσ ποςότθτεσ ενζργειασ (ATP και ADP, δθλαδι τθσ τρι-φωςφορικισ και δι-φωςφορικισ αδενοςφνθσ) και των λιπϊν τθσ κυτταρικισ μεμβράνθσ. Αποτελεί επίςθσ κεμζλιο λίκο βαςικϊν τμθμάτων των ζμβιων όντων όπωσ των οςτϊν και των οδόντων τουσ. Ο φϊςφοροσ υπάρχει ςτα νερά, ςτα ιηιματα, ςτα εδάφθ και ςτα ορυκτά. Δεν υπάρχει όμωσ ποτζ ςτθν ατμόςφαιρα παρά μόνο ςε απειροελάχιςτεσ ποςότθτεσ ςαν πολφ μικρά ςωματίδια ςκόνθσ γιατί είναι ςυνικωσ υγρό ςε κανονικζσ ςυνκικεσ κερμοκραςίασ και πίεςθσ. Το κείο (S) O S H C Είναι ζνα ςτοιχείο που βρίςκεται παντοφ (νερά, ζδαφοσ, αζρασ). Αποτελεί ςυςτατικό των αμινοξζων, των πρωτεϊνϊν, των βιταμινϊν και των ενηφμων. Τα φυτά απορροφοφν το κείο όταν αυτό βρίςκεται διαλυμζνο υπό μορφι αλάτων ςτο νερό. Τα ηϊα καταναλϊνουν φυτά και φυτοφάγα ηϊα κι ζτςι προςλαμβάνουν το απαραίτθτο για τον οργανιςμό τουσ κείο. P N 1.3 Τα επίπεδα ροισ τθσ ενζργειασ ςτο περιβάλλον Για καλφτερθ κατανόθςθ των βιοχθμικϊν κφκλων ςτα οικοςυςτιματα είναι απαραίτθτθ θ γνϊςθ τθσ ροισ τθσ ενζργειασ θ οποία διακρίνεται ςε τρία βαςικά επίπεδα (ςχιμα 1.3.1). Το πρϊτο επίπεδο περιλαμβάνει τουσ οργανιςμοφσ που ζχουν τθν ικανότθτα να ςυνκζτουν οργανικζσ ενϊςεισ από ανόργανα μόρια δεςμεφοντασ θλιακι ι χθμικι ενζργεια. Οι οργανιςμοί αυτοί (φυτά, φφκια, κάμνοι) ονομάηονται αυτότροφοι ι παραγωγοί γιατί ςυνκζτουν τθν τροφι τουσ μόνοι τουσ. Θ φωτοςφνκεςθ είναι μια διαδικαςία που αποτελεί κλαςικό παράδειγμα ςφνκεςθσ οργανικϊν μορίων από ανόργανεσ ενϊςεισ με τθ χριςθ τθσ θλιακισ ενζργειασ. Οι οργανικζσ ενϊςεισ που παράγονται είναι τα ςάκχαρα ςτα οποία αποκθκεφεται θ δεςμευμζνθ από τον ιλιο ενζργεια και ελευκερϊνεται οξυγόνο το οποίο είναι απαραίτθτο για τθν αναπνοι, θ οποία αποτελεί ηωτικι λειτουργία τθσ ηωισ. Θ απελευκζρωςθ τθσ ενζργειασ γίνεται κατά τθ διάρκεια τθσ αναπνοισ, με αντίδραςθ αντίςτροφθ αυτισ τθσ Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 2

8 φωτοςφνκεςθσ, δθλαδι με τθ διάςπαςθ (οξείδωςθ ι καφςθ) των οργανικϊν μορίων ςε ανόργανεσ ενϊςεισ οπότε παράγεται διοξείδιο του άνκρακα και νερό. Θ φωτοςφνκεςθ περιγράφεται αναλυτικά ςτο κφκλο του άνκρακα. Οι οργανικζσ ενϊςεισ που παράγονται είναι τα ςάκχαρα ςτα οποία αποκθκεφεται θ δεςμευμζνθ από τον ιλιο ενζργεια και ελευκερϊνεται οξυγόνο το οποίο είναι απαραίτθτο για τθν αναπνοι, θ οποία είναι ηωτικι λειτουργία των οργανιςμϊν. Θ απελευκζρωςθ τθσ ενζργειασ γίνεται κατά τθ διάρκεια τθσ αναπνοισ, με αντίδραςθ αντίςτροφθ αυτισ τθσ φωτοςφνκεςθσ, δθλαδι με τθ διάςπαςθ (οξείδωςθ ι καφςθ) των οργανικϊν μορίων ςε ανόργανεσ ενϊςεισ οπότε παράγεται διοξείδιο του άνκρακα (CO 2 ) και νερό (Θ 2 Ο). 3 ο Επίπεδο 2 ο Επίπεδο Αποδομθτζσ 1 ο Επίπεδο Καταναλωτζσ (Ετερότροφοι) Ραραγωγοί (Αυτότροφοι) Σχιμα Τα επίπεδα ροισ τθσ ενζργειασ ςτα οικοςυςτιματα Το δεφτερο επίπεδο αναφζρεται ςτουσ οργανιςμοφσ που βαςίηονται ςτουσ παραγωγοφσ για να δεςμεφςουν τθν ενζργεια που είναι απαραίτθτθ για τισ ηωτικζσ και λοιπζσ λειτουργίεσ τουσ δθλαδι τα ηϊα. Οι οργανιςμοί αυτοί ονομάηονται ετερότροφοι ι καταναλωτζσ. Το τρίτο επίπεδο περιλαμβάνει τουσ οργανιςμοφσ που τρζφονται από τα απορρίμματα και τα νεκρά ςϊματα των παραγωγϊν και των καταναλωτϊν. Οι οργανιςμοί αυτοί ονομάηονται αποδομθτζσ γιατί διαςποφν τισ οργανικζσ ενϊςεισ επαναφζροντασ τα ανόργανα μόρια, ϊςτε να είναι εκ νζου διακζςιμα ςτα φυτά. Οι αποδομθτζσ είναι μικροοργανιςμοί (μφκθτεσ, βακτιρια) και βρίςκονται ςτα εδάφθ και ςτουσ πυκμζνεσ των υδατικϊν οικοςυςτθμάτων. Αποδομϊντασ τθ νεκρι οργανικι φλθ, οι αποδομθτζσ αυξάνονται μζχρισ ότου νεκρωκοφν και με τθ ςειρά τουσ διαςπαςτοφν από άλλουσ μικροοργανιςμοφσ. Οι βιοχθμικοί κφκλοι του άνκρακα, του αηϊτου, του φωςφόρου και του κείου περιλαμβάνουν δράςεισ μικροοργανιςμϊν ςε όλα τα επίπεδα. 1.4 Οι βιοχθμικοί κφκλοι Ο υδρολογικόσ κφκλοσ Το νερό αποτελεί ζναν από τουσ πολυτιμότερουσ φυςικοφσ πόρουσ τθσ γθσ. Είναι ο ςθμαντικότεροσ παράγοντασ για τθν ανάπτυξθ, τθν υγιεινι διαβίωςθ, τθν ίδια τθ ηωι. Χωρίσ νερό θ ηωι είναι αδιανόθτθ. Το μεγαλφτερο ποςοςτό (περίπου 96,5 %), των υδατικϊν αποκεμάτων τθσ γθσ ανικει ςτουσ ωκεανοφσ και το υπόλοιπο κατανζμεται ςε παγετϊνεσ, υπόγειουσ υδροφορείσ, λίμνεσ, ποταμοφσ, ρζματα κ.λ.π. Ρερίπου το 50% τθσ θλιακισ ενζργειασ που απορροφάται από τθν επιφάνεια τθσ γθσ μετατρζπεται ςε λανκάνουςα κερμότθτα θ οποία καταναλϊνεται για τθν εξάτμιςθ του επιφανειακοφ νεροφ και τθ μεταφορά του ςτθν ατμόςφαιρα. Ζνα ακόμθ αρκετά μεγάλο ποςοςτό νεροφ, μεταφζρεται ςτθν ατμόςφαιρα από τα φυτά μζςω τθσ διαδικαςίασ τθσ διαπνοισ. Ο ςυνδυαςμόσ των διαδικαςιϊν τθσ εξάτμιςθσ και τθσ διαπνοισ ονομάηεται εξατμιςοδιαπνοι και απαιτεί τεράςτιεσ ποςότθτεσ ενζργειασ, περίπου φορζσ του ρυκμοφ με τον οποίο εμείσ χρθςιμοποιοφμε τουσ ενεργειακοφσ πόρουσ ςτθ γθ. Πλα αυτά ςυμβαίνουν ςτθ φφςθ και παρίςτανται με τον υδρολογικό κφκλο (ςχιμα 1.4.1). Υπολογίηεται ότι το νερό που μεταφζρεται ςτθν ατμόςφαιρα μζςω τθσ εξατμιςοδιαπνοισ κα μποροφςε να δθμιουργιςει ζνα ςτρϊμα νεροφ πάχουσ 1 m γφρω από τον πλανιτθ κάκε χρόνο. Ρερίπου το 88% απ αυτό το νερό προζρχεται από τουσ ωκεανοφσ και το υπόλοιπο 12% προζρχεται από τθν ξθρά. Οι ατμοί τθσ ατμόςφαιρασ μεταφζρονται ςαν αζριεσ μάηεσ (ςφννεφα) και όταν υποςτοφν ςυμπφκνωςθ επιςτρζφουν ςτθ γθ (κατακριμνιςθ). Ράνω από τουσ ωκεανοφσ υπεριςχφει θ εξάτμιςθ ζναντι τθσ κατακριμνιςθσ ενϊ πάνω από τθν ξθρά υπεριςχφει θ κατακριμνιςθ από τθν εξατμιςοδιαπνοι. Θ διαφορά μεταξφ τθσ ποςότθτασ του νεροφ που κατακρθμνίηεται (βροχι) και τθσ εξατμιςοδιαπνοισ ςτθν ξθρά είναι νερό το οποίο επιςτρζφει ςτουσ ωκεανοφσ. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 3

9 Σχιμα Ο υδρολογικόσ κφκλοσ Οι κλιματολογικζσ ςυνκικεσ που επικρατοφν ςτθ γθ επθρεάηουν και επθρεάηονται από τον υδρολογικό κφκλο. Το αποκθκευμζνο ςτουσ πάγουσ και χιόνια νερό λιϊνει με τθν αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ του πλανιτθ, απορρζει και αποκθκεφεται ςτουσ επιφανειακοφσ και τουσ υπόγειουσ ταμιευτιρεσ. Στθ ςυνζχεια διθκείται μζςω των διαφόρων πετρωμάτων και καταλιγει πάλι ςτουσ ωκεανοφσ ι ςτουσ υπόγειουσ ταμιευτιρεσ. Ρερίπου το 60% του νεροφ που κατακρθμνίηεται ςτθν επιφάνεια τθσ γθσ επιςτρζφει ςτθν ατμόςφαιρα όπωσ προαναφζρκθκε μζςω τθσ εξατμιςοδιαπνοισ. Το μεγαλφτερο ποςοςτό του υπολοίπου 40% που δεν εξατμίηεται, ςυγκεντρϊνεται ςτουσ επιφανειακοφσ ταμιευτιρεσ. Ζνα ποςοςτό απ αυτό το νερό μζςω των ποταμϊν και των ρεμάτων, καταλιγει και πάλι ςτουσ ωκεανοφσ. Ζνα μικρότερο ποςοςτό καταλιγει ςτουσ υπόγειουσ ταμιευτιρεσ απ όπου και πάλι εκφορτίηεται προσ τθ κάλαςςα. Οι ποςότθτεσ των υπογείων νερϊν και των επιφανειακϊν απορροϊν προσ τουσ ωκεανοφσ υπολογίηονται ςε k-m 3 ετθςίωσ και πρζπει να διαφυλαχτοφν γιατί αποτελοφν ζνα πολφ ςθμαντικό υδατικό δυναμικό. Με τθν εκφόρτιςθ του υπογείου νεροφ πλθροφνται οι επιφανειακοί ταμιευτιρεσ και με τθν εξάτμιςθ του περιεχομζνου των επιφανειακϊν ταμιευτιρων το νερό οδθγείται και πάλι ςτθν ατμόςφαιρα όπου ςυμπυκνϊνεται και αποκθκεφεται ςτα ςφννεφα. Από τα ςφννεφα με τθ μορφι τθσ βροχισ κατακρθμνίηεται και πάλι ςτθ γθ για να ολοκλθρωκεί ο υδρολογικόσ κφκλοσ Ο κφκλοσ του άνκρακα Ο κφκλοσ του άνκρακα (ςχιμα ) αποτελείται από δφο μζρθ, το γιινο και το υδάτινο. Το υδάτινο μζροσ περιλαμβάνει τθ διαδρομι του άνκρακα δια μζςω των υδάτινων οικοςυςτθμάτων και το γιινο τθ διαδρομι ςτα γιινα οικοςυςτιματα. Ο κφκλοσ βαςίηεται ςτο διοξείδιο του άνκρακα (CO 2 ), το οποίο βρίςκεται ςτθν ατμόςφαιρα ςε αζρια μορφι και ςτο νερό ςε διαλυμζνθ μορφι. Τα φυτά με τθ βοικεια τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ χρθςιμοποιοφν το CO 2 τθσ ατμόςφαιρασ και το νερό με ςκοπό να δθμιουργιςουν οξυγόνο και υδατάνκρακεσ. Σχιμα Ο κφκλοσ του άνκρακα Το οξυγόνο που παράγεται είναι απαραίτθτο για τθ διατιρθςθ τθσ ηωισ όλων των ζμβιων όντων. Οι υδατάνκρακεσ αποτελοφν βαςικι πθγι ενζργειασ για τουσ ηωικοφσ οργανιςμοφσ οι οποίοι τρζφονται και τουσ μεταβολίηουν ςε άλλεσ οργανικζσ ενϊςεισ. Μετά τον κάνατο των διαφόρων ηωικϊν και φυτικϊν οργανιςμϊν λαμβάνει χϊρα θ αποςφνκεςι τουσ και δθμιουργείται πάλι ελεφκερο διοξείδιο του άνκρακα. Θ ςπουδαία αυτι φωτοχθμικι διεργαςία που ςυντελείται ςτον πλανιτθ από τθ γζννθςι του λζγεται φωτοςφνκεςθ και είναι εφικτι μόνο από τα φυτά και μερικά βακτθρίδια. Θ χλωροφφλλθ που υπάρχει ςτα φφλλα των φυτϊν είναι αυτι Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 4

10 που επιτρζπει τθ ςφλλθψθ και χριςθ τθσ θλιακισ ενζργειασ με ςκοπό τθν παραγωγι οξυγόνου και υδατανκράκων ςφμφωνα με τθν αντίδραςθ: 6𝐶𝑂2 + 6𝐻2 𝑂 𝑛 𝐶6 𝐻12 𝑂6 + 6𝑂2 Το οξυγόνο που παράγεται κατά τθ διαδικαςία τθσ φωτοςφνκεςθσ καταναλϊνεται από τουσ αερόβιουσ μικροοργανιςμοφσ και τα ηϊα. Το διοξείδιο του άνκρακα ελευκερϊνεται πάλι ςτθν ατμόςφαιρα με τθν εκπνοι των καταναλωτϊν οξυγόνου, οι οποίοι διαςποφν επίςθσ τουσ υδατάνκρακεσ και τισ υπόλοιπεσ οργανικζσ ενϊςεισ παράγοντασ διοξείδιο του άνκρακα που με τθ ςειρά του κα χρθςιμοποιθκεί και πάλι από τα φυτά προσ παραγωγι οξυγόνου. Ο άνκρακασ μπορεί να αποκθκευτεί ςαν βιομάηα ςτισ ρίηεσ φυτϊν και δζνδρων αλλά και υπό άλλθσ μορφισ οργανικι φλθ για μεγάλα χρονικά διαςτιματα. Αυτι θ οργανικι φλθ μεταφζρεται πάλι ςτθν ατμόςφαιρα μετά τθ διάςπαςθ και αποςφνκεςι τθσ. Ακόμα οι ανκρϊπινεσ καφςεισ με διάφορεσ δραςτθριότθτεσ απελευκερϊνουν ςτθν ατμόςφαιρα τεράςτιεσ ποςότθτεσ διοξειδίου του άνκρακα (CO2). Θ καφςθ των ορυκτϊν καυςίμων (πετρζλαιο, λιγνίτθσ κ.λ.π.) καλφπτει τισ ενεργειακζσ ανάγκεσ του ανκρϊπου. Οι ενεργειακζσ αυτζσ πθγζσ δεν είναι φυςικά ανανεϊςιμεσ και απαιτοφνται τεράςτιοι χρόνοι για τθν αναπλιρωςι τουσ. Μια άλλθ πθγι απελευκζρωςθσ διοξειδίου του άνκρακα (CO2) ςτθν ατμόςφαιρα είναι μια φυςικι διεργαςία, αυτι τθσ ζκρθξθσ των θφαιςτείων. Στα υδάτινα οικοςυςτιματα το CO 2 μπορεί να αποκθκευτεί ςε ιηιματα και πετρϊματα. Θ απελευκζρωςι του ςτθν ατμόςφαιρα είναι χρονοβόροσ διαδικαςία δεδομζνου ότι θ γεωλογικι διαδικαςία τθσ διάλυςθσ των πετρωμάτων ςυντελείται με πολφ αργό ρυκμό Το διαλυμζνο ςτο νερό διοξείδιο του άνκρακα, βρίςκεται υπό μορφι ανκρακικϊν (CO 3 ) και όξινων ανκρακικϊν (HCO3 ) αλάτων, τα οποία είναι πολφ ςπουδαία φυςικά ρυκμιςτικά διαλφματα που προςτατεφουν το νερό από τον κίνδυνο των αυξομειϊςεων τθσ οξφτθτασ και τθσ αλκαλικότθτάσ του (ph). Με τθν άνοδο τθσ κερμοκραςίασ των φυςικϊν νερϊν, τα ανκρακικά και τα όξινα ανκρακικά άλατα επιςτρζφουν ςτθν ατμόςφαιρα με τθ μορφι του διοξειδίου του άνκρακα Ο κφκλοσ του αηϊτου Ο κφκλοσ του αηϊτου (ςχιμα ) ξεκινά με τθ μετατροπι του ατμοςφαιρικοφ αηϊτου ςε αμμωνία με τθ βοικεια φυςικϊν διεργαςιϊν όπωσ θ θλιακι και θ κοςμικι ακτινοβολία. Στθ βιομθχανία μετατρζπονται τεράςτιεσ ποςότθτεσ ατμοςφαιρικοφ αηϊτου ςε αμμωνία. Βιολογικά μετατρζπεται το ατμοςφαιρικό άηωτο ςε αμμωνία (ΝΘ 3) και αμμωνιακά + άλατα (ΝΘ4 ) με τθ βοικεια μικροοργανιςμϊν (π.χ. κυανοβακτιρια). Θ αμμωνία χρθςιμοποιείται από τα φυτά ςαν πθγι αηϊτου. Οι αμμωνιακζσ ενϊςεισ που υπειςζρχονται ςτο μεταβολιςμό των ζμβιων όντων μετατρζπονται ςε διάφορεσ αηωτοφχεσ οργανικζσ ενϊςεισ (αμινοξζα, πρωτεΐνεσ) οι οποίεσ είναι απαραίτθτεσ για τθν επιβίωςι τουσ. Κατάλοιπο των νεκρϊν οργανιςμϊν είναι πάλι θ αμμωνία. Σχιμα Ο κφκλοσ του αηϊτου Θ αμμωνιοποίθςθ (nitrogen fixation) είναι μια βιολογικι διαδικαςία θ οποία παρίςταται με τθν εξίςωςθ: 𝛮2 + 3𝛨2 𝐶𝑦𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 2𝛮𝛨3 - - Μετά τθν αμμωνιοποίθςθ, θ αμμωνία και τα αμμωνιακά άλατα μετατρζπονται ςε νιτρϊδθ (ΝΟ2 ) και νιτρικά (ΝΟ3 ) άλατα με μια διαδικαςία θ οποία ονομάηεται νιτροποίθςθ (nitrification). Αερόβια βακτιρια χρθςιμοποιοφν οξυγόνο με ςκοπό τθ νιτροποίθςθ. Το αμμωνιακά άλατα μετατρζπονται ςε νιτρϊδθ με το βακτιριο nitrosomonas και τα νιτρϊδθ ςε νιτρικά άλατα με το βακτιριο nitrobacter. Οι αντιδράςεισ ζχουν ωσ εξισ: 2𝑁𝐻3 + 3𝑂2 𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠𝑜𝑚𝑜𝑛𝑎𝑠 2𝑁𝑂2 + 𝑂2 2𝑁𝑂2 + 2𝐻 + + 2𝐻2 𝑂 𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟 2𝑁𝑂3 Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 5

11 Τα φυτά απορροφοφν και αφομοιϊνουν αμμωνιακά και νιτρικά άλατα τα οποία μετατρζπονται ςε οργανικζσ ενϊςεισ που περιζχουν άηωτο υπό μορφι διαφόρων αμινοομάδων (R-NH2), όπωσ οι πρωτεΐνεσ, τα αμινοξζα και το DNA. Τα ηϊα δεν μποροφν να απορροφιςουν άμεςα τα νιτρικά, αλλά μόνο ζμμεςα μζςω των φυτϊν και των φυτοφάγων ηϊων. Πταν ολοκλθρωκεί θ διαδικαςία τθσ νιτροποίθςθσ και εκπλθρωκοφν οι ανάγκεσ των φυτϊν και των ηϊων ςε αηωτοφχεσ ενϊςεισ, ειδικά βακτιρια αρχίηουν τθν διαδικαςία τθσ αμμωνιοποίθςθσ με ςκοπό να μετατρζψουν και πάλι τα νιτρικά κρεπτικά άλατα ςε αμμωνία και ευδιάλυτα αμμωνιακά άλατα. Αμζςωσ μετά, άλλα ειδικά αναερόβια βακτιρια (ετερότροφοι ανεκτικοί αναερόβιοι μικροοργανιςμοί όπωσ acrhromobacter, bacillus, denitrobacillus) κα τα μετατρζψουν ςφμφωνα με μια διαδικαςία θ οποία ονομάηεται απονιτροποίθςθ (denitrification), ςε αζριο άηωτο το οποίο ελευκερϊνεται ςτθν ατμόςφαιρα. 𝑁𝑂3 + 𝐻𝐶𝐻𝑂 + 𝐻 + 𝐷𝑒𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓𝑦𝑖𝑛𝑔 𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 1 2 𝑁2 + 𝐶𝑂2 + 𝐻2 𝑂 Θ αδρανοποίθςθ των νεκρϊν οργανικϊν ενϊςεων ζχει ςαν κατάλοιπο και πάλι τθν αμμωνία (ΝΘ3). Θ ουρία είναι επίςθσ κατάλοιπο του μεταβολιςμοφ των ηϊων. Θ ουρία κακϊσ και διάφορεσ άλλεσ αηωτοφχεσ ενϊςεισ από νεκροφσ οργανιςμοφσ μετατρζπονται κατά τθ διαδικαςία τθσ αδρανοποίθςθσ ςε αμμωνία και ςτθ ςυνζχεια γίνεται θ νιτροποίθςθ και θ απονιτροποίθςι τθσ ςε Ν Ο κφκλοσ του φωςφόρου Στισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ ο φϊςφοροσ βρίςκεται ςε πετρϊδεισ ςχθματιςμοφσ και ιηθματογενι πετρϊματα ςτα βάκθ των καλαςςϊν ςτθ μορφι των φωςφορικϊν αλάτων. Τα φωςφορικά άλατα απελευκερϊνονται από τθν αποςάκρωςθ των ορυκτογεννϊν ςχθματιςμϊν και διαλφονται ςε μαλακά ιηιματα απ όπου απορροφϊνται από τα φυτά. Επειδι ςυνικωσ οι ςυγκεντρϊςεισ του φωςφόρου ςτα μαλακά αυτά ιηιματα είναι γενικά πολφ μικρζσ, αποτελεί κρίςιμο παράγοντα για τθν ανάπτυξθ των φυτϊν. Για το λόγο αυτό χρθςιμοποιοφνται κακθμερινά όλο και περιςςότερεσ ποςότθτεσ φωςφορικϊν λιπαςμάτων από τον άνκρωπο ςτισ καλλιζργειεσ. Τα φωςφορικά άλατα αποτελοφν κρίςιμο και περιοριςτικό παράγοντα και για τθ καλάςςια χλωρίδα επειδι δεν είναι τόςο ευδιάλυτα. Ο φϊςφοροσ μετακινείται πολφ αργά από τισ αποκζςεισ των εδαφϊν και των ιηθμάτων και προςλαμβάνεται από τουσ οργανιςμοφσ οι οποίοι με τθ ςειρά τουσ τον αποβάλουν ςτα εδάφθ και τα ιηιματα των καλαςςϊν. Τα ηϊα απορροφοφν φϊςφορο καταναλϊνοντασ φυτά και φυτοφάγα ηϊα. Σχιμα Ο κφκλοσ του φωςφόρου Ο φϊςφοροσ ανακυκλϊνεται όπωσ είναι φυςικό πολφ πιο γριγορα ςτθν αλυςίδα φυτϊν ηϊων απ ότι μεταξφ πετρωμάτων και ιηθμάτων. Πταν τα φυτά και τα ηϊα πεκαίνουν, τα φωςφορικά άλατα επιςτρζφουν ςτα εδάφθ και ςτουσ ιηθματογενείσ ςχθματιςμοφσ ςτα βάκθ των ωκεανϊν όπου παραμζνει για εκατομμφρια χρόνια. Μετά, με πολφ αργοφσ ρυκμοφσ, μζςα από τθν γεωλογικι ανφψωςθ ςχθματίηονται ορυκτά, πετρϊματα και όρθ, τα οποία με τθ ςειρά τουσ αποςακρϊνονται και πάλι με αποτζλεςμα τθν απελευκζρωςθ φωςφορικϊν αλάτων, τα οποία ξαναμπαίνουν ςτον ατζλειωτο κφκλο του φωςφόρου. Επιγραμματικά κα μποροφςαμε να ποφμε ότι τα πιο βαςικά τμιματα του κφκλου του φωςφόρου είναι: θ μετατροπι των διαφόρων ανόργανων φωςφορικϊν αλάτων του εδάφουσ από τα φυτά ςε διάφορεσ οργανικζσ ενϊςεισ του φωςφόρου, ο μεταβολιςμόσ των οργανοφωςφορικϊν ενϊςεων από τα ηϊα, θ μετατροπι των οργανοφωςφορικϊν ενϊςεων με τθ βοικεια διαφόρων ετεροτροφικϊν μικροοργανιςμϊν (βακτιρια, μφκθτεσ κ.λ.π.) ςε ανόργανα φωςφορικά άλατα. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 6

12 1.4.5 Ο κφκλοσ του κείου Οι μεγαλφτερεσ ποςότθτεσ κείου ςτθ γθ βρίςκονται ςτα διάφορα πετρϊματα και ςτα ιηθματογενι πετρϊματα ςτα βάκθ των ωκεανϊν. Θείο υπάρχει όμωσ και ςτθν ατμόςφαιρα ςτθν οποία ειςζρχεται είτε με φυςικό τρόπο είτε με τισ ανκρϊπινεσ δραςτθριότθτεσ (ςχιμα ). Σχιμα Ο κφκλοσ του κείου Φυςικζσ πθγζσ ειςόδου του κείου ςτθν ατμόςφαιρα είναι οι εκριξεισ των θφαιςτείων, οι βακτθριακζσ διεργαςίεσ, θ εξάτμιςθ από τα νερά και ο κάνατοσ των οργανιςμϊν. Κατά τθν αερόβια αποςφνκεςθ των διαφόρων οργανικϊν ενϊςεων αποςπϊνται οι ςουλφυδρυλομάδεσ με αποτζλεςμα το ςχθματιςμό υδρόκειου (Θ 2 S). Κυρίωσ από τθ βιομθχανία απελευκερϊνονται ςτθν ατμόςφαιρα μεγάλεσ ποςότθτεσ διοξειδίου του κείου (SO 2 ) και υδρόκειου (H 2 S) όπου ςυναντοφν και αντιδροφν με το ελεφκερο οξυγόνο προσ ςχθματιςμό τριοξειδίου του κείου (SO 3 ) το οποίο με τθ ςειρά αντιδρά με τθν υγραςία τθσ ατμόςφαιρασ και μετατρζπεται ςε κειικό οξφ (H 2 SO 4 ) το οποίο πζφτει πάλι ςτθ γθ υπό μορφι όξινθσ βροχισ. Θειικό οξφ μπορεί ακόμα να παραχκεί και από τα διμεκυλοςουλφίδια που εκπζμπονται ςτθν ατμόςφαιρα από διάφορα είδθ πλαγκτοφ. Πταν το κείο είτε υπό ςωματιδιακι μορφι είτε υπό μορφι κειικοφ οξζωσ ξαναπζςει ςτθ γθ, μετατρζπεται ςε κειικά άλατα, τα οποία απορροφϊνται και πάλι από τα φυτά. Με αναερόβιεσ διεργαςίεσ τα κειικά μετατρζπονται ςε υδρόκειο ι ςε ςουλφυδρυλομάδεσ των πρωτεϊνϊν των βακτθρίων κι ζτςι απελευκερϊνεται κείο ςτθν ατμόςφαιρα για να ξαναρχίςει ο κφκλοσ. 1.5 Οι μικροοργανιςμοί Οι μικροοργανιςμοί παίηουν πολφ ςθμαντικό ρόλο ςτον ζλεγχο τθσ ποιότθτασ του νεροφ και των αποβλιτων. Είναι υπεφκυνοι για πολλζσ αςκζνειεσ που μεταδίδονται μζςω των νερϊν, για τθν οςμι και τθ γεφςθ του πόςιμου νεροφ, τθ διάβρωςθ των μετάλλων και του ςκυροδζματοσ κακϊσ επίςθσ και για τον ευτροφιςμό των υδάτινων οικοςυςτθμάτων. Θ αφομοίωςθ των ρφπων, κυρίωσ των οργανικϊν ουςιϊν ςτα υδάτινα οικοςυςτιματα, επιτυγχάνεται με βιολογικό αυτοκακαριςμό του νεροφ χάρθ ςτουσ μικροοργανιςμοφσ. Αυτιν ακριβϊσ τθν δραςτθριότθτα των μικροοργανιςμϊν, δθλαδι τθν αποδόμθςθ των οργανικϊν ουςιϊν (ρφπων), εκμεταλλευόμαςτε ευρφτατα ςτθν επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων. Οι μικροοργανιςμοί κα μποροφςαν να καταταγοφν ςε φυτά και ηϊα (ςχιμα 1.5.1). Ειδικότερα διακρίνονται ςε βακτιρια, μφκθτεσ, φφκια, πρωτόηωα, ζλμινκεσ (ςκουλικια) και μαλακόςτρακα. Οι ιοί αποτελοφν τθ μικρότερθ αλλά όχι αυτάρκθ βιολογικι μονάδα αφοφ λειτουργοφν ωσ παράςιτα μεγαλφτερων κυττάρων και είναι πολφ δφςκολο να καταταγοφν ςε μια από τισ προαναφερόμενεσ κατθγορίεσ. Τα βακτιρια είναι θ ςτοιχειωδζςτερθ αυτάρκθσ βιολογικι οντότθτα. Είναι μονοκφτταροι οργανιςμοί με μζγεκοσ από κλάςμα μζχρι μερικά μm. Τα φφκια και τα πρωτόηωα είναι μονοκφτταροι ι πολυκφτταροι οργανιςμοί με μζγεκοσ πολλαπλάςιο του βακτθρίου και κατά κανόνα με τελειότερθ οργάνωςθ του κυττάρου. Θ διαφορά μεταξφ πρωτόηωων και φυκιϊν βρίςκεται ςτισ πθγζσ άνκρακα και ενζργειασ. Θ ταξινόμθςθ των μικροοργανιςμϊν βαςίηεται: ςτθν κυτταρικι τουσ δομι (προκαρυωτικοί, ευακρυωτικοί), τισ ανάγκεσ και τθ ςχζςθ τουσ με το οξυγόνο (αερόβιοι, αναερόβιοι, επαμφοτερίηοντεσ), το είδοσ του μεταβολιςμοφ τουσ, (φωτοαυτότροφοι, φωτοετερότροφοι, χθμειοαυτότροφοι, χθμειοετερότροφοι). Αυτότροφοι ι αυτοτροφικοί είναι οι μικροοργανιςμοί οι οποίοι για να παραςκευάςουν κυτταρικι φλθ χρθςιμοποιοφν ανόργανο άνκρακα που βρίςκεται ςτο νερό με τθ μορφι του διοξειδίου του άνκρακα (CO 2 ) και των προϊόντων ιονιςμοφ του. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 7

13 Ετερότροφοι ι ετεροτροφικοί είναι οι μικροοργανιςμοί οι οποίοι χρθςιμοποιοφν άνκρακα ενςωματωμζνο ςε οργανικζσ ουςίεσ (οργανικό άνκρακα). Φωτότροφοι ι φωτοςυνκετικοί είναι οι μικροοργανιςμοί για τουσ οποίουσ πθγι ενζργειασ είναι το θλιακό φωσ. Χθμειότροφοι ι χθμικοςυνκετικοί είναι οι μικροοργανιςμοί για τουσ οποίουσ πθγι ενζργειασ είναι διάφορεσ χθμικζσ ενϊςεισ. Αυτοί χρθςιμοποιοφν ωσ πθγι ενζργειασ τθν οξείδωςθ οργανικϊν ι ανόργανων ουςιϊν. Οι περιςςότεροι μικροοργανιςμοί είναι είτε αυτότροφοι φωτοςυνκετικοί είτε ετερότροφοι χθμικοςυνκετικοί. Στθν πρϊτθ κατθγορία ανικουν τα φφκια τα οποία με ορατι και κυρίωσ με μικροςκοπικι μορφι αφκονοφν ςτα υδάτινα ςϊματα και αποτελοφν τθν κφρια παραγωγικι ομάδα των υδατικϊν οικοςυςτθμάτων. Τα περιςςότερα βακτιρια και τα πρωτόηωα ανικουν ςτθν κατθγορία των ετερότροφων χθμικοςυνκετικϊν οργανιςμϊν. Στθν ίδια κατθγορία ανικουν και οι μφκθτεσ που είναι πολυκφτταρα πρϊτιςτα με νθματοειδι μορφι. Οι αυτότροφοι χθμικοςυνκετικοί μικροοργανιςμοί ανικουν ςε μια ςχετικά ολιγάρικμθ κατθγορία αλλά παίηουν πολφ ςπουδαίο ρόλο ςτθν περιβαλλοντικι τεχνολογία. Βακτιρια Φυτά Μφκθτεσ Μικροοργανιςμοί Φφκια Ρρωτόηωα Ηϊα Ζλμινκεσ Μαλακόςτρακα Σχιμα Κατάταξθ μικροοργανιςμϊν ςε φυτά και ηϊα Σθμαντικι είναι τζλοσ για τθ βιοτεχνολογία θ κατθγοριοποίθςθ των μικροοργανιςμϊν με βάςθ τθ κερμοκραςία επιβίωςισ τουσ. Ψυχρόφιλοι κεωροφνται οι μικροοργανιςμοί οι οποίοι επιβιϊνουν ςε κερμοκραςίεσ μζχρι 20 o C, μεςόφιλοι αυτοί που επιβιϊνουν ςε κερμοκραςίεσ από o C και κερμόφιλοι κεωροφνται οι μικροοργανιςμοί οι οποίοι επιβιϊνουν ςε κερμοκραςίεσ από o C. Μικροοργανιςμοί Με βάςθ τθν πθγι άνκρακα Με βάςθ τθν πθγι ενζργειασ Με βάςθ τον μεταβολιςμό Με βάςθ τθν απαίτθςθ ςε οξυγόνο Με βάςθ τθ κερμοκραςία Αυτότροφοι Φωτότροφοι Φωτοαυτότροφοι Αερόβιοι Ψυχρόφιλοι Ετερότροφοι Χθμειότροφοι Φωτοετερότροφοι Αναερόβιοι Μεςόφιλοι Χθμειοαυτότροφοι Επαμφοτερίηοντεσ Θερμόφιλοι Χθμειοετερότροφοι Σχιμα Ταξινόμθςθ των μικροοργανιςμϊν με βάςθ τον άνκρακα, τθν πθγι ενζργειασ, τον μεταβολιςμό, τισ απαιτιςεισ ςε οξυγόνο και τθ κερμοκραςία επιβίωςθσ Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 8

14 Οι πακογόνοι μικροοργανιςμοί οι οποίοι βρίςκονται ςτα υγρά απόβλθτα και κατ επζκταςθ ςτα επιφανειακά και υπόγεια νερά, προζρχονται από απεκκρίςεισ ανκρϊπων ι ηϊων που ζχουν προςβλθκεί από μολυςματικι αςκζνεια ι είναι φορείσ αυτισ. Θ χριςθ νεροφ μολυςμζνου με πακογόνουσ μικροοργανιςμοφσ για φδρευςθ, άρδευςθ, κολφμβθςθ, οςτρακοκαλλιζργεια προκαλεί μετάδοςθ αςκενειϊν που είναι δυνατό να πάρουν τθν ζκταςθ τθσ επιδθμίασ. Οι ςπουδαιότερεσ κατθγορίεσ πακογόνων μικροοργανιςμϊν είναι τα βακτιρια, τα πρωτόηωα, οι ζλμινκεσ (ςκουλικια) και οι ιοί. Συνικωσ με τα βακτιρια εκτιμάται θ παρουςία πακογενϊν μικροοργανιςμϊν και θ αποτελεςματικότθτα τθσ απολφμανςθσ του νεροφ. Τα βακτιρια Τα βακτιρια αποτελοφν μια ςθμαντικι ομάδα μικροοργανιςμϊν οι οποίοι ςυνδζονται άμεςα με τθν τεχνικι περιβάλλοντοσ γιατί παίηουν ςθμαντικό ρόλο ςτθν επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων. Το όνομά τουσ προζρχεται από τθ λζξθ βακτθρία θ οποία ςθμαίνει ράβδοσ ι μπαςτοφνι, προφανϊσ λόγω του ςχιματοσ που είχαν οι πρϊτοι μικροοργανιςμοί που μελετικθκαν. Είναι προκαρυωτικοί μονοκφτταροι οργανιςμοί με μζγεκοσ που κυμαίνεται από 0,5 5 μm και ζχουν διάφορα ςχιματα (ςφαιρικά, ραβδόμορφα, ςπειροειδι). Θ αναπαραγωγι τουσ γίνεται με δυαδικι διάςπαςθ με χρόνο ςχθματιςμοφ γφρω ςτα 20 λεπτά. Χαρακτθριςτικό κάποιων βακτθρίων είναι ο ςχθματιςμόσ ςπόρων οι οποίοι υπό δυςμενείσ ςυνκικεσ βρίςκονται ςε λανκάνουςα κατάςταςθ και ενεργοποιοφνται όταν βρεκοφν ςε κατάλλθλο περιβάλλον. Τα βακτιρια είναι ευαίςκθτα ςε αλλαγζσ του ph και διαβιϊνουν ςε ουδζτερεσ ςυνκικεσ, αν και υπάρχουν οριςμζνα που μποροφν να επιβιϊςουν ςε εξαιρετικά όξινο περιβάλλον όπωσ τα βακτιρια του κείου. Πςον αφορά τθ κερμοκραςία επιβίωςθσ, διακρίνονται ςε ψυχρόφιλα, μεςόφιλα και κερμόφιλα. Τα βακτιρια είναι πολφ ευαίςκθτα ςε αλλαγζσ τθσ κερμοκραςίασ και ζχουν μια βζλτιςτθ κερμοκραςία ανάπτυξθσ. Είναι τζλοσ πολφ ευαίςκθτα ςτισ διάφορεσ μορφζσ του χλωρίου. Τα πιο ςθμαντικά και ςυνθκιςμζνα πακογόνα βακτιρια είναι αυτά του τφφου και του παρατφφου, δθλαδι οι ςαλμονζλεσ που προκαλοφν δυςεντερία και χολζρα, (Vibrio cholerae, Salmonella sp, Campylobacter sp, Shigella sp, Staphylococcus aureus) και το mycobacterium avium complex που προκαλεί ναυτία, εμετό και διάρροια. Το τελευταίο είναι εξαιρετικά ανκεκτικό ακόμθ και ςε ςυγκεντρϊςεισ ελεφκερου χλωρίου 10 mg/l. Ρακογόνο και πολφ επικίνδυνο είναι επίςθσ το βακτιριο E.coli (O157:Η7). Τα πρωτόηωα Τα πρωτόηωα είναι ςχετικά ευμεγζκεισ μικροοργανιςμοί και ηουν ςυνικωσ ςαν παράςιτα. Ζχουν μζγεκοσ που κυμαίνεται από μm και αναπαράγονται με δυαδικι διάςπαςθ. Τρζφονται ςυνικωσ με διαλυμζνεσ οργανικζσ ουςίεσ ι ακόμα και άλλουσ μικροοργανιςμοφσ, κυρίωσ βακτιρια. Διακρίνονται ςε «πλαςμόδρομα» που ζχουν ψευδοπόδια ι μαςτίγια για να κινοφνται, γι αυτό και ονομάηονται εναλλακτικά και ριηόποδα ι μαςτιγιοφόρα και ςε κιλιοφόρα που ζχουν αιςκθτιρεσ ςαν βλεφαρίδεσ για τθν κίνθςι τουσ και ςτοιχειϊδθ ςτόματα για τθν κατανάλωςθ τθσ ςτερεάσ τροφισ. Ρολλά πρωτόηωα παραςιτοφν ςτον άνκρωπο και μεταδίδονται με το μολυςμζνο νερό. Ρακογόνα πρωτόηωα όπωσ θ ιςτολυτικι αμοιβάδα και το κρυπτοςπορίδιο (amoebae Naeglaria fowleri, Entamoeba hystolitica, Giardia lamblia, Cryptosporidium parvum) είναι γνωςτά από παλιά και κεωροφνται ςιμερα από τισ πιο ςθμαντικζσ αιτίεσ μετάδοςθσ αςκενειϊν που μεταδίδονται από το νερό. Στισ εγκαταςτάςεισ επεξεργαςίασ νεροφ κατακρατοφνται τα πρωτόηωα ςτα φίλτρα άμμου ςε ποςοςτό περίπου 99 %. Τα απολυμαντικά είναι ςυνικωσ αποτελεςματικά αλλά κατά κανόνα απαιτοφνται μεγαλφτεροι χρόνοι επαφισ και υψθλότερεσ ςυγκεντρϊςεισ απολυμαντικϊν για τθν επίτευξθ τθσ ίδιασ αποτελεςματικότθτασ ςε ςχζςθ με τα βακτιρια. Οι ζλμινκεσ (ςκϊλθκεσ και κάμπιεσ) Οι ζλμινκεσ διαβιοφν κατά κανόνα ςτουσ πυκμζνεσ και παίηουν ςπουδαίο ρόλο ςτον κακαριςμό των φυςικϊν νερϊν. Ζχουν τθν ικανότθτα να διαςποφν οργανικζσ ουςίεσ που δεν ζχουν διαςπαςτεί ολοκλθρωτικά από άλλουσ μικροοργανιςμοφσ. Στθν κατθγορία αυτι ανικουν τα τροχόηωα που είναι πολφ απλά πολυκυτταρικά ηϊα με ελαςτικό ςϊμα και τριχίδια ςτο κεφάλι με τθ βοικεια των οποίων κινοφνται και ςυλλαμβάνουν τθν τροφι τουσ. Οι μικροοργανιςμοί αυτοί είναι πολφ ευαίςκθτοι ςε αλλαγζσ του περιβάλλοντοσ. Οι ιοί Οι ιοί είναι παραςιτικοί μικροοργανιςμοί και ςτεροφνται κανονικϊν μεταβολικϊν λειτουργιϊν. Ζχουν μζγεκοσ μικρότερο από 0,3 μm και ςυνίςτανται από τθν ζνωςθ ενόσ νουκλεϊνικοφ οξζοσ και μιασ πρωτεΐνθσ. Θ αναπαραγωγι τουσ γίνεται μόνο μζςα ςε ζνα ηωντανό κφτταρο. Πταν το κφτταρο δεχκεί επίκεςθ από ζναν ιό μετατρζπεται ςε μια κοκκϊδθ μάηα από πολλαπλαςιαηόμενουσ ιοφσ ζτοιμουσ να μολφνουν και άλλα κφτταρα. Οι ιογενείσ μολφνςεισ είναι υπεφκυνεσ για πάρα πολλζσ αςκζνειεσ όπωσ θ γρίπθ. Οι ιοί του εντζρου ειςζρχονται ςτον οργανιςμό από το ςτόμα και πολλαπλαςιάηονται ςτο ζντερο. Αυτοί οι ιοί προκαλοφν το μεγαλφτερο πρόβλθμα ςτθν ανκρϊπινθ υγεία επειδι είναι πακογόνοι. Οι ιοί βρίςκονται ςυνικωσ ςτα μολυςμζνα από τα λφματα νερά. Επειδι είναι πάρα πολφ μικροί ςε μζγεκοσ απομακρφνονται πολφ δφςκολα από τα νερά, είναι δε πολφ ανκεκτικοί ςτισ ςυνικεισ μεκόδουσ απολφμανςθσ των νερϊν. Τα αιωροφμενα ςτερεά και θ κολότθτα του νεροφ δρουν ςυνικωσ προςτατευτικά ςτθν επιβίωςι τουσ. Στα μολυςμζνα νερά υπάρχουν ςυνικωσ εντερικοί ιοί (norovirus hepatitis A, rotavirus, enterovirus) οι οποίοι είναι δυνατό να προκαλζςουν αςκζνειεσ με πιο ςυνθκιςμζνο ςφμπτωμα τθ διάρροια. Συνικθσ είναι ο ιόσ τθσ λοιμϊδουσ θπατίτιδασ εξαιτίασ τθσ ςυχνισ παρουςίασ του ςτο νερό και των θπατικϊν βλαβϊν που προκαλεί. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 9

15 Οι μφκθτεσ Οι μφκθτεσ είναι χθμειοετερότροφοι αερόβιοι πολυκυτταρικοί μικροοργανιςμοί περιςςότερο ανκεκτικοί ςε όξινεσ ςυνκικεσ και ξθρότερο περιβάλλον από τα βακτιρια. Είναι μια μεγάλθ ομάδα μικροοργανιςμϊν με πάνω από είδθ που ηουν παραςιτικά προκαλϊντασ διάφορεσ αςκζνειεσ ςτουσ ανκρϊπουσ. Οι μφκθτεσ βρίςκονται ςε μολυςμζνουσ υδάτινουσ αποδζκτεσ και ςε εγκαταςτάςεισ βιολογικισ επεξεργαςίασ αποβλιτων. Ρολλζσ φορζσ κεωροφνται υπεφκυνοι για δυςάρεςτεσ οςμζσ και γεφςεισ του νεροφ. Ραρ όλα αυτά υπάρχουν και χριςιμοι μφκθτεσ όπωσ οι μφκθτεσ τθσ ηφμθσ που χρθςιμοποιοφνται ςτθ βιομθχανία τροφίμων και άλλοι που χρθςιμοποιοφνται ςτθ φαρμακοβιομθχανία (πενικιλίνθ). Τα φφκια Τα φφκια είναι φωτοαυτότροφοι φωτοςυνκετικοί πολυκυτταρικοί μικροοργανιςμοί (φυτά) με περιοριςμζνθ ικανότθτα κίνθςθσ. Ζχουν χαρακτθριςτικά χρϊματα όπωσ το γαλαηοπράςινο, το πράςινο και το κιτρινοπράςινο. Τα φφκια καταναλϊνουν διοξείδιο του άνκρακα, αμμωνία και φϊςφορο για τθν παραγωγι νζων κυττάρων και οξυγόνου. Στο γλυκό νερό οι ςχθματιςμοί τουσ είναι ςυνικωσ μικροςκοπικοί, ςε αντίκεςθ με τα αλατοφχα νερά ςτα οποία μποροφν να αναπτυχκοφν ςε πολφ μεγάλα μεγζκθ. Θ παρουςία φυκιϊν ςτο νερό παρουςιάηει ενδιαφζρον λόγω τθσ επίδραςισ τουσ ςτθν παρουςία του διαλυμζνου οξυγόνου και τθσ ζντονθσ οςμισ και γεφςθσ που δίνουν ςτο νερό. Τα μαλακόςτρακα Ρρόκειται για πολυκυτταρικοφσ μικροοργανιςμοφσ οι οποίοι ζχουν ςκλθρό κζλυφοσ και ελαςτικό ςϊμα ςτο εςωτερικό. Το μζγεκόσ τουσ είναι αρκετά μεγάλο και οριςμζνοι είναι ορατοί ακόμα και με γυμνό μάτι. Τα μαλακόςτρακα είναι πολφ ευαίςκθτα ςε αλλαγζσ του περιβάλλοντοσ και αποτελοφν ςθμαντικι τροφι για τα ψάρια. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 10

16 Κεφάλαιο 2: Ρύπανςη μόλυνςη του νερού 2.1 Γενικά Μια ουςία χαρακτθρίηεται ωσ ρφποσ εφόςον θ ςυγκζντρωςι τθσ ςτο νερό είναι αρκετά μεγαλφτερθ απ αυτιν που ςυνικωσ ςυναντάται ςτα φυςικά αποκζματα του γλυκοφ νεροφ. Ζνασ ρφποσ χαρακτθρίηεται τοξικόσ όταν ζχει τθ δυνατότθτα να προκαλζςει ςοβαρι βλάβθ ι κάνατο ςε ανκρϊπουσ ι ηϊα. φπανςθ ονομάηεται θ επιβάρυνςθ του νεροφ με φλθ ι ενζργεια. Ρρόκειται δθλαδι για ανεπικφμθτθ μεταβολι των ποιοτικϊν του (φυςικϊν, χθμικϊν, ραδιολογικϊν, βιολογικϊν - μικροβιολογικϊν) χαρακτθριςτικϊν, εξαιτίασ κυρίωσ των ανκρϊπινων δραςτθριοτιτων, ςε βακμό που μπορεί να δθμιουργθκεί κίνδυνοσ για τθν υγεία και να υποβακμιςτεί θ ποιότθτα ηωισ του ανκρϊπου. Θ ρφπανςθ προκαλεί βλάβθ ςτα φυςικά οικοςυςτιματα και παρεμποδίηει τισ επικυμθτζσ χριςεισ των υδατικϊν πόρων. Μόλυνςθ ονομάηεται θ παρουςία ςτο νερό πακογόνων μικροοργανιςμϊν ι και μικροοργανιςμϊν δεικτϊν, που υποδθλϊνουν τθν πικανότθτα παρουςίασ πακογόνων, εξαιτίασ κυρίωσ των ανκρϊπινων δραςτθριοτιτων. Οι ρφποι του νεροφ διακρίνονται ςε: ςυμβατικοφσ, μθ ςυμβατικοφσ, κερμικοφσ και ρφπουσ (μολυντζσ) από μικρόβια. Στουσ ςυμβατικοφσ ρφπουσ ανικουν ουςίεσ που προζρχονται από ανκρωπογενείσ δραςτθριότθτεσ όπωσ + οργανικι φλθ (οργανικζσ ουςίεσ), ενϊςεισ του αηϊτου (αμμωνιακά NH4, νιτρϊδθ NO2, νιτρικά άλατα NO3 ), 3ενϊςεισ του φωςφόρου (κυρίωσ φωςφορικά άλατα PO4 ). Οι ουςίεσ αυτζσ προζρχονται τόςο από ςθμειακζσ πθγζσ ρφπανςθσ, όπωσ τα απόβλθτα (αςτικά, βιομθχανικά, γεωργικά, κτθνοτροφικά), όςο και από μθ ςθμειακζσ πθγζσ, όπωσ είναι οι επιφανειακζσ απορροζσ από υπερλιπαςμζνεσ γεωργικζσ εκτάςεισ. Πταν αυξάνεται θ ςυγκζντρωςθ των ςυμβατικϊν ρφπων ςτα φυςικά νερά προκαλείται ρφπανςθ του υδατικοφ οικοςυςτιματοσ. Στουσ μθ ςυμβατικοφσ ρφπουσ του νεροφ περιλαμβάνονται τα βαριά μζταλλα (Cd, Cr, Hg, Pb, Ni, Cu, Zn, κ.λ.π.), οι τοξικζσ οργανικζσ ενϊςεισ, δθλαδι διάφορεσ ςυνκετικζσ οργανικζσ ενϊςεισ όπωσ τα παραςιτοκτόνα, τα εντομοκτόνα και τα ηιηανιοκτόνα (ουςίεσ οι οποίεσ περιζχουν VOCs, HC, PCBs, PCDDs, 1 2PBDEs, THM, PAHs) κ.ά. ουςίεσ όπωσ το αρςενικό (As), τα κειοφχα (S ), τα κυανιοφχα (CN ) και τα ραδιενεργά υλικά. Θ κερμικι ρφπανςθ του νεροφ προζρχεται κυρίωσ από τα κερμά απόβλθτα βιομθχανιϊν και μπορεί να προκαλζςει αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ του νεροφ ενόσ φυςικοφ αποδζκτθ δθμιουργϊντασ δυςάρεςτεσ και μθ ανεκτζσ καταςτάςεισ ςτα υδατικό οικοςφςτθμα. Κφρια πθγι επιβάρυνςθσ των υδάτινων ςωμάτων με πακογόνουσ μικροοργανιςμοφσ, δθλαδι μικροβιακι μόλυνςθ του νεροφ, είναι τα αςτικά και κτθνοτροφικά απόβλθτα με τα περιττϊματα ανκρϊπων και ηϊων που περιζχουν. Οι πιο ςθμαντικοί πακογόνοι μικροοργανιςμοί του νεροφ είναι τα βακτιρια τθσ χολζρασ του τφφου, τθσ δυςεντερίασ, (Vibrio cholerae, SaLmoneLLa sp, CampyLobacter sp, ShigeLLa sp, StaphyLococcus aureus) κακϊσ και διάφοροι ιοί, κυρίωσ οι ιοί τθσ λοιμϊδουσ θπατίτιδασ και τθσ πολυομυελίτιδασ (norovirus hepatitis A, rotavirus, enterovirus) και πρωτόηωα (amoebae NaegLaria fowleri, Entamoeba hystolitica, Giardia LambLia, Cryptosporidium parvum). Στο ςχιμα παρουςιάηεται διαγραμματικά θ μεταφορά ςυμβατικϊν και μθ ςυμβατικϊν ρφπων ςτα φυςικά νερά από ποικίλεσ δραςτθριότθτεσ που αςκοφνται ςτο πλανιτθ. Οι ρφποι μεταφζρονται ςτουσ φυςικοφσ αποδζκτεσ είτε μζςω τθσ ατμόςφαιρασ είτε με τθν απ ευκείασ διάκεςθ ανεπεξζργαςτων ι πλθμμελϊσ επεξεργαςμζνων υγρϊν αποβλιτων. Στον πίνακα παρουςιάηονται οι ςπουδαιότερεσ πθγζσ ρφπανςθσ των επιφανειακϊν νερϊν και τα ποςοςτά των ςπουδαιότερων ρυπαντϊν ςτισ Θνωμζνεσ Ρολιτείεσ τθσ Αμερικισ. 1 Πτθτικζσ οργανικζσ ενϊςεισ, Χλωριωμζνοι υδρογονάνκρακεσ, Πολυχλωριωμζνα διφαινφλια, Διοξίνεσ, Πολυβρωμιωμζνοι διφαινυλικοί αικζρεσ, Τριαλογονομζνα μεκάνια, Οργανοφωςφορικζσ ενϊςεισ, Πολυαρωματικοί υδρογονάνκρακεσ Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 11

17 Τα επιφανειακά νερά είναι περιςςότερο ι λιγότερο ευαίςκθτα ςτθ ρφπανςθ από διάφορουσ ρφπουσ, ανάλογα με τθ δυνατότθτα ανανζωςισ τουσ. Οι λίμνεσ για παράδειγμα ζχουν πολφ μικρι δυνατότθτα ανανζωςθσ των νερϊν τουσ και είναι πολφ πιο ευαίςκθτοι αποδζκτεσ απ ότι τα ποτάμια και οι κάλαςςεσ. Το υδάτινο περιβάλλον αντιδρά ςτθ ρφπανςθ με μια ςειρά μθχανιςμϊν που ςκοπό ζχουν να το επαναφζρουν ςτθν προθγοφμενθ κατάςταςι του. Τα φαινόμενα που λαμβάνουν χϊρα ςτον αυτοκακαριςμό του νεροφ είναι ςτθν πραγματικότθτα μθχανιςμοί ανακφκλωςθσ τθσ φλθσ. Οι μθχανιςμοί αυτοί μπορεί να είναι φυςικοί, όπωσ θ διάλυςθ, θ κακίηθςθ, θ προςρόφθςθ, θ απορρόφθςθ, θ ιοντοανταλλαγι, και θ διάβρωςθ. Μπορεί να είναι χθμικοί, όπωσ θ οξειδοαναγωγι, θ υδρόλυςθ, θ ςυμπλοκοποίθςθ, θ καταβφκιςθ, και θ ςυςςωμάτωςθ. Μπορεί τζλοσ να είναι βιολογικοί, όπωσ θ βακτθριακι αποςφνκεςθ των διαλυτϊν ουςιϊν, θ κατανάλωςθ από ανϊτερουσ οργανιςμοφσ και θ κατανάλωςθ από φυτικοφσ και ηωικοφσ μικροοργανιςμοφσ. Ρίνακασ φπανςθ μόλυνςθ του νεροφ φπανςθ (Επιβάρυνςθ του νεροφ με φλθ ι ενζργεια) Μόλυνςθ (Επιβάρυνςθ με πακογόνουσ μικροοργανιςμοφσ) Συμβατικοί ρφποι Μθ ςυμβατικοί ρφποι Θερμικι ρφπανςθ Μικροοργανιςμοί Οργανικι φλθ Βαριά μζταλλα Ιοί Ενϊςεισ του αηϊτου (NH 4 +, NO 2 -, NO 3 - ) Ενϊςεισ του φωςφόρου (PO 4 3- ) Τοξικζσ οργανικζσ ενϊςεισ Αρςενικό (As) Θειοφχα (S 2- ) (Θερμά απόβλθτα νερά βιομθχανιϊν) Βακτιρια Μφκθτεσ Ρρωτόηωα Κυανιοφχα (CN - ) αδιενεργά ςτοιχεία Ζλμινκεσ VOC (Ρτθτικζσ οργανικζσ ενϊςεισ) HC (Υδρογονάνκρακεσ) NO x (Οξείδια του αηϊτου) SO x (Οξείδια του κείου) Βιομθχανία, Τιξθ μετάλλων, Ραραγωγι ενζργειασ, Μεταφορζσ, Αυτοκίνθτα κ.λ.π. Μεταφορά ρφπων Αςτικό περιβάλλον Απόβλθτα (Αςτικά, Γεωργικά, Βιομθχανικά, Κτθνοτροφικά), Πμβρια, Απορροζσ κ.λ.π. SO x, NO x Ξθρι απόκεςθ Σωματίδια, Αζρια H 2 SO 4, HNO 3 Υγρι απόκεςθ Πξινθ βροχι, Χιόνι C, N, P, S 2-, As, CN -, Οξζα, Βάςεισ, HC, THM, Φυτοφάρμακα, Εντομοκτόνα, Βιοκτόνα, PCB, PAH, Διοξίνεσ, Φαινόλεσ, Μζταλλα, Ρακογόνοι μικροοργανιςμοί Φυςικά νερά Σχιμα φπανςθ μόλυνςθ των φυςικϊν νερϊν Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 12

18 Ρίνακασ Οι κζςεισ που κατζχουν διάφορεσ πθγζσ ρφπανςθσ κακϊσ και διάφοροι ρυπαντζσ των νερϊν, ςτα επιφανειακά νερά ςτισ Θνωμζνεσ Ρολιτείεσ τθσ Αμερικισ (U.S. EPA, 2002) Θζςθ Ροταμοί Λίμνεσ Ρθγι ρφπανςθσ υπαντισ Ρθγι ρφπανςθσ υπαντισ 1 θ Γεωργία Ρακογόνοι μικροοργανιςμοί Γεωργία Θρεπτικά άλατα 2 θ Υδρολογικζσ μετατροπζσ 3 θ Αλλοίωςθ ενδιαιτθμάτων 4 θ Αςτικζσ απορροζσ / όμβρια 5 θ Δαςοκομία / Αποψίλωςθ δαςϊν Φερτά (Ιηθματοποίθςθ) Τροποποίθςθ ενδιαιτθμάτων Ουςίεσ που προκαλοφν αποξυγόνωςθ του νεροφ (Οργανικό φορτίο) Θρεπτικά άλατα Υδρολογικζσ μετατροπζσ Αςτικζσ απορροζσ / όμβρια Μθ ςθμειακζσ αςτικζσ πθγζσ Ατμοςφαιρικζσ αποκζςεισ Μζταλλα Φερτά (Ιηθματοποίθςθ) Ολικά διαλυμζνα ςτερεά (TDS) Ουςίεσ που προκαλοφν αποξυγόνωςθ του νεροφ (Οργανικό φορτίο) Υπερβολικι ανάπτυξθ φυκιϊν 6 θ Αςτικζσ ςθμειακζσ Θερμοκραςιακζσ μεταβολζσ Αςτικζσ ςθμειακζσ πθγζσ πθγζσ 7 θ Εξόρυξθ πόρων Μζταλλα Χριςεισ γθσ Φυτοφάρμακα 8 θ Μεταβολζσ ςτθ ροι Τα υπόγεια νερά είναι πολφ πιο ευαίςκθτα ςτθ ρφπανςθ διότι ζχουν περιοριςμζνθ ικανότθτα αυτοκακαριςμοφ. Θ κατάλθξθ γεωργικϊν απορροϊν ι αςτικϊν λυμάτων ςτον υπόγειο υδροφόρο ορίηοντα ζχει ωσ κφριο αποτζλεςμα τθν αφξθςθ των ρφπων, όπωσ πολφ ςυχνά ςυμβαίνει με τα νιτρικά άλατα (NO 3 - ), με αποτζλεςμα τα υπόγεια νερά να κακίςτανται επικίνδυνα και τοξικά για τον άνκρωπο και τουσ ηωικοφσ οργανιςμοφσ. Τζλοσ ζνα αρκετά ςοβαρό πρόβλθμα υποβάκμιςθσ τθσ ποιότθτασ των υπόγειων νερϊν αποτελεί θ υφαλμφρωςθ των παράκτιων υπόγειων νερϊν, λόγω υπεράντλθςθσ του νεροφ, κυρίωσ για γεωργικι χριςθ. 2.2 φπανςθ του νεροφ με οργανικι φλθ Οξυγόνωςθ / Αποξυγόνωςθ νεροφ Το νερό όπωσ όλοι οι διαλφτεσ ζχει τθν ιδιότθτα να διαλφει ατμοςφαιρικά αζρια όπωσ άηωτο (Ν 2 ), οξυγόνο (Ο 2 ), διοξείδιο του άνκρακα (CO 2 ) και αδρανι αζρια. Ενϊ το CO 2 αντιδρά μερικϊσ με το νερό και ςχθματίηει ανκρακικό οξφ (H 2 CO 3 ), το οξυγόνο τθσ ατμόςφαιρασ διαλφεται ι διαχζεται φυςικά ςτο νερό. Άλλοσ τρόποσ εμπλουτιςμοφ των φυςικϊν νερϊν ςε οξυγόνο είναι θ φωτοςυνκετικι παραγωγι οξυγόνου από τα ανϊτερα υδρόβια φυτά και το φυτοπλαγκτόν (6CO 2 + 6H 2 O n C 6 H 12 O 6 + 6O 2 ). Θ διαλυτότθτα του οξυγόνου ςτο νερό εξαρτάται κυρίωσ από τθν κερμοκραςία, τθν αλατότθτα και τθν ατμοςφαιρικι πίεςθ. Στον πίνακα δίνεται θ διαλυτότθτα του οξυγόνου ςε γλυκό και καλαςςινό νερό ςε ςυγκεκριμζνεσ κερμοκραςίεσ και πιζςεισ. Ωςτόςο υπάρχουν και άλλοι παράγοντεσ που επθρεάηουν τθ διαλυτότθτά του ςε μια υδάτινθ μάηα όπωσ κλίμα - μετεωρολογικζσ ςυνκικεσ ςτθν περιοχι, ρεφματα αζρα κυματιςμόσ, αφκονία οργανιςμϊν (φωτοςυνκετικϊν αερόβιων), αφκονία ανόργανου και οργανικοφ υλικοφ που παράγεται ι ειςζρχεται ςτθν υδάτινθ μάηα, περιεκτικότθτα των ειςερχόμενων ςτθν υδάτινθ μάηα νερϊν ςε οξυγόνο, ςχιμα και μζγεκοσ τθσ λεκάνθσ απορροισ. Αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ του νεροφ ςυνεπάγεται μείωςθ τθσ ςυγκζντρωςθσ του διαλυμζνου οξυγόνου. Κακϊσ θ κερμοκραςία ενόσ διαλφματοσ αυξάνεται, το περιεχόμενο αζριο εκδιϊκεται μζχρι να ςυμβεί πλιρθσ εξαζρωςθ του διαλφτθ ςτο ςθμείο βραςμοφ. Σε ςτακερι κερμοκραςία, θ πίεςθ που αςκεί το ατμοςφαιρικό οξυγόνο ςτθν επιφάνεια του νεροφ ενόσ υδάτινου οικοςυςτιματοσ είναι ανάλογθ τθσ ςυγκζντρωςθσ του οξυγόνου ςτο νερό. Συνεπϊσ, αφξθςθ τθσ ατμοςφαιρικισ πίεςθσ αυξάνει τθ διαλυτότθτα του οξυγόνου ςτο νερό και αντίςτροφα. Θ ςυγκζντρωςθ του διαλυμζνου οξυγόνου ςτο νερό αποτελεί αναμφιςβιτθτο δείκτθ τθσ κατάςταςθσ και τθσ βιωςιμότθτασ του υδάτινου οικοςυςτιματοσ. Θ ανάπτυξθ των περιςςότερων μορφϊν ηωισ (ηωικϊν, φυτικϊν, μυκιτων, πρωτίςτων και βακτθρίων) προχποκζτει τθν παρουςία οξυγόνου. Οι καφςεισ των Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 13

19 οργανικϊν ουςιϊν (κυρίωσ ςακχάρων και λιπαρϊν οξζων), εξαςφαλίηουν τθν απαραίτθτθ για τθν επιβίωςθ, ανάπτυξθ και αναπαραγωγι ενζργεια ςτθν πλειονότθτα του ζμβιου κόςμου και απαιτοφν οξυγόνο. Οι υδρόβιοι οργανιςμοί χρειάηονται διαφορετικά ποςά διαλυμζνου οξυγόνου. Πταν τα επίπεδα του διαλυμζνου οξυγόνου βρίςκονται κάτω από 3 mg/l, προκαλοφν ςτρεσ ςτουσ περιςςότερουσ υδρόβιουσ οργανιςμοφσ, ενϊ επίπεδα κάτω από 2 ι 1 mg/l δεν ευνοοφν τθ ηωι των ψαριϊν. Επίπεδα 5 ι 6 mg/l είναι ςυνικωσ τα χαμθλότερα όρια για τθν ανάπτυξθ και τισ δραςτθριότθτεσ των υδρόβιων οργανιςμϊν. Πταν ςτα φυςικά νερά καταλιξουν οργανικζσ φλεσ, το διαλυμζνο οξυγόνο καταναλϊνεται λόγω τθσ αερόβιασ αναπνοισ των μικροοργανιςμϊν που τισ αποςυνκζτουν. Τα φυςικά νερά που δζχονται υψθλά φορτία οργανικισ φλθσ ζχουν χαμθλι ςυγκζντρωςθ κορεςμοφ ςε οξυγόνο και αυτι γίνεται μικρότερθ με τθν άνοδο τθσ κερμοκραςίασ. Αυτόσ είναι ο λόγοσ για τον οποίο θ οργανικι φλθ αποτελεί πολφ ςοβαρό ρφπο για τα νερά. Οι ςυνζπειεσ μπορεί να είναι μοιραίεσ για πολλοφσ υδρόβιουσ οργανιςμοφσ, που κινδυνεφουν από αςφυξία. Θ ςυγκζντρωςθ του διαλυμζνου οξυγόνου ςτο νερό εκφράηεται ςε mg/l διαλυμζνου οξυγόνου (D.O.) ι ςε ποςοςτό (%) κορεςμοφ. Ρίνακασ Διαλυτότθτα του οξυγόνου ςτο νερό (Thomann and Mueller, 1987) Θερμοκραςία o Αλατότθτα: 0, Ρίεςθ: 760 mm Hg (1 bar) Αλατότθτα: 35, Ρίεςθ: 760 mm Hg (1 bar) C mg/l ml/l mg/l ml/l Εικόνα Οξυγονόμετρα Θ φπαρξθ οργανικϊν ςυςτατικϊν ςτα φυςικά νερά υποδθλϊνει φυςικι αποικοδόμθςθ υλικϊν φυτικισ και ηωικισ προζλευςθσ αλλά κυρίωσ ρφπανςθ από αςτικι, αγροτικι και βιομθχανικι δραςτθριότθτα. Θ οργανικι φλθ είναι πολφ ςθμαντικόσ ρφποσ αφοφ προκαλεί αποξυγόνωςθ του νεροφ, πράγμα που μπορεί να μειϊςει ι ακόμθ και να εξαφανίςει τουσ υδρόβιουσ οργανιςμοφσ. Είναι γνωςτό ότι οι οργανικζσ ουςίεσ αποτελοφν τθ βαςικι τροφι των ετεροτροφικϊν χθμικοςυνκετικϊν μικροοργανιςμϊν, οι οποίοι τισ διαςποφν καταναλϊνοντασ το διαλυμζνο οξυγόνο για τθν επιβίωςι τουσ. Θ αερόβια διάςπαςθ τθσ οργανικισ φλθσ παρίςταται ωσ εξισ: 𝛰𝜌𝛾𝛼𝜈𝜄𝜅ή ύ𝜆𝜂 + 𝜪𝟐 𝛭𝜄𝜅𝜌𝜊𝜊𝜌𝛾𝛼𝜈𝜄𝜍𝜇𝜊 ί 𝑪𝜪𝟐 + 𝜢𝟐 𝑶 + 𝛮έ𝛼 𝜅𝜐𝜏𝜏𝛼𝜌𝜄𝜅ή 𝜇ά𝜁𝛼 + 𝛮𝛰3 + 𝑃𝑂43 + 𝑆𝑂42 *εξ. 1] Αντίςτοιχα θ αναερόβια διάςπαςθ τθσ οργανικισ φλθσ παρίςταται ωσ εξισ: 𝛰𝜌𝛾𝛼𝜈𝜄𝜅ή ύ𝜆𝜂 𝛭𝜄𝜅𝜌𝜊𝜊𝜌𝛾𝛼𝜈𝜄𝜍𝜇𝜊 ί 𝑪𝜪𝟐 + 𝑪𝜢𝟒 + 𝛮έ𝛼 𝜅𝜐𝜏𝜏𝛼𝜌𝜄𝜅ή 𝜇ά𝜁𝛼 + 𝛮𝐻3 + 𝐻2 𝑆 + 𝐻2 𝑂 + 𝐻2 *εξ. 2] Θ ποςότθτα του οξυγόνου θ οποία απαιτείται από τουσ μικροοργανιςμοφσ προκειμζνου να οξειδωκεί θ οργανικι φλθ αερόβια, ονομάηεται Βιοχθμικϊσ Απαιτοφμενο Οξυγόνο (Biochemical Oxygen Demand BOD) Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 14

20 και εκφράηεται ςε mg Ο 2 /L. Ρεριςςότερα για το BOD αναφζρονται ςτο κεφάλαιο 3 και πιο ςυγκεκριμζνα ςτθν ενότθτα Υψθλζσ ςυγκεντρϊςεισ οργανικισ φλθσ ςτο νερό ςυνεπάγονται μεγαλφτερθ μάηα μικροοργανιςμϊν και ςυνεπϊσ ταχφτερθ κατανάλωςθ του διαλυμζνου οξυγόνου. Αν θ ταχφτθτα αυτι είναι μεγαλφτερθ από τθν ταχφτθτα οξυγόνωςθσ, προκφπτει μείωςθ τθσ ςυγκζντρωςθσ του διαλυμζνου οξυγόνου και αποξυγόνωςθ του νεροφ. Αποξυγόνωςθ του νεροφ μπορεί να προκλθκεί και με τθ διαδικαςία τθσ νιτροποίθςθσ, ςε ςυνδυαςμό με ανεπαρκι αεριςμό του νεροφ. Θ οργανικι φλθ ςτο νερό μπορεί επίςθσ να υπολογιςτεί με τισ μετριςεισ του Χθμικϊσ Απαιτοφμενου Οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand COD) και του Ολικοφ Οργανικοφ Άνκρακα (Total Organic Carbon TOC). Οι μετριςεισ του BOD και του COD ςτοχεφουν κυρίωσ ςτον προςδιοριςμό του οργανικοφ φορτίου ςτα απόβλθτα αλλά οι μετριςεισ του Ολικοφ Οργανικοφ Άνκρακα (TOC) ςτοχεφουν ςτον προςδιοριςμό χαμθλϊν ςυγκεντρϊςεων οργανικισ φλθσ και ενδιαφζρουν ιδιαίτερα τθν παραγωγι και τθν ποιότθτα του πόςιμου νεροφ. 2.3 φπανςθ του νεροφ με κρεπτικά άλατα (Ευτροφιςμόσ) Θ ρφπανςθ των επιφανειακϊν και υπόγειων υδάτων με αμμωνιακό (Ν-ΝΘ 4 + ) και νιτρικό (Ν-ΝΟ 3 - ) άηωτο αποτελεί ςυνθκιςμζνο φαινόμενο. Τζτοιου είδουσ ρυπαντικά φορτία οφείλονται κυρίωσ ςε ανκρωπογενείσ δραςτθριότθτεσ και περιζχονται ςτα αςτικά λφματα (περιττϊματα, απορρυπαντικά κ.λ.π.), ςτα κτθνοτροφικά απόβλθτα, ςε οριςμζνα βιομθχανικά απόβλθτα και ςτισ γεωργικζσ απορροζσ οι οποίεσ περιζχουν λιπάςματα λόγω αποπλφςεων των καλλιεργοφμενων εκτάςεων. Σθμειϊνεται ότι τα φρζςκα λφματα περιζχουν ςθμαντικζσ ςυγκεντρϊςεισ αμμωνιακοφ και οργανικοφ αηϊτου το οποίο αμμωνιοποιείται και τελικά νιτροποιείται. Θ ελεφκερθ αμμωνία (ΝΘ 3 ) είναι ιδιαίτερα τοξικι ςτα ψάρια και οι υψθλζσ ςυγκεντρϊςεισ των νιτρικϊν (NO 3 - ) ςτο πόςιμο νερό μποροφν να προκαλζςουν κυρίωσ ςτα παιδιά, τθ νιτρικι κυάνωςθ θ οποία ςυνίςταται ςτθ δυςχζρεια ι ςτθν αδυναμία μεταφοράσ του οξυγόνου από το αίμα. Τα κρεπτικά άλατα του αηϊτου (αμμωνιακά NH 4 +, νιτρϊδθ NO 2 -, νιτρικά NO 3 - ) και του φωςφόρου (φωςφορικά PO 4 3- ) ζχουν ςυνεπϊσ ςοβαρζσ επιπτϊςεισ ςτθν ποιότθτα των νερϊν των φυςικϊν αποδεκτϊν. Ζνα πολφ ςοβαρό πρόβλθμα που δθμιουργείται είναι ο ευτροφιςμόσ, θ υπερβολικι δθλαδι αφξθςθ τθσ πρωτογενοφσ παραγωγικότθτασ τθσ υδάτινθσ μάηασ, με δυςμενι αποτελζςματα ςτα φυςικοχθμικά και βιολογικά χαρακτθριςτικά των νερϊν και τθσ χριςθσ τουσ. Ωσ πρωτογενισ παραγωγικότθτα νοείται θ φυτικι βιομάηα, δθλαδι το φυτοπλαγκτόν, θ υδρόβια και υδροχαρισ βλάςτθςθ. Βζβαια ο ευτροφιςμόσ μπορεί να οφείλεται και ςε φυςικοφσ παράγοντεσ, οι οποίοι μπορεί να είναι γεωγραφικοί, γεωμορφολογικοί, κλιματολογικοί, μορφομετρικοί και υδροδυναμικοί. Το φαινόμενο του ευτροφιςμοφ αποτελεί πολφ ςοβαρι διαταραχι των υδατικϊν οικοςυςτθμάτων με πολλζσ δυςμενείσ ςυνζπειεσ όπωσ θ αποξυγόνωςθ, θ μείωςθ τθσ διαφάνειασ και θ δυςοςμία του νεροφ. Τα ςυμπτϊματα, με τα οποία εμφανίηεται ο ευτροφιςμόσ είναι θ άνκθςθ του φυτοπλαγκτοφ, τθν άνοιξθ και το φκινόπωρο, θ υπζρμετρθ ανάπτυξθ υδρόβιων μακρόφυτων, οι χαμθλζσ τιμζσ διαλυμζνου οξυγόνου τισ πρϊτεσ πρωινζσ ϊρεσ τθσ θμζρασ ιδίωσ τουσ ηεςτοφσ μινεσ του ζτουσ και ςυχνά θ δυςοςμία. Θ πυκνότθτα του νεροφ αυξάνει, επθρεάηονται οι χριςεισ του (πόςθ, αναψυχι κ.λ.π.) ενϊ δθμιουργοφνται προβλιματα ςτθ μεταφορά του νεροφ, επειδι ςυχνά δθμιουργοφνται εμφράξεισ ςτισ ςωλθνϊςεισ. Θ ιχκυοπαραγωγι ςυχνά αυξάνει, αλλά μειϊνεται θ ποικιλία των ειδϊν. Ο ευτροφιςμόσ διαπιςτϊνεται με φυςικοφσ, χθμικοφσ και βιολογικοφσ δείκτεσ. Στουσ φυςικοφσ δείκτεσ ανικουν θ μείωςθ του μζςου βάκουσ του υδάτινου οικοςυςτιματοσ και θ μείωςθ τθσ διαφάνειασ του νεροφ. Στουσ χθμικοφσ δείκτεσ ανικουν το ζλλειμμα οξυγόνου ςτον πυκμζνα, ο υπερκορεςμόσ του οξυγόνου ςτθν επιφάνεια, θ αφξθςθ του ανόργανου αηϊτου και του φωςφόρου, θ αφξθςθ του ολικοφ αηϊτου και του φωςφόρου, θ αφξθςθ του λόγου Ν /, θ μεταβολι του ph του νεροφ κ.λ.π. Στουσ βιολογικοφσ δείκτεσ ανικουν θ μείωςθ τθσ ποικιλίασ των βενκικϊν και των φυτοπλαγκτονικϊν ειδϊν, θ αφξθςθ τθσ πρωτογενοφσ παραγωγικότθτασ, θ αφξθςθ τθσ βιομάηασ των φυκιϊν και τθσ χερςαίασ βλάςτθςθσ, θ αφξθςθ τθσ βακτθριακισ πυκνότθτασ κ.ά. 2.4 φπανςθ του νεροφ με τοξικζσ ουςίεσ Το πλικοσ των μθ ςυμβατικϊν ρφπων που μποροφν να καταλιξουν ςτο νερό είναι πολφ μεγάλο. Οι μεταβολζσ τθσ οξφτθτασ του νεροφ, τα βαριά μζταλλα, οι τοξικζσ οργανικζσ ενϊςεισ, το αρςενικό (As), τα Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 15

21 κειοφχα (S 2- ), τα κυανιοφχα (CN - ) και τα ραδιενεργά ςτοιχεία αποτελοφν μερικοφσ από τουσ πιο ςθμαντικοφσ και πιο ςυνικεισ μθ ςυμβατικοφσ ρφπουσ του νεροφ Οι τοξικζσ οργανικζσ ενϊςεισ Οι τοξικζσ οργανικζσ ενϊςεισ είναι ουςίεσ οι οποίεσ ζχουν ςυντεκεί από τον άνκρωπο για διάφορεσ χριςεισ. Σπουδαιότερεσ απ αυτζσ είναι τα παραςιτοκτόνα, τα εντομοκτόνα, τα ηιηανιοκτόνα, τα οποία καταλιγουν ςτο νερό λόγω τθσ ευρείασ χριςθσ τουσ ςτθ γεωργία και ςτθ βιομθχανία, οι διοξίνεσ, οι οποίεσ παράγονται εκεί όπου υπάρχουν καφςεισ ι διεργαςίεσ με χλϊριο, οι υδρογονάνκρακεσ του πετρελαίου, οι χλωριωμζνοι υδρογονάνκρακεσ, τα πολυχλωριωμζνα διφαινφλια (PCB s), οι φαινόλεσ, οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνκρακεσ (PAH s) και τα τριαλογονομεκάνια (Tri-Halo-Methanes, THM), τα οποία ςυνικωσ ςχθματίηονται κατά τθν προαπολφμανςθ του νεροφ, τθν απολφμανςθ των υγρϊν αποβλιτων κ.λ.π. Τα ςτοιχεία και οι τοξικζσ αυτζσ ενϊςεισ που αναφζρονται παραπάνω, χαρακτθρίηονται από ςθμαντικι βιολογικι δράςθ. Ζχουν μεγάλο χρόνο υποδιπλαςιαςμοφ και πολλζσ απ αυτζσ βιοςυςςωρεφονται προκαλϊντασ βαριζσ αςκζνειεσ. Οι περιςςότερεσ απ αυτζσ είναι καρκινογόνεσ και τερατογόνεσ και αποτελοφν τεράςτιο κίνδυνο για το περιβάλλον. Το τοξικό αποτζλεςμα εξαρτάται από τθ ςυγκζντρωςθ του ςτοιχείου ι τθσ ουςίασ, τθ φφςθ τθσ και τθ χθμικι ςφςταςθ του περιβάλλοντόσ τθσ, τθν παρουςία δθλαδι άλλων χθμικϊν ουςιϊν ςτο εςωτερικό του οργανιςμοφ κακϊσ και από τα γενετικά χαρακτθριςτικά, το ςτάδιο ανάπτυξθσ και τθ φυςιολογία του ατόμου. Ενκαρρυντικό είναι το γεγονόσ τθσ αντικατάςταςθσ κάποιων χλωριωμζνων υδρογονανκράκων όπωσ του DDT, που χρθςιμοποιικθκαν ςτθ γεωργία, με οργανοφωςφορικά και καρβαμιδικά τα οποία ζχουν μεν άμεςθ τοξικότθτα αλλά είναι αςτακι και ςυνεπϊσ δεν ζχουν κατϋ αρχιν τθν τάςθ να ςυγκεντρϊνονται ςτθν τροφικι αλυςίδα και να προκαλοφν μακροπρόκεςμεσ βλάβεσ ςτουσ οργανιςμοφσ Τα οξζα και οι βάςεισ Τα οξζα και οι βάςεισ που ευκφνονται για τισ αλλαγζσ τθσ οξφτθτασ (ph) του νεροφ προζρχονται κατά κανόνα από τθ βιομθχανία. Εντοφτοισ δεν είναι ςπάνια θ περίπτωςθ τθσ όξινθσ βροχισ που περιζχει κειικό (H 2 SO 4 ) και νιτρικό οξφ (HNO 3 ) με προζλευςθ τα οξείδια του κείου και αηϊτου τθσ ατμοςφαιρικισ ρφπανςθσ. Θ όξινθ βροχι ζχει γίνει αιτία καταςτροφισ λιμναίων οικοςυςτθμάτων. Πλοι ςχεδόν οι υδρόβιοι αλλά και οι χερςαίοι οργανιςμοί δεν μποροφν να ανεχκοφν τιμζσ ph του νεροφ κάτω από 6,0 ι πάνω από 8,5. Συνεπϊσ το ph του νεροφ πρζπει να είναι ουδζτερο Τα βαριά μζταλα Τα μζταλλα ειςζρχονται ςτα υδάτινα οικοςφςτθμα τόςο από φυςικζσ όςο και από τεχνθτζσ (ανκρωπογενείσ) πθγζσ και διαδικαςίεσ. Στισ φυςικζσ πθγζσ ανικει θ διάβρωςθ των πετρωμάτων και θ θφαιςτειακι δραςτθριότθτα. Στισ ανκρωπογενείσ πθγζσ ανικει θ εξόρυξθ ορυκτϊν και θ βιομθχανία, ςυνικωσ τα διυλιςτιρια πετρελαίου, θ χαλυβουργία, θ παραγωγι λιπαςμάτων, τα πετροχθμικά, θ παραγωγι χθμικϊν, χρωμάτων κ.λ.π.). Βαριά μζταλλα χαρακτθρίηονται τα ςτοιχεία με ειδικό βάροσ μεγαλφτερο ι ίςο των 5 g cm -3 όπωσ ο μόλυβδοσ (Pb), το κάδμιο (Cd), ο υδράργυροσ (Hg) κ.λ.π. Τα μζταλλα αυτά μποροφν να χαρακτθριςκοφν ωσ γενικοί τοξικοί ρφποι με τθν ζννοια ότι βρίςκονται ςτθν ατμόςφαιρα, ςτο νερό, ςτο ζδαφοσ και ςυχνά διακινοφνται μεταξφ των μζςων αυτϊν. Στουσ μθ ςυμβατικοφσ ρφπουσ του νεροφ περιλαμβάνονται και ελαφρφτερα ςτοιχεία όπωσ αργίλιο (Al) και βθρφλλιο (Be) και μεταλλοειδι όπωσ αρςενικό (As), ςελινιο (Se) και αντιμόνιο (Sb). Οριςμζνα από τα μζταλλα, όπωσ ο ςίδθροσ (Fe) και το τριςκενζσ χρϊμιο (Cr 3+ ), αποτελοφν απαραίτθτα ιχνοςτοιχεία για τον ανκρϊπινο οργανιςμό ενϊ άλλα, όπωσ ο υδράργυροσ (Hg), το κάδμιο (Cd), ο μόλυβδοσ (Pb), το νικζλιο (Ni) και το αρςενικό (As), παρουςιάηουν πολφ υψθλι τοξικότθτα ακόμθ και ςε χαμθλζσ ςυγκεντρϊςεισ. Θ τοξικότθτά τουσ διαφοροποιείται ανάλογα με το είδοσ του μετάλλου και τθ μορφι με τθν οποία είναι διακζςιμα ςτο περιβάλλον. Το κάδμιο (Cd) που ειςζρχεται ςτα υδάτινα ςϊματα προζρχεται κυρίωσ από εργαςίεσ επιμεταλλϊςεων. Άλλεσ δραςτθριότθτεσ όπωσ θ παραγωγι μπαταριϊν και πλαςτικϊν, θ εξόρυξθ μεταλλευμάτων και θ καφςθ υγρϊν και ςτερεϊν καυςίμων που περιζχουν κάδμιο τροφοδοτοφν άμεςα ι ζμμεςα τα υδάτινα ςϊματα με κάδμιο. Σχετικά μικρζσ τιμζσ πρόςλθψθσ Cd για μεγάλα χρονικά διαςτιματα μπορεί να οδθγιςει ςε ςθμαντικζσ ςυγκεντρϊςεισ καδμίου ςτα νεφρά λόγω του μεγάλου χρόνου υποδιπλαςιαςμοφ του, με αποτζλεςμα ςοβαρι ηθμιά ςτθ νεφρικι λειτουργία. Εξίςου ςοβαρι είναι θ τοξικότθτα του Cd ςτα ψάρια ενϊ θ μεγάλθ κινθτικότθτά του δια μζςου τθσ τροφικισ αλυςίδασ επιβάλλει πάρα πολφ χαμθλζσ επιτρεπόμενεσ Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 16

22 ςυγκεντρϊςεισ ςε όλεσ τισ κατθγορίεσ των νερϊν, πόςιμων, αρδευτικϊν και νερϊν ςτα οποία διαβιοφν ψάρια. Ο μόλυβδοσ (Pb) ειςζρχεται ςτα υδάτινα ςϊματα με κατακριμνιςθ από τθν ατμόςφαιρα, με τθ διάβρωςθ εδαφϊν, τθν ζκπλυςθ των δρόμων και με ποικιλία βιομθχανικϊν κυρίωσ, υγρϊν αποβλιτων. Είναι το μόνο βαρφ μζταλλο που θ ςυγκζντρωςι του ςτισ κάλαςςεσ ζχει αυξθκεί ςοβαρά εξαιτίασ των ανκρϊπινων δραςτθριοτιτων. Οι μολυβδοςωλινεσ κεωροφνται επίςθσ τροφοδότεσ του νεροφ με μόλυβδο. Ο τετρααικυλιοφχοσ μόλυβδοσ (CH 3 CH 2 ) 4 Pb), που υπιρχε ςτθ βενηίνθ κεωρείται τοξικότεροσ και κινθτικότεροσ από το ςτοιχειακό. Θ χριςθ τθσ αμόλυβδθσ βενηίνθσ από τα καταλυτικά αυτοκίνθτα περιόριςε πολφ τισ εκπομπζσ μολφβδου. Ο μόλυβδοσ προκαλεί βλάβεσ ςτον άνκρωπο που εκδθλϊνονται ςτο μυαλό και ςτο νευρομυϊκό, ςτο κυκλοφοριακό και ςτο πεπτικό ςφςτθμα με ςυμπτϊματα τθν απϊλεια όρεξθσ, τθν αδυναμία και τθν απάκεια. Στα παιδιά παρατθρείται μείωςθ τθσ διανοθτικισ ικανότθτασ. Ο υδράργυροσ (Hg) χρθςιμοποιείται ςτθν παραγωγι χλωρίου και καυςτικισ ςόδασ, ςτθ βιομθχανία θλεκτρολογικοφ εξοπλιςμοφ, ςτθν παραςκευι χρωμάτων και οδοντιατρικϊν αμαλγαμάτων, ςτθ χαρτοβιομθχανία, ςτθν παραγωγι γεωργικϊν μυκθτοκτόνων κ.α. Ο ανόργανοσ Hg είναι τοξικόσ αλλά όχι τόςο όςο ο οργανικόσ υδράργυροσ. Θ κυριότερθ αιτία είναι ότι δεν ςυγκεντρϊνεται ςτουσ τροφικοφσ ιςτοφσ. Ιδιαίτερα τοξικόσ είναι ο οργανικόσ υδράργυροσ, κυρίωσ με τθ μορφι του μεκυλυδραργφρου (CH 3 Hg + ) ο οποίοσ ζχει χρόνο υποδιπλαςιαςμοφ 70 θμερϊν ςτο ανκρϊπινο ςϊμα και ςυγκεντρϊνεται ςτουσ τροφικοφσ ιςτοφσ των οικοςυςτθμάτων. Σθμειϊνεται ότι και ο ανόργανοσ υδράργυροσ των πυκμενικϊν αποκζςεων των υδάτινων ςωμάτων μπορεί να μετατραπεί ςε οργανικό με τθ βοικεια των μικροοργανιςμϊν. Μζςω τθσ τροφικισ αλυςίδασ ο υδράργυροσ καταλιγει ςτα ερυκρά αιμοςφαίρια και ςτο νευρικό ςφςτθμα και προςβάλλει εκλεκτικά τα νευρικά κφτταρα Τα φυτοτοξικά ςτοιχεία Τα φυτοτοξικά ςτοιχεία αποτελοφν επίςθσ ζναν μθ ςυμβατικό ρφπο του νεροφ. Ρροζρχονται κυρίωσ από τα βιομθχανικά και τα κτθνοτροφικά απόβλθτα. Στθν κατθγορία αυτι ξεχωρίηουν τα φυτοτοξικά μζταλλα, όπωσ ο ψευδάργυροσ (Zn), ο χαλκόσ (Cu) και το νικζλιο (Ni). Τα ςτοιχεία αυτά ζχουν ανιχνευτεί ςτο αρδευτικό νερό και ςτθν ιλφ που χρθςιμοποιείται ςτθ γεωργία. Θ τοξικι τουσ δράςθ, όπωσ και άλλων μετάλλων, εξαρτάται από το ph του νεροφ και άλλα χαρακτθριςτικά του εδάφουσ. Για pθ < 6,5 τα περιςςότερα μζταλλα είναι διαλυμζνα και ςυνεπϊσ ευκολότερα προςλιψιμα από τα φυτά. Επίςθσ και το άηωτο ςε υψθλζσ ςυγκεντρϊςεισ μπορεί να είναι φυτοτοξικό για οριςμζνεσ καλλιζργειεσ όπωσ τα ηαχαρότευτλα και το βαμβάκι. Επιβλαβείσ μπορεί να είναι επίςθσ οι υψθλζσ ςυγκεντρϊςεισ του βορίου (Β) ςτο αρδευτικό νερό. Με δεδομζνο ότι το βόριο και ιδιαίτερα το άηωτο ζχουν ςθμαντικι παρουςία ςτα αςτικά λφματα κακιςτοφν αναγκαία τθν προςεκτικι εξζταςι τουσ όταν ςχεδιάηεται θ χρθςιμοποίθςθ των επεξεργαςμζνων λυμάτων για άρδευςθ. 2.5 Θερμικι ρφπανςθ των νερϊν Θερμικι ρφπανςθ είναι θ αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ των υδάτινων ςωμάτων εξαιτίασ τθσ αποχζτευςθσ κερμϊν αποβλιτων, ςυνικωσ νεροφ ψφξθσ ενεργειακϊν ςτακμϊν και άλλων εργοςταςίων. Με τθν άνοδο τθσ κερμοκραςίασ, αφ' ενόσ μειϊνεται θ διαλυτότθτα του οξυγόνου ςτο νερό, αφ' ετζρου, λόγω αυξθμζνου ρυκμοφ μεταβολιςμοφ, αυξάνεται ο ρυκμόσ κατανάλωςθσ οξυγόνου από τουσ ποικιλόκερμουσ υδρόβιουσ οργανιςμοφσ. Με τισ Οδθγίεσ τθσ Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ ζχουν κεςπιςτεί κανονιςμοί οι οποίοι δεν επιτρζπουν τθν απόρριψθ κερμϊν αποβλιτων ςτα γλυκά επιφανειακά νερά προςτατεφοντάσ τα από τθν ανφψωςθ τθσ κερμοκραςίασ. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 17

23 Κεφάλαιο 3: Σα υγρά απόβλητα 3.1 Γενικά Ρροζλευςθ Οριςμοί Τα υγρά απόβλθτα δεν είναι τίποτα άλλο παρά νερό το οποίο ζχει χρθςιμοποιθκεί από τον άνκρωπο ςε μια πλθκϊρα εφαρμογϊν. Οι κφριεσ πθγζσ προζλευςισ τουσ είναι οι κατοικίεσ, τα ιδρφματα και οι διάφορεσ εμπορικζσ και βιομθχανικζσ εγκαταςτάςεισ. Θ ζντονθ ςυγκζντρωςθ πλθκυςμϊν ςτα αςτικά κζντρα και θ ραγδαία βιομθχανικι ανάπτυξθ οδιγθςε ςε υπερκατανάλωςθ νεροφ από τον άνκρωπο και ςε ταχεία μετατροπι του πολφτιμου αυτοφ αγακοφ, ίςωσ του πολυτιμότερου ςτον πλανιτθ, ςε βρϊμικο νερό δθλαδι ςε απόβλθτο. Τα υγρά απόβλθτα περιζχουν ρυπαντικζσ και μολυςματικζσ ουςίεσ και θ απ ευκείασ διάκεςι τουσ ςε ζναν φυςικό, ςυνικωσ υδάτινο αποδζκτθ, εγκυμονεί κινδφνουσ τόςο για τον αποδζκτθ όςο και για τα υπόλοιπα ζμβια όντα, κυρίωσ όμωσ για τον άνκρωπο. Για τθν προςταςία του περιβάλλοντοσ και τθσ δθμόςιασ υγείασ είναι απαραίτθτεσ οι κεμελιϊδεισ γνϊςεισ των χαρακτθριςτικϊν των υγρϊν αποβλιτων, τθσ επίδραςισ τουσ ςτο περιβάλλον, των μεκόδων επεξεργαςίασ που μποροφν να εφαρμοςτοφν για τθν απομάκρυνςθ και τθν εξουδετζρωςθ αυτϊν των ςυςτατικϊν και των μεκόδων για τθν αξιοποίθςθ ι τθν αςφαλι διάκεςθ των ςτερεϊν που παράγονται κατά τθν επεξεργαςία τουσ. Θ Οδθγία 91/271/ΕΟΚ , θ οποία εκδόκθκε με ςκοπό τθν προςταςία του περιβάλλοντοσ από τισ αρνθτικζσ επιπτϊςεισ τθσ απόρριψθσ των υγρϊν αποβλιτων και αφορά τθν ολοκλθρωμζνθ διαχείριςι τουσ, αναφζρει ότι αςτικά λφματα είναι τα υγρά απόβλθτα που προζρχονται κυρίωσ από χϊρουσ υγιεινισ, κουηίνεσ, πλυντιρια και γενικά από διαδικαςίεσ κακαριότθτασ κατοικιϊν, γραφείων, καταςτθμάτων κ.λ.π. Στθν κατθγορία των αςτικϊν λυμάτων περιλαμβάνονται και αυτά των εςτιατορίων, ξενοδοχείων, δθμοςίων υπθρεςιϊν, καταςτθμάτων, γραφείων κ.λ.π. Συνεπϊσ τα αςτικά λφματα περιζχουν κυρίωσ υπολείμματα τουαλζτασ, απόνερα λουτροφ και κουηίνασ, απόνερα λάτρασ και κακαριότθτασ κ.λ.π. Στα κυριότερα ςυςτατικά τουσ περιλαμβάνονται οργανικζσ κυρίωσ ουςίεσ ςε διάλυςθ ι αιωροφμενα ςωματίδια, λίπθ, ζλαια, ανόργανεσ ουςίεσ και ςε ελάχιςτεσ ποςότθτεσ διαλυμζνα αζρια όπωσ θ αμμωνία (ΝΘ 3 ) και το υδρόκειο (H 2 S). Εικόνα Ρροζλευςθ αςτικϊν λυμάτων Βιομθχανικά απόβλθτα ονομάηονται τα απόβλθτα που απορρίπτονται από κτίρια και χϊρουσ που χρθςιμοποιοφνται για οποιαδιποτε εμπορικι ι βιομθχανικι δραςτθριότθτα και τα οποία δεν είναι οικιακά λφματα ι όμβρια φδατα. Είναι δθλαδι τα υγρά απόβλθτα των βιομθχανικϊν ι βιοτεχνικϊν εγκαταςτάςεων, που δθμιουργοφνται κατά τθν παραγωγικι διαδικαςία και μπορεί να περιζχουν υπολείμματα των υλϊν που χρθςιμοποιοφνται. Δεν ςυμπεριλαμβάνονται τα λφματα του προςωπικοφ τα οποία κατατάςςονται ςτα αςτικά λφματα. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 18

24 3.2 Σφςταςθ των υγρϊν αποβλιτων Τα υγρά αςτικά απόβλθτα περιζχουν κυρίωσ οργανικζσ ουςίεσ (υδατάνκρακεσ, λίπθ, ζλαια, πρωτεΐνεσ, φαινόλεσ, επιφανειακά ταςιενεργζσ ουςίεσ), ανόργανεσ ουςίεσ (άηωτο, φϊςφορο, διάφορα άλατα) και διάφορα ςτερεά. Ρεριζχουν επίςθσ ουςίεσ οι οποίεσ βρίςκονται ςε κολλοειδι μορφι, μικροοργανιςμοφσ, τοξικζσ ουςίεσ, μζταλλα, ιχνοςτοιχεία κακϊσ και διαλυμζνα αζρια, όπωσ αμμωνία (ΝΘ 3 ), υδρόκειο (Θ 2 S) κ.ά. Οι ουςίεσ αυτζσ χαρακτθρίηονται ωσ ρυπαντζσ του νεροφ και του περιβάλλοντοσ γενικότερα. Συνεπϊσ θ επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων είναι απαραίτθτθ, επιβάλλεται από τθ νομοκεςία και ςτοχεφει ςτθν εξουδετζρωςθ και τθν απομάκρυνςθ αυτϊν των ρυπαντϊν. Στουσ πίνακεσ και παρουςιάηονται ςυνοπτικά τα χαρακτθριςτικά και θ ςφςταςθ των τυπικϊν αςτικϊν λυμάτων κακϊσ και οι παραγόμενεσ ποςότθτεσ ρφπανςθσ ςε gr/κατ.θμ. ΡΑΑΜΕΤΟΣ Ρίνακασ Χαρακτθριςτικά τυπικϊν αςτικϊν λυμάτων ΥΡΑΝΣΘ gr/κατ. θμ. ΣΥΓΚΕΝΤΩΣΘ mg/l Ολικά ςτερεά Ρτθτικά ςτερεά Αιωροφμενα ςτερεά Οργανικι φλθ ωσ ΒOD Οργανικι φλθ ωσ COD Ολικό άηωτο Αμμωνία Νιτρϊδθ & Νιτρικά < 1 < 5 Ολικόσ φϊςφοροσ Ολικά κολοβακτθριοειδι αποικ./ml Κολοβακτθριοειδι κοπράνων αποικ./ml Ο προςδιοριςμόσ και θ ςυνεχισ παρακολοφκθςθ των ποιοτικϊν χαρακτθριςτικϊν των υγρϊν αποβλιτων είναι απολφτωσ απαραίτθτοσ προκειμζνου να κακοριςτοφν τα ςτάδια και ο βακμόσ επεξεργαςίασ τουσ και να ελεγχκεί θ επίτευξθ των ςτόχων και των απαιτιςεων για τθν αςφαλι διάκεςι τουσ ςτο περιβάλλον. Τα χαρακτθριςτικά αυτά κατατάςςονται ςε φυςικά, χθμικά (ανόργανα ι οργανικά) και βιολογικά. Ιδιαίτερθ όμωσ αναφορά γίνεται ςτον άνκρακα, το άηωτο, το φϊςφορο, τισ ςτερεζσ ουςίεσ (αδιάλυτεσ, διαλυμζνεσ, κολλοειδείσ, επιπλζουςεσ, αιωροφμενεσ, κακιηάνουςεσ) κακϊσ επίςθσ και ςτουσ μικροοργανιςμοφσ οι οποίοι ςυνδζονται με τθν ποιότθτα και τθν επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων. Ρίνακασ Συγκζντρωςθ (mg/l) ανόργανων και οργανικϊν ουςιϊν ςτα αςτικά λφματα και παραγόμενθ ρφπανςθ (gr/κατ.θμ) Είδοσ Κακιηάνοντα ςτερεά Αιωροφμενα ςτερεά Διαλυμζνεσ ουςίεσ mg/l Ανόργανα Οργανικά ΣΥΝΟΛΟ BOD 5 gr/κατ. θμ mg/l gr/κατ. θμ mg/l gr/κατ. θμ mg/l gr/κατ. θμ ΣΥΝΟΛΟ Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 19

25 3.2.1 Φυςικά χαρακτθριςτικά των υγρϊν αποβλιτων Οι παρακάτω παράμετροι ανικουν ςτα φυςικά χαρακτθριςτικά των υγρϊν αποβλιτων: Θερμοκραςία. Σθμαντικι παράμετροσ για το ςχεδιαςμό και τθ λειτουργία των βιολογικϊν διεργαςιϊν ςτισ Εγκαταςτάςεισ Επεξεργαςίασ Λυμάτων. Αγωγιμότθτα. Ραράμετροσ με τθν οποία αποτιμάται θ ποιότθτα τθσ επεξεργαςμζνθσ εκροισ, ειδικά για γεωργικι χριςθ. Θολότθτα. Ραράμετροσ με τθν οποία αποτιμάται θ ποιότθτα τθσ εκροισ. Διαπερατότθτα. Ραράμετροσ με τθν οποία αποτιμάται θ ποιότθτα τθσ εκροισ για απολφμανςθ με UV. Χρϊμα (Ανοιχτό καφζ, γκρι, μαφρο). Ραράμετροσ με τθν οποία αποτιμάται θ κατάςταςθ των λυμάτων, δθλαδι φρζςκα λφματα ι λφματα που ζχουν υποςτεί ςιψθ. Οςμι. Ραράμετροσ με τθν οποία κακορίηεται εάν οι οςμζσ αποτελοφν πρόβλθμα. Ρυκνότθτα. Στερεζσ ουςίεσ (Αιωροφμενεσ, Επιπλζουςεσ, Κακιηάνουςεσ, Αδιάλυτεσ, Διαλυμζνεσ) και κατανομι μεγζκουσ ςωματιδίων Ανόργανα χθμικά χαρακτθριςτικά των υγρϊν αποβλιτων Στα ανόργανα χθμικά χαρακτθριςτικά των υγρϊν αποβλιτων ανικουν οι εξισ παράμετροι: ph (-log[h + ]). Το μζτρο τθσ οξφτθτασ ι τθσ αλκαλικότθτασ των υγρϊν αποβλιτων. Αλκαλικότθτα (Σ HCO CO OH - - H + ). Το μζτρο τθσ ρυκμιςτικισ ικανότθτασ των υγρϊν αποβλιτων, δθλαδι τθσ ικανότθτάσ τουσ να εξουδετερϊνουν οξζα. Χλωριοφχα. Ραράμετροσ για τθν εκτίμθςθ τθσ ποιότθτασ τθσ επεξεργαςμζνθσ εκροισ, ειδικά για τθν επαναχρθςιμοποίθςθ για γεωργικι χριςθ (άρδευςθ). Αηωτοφχεσ ενϊςεισ. Χρθςιμοποιοφνται ωσ μζτρο τθσ παρουςίασ κρεπτικϊν ςυςτατικϊν κακϊσ και του βακμοφ αποςφνκεςθσ ςτα υγρά απόβλθτα. Οι οξειδωμζνεσ μορφζσ μποροφν να λθφκοφν ωσ μζτρο του βακμοφ οξείδωςθσ. o Ελεφκερθ αμμωνία (NH 3 ) o Αμμωνιακά (NH + 4 ) άλατα o Νιτρϊδθ (ΝΟ - 2 ) άλατα o Νιτρικά (ΝΟ - 3 ) άλατα o Οργανικό άηωτο (Org. N) o Άηωτο Kjeldahl (TKN : Org. N + NH + 4 ) Φωςφορικζσ ενϊςεισ. Αυτζσ είναι ο ανόργανοσ φϊςφοροσ (Inorg. P), ο οργανικόσ φϊςφοροσ (Org. P) και ο ολικόσ φϊςφοροσ (Τ). Χρθςιμοποιοφνται ωσ μζτρο παρουςίασ των κρεπτικϊν ςυςτατικϊν ςτα υγρά απόβλθτα. Οι οξειδωμζνεσ μορφζσ μποροφν να λθφκοφν ωσ μζτρο του βακμοφ οξείδωςθσ. Θειικά (SO 2-4 ). Ραράμετροσ για τθν εκτίμθςθ τθσ πικανότθτασ δθμιουργίασ οςμϊν. Για τθν εκτίμθςθ τθσ επεξεργαςιμότθτασ τθσ ιλφοσ. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 20

26 Μζταλλα (Ca, Mg, K, Na, Cr, Cu, Co, Pb, Cd, Hg, Mo, Ni, Fe, Se, As, Zn). Για τθν εκτίμθςθ τθσ καταλλθλότθτασ τθσ εκροισ για επαναχρθςιμοποίθςθ του νεροφ. Για τθν εκτίμθςθ τθσ τοξικότθτασ. Ωςτόςο ίχνθ οριςμζνων μετάλλων είναι απαραίτθτα για μερικζσ βιολογικζσ διεργαςίεσ. Διάφορα αζρια (O 2, CO 2, NH 3, H 2 S, CH 4 ). Ραρουςία / απουςία ςυγκεκριμζνων αερίων Οργανικά χθμικά χαρακτθριςτικά των υγρϊν αποβλιτων Στα οργανικά χθμικά χαρακτθριςτικά των υγρϊν αποβλιτων ανικουν οι εξισ παράμετροι: C-BOD, (Biochemical Oxygen Demand), Βιοχθμικά Απαιτοφμενο Οξυγόνο. Το οξυγόνο που απαιτείται για τθ βιολογικι αποικοδόμθςθ των ανκρακοφχων οργανικϊν ενϊςεων των υγρϊν αποβλιτων. Ν-BOD, Βιοχθμικά Απαιτοφμενο Οξυγόνο. Το οξυγόνο που απαιτείται για τθ βιολογικι αποικοδόμθςθ των αηωτοφχων οργανικϊν ενϊςεων των υγρϊν αποβλιτων. COD, (Chemical Oxygen Demand), Χθμικά Απαιτοφμενο Οξυγόνο. Το οξυγόνο που απαιτείται για τθ χθμικι οξείδωςθ των οργανικϊν ενϊςεων των υγρϊν αποβλιτων. TOC, (Total Organic Carbon), Ολικόσ Οργανικόσ Άνκρακασ. Χρθςιμοποιείται ςυμπλθρωματικά με το BOD, αλλά πολφ ςπάνια επειδι αφορά μζτρθςθ με πολφ μεγάλθ ευαιςκθςία, δθλαδι πολφ χαμθλζσ ςυγκεντρϊςεισ οργανικισ φλθσ. Συγκεκριμζνεσ οργανικζσ ενϊςεισ και κατθγορίεσ ενϊςεων. Για τον προςδιοριςμό τθσ παρουςίασ των ςυγκεκριμζνων οργανικϊν ενϊςεων και για τθν εκτίμθςθ των απαραίτθτων ειδικϊν μζτρων που πρζπει να λθφκοφν κατά τον ςχεδιαςμό τθσ Ε.Ε.Λ. για τθν απομάκρυνςι τουσ Βιολογικά χαρακτθριςτικά των υγρϊν αποβλιτων Θ ςπουδαιότθτα των βιολογικϊν χαρακτθριςτικϊν των υγρϊν αποβλιτων ςυνίςταται ςε λόγουσ προςταςίασ τθσ υγείασ των ανκρϊπων από τουσ πακογόνουσ μικροοργανιςμοφσ ανκρϊπινθσ προζλευςθσ και τθ ςθμαςία των βακτθρίων και άλλων μικροοργανιςμϊν ςτθν αποικοδόμθςθ και τθν ςτακεροποίθςθ τθσ οργανικισ φλθσ. Αποτζλεςμα για παράδειγμα του μεταβολιςμοφ των αερόβιων ετερότροφων οργανιςμϊν είναι θ κατανάλωςθ οργανικοφ άνκρακα για ςφνκεςθ κακϊσ και οξυγόνου για οξείδωςθ. Θ αφομοίωςθ των ρφπων ςτα υδάτινα οικοςυςτιματα, επιτυγχάνεται με βιολογικό αυτοκακαριςμό του νεροφ χάρθ ςτουσ μικροοργανιςμοφσ. Αυτιν ακριβϊσ τθν δραςτθριότθτα των μικροοργανιςμϊν, δθλαδι τθν αποδόμθςθ των οργανικϊν ουςιϊν, εκμεταλλευόμαςτε ευρφτατα ςτθν επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων. Στα βιολογικά χαρακτθριςτικά των υγρϊν αποβλιτων ανικουν: Τα ολικά κολοβακτθριοειδι, (Total Coliforms, TC) και τα κολοβακτθριοειδι κοπράνων, (Fecal Coliforms, FC). Για τθν εκτίμθςθ τθσ παρουςίασ πακογόνων μικροοργανιςμϊν και τθν αποτελεςματικότθτα τθσ απολφμανςθσ των υγρϊν αποβλιτων. Ειδικοί μικροοργανιςμοί, (Βακτιρια, Ιοί, Ρρωτόηωα, Ζλμινκεσ). Για τθν εκτίμθςθ τθσ παρουςίασ των ςυγκεκριμζνων μικροοργανιςμϊν που ςυνδζονται με τθν λειτουργία τθσ Ε.Ε.Λ. και τθν επαναχρθςιμοποίθςθ τθσ εκροισ. Τοξικότθτα, Οξεία (άμεςθ) τοξικότθτα (TU A ) και Χρόνια τοξικότθτα (TU C ). Για τθν εκτίμθςθ τθσ τοξικότθτασ των υγρϊν αποβλιτων. Οι πακογόνοι μικροοργανιςμοί οι οποίοι βρίςκονται ςτα υγρά απόβλθτα προζρχονται από απεκκρίςεισ ανκρϊπων ι ηϊων που ζχουν προςβλθκεί από μολυςματικι αςκζνεια ι είναι φορείσ αυτισ. Με τα βακτιρια εκτιμάται θ παρουςία πακογενϊν μικροοργανιςμϊν και θ αποτελεςματικότθτα τθσ απολφμανςθσ ενϊ με Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 21

27 άλλουσ ειδικοφσ μικροοργανιςμοφσ εκτιμάται θ λειτουργία τθσ Ε.Ε.Λ. κακϊσ και θ δυνατότθτα επαναχρθςιμοποίθςθσ των λυμάτων μζςω των ελζγχων τοξικότθτασ. Εικόνα Μικροβιολογικζσ αναλφςεισ με τθ μζκοδο των διθκθτικϊν μεμβρανϊν για τον ζλεγχο τθσ πακογζνειασ του νεροφ Εικόνα Μικροοργανιςμοί που ςχετίηονται με τθν αποδόμθςθ τθσ οργανικισ φλθσ Εικόνα Daphnia magna Vibrio fischeri - Μικροοργανιςμοί που χρθςιμοποιοφνται για ελζγχουσ τοξικότθτασ 3.3 Ο άνκρακασ, το άηωτο, ο φϊςφοροσ, οι ςτερεζσ ουςίεσ και οι μικροοργανιςμοί των υγρϊν αποβλιτων Ο άνκρακασ Το κεντρικό ςτοιχείο όλων των οργανικϊν ενϊςεων είναι ο άνκρακασ (C) και τα ςπουδαιότερα ςτοιχεία με τα οποία ο άνκρακασ ςυνκζτει τισ οργανικζσ ενϊςεισ είναι κυρίωσ το άηωτο (Ν), ο φϊςφοροσ () και το κείο (S). Τα ςτοιχεία αυτά αφοροφν ςχεδόν όλεσ τισ διεργαςίεσ επεξεργαςίασ των υγρϊν αποβλιτων και εξετάηονται χωριςτά. Οι οργανικζσ ενϊςεισ (υδατάνκρακεσ, λίπθ, αμινοξζα, πρωτεΐνεσ, κειοπρωτεΐνεσ, νουκλεϊκά οξζα κ.λ.π.), που υπάρχουν ςτα υγρά απόβλθτα αποτελοφν τον κατ εξοχιν ςυμβατικό ρφπο του νεροφ ο οποίοσ πρζπει να απομακρυνκεί. Υψθλι ςυγκζντρωςθ οργανικισ φλθσ ςτο νερό προκαλεί αποξυγόνωςι του πράγμα που Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 22

28 μπορεί να μειϊςει ι ακόμθ και να εξαφανίςει τουσ υδρόβιουσ οργανιςμοφσ. Οι οργανικζσ ουςίεσ αποτελοφν τθ βαςικι τροφι των αερόβιων ετερότροφων / χθμικοςυνκετικϊν μικροοργανιςμϊν οι οποίοι καταναλϊνουν το διαλυμζνο οξυγόνο για τθν επιβίωςι τουσ. Υψθλζσ όμωσ ςυγκεντρϊςεισ οργανικισ φλθσ ςυνεπάγονται μεγαλφτερθ μάηα μικροοργανιςμϊν και ςυνεπϊσ ταχφτερθ κατανάλωςθ του διαλυμζνου οξυγόνου. Αν θ ταχφτθτα αυτι είναι μεγαλφτερθ από τθν ταχφτθτα οξυγόνωςθσ, προκφπτει μείωςθ τθσ ςυγκζντρωςθσ του διαλυμζνου οξυγόνου ςτο νερό. Υδατάνκρακεσ & Λίπθ (C, H, O) Αμινοξζα & Ρρωτεΐνεσ (C, H, O, N) Αμινοξζα & Θειοπρωτεΐνεσ (C, H, O, Ν, S) Υδρογονάνκρακεσ (C, H) Οργανικζσ ενϊςεισ Νουκλεϊκά οξζα (RNA, DNA) (C, H, O, Ν, P) Σχιμα Στοιχεία ςφνκεςθσ των οργανικϊν ενϊςεων Ο άνκρακασ υπάρχει ςτα υγρά απόβλθτα κυρίωσ με τθ μορφι των οργανικϊν ενϊςεων (Total Organic Carbon, TOC), αλλά και με τθ μορφι ανόργανων χθμικϊν ενϊςεων (Total Inorganic Carbon, ΤΙC). Ο οργανικόσ άνκρακασ (TOC) που κυρίωσ ενδιαφζρει, βρίςκεται ςτα απόβλθτα είτε διαλυμζνοσ (Dissolved Organic Carbon, DOC) είτε ςε ςωματιδιακι μορφι (Particulate Organic Carbon, POC) είτε ςε πτθτικζσ ενϊςεισ (Volatile Organic Carbon, VOC). TC Total Carbon TIC Total Inorganic Carbon TOC Total Organic Carbon DOC Dissolved Organic Carbon POC Particulate Organic Carbon VOC Volatile Organic Carbon Σχιμα Μορφζσ και ςυμβολιςμοί του άνκρακα Θ οργανικι φλθ ι το οργανικό φορτίο των υγρϊν αποβλιτων μετριζται και αποδίδεται ςε όρουσ: Βιοχθμικά Απαιτοφμενου Οξυγόνου (Biochemical Oxygen Demand BOD), Χθμικά Απαιτοφμενου Οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand COD) και Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 23

29 Κατανάλωςθ Οξυγόνου (mg/l) Ολικοφ Οργανικοφ Άνκρακα (Total Organic Carbon TOC). Οι μετριςεισ του BOD και του COD ςτοχεφουν κυρίωσ ςτον προςδιοριςμό του οργανικοφ φορτίου ςτα απόβλθτα. Οι μετριςεισ του Ολικοφ Οργανικοφ Άνκρακα (TOC) ςτοχεφουν ςτον προςδιοριςμό χαμθλϊν ςυγκεντρϊςεων οργανικισ φλθσ και ενδιαφζρουν ιδιαίτερα τθν παραγωγι και τθν ποιότθτα του πόςιμου νεροφ. Το Βιοχθμικά Απαιτοφμενο Οξυγόνο (BOD) Ππωσ προαναφζρκθκε τα αςτικά υγρά απόβλθτα περιζχουν πλικοσ οργανικϊν ενϊςεων, μεταξφ των οποίων κυριαρχοφν οι ανκρακοφχεσ οργανικζσ ενϊςεισ, όπωσ οι υδατάνκρακεσ και τα λίπθ. Υπάρχουν όμωσ και οι αηωτοφχεσ οργανικζσ ενϊςεισ όπωσ θ ουρία, οι πρωτεΐνεσ, τα αμινοξζα κ.λ.π. κακϊσ και οι κειοφχεσ οργανικζσ ενϊςεισ όπωσ οι κειοπρωτεΐνεσ. Με τθν βιολογικι οξείδωςθ οι οργανικζσ ενϊςεισ διαςπϊνται ςε άλλεσ απλοφςτερεσ και δίνουν ανάλογα προϊόντα όπωσ το διοξείδιο του άνκρακα (CO 2 ), το νερό (Θ 2 Ο) και θ αμμωνία (ΝΘ 3 ). Θ αερόβια διάςπαςθ τθσ οργανικισ φλθσ παρίςταται ωσ εξισ: Οργανική ύλη + Ο 2 Μικροοργανιςμο ί CΟ 2 + Η 2 O + Νέα κυτταρική μάζα + ΝΟ 3 + PO SO 4 2 *εξ. 1] Οι αερόβιεσ βιολογικζσ οξειδϊςεισ είναι ςυνυφαςμζνεσ με υψθλι κατανάλωςθ οξυγόνου, θ οποία λαμβάνεται ςαν μζτρο τθσ οργανικισ ρφπανςθσ των νερϊν. To Βιοχθμικά Απαιτοφμενο Οξυγόνο (BOD) είναι το μζτρο τθσ ποςότθτασ του διαλυμζνου οξυγόνου που απαιτείται από τουσ μικροοργανιςμοφσ για τθν πλιρθ βιοχθμικι οξείδωςθ των περιεχόμενων οργανικϊν ουςιϊν ςτα υγρά απόβλθτα. Θ μζτρθςθ του BOD και θ απόδοςθ τθσ κατανάλωςθσ οξυγόνου, αφορά εκτόσ από τισ ανκρακοφχεσ οργανικζσ (CBOD) ενϊςεισ και τισ αηωτοφχεσ οργανικζσ ενϊςεισ (NBOD) δεδομζνου ότι αποξυγόνωςθ του νεροφ μπορεί να προκλθκεί και με τθ διαδικαςία τθσ νιτροποίθςθσ. H ταχφτθτα των βιολογικϊν οξειδϊςεων εξαρτάται από το είδοσ τθσ οργανικισ φλθσ που περιζχεται ςτο προσ εξζταςθ δείγμα. Υπάρχουν οργανικζσ ενϊςεισ που οξειδϊνονται ι αποικοδομοφνται βιολογικά ςχετικά εφκολα αλλά υπάρχουν και αυτζσ που δεν οξειδϊνονται βιολογικά. Θ βιολογικι αποικοδόμθςθ των ανκρακοφχων και αηωτοφχων οργανικϊν ρυπαντικϊν ουςιϊν των αςτικϊν λυμάτων γίνεται ςε δφο ςτάδια και παρίςταται διαγραμματικά ςτο ςχιμα Ολικό BOD = CBOD + NBOD Δεφτερο ςτάδιο: N BOD BOD 5 Ρρϊτο ςτάδιο: C BOD Χρόνοσ (θμζρεσ) Σχιμα Διαγραμματικι απεικόνιςθ τθσ κατανάλωςθσ οξυγόνου (BOD) για τθν οξείδωςθ των ανκρακοφχων και των αηωτοφχων οργανικϊν ενϊςεων Στο πρϊτο ςτάδιο αποικοδομοφνται κυρίωσ οι ενϊςεισ του άνκρακα (υδατάνκρακεσ, λίπθ), προθγείται δθλαδι θ οξείδωςθ των ευκολότερα βιοδιαςπάςιμων ουςιϊν, ενϊ ςτο δεφτερο οι ενϊςεισ του αηϊτου (πρωτεΐνεσ, αμινοξζα). Το πρϊτο ςτάδιο, για κερμοκραςία 20 C, αρχίηει αμζςωσ και ολοκλθρϊνεται μζςα ςε 20 περίπου θμζρεσ. Το δεφτερο ςτάδιο, για κερμοκραςία 20 C, αρχίηει μετά τθν πάροδο θμερϊν και διαρκεί πολφ περιςςότερο χρόνο. Σθμειϊνεται ότι ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ θ αποικοδόμθςθ των οργανικϊν Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 24

30 ουςιϊν γίνεται ταχφτερα και ότι κατά το ςτάδιο οξείδωςθσ των αηωτοφχων ενϊςεων παράγεται νιτρικό οξφ το οποίο ςτθ ςυνζχεια αντιδρά με τα περιεχόμενα ςτα οικιακά λφματα ανκρακικά και όξινα ανκρακικά (αλκαλικότθτα των λυμάτων) και ουδετεροποιείται. Ππωσ προκφπτει και από το διάγραμμα , θ ολοκλιρωςθ τθσ μζτρθςθσ απαιτεί πολφ χρόνο. Για ο κερμοκραςία 20 C απαιτοφνται περίπου 20 θμζρεσ για να ικανοποιθκοφν τα % του ολικοφ BOD και γι αυτό θ κατανάλωςθ του οξυγόνου κακορίηεται με βάςθ τον προςδιοριςμό του Βιοχθμικά Απαιτοφμενου Οξυγόνου ςε πζντε (5) θμζρεσ (BOD5). Είναι προφανζσ ότι θ ταχφτθτα αποικοδόμθςθσ των οργανικϊν ουςιϊν είναι διαφορετικι ςτισ διάφορεσ κερμοκραςίεσ. Σε υψθλζσ κερμοκραςίεσ θ αποικοδόμθςθ πραγματοποιείται ταχφτερα. Συνκικεσ μζτρθςθσ BOD Για τθ μζτρθςθ του BOD το δείγμα τοποκετείται ςε μια γυάλινθ ςκουρόχρωμθ φιάλθ και αναδεφεται ιςχυρά ϊςτε το περιεχόμενό τθσ να εμπλουτιςτεί με οξυγόνο. Στθ ςυνζχεια ςφραγίηεται και διατθρείται υπό ανάδευςθ ςτο ςκοτάδι και ςτακερι κερμοκραςία 20 C για πζντε θμζρεσ. Μετά τθ πάροδο πζντε θμερϊν υπολογίηεται μανομετρικά θ διαφορά πίεςθσ που υπάρχει ςτθ φιάλθ από τθν κατανάλωςθ οξυγόνου από τουσ μικροοργανιςμοφσ προκειμζνου αυτοί να επιβιϊςουν και να αποικοδομιςουν το οργανικό φορτίο του δείγματοσ. Το αποτζλεςμα τθσ κατανάλωςθσ οξυγόνου είναι το BOD5 και εκφράηεται ςε mg O2/L λυμάτων. Το διοξείδιο του άνκρακα (CO2) που παράγεται κατά τθ βιολογικι οξείδωςθ εξουδετερϊνεται με μια ιδιαίτερθ τεχνικι, με υδροξείδιο του νατρίου (NaOH). o Εικόνα Συνκικεσ μζτρθςθσ BOD (Θερμοκραςία 20 C, Σκοτάδι, Ανάδευςθ) Το BOD5 των φρζςκων ανεπεξζργαςτων αςτικϊν λυμάτων κυμαίνεται από mg/l Ο2. Αυτό αποτελεί μια μορφι ζκφραςθσ του οργανικοφ φορτίου, το οποίο όμωσ μπορεί να εκφραςτεί και ςαν ρφπανςθ που προκφπτει από τον πλθκυςμό και είναι gr/κατ.θμ. Τα αποτελζςματα των μετριςεων του BOD5 παρζχουν πλθροφορίεσ για τθν ποςότθτα οξυγόνου που απαιτείται για τθ βιοχθμικι οξείδωςθ των οργανικϊν ουςιϊν των υγρϊν αποβλιτων και ςυνεπϊσ για το οργανικό τουσ φορτίο και χρθςιμοποιοφνται για: τθ διαςταςιολόγθςθ των εγκαταςτάςεων επεξεργαςίασ, τθ μζτρθςθ τθσ αποδοτικότθτασ μερικϊν διεργαςιϊν επεξεργαςίασ υγρϊν αποβλιτων, τθν εφρεςθ των τιμϊν ςυμμόρφωςθσ με τα όρια των εκροϊν τα οποία τίκενται από τθ νομοκεςία. Το Χθμικά Απαιτοφμενο Οξυγόνο (COD) Με τον όρο COD (Chemical Oxygen Demand) εννοοφμε τθν ποςότθτα του οξυγόνου που απαιτείται για τθ χθμικι οξείδωςθ τθσ οργανικισ φλθσ ςε CO2 και Θ2Ο. Θ οξείδωςθ αφορά το ςφνολο των οργανικϊν ενϊςεων που περιζχονται ςε ζνα δείγμα και μποροφν να οξειδωκοφν με ζνα ιςχυρό οξειδωτικό μζςο. Σαν τζτοιο οξειδωτικό χρθςιμοποιείται το διχρωμικό κάλιο (K2Cr2O7) ςε όξινο περιβάλλον. Θ οξείδωςθ του οργανικοφ φορτίου γίνεται ςε ςυνκικεσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν και χαμθλοφ ph παρουςία κειικοφ αργφρου (Αg2SO4) ςαν καταλφτθ. Θ εξουδετζρωςθ των χλωριοφχων ιόντων που ςυνικωσ υπάρχουν 2ςτο δείγμα, γίνεται με κειικό υδράργυρο (HgSO4). Θ εξουδετζρωςθ τθσ περίςςειασ των διχρωμικϊν (Cr2O7 ) ιόντων γίνεται με διάλυμα κειικοφ αμμωνιοφχου ςιδιρου (FeSO4(NH4)2SO4 6H2O) γνωςτισ κανονικότθτασ. Για τθν ογκομετρικι ανάλυςθ (τιτλοδότθςθ) χρθςιμοποιείται δείκτθσ Ferroin. Θ οξείδωςθ τθσ οργανικισ φλθσ μπορεί να παραςτακεί από τθν εξισ ςτοιχειομετρικι εξίςωςθ: 𝐶𝑥 𝐻𝑦 𝑂𝑧 + 𝐶𝑟2 𝑂72 + 𝐻 + 𝐶𝑟 3+ + 𝐶𝑂2 + 𝐻2 𝑂 Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 25

31 Εικόνα Μζτρθςθ του COD Θ μζτρθςθ του COD χρθςιμοποιείται πολλζσ φορζσ αντί τθσ μζτρθςθσ του BOD ι ςυμπλθρωματικά. Θ ταχφτθτα τθσ μζτρθςθσ είναι το μεγάλο πλεονζκτθμά τθσ αφοφ ολοκλθρϊνεται ςε 2-3 ϊρεσ, ςε αντίκεςθ με τθ μζτρθςθ του BOD 5, θ οποία διαρκεί 5 θμζρεσ. Το μειονζκτθμα όμωσ είναι ότι με το COD μετράται όχι μόνο θ βιοδιαςπάςιμθ αλλά και θ μθ βιοδιαςπάςιμθ οργανικι φλθ. Συνεπϊσ, θ μζτρθςθ του COD είναι κατά κάποιο τρόπο λιγότερο αντιπροςωπευτικι από τθ μζτρθςθ του BOD 5 όταν πρόκειται για προςδιοριςμό του οργανικοφ φορτίου που υπάρχει ςτα τυπικά αςτικά λφματα. Το COD των φρζςκων ανεπεξζργαςτων αςτικϊν λυμάτων είναι περίπου 500 mg/l Ο 2 ι 110 gr/κατ.θμ. Κατά κανόνα το COD είναι πάντα μεγαλφτερο από το BOD 5 και για τα αςτικά λφματα ο λόγοσ COD : BOD 5 είναι ςυνικωσ 1,2 ζωσ 1,5. Ο Ολικόσ Οργανικόσ Άνκρακασ (TOC) Ο ολικόσ οργανικόσ άνκρακασ είναι ζνα μζτρο κατάλλθλο για μετριςεισ πολφ χαμθλϊν ςυγκεντρϊςεων οργανικισ φλθσ, που ενδιαφζρει ιδιαίτερα τθν παραγωγι πόςιμου νεροφ. Με τισ ςφγχρονεσ αναλυτικζσ ςυςκευζσ ο προςδιοριςμόσ του ολικοφ οργανικοφ άνκρακα είναι πολφ απλι διαδικαςία. Ζνασ αυτόματοσ αναλυτισ TOC (Total Organic Carbon) απαιτεί ελάχιςτθ ποςότθτα υγροφ δείγματοσ το οποίο ειςάγεται ςε ειδικι ςτιλθ με καταλφτθ όπου καίγεται ςε υψθλι κερμοκραςία προσ διοξείδιο του άνκρακα (CO 2 ). Τα αποτελζςματα εκφράηονται ςε mg/l ολικοφ οργανικοφ άνκρακα (TOC). Εικόνα Αυτόματοσ αναλυτισ TOC Στον πίνακα δίνονται ςυςχετίςεισ μεταξφ BOD, COD και TOC. Εάν ο λόγοσ BOD : COD για ανεπεξζργαςτα υγρά απόβλθτα είναι ίςοσ με 0,5 ι μεγαλφτεροσ, τότε τα απόβλθτα κεωροφνται ότι είναι εφκολα επεξεργάςιμα με βιολογικζσ μεκόδουσ. Εάν ο λόγοσ είναι μικρότεροσ από 0,3, τότε τα απόβλθτα μπορεί να περιζχουν τοξικά ςτοιχεία, ενϊ ταυτόχρονα απαιτοφνται προςαρμοςμζνοι μικροοργανιςμοί για τθ ςτακεροποίθςι τουσ. Ο αντίςτοιχοσ λόγοσ BOD : TOC για ανεπεξζργαςτα απόβλθτα ποικίλλει από 1,2-2,0. Ρίνακασ Συςχετίςεισ μεταξφ BOD, COD και TOC για τα αςτικά λφματα Είδος αποβλήτων BOD : COD BOD : TOC Ανεπεξζργαςτα αςτικά λφματα 0,3 0,8 1,2 2,0 Λφματα μετά από πρωτοβάκμια επεξεργαςία 0,4 0,6 0,8 1,2 Εκροι λυμάτων 0,1 0,3 0,2 0,5 Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 26

32 3.3.2 Το άηωτο Το άηωτο είναι βαςικό ςτοιχείο για τθ ςφνκεςθ των πρωτεϊνϊν και οι γνϊςεισ για τθ μορφι με τθν οποία βρίςκεται ςτα απόβλθτα κακϊσ επίςθσ και οι ςυγκεντρϊςεισ του ςε οποιαδιποτε μορφι, είναι απαραίτθτεσ για τθ διαδικαςία αξιολόγθςθσ τθσ αποτελεςματικότθτασ των βιολογικϊν διεργαςιϊν επεξεργαςίασ των υγρϊν αποβλιτων. Tο ολικό άηωτο (Total Nitrogen, TN) κατανζμεται ςε ανόργανο άηωτο (Total Inorganic Nitrogen, TIN) το οποίο περιλαμβάνει τα νιτρϊδθ (ΝΟ 2 - ) και τα νιτρικά (ΝΟ 3 - ) άλατα, και ςε οργανικό άηωτο (Total Organic Nitrogen, TON). Στο οργανικό άηωτο ανικει θ αμμωνία ςτθν αζρια μορφι (ΝΘ 3 ) ι ςτθν ιοντικι τθσ μορφι (ΝΘ 4 + ), θ ουρία (NH 2 CONH 2 ) και το άηωτο των πρωτεϊνϊν. Το αμμωνιακό και το οργανικό άηωτο αποτελοφν το άηωτο Kjeldahl (ΤΚΝ) (ςχιμα ). Νιτρικά (ΝΟ 3- ) Ολικό Άηωτο (ΤΝ) Ανόργανο (ΤΙΝ) Οργανικό Νιτρϊδθ (ΝΟ 2- ) Αμμωνία Ουρία (ΝΘ 2 CONH 2 ) Ρρωτεΐνεσ Αζρια μορφι (ΝΘ 3 ) Ιοντικι μορφι (ΝΘ 4+ ) Kjeldahl (ΤΚΝ) Αμμωνιακό + Οργανικό Σχιμα Μορφζσ και ςυμβολιςμοί διαφόρων μορφϊν του αηϊτου Το οργανικό κλάςμα του αηϊτου το οποίο βρίςκεται ςτα απόβλθτα ςε διαλυτι ι ςωματιδιακι μορφι, αποτελείται κυρίωσ από αμινοξζα, αμινοςακχαρίτεσ, πρωτεΐνεσ και ουρία (ΝΘ 2 CONH 2 ). Ανεπαρκισ ποςότθτα αηϊτου ςτα αςτικά λφματα μπορεί πολλζσ φορζσ να επιβάλλει τθν προςκικθ αηϊτου προκειμζνου να διευκολυνκεί θ επεξεργαςία τουσ. Ρίνακασ Μορφζσ και ςυμβολιςμοί διαφόρων μορφϊν του αηϊτου Μορφι του αηϊτου Συμβολιςμόσ Ρεριλαμβάνει τον προςδιοριςμό Αμμωνία (αζρια μορφι) ΝΘ 3 ΝΘ 3 Αμμωνιακά ιόντα + ΝΘ 4 + ΝΘ 4 Ολικό αμμωνιακό άηωτο ΤΑΝ ΝΘ 3 + ΝΘ 4 + Νιτρϊδθ ιόντα ΝΟ 2 - Νιτρικά ιόντα ΝΟ 3 - ΝΟ 2 - ΝΟ 3 - Ολικό ανόργανο άηωτο ΤΙΝ ΝΘ 3 + ΝΘ ΝΟ ΝΟ 3 - Ολικό άηωτο Kjeldahl ΤΚΝ Οργανικό Ν + ΝΘ 3 + ΝΘ 4 + Οργανικό άηωτο Οργανικό Ν ΤΚΝ (ΝΘ 3 + ΝΘ 4 + ) Ολικό άηωτο ΤΝ Οργανικό Ν + ΝΘ 3 + ΝΘ ΝΟ ΝΟ 3 - Θ κατανομι τθσ αμμωνίασ και των αμμωνιακϊν ιόντων ςτα υγρά απόβλθτα εξαρτάται ςυνικωσ από το ph. Σε απόβλθτα με χαμθλό ph κυριαρχεί το άηωτο με τθ μορφι των αμμωνιακϊν ιόντων (NH 4 + ), ενϊ ςε υψθλότερεσ τιμζσ ph κυριαρχεί θ αμμωνία (ΝΘ 3 ). Τα νιτρϊδθ ιόντα (NO 2 - ) τα οποία είναι ιδιαίτερα τοξικά και αποτελοφν δείκτθ προχπάρχουςασ ρφπανςθσ ςτα φυςικά νερά, ςπάνια υπάρχουν ςε υψθλι ςυγκζντρωςθ ςτα υγρά απόβλθτα. Συνικωσ οξειδϊνονται πολφ γριγορα ςε νιτρικά ιόντα (NO 3 - ). Τα νιτρϊδθ που τυχόν βρίςκονται ςτισ εκροζσ των Ε.Ε.Λ. οξειδϊνονται από το χλϊριο κατά τθν απολφμανςθ και αυτό οδθγεί ςτθν Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 27

33 αφξθςθ τθσ δόςθσ του χλωρίου και επομζνωσ και ςτο κόςτοσ τθσ απολφμανςθσ. Θ υπερίςχυςθ των νιτρικϊν (NO 3 - ) ιόντων, τα οποία αποτελοφν τθ πιο οξειδωμζνθ μορφι του αηϊτου ςτα υγρά απόβλθτα, υποδθλϊνει ότι τα απόβλθτα ςτακεροποιικθκαν αναφορικά με τισ απαιτιςεισ ςε οξυγόνο.το αηωτοφχο (ΤΚΝ) ρυπαντικό φορτίο των φρζςκων ανεπεξζργαςτων αςτικϊν λυμάτων κυμαίνεται από mg/l ι 10 gr/κατ.θμ. Οι ευαίςκθτοι φυςικοί αποδζκτεσ επεξεργαςμζνων εκροϊν απαιτοφν πάντα τθν απομάκρυνςθ του αηϊτου από τα υγρά απόβλθτα (δθλαδι Ν Tot <3,0 mg/l), επειδι το άηωτο όπωσ και ο φϊςφοροσ ςαν κρεπτικά ςυςτατικά, προκαλοφν το πρόβλθμα του ευτροφιςμοφ και τελικά τθσ αποξυγόνωςθσ των φυςικϊν νερϊν. Ο ευτροφιςμόσ ςυνίςταται ςτθν υπερβολικι αφξθςθ τθσ πρωτογενοφσ παραγωγικότθτασ μιασ υδάτινθσ μάηασ, με δυςμενι αποτελζςματα ςτα φυςικοχθμικά και βιολογικά χαρακτθριςτικά των νερϊν και τθσ χριςθσ τθσ Ο φϊςφοροσ Θ ςυγκζντρωςθ του φωςφόρου () ο οποίοσ αποτελεί βαςικό ςυςτατικό για τθ ςφνκεςθ του κυτταρικοφ ιςτοφ των μικροοργανιςμϊν, ςτα φρζςκα ανεπεξζργαςτα αςτικά λφματα κυμαίνεται από 5 30 mg/l. Στισ οργανικζσ ενϊςεισ των λυμάτων ανικει περίπου το 75 % του ςυνολικά υπάρχοντοσ φωςφόρου, ενϊ ο υπόλοιποσ (25 % περίπου) βρίςκεται ςτα υγρά απόβλθτα κυρίωσ με τθ μορφι των ορκοφωςφορικϊν (Ο 4 3-, ΘΟ 4 2-, Θ 2 Ο 4 -, Θ 3 Ο 4 ) διαλυτϊν ιόντων από % και πολυφωςφορικϊν (P 2 O 7 2- ) ιόντων τα οποία είναι περίπλοκα μόρια, αλλά και με τθ μορφι άλλων οργανικϊν φωςφορικϊν ενϊςεων. Ο οργανικά δεςμευμζνοσ φϊςφοροσ δεν ζχει ιδιαίτερθ ςθμαςία για τα αςτικά λφματα, τα δε ορκοφωςφορικά ιόντα χρθςιμεφουν για το βιολογικό μεταβολιςμό χωρίσ να διαςπϊνται περαιτζρω. Το φορτίο επιβάρυνςθσ των λυμάτων με φϊςφορο υπολογίηεται ςυνικωσ με τιμζσ περίπου 2-4 gr/κατ.θμ. Ζνα ποςοςτό τθσ τάξθσ του 10 % ζωσ 30 % τθσ ειςερχόμενθσ ποςότθτασ φωςφόρου απομακρφνεται από τουσ μικροοργανιςμοφσ κατά τθ διάρκεια τθσ βιολογικισ επεξεργαςίασ ςτισ δεξαμενζσ αεριςμοφ, ενϊ το ςφνολο ςχεδόν των φωςφορικϊν ενϊςεων μετατρζπεται ςε διαλυτά ορκοφωςφορικά ιόντα. Λόγω των φαινομζνων ευτροφιςμοφ που δθμιουργεί ο φϊςφοροσ ςτα επιφανειακά νερά πρζπει να απομακρυνκεί από τα υγρά απόβλθτα. H ςυγκζντρωςι του ςτθν εκροι των Ε.Ε.Λ. κακορίηεται από τον χαρακτθριςμό και τισ ωφζλιμεσ χριςεισ του αποδζκτθ όπωσ ιςχφει και για τουσ άλλουσ ρφπουσ. Αυτό ςθμαίνει ότι ο βακμόσ απόδοςθσ του ςυςτιματοσ και θ διαδικαςία επεξεργαςίασ που επιλζγεται είναι άμεςα ςυνυφαςμζνθ με τον αποδζκτθ και τισ χριςεισ του. Σε γενικζσ γραμμζσ, όταν πρόκειται για ευαίςκθτουσ αποδζκτεσ, δθλαδι γλυκά επιφανειακά νερά, κεωρείται ικανοποιθτικι θ ποςότθτα του φωςφόρου ςτθν απορροι όταν αυτι δεν υπερβαίνει τα 2,0 mg/l. H πρακτικι που ακολουκείται εφόςον αποφαςιςτεί απομάκρυνςθ του φωςφόρου, αποβλζπει απομάκρυνςθ τθσ τάξθσ του 90 ζωσ και 95 % Οι ςτερεζσ ουςίεσ Οι ςτερεζσ ουςίεσ των υγρϊν αποβλιτων ανόργανεσ ι οργανικζσ, κατατάςςονται ςε αδιάλυτεσ, και διαλυμζνεσ. Υπάρχουν ακόμα και οι κολλοειδοφσ μορφισ ουςίεσ. Ιδιαίτερο όμωσ ενδιαφζρον παρουςιάηει θ περαιτζρω κατθγοριοποίθςθ των ςτερεϊν ςε αιωροφμενα, διαλυμζνα, κακιηάνοντα, πτθτικά κ.λ.π. Ουςίεσ ςτο νερό και ςτα απόβλθτα Αδιάλυτεσ Κολλοειδείσ Διαλυμζνεσ Επιπλζουςεσ Αιωροφμενεσ Κακιηάνουςεσ Σχιμα Ουςίεσ ςτο νερό και ςτα απόβλθτα Θ διάκριςθ αφορά τα Ολικά ςτερεά - Total Solids (TS), τα Ολικά πτθτικά ςτερεά - Total Volatile Solids (TVS), το Υπόλειμμα ολικϊν ςτερεϊν - Total Fixed Solids (TFS), τα Ολικά αιωροφμενα ςτερεά - Total Suspended Solids (TSS), τα Ρτθτικά αιωροφμενα ςτερεά - Volatile Suspended Solids (VSS) και το Υπόλειμμα αιωροφμενων Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 28

34 ςτερεϊν - Fixed Suspended Solids (FSS) για τθν αξιολόγθςθ - διερεφνθςθ τθσ πλζον κατάλλθλθσ εφαρμογισ - διεργαςίασ για τθν επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων. Αφορά ακόμα τα Ολικά διαλυμζνα ςτερεά - Total Dissolved Solids TDS (TS-TSS), τα Ρτθτικά διαλυμζνα ςτερεά - Volatile Dissolved Solids (VDS) και το Υπόλειμμα διαλυμζνων ςτερεϊν - Fixed Dissolved Solids (FDS), τα οποία χρθςιμοποιοφνται για να αξιολογθκεί θ δυνατότθτα επαναχρθςιμοποίθςθσ των υγρϊν αποβλιτων. Τα κακιηάνοντα ςτερεά χρθςιμοποιοφνται προκειμζνου να προςδιοριςτοφν τα ςτερεά που κακιηάνουν με βαρφτθτα ςε μια κακοριςμζνθ χρονικι περίοδο Οι μικροοργανιςμοί Ππωσ προαναφζρκθκε ςτο κεφάλαιο 1 (ενότθτα 1.5), οι μικροοργανιςμοί παίηουν πολφ ςθμαντικό ρόλο ςτον ζλεγχο τθσ ποιότθτασ του νεροφ και των αποβλιτων. Πλεσ οι βιολογικζσ διεργαςίεσ βαςίηονται ςτθ δράςθ των μικροοργανιςμϊν. Θ αφομοίωςθ των ρφπων, κυρίωσ των οργανικϊν ουςιϊν ςτα υδάτινα οικοςυςτιματα, επιτυγχάνεται με τον βιολογικό αυτοκακαριςμό του νεροφ χάρθ ςτουσ μικροοργανιςμοφσ. Αυτιν ακριβϊσ τθν δραςτθριότθτα των μικροοργανιςμϊν, δθλαδι τθν αποδόμθςθ των οργανικϊν ουςιϊν (ρφπων), εκμεταλλευόμαςτε ευρφτατα ςτθν επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων. Το βαςικό τρίπτυχο που ενδιαφζρει ςτθν επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων είναι οι μικροοργανιςμοί, θ περιεχόμενθ οργανικι φλθ θ οποία αποτελεί τθν τροφι των μικροοργανιςμϊν και το οξυγόνο το οποίο είναι απαραίτθτο για τθν ενζργεια και τθν επιβίωςθ των μικροοργανιςμϊν. Οξυγόνο Τροφι Μικροοργανιςμοί Σχιμα Το βαςικό τρίπτυχο ςτθν επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων Θ κινθτικι των μικροοργανιςμϊν Θ γνϊςθ τθσ κινθτικισ των μικροοργανιςμϊν είναι πολφ ςθμαντικι. Μια τυπικι καμπφλθ κινθτικισ βακτθρίων περιλαμβάνει τθ φάςθ τθσ ανάπτυξθσ (Lag, or exponential growth phase), τθ φάςθ τθσ ςυντιρθςθσ (Stationary phase) και τθ φάςθ τθσ καταςτροφισ (Death, or logarithmic decline phase) (ςχιμα ). Σχιμα Τυπικι καμπφλθ κινθτικισ βακτθρίων Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 29

35 Θ φάςθ τθσ ανάπτυξθσ περιλαμβάνει τθν περίοδο τθσ προςαρμογισ, τθν περίοδο τθσ λογαρικμικισ ανάπτυξθσ (θ οποία είναι ευκεία γραμμι) και τθν περίοδο ελάττωςθσ του ρυκμοφ ανάπτυξθσ.θ φάςθ τθσ καταςτροφισ περιλαμβάνει τθν περίοδο αφξθςθσ του ρυκμοφ καταςτροφισ, τθν περίοδο τθσ λογαρικμικισ καταςτροφισ και τθν περίοδο ελάττωςθσ του ρυκμοφ καταςτροφισ. Σε πειράματα κινθτικισ των μικροοργανιςμϊν ςυνικωσ χρθςιμοποιείται θ λογαρικμικι κλίμακα για τθ ςυγκζντρωςθ των μικροοργανιςμϊν ι τθσ βιομάηασ και θ φυςικι κλίμακα για τον χρόνο. Σε πειράματα με μεγάλεσ ςυγκεντρϊςεισ μικροοργανιςμϊν μετριζται θ βιομάηα ςαν ξθρι ουςία ενϊ ςε πειράματα με μικρζσ ςυγκεντρϊςεισ ο αρικμόσ των αποικιϊν που ςχθματίηουν οι μικροοργανιςμοί (Colony Forming Units, CFU). Με τθν ζναρξθ του πειράματοσ τα βακτιρια χρειάηονται ζνα χρονικό διάςτθμα για να προςαρμοςκοφν ςτο νζο τουσ περιβάλλον, ςτθ ςυνζχεια όμωσ αναπτφςςονται με ςτακερι ταχφτθτα (περίοδοσ λογαρικμικισ ανάπτυξθσ). Στθν περίοδο αυτι θ ςτοιχειϊδθσ αφξθςθ τθσ βιομάηασ dx ςτον ςτοιχειϊδθ χρόνο dt είναι ανάλογθ τθσ υφιςτάμενθσ βιομάηασ X. Δθλαδι dx dt = μχ. Ο ςυντελεςτισ μ ονομάηεται ςυντελεςτισ αναλογίασ ι ειδικόσ ςυντελεςτισ αφξθςθσ (specific growth rate). Με ολοκλιρωςθ θ εξίςωςθ δίνει X = X 0 e μt, θ οποία ςε θμιλογαρικμικι κλίμακα είναι γραμμικι. Θ ελάττωςθ τθσ τροφισ και θ παραγωγι καταλοίπων που δθλθτθριάηουν το περιβάλλον των βακτθρίων ζχει ςαν αποτζλεςμα τθν βακμιαία ελάττωςθ του ςυντελεςτι μ μζχρι μθδενιςμοφ του ςτθν τρίτθ περίοδο τθσ φάςθσ τθσ ανάπτυξθσ. Ακολουκεί θ φάςθ τθσ ςυντιρθςθσ. Στθ διάρκεια τθσ ςυντιρθςθσ οι μικροοργανιςμοί χρθςιμοποιοφν ουςίεσ που είναι αποκθκευμζνεσ ςτο κφτταρό τουσ και ςυνεχίηουν να επιβιϊνουν. Πταν πραγματοποιοφνται μετριςεισ τθσ βιομάηασ θ διάρκεια τθσ φάςθσ αυτισ είναι μικρι. Αντίκετα όταν πραγματοποιείται καταμζτρθςθ του αρικμοφ των μικροοργανιςμϊν είναι δυνατόν να είναι μεγάλθ, μζχρι και μινεσ. Αυτό ςυμβαίνει γιατί οι μικροοργανιςμοί οξειδϊνοντασ τισ αποκθκευμζνεσ ουςίεσ χάνουν μεν βάροσ αλλά δεν καταςτρζφονται. Μετά από οριςμζνο χρονικό διάςτθμα οι κάνατοι των βακτθρίων από ζλλειψθ τροφισ και λόγω των δυςμενϊν ςυνκθκϊν περιβάλλοντοσ, εξαιτίασ τθσ ςυςςϊρευςθσ των καταλοίπων τουσ που το υποβακμίηουν και το δθλθτθριάηουν, γίνονται περιςςότεροι από τισ γεννιςεισ. Αποτζλεςμα είναι θ ελάττωςι του πλθκυςμοφ τουσ, αρχικά με διαρκϊσ αυξανόμενο ςυντελεςτι καταςτροφισ (πρϊτθ περίοδοσ) και ςτθ ςυνζχεια με ςτακερό ςυντελεςτι (λογαρικμικι καταςτροφι). Στο τζλοσ είναι δυνατόν να επιβιϊςει ζνασ μικρόσ αρικμόσ μικροοργανιςμϊν για μεγάλο διάςτθμα. Αντίςτοιχα για τθν περίοδο τθσ λογαρικμικισ καταςτροφισ ιςχφει: dx dt = kx. Ο ςυντελεςτισ k ονομάηεται ςυντελεςτισ αναλογίασ ι ειδικόσ ςυντελεςτισ καταςτροφισ. Πλα αυτά είναι πολφ ςθμαντικά γιατί με αυτόν τον τρόπο υπολογίηεται κεωρθτικά θ ςτοιχειϊδθσ ποςότθτα τθσ βιομάηασ που παράγεται κατά τθν κατανάλωςθ τθσ ςτοιχειϊδουσ ποςότθτασ τθσ τροφισ. Τα μοντζλα πρόβλεψθσ τθσ αφαίρεςθσ του υποςτρϊματοσ, δθλαδι τθσ τροφισ, ςτα ςυςτιματα επεξεργαςίασ υγρϊν αποβλιτων ςτθρίηονται ςτισ γνϊςεισ τθσ μάηασ των μικροοργανιςμϊν που παράγεται ανά μονάδα μάηασ υποςτρϊματοσ που αφαιρείται. Ο ςυντελεςτισ παραγωγισ βιομάηασ (Y), ι ςυντελεςτισ κυτταρικισ απόδοςθσ, ι ςυντελεςτισ απόδοςθσ μετατροπισ, υπολογίηεται από τθ ςχζςθ Y = ΔX = dx dt ΔS ds και οι ςυντελεςτζσ αφξθςθσ (μ) και καταςτροφισ (k) οι οποίοι υπειςζρχονται ςτθν εξίςωςθ, dt εξαρτϊνται από όλεσ τισ παραμζτρουσ που χαρακτθρίηουν το περιβάλλον των βακτθρίων και επιδροφν ςτθν ταχφτθτα όλων των βιοχθμικϊν αντιδράςεων. Αυτοί είναι θ κερμοκραςία, το ph, το οξυγόνο, θ τροφι (υδατάνκρακεσ, λίπθ, πρωτεΐνεσ), θ θλιακι ακτινοβολία, θ αλατότθτα, θ πίεςθ κ.λ.π. Ο Monod μελζτθςε τθν επίδραςθ τθσ ςυγκζντρωςθσ τθσ τροφισ (S) και παρουςίαςε τθν εξίςωςθ: μ = μ max S όπου μ max θ μζγιςτθ τιμι του ςυντελεςτι αφξθςθσ για οριςμζνθ τροφι και οριςμζνο είδοσ μικροοργανιςμϊν και Κ s ο ςυντελεςτισ κορεςμοφ, θ τιμι του οποίου είναι ίςθ με τθν τιμι τθσ τροφισ (S) όταν μ = μ max (ςχιμα ). 2 K s + S Σχιμα Σχζςθ μζγιςτθσ τιμισ ςυντελεςτι αφξθςθσ και ςυντελεςτι κορεςμοφ Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 30

36 Ρειραματικά αποδείχτθκε ότι για ετερογενείσ μικροβιακοφσ πλθκυςμοφσ ςτθ κζςθ τθσ ςυγκζντρωςθσ τροφισ (S) ςτθν εξίςωςθ του Monod, μπορεί να τοποκετθκεί θ αρχικι ςυγκζντρωςι τθσ τροφισ (Sο). Οι βιοχθμικζσ αντιδράςεισ Για τθ κατανόθςθ των βιοχθμικϊν αντιδράςεων και των φυςικϊν, χθμικϊν και βιολογικϊν διεργαςιϊν οι οποίεσ λαμβάνουν χϊρα κατά τθν επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων παρουςιάηεται θ λειτουργία ενόσ αντιδραςτιρα αςυνεχοφσ λειτουργίασ (ςτιγμιαίασ πλιρωςθσ) (ςχιμα ), Οι αντιδραςτιρεσ είναι οι χϊροι (δεξαμενζσ) εντόσ των οποίων λαμβάνει χϊρα θ επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων. Σθμειϊνεται ότι οι αντιδραςτιρεσ που χρθςιμοποιοφνται για τθν επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων με τθ μζκοδο τθσ ενεργοφ ιλφοσ είναι αντιδραςτιρεσ ςυνεχοφσ ροισ πλιρουσ ανάμιξθσ με επανακυκλοφορία (ςχιμα ). Στουσ αντιδραςτιρεσ αυτοφ του τφπου ειςάγονται επί πλζον παράμετροι που ςυνδζονται με τθν επανακυκλοφορία. Σε κάκε περίπτωςθ, τα βαςικά μεγζκθ που ενδιαφζρουν είναι το οργανικό φορτίο, δθλαδι θ τροφι, οι μικροοργανιςμοί και θ κατανάλωςθ οξυγόνου για τθν οξείδωςθ του οργανικοφ φορτίου. Σε αντιδραςτιρα ςτιγμιαίασ πλιρωςθσ (ςχιμα ) καταγράφονται οι αυξομειϊςεισ των ςυγκεντρϊςεων διαφόρων ςτοιχείων που λαμβάνουν χϊρα ςτθ διάρκεια του χρόνου. Τα αποτελζςματα του πειράματοσ παρζχουν χριςιμεσ πλθροφορίεσ για τθν ταχφτθτα με τθν οποία οξειδϊνονται οι οργανικζσ ουςίεσ από τουσ μικροοργανιςμοφσ παρουςία οξυγόνου. Ειςαγωγι αζρα (Ο 2 ) O 2 (mg/l) So (mg/l) Xo (CFU/mL) Σχιμα Αντιδραςτιρασ ςτιγμιαίασ πλιρωςθσ (Batch Reactor) Στον αντιδραςτιρα με γνωςτι αρχικι ςυγκζντρωςθ τροφισ (οργανικισ φλθσ) S 0 γίνεται εμφφςθςθ οξυγόνου (O 2 ) με ςκοπό να καλυφκοφν οι ανάγκεσ τθσ βιολογικισ αντίδραςθσ. Στο χρόνο t 0 =0 γίνεται εμβολιαςμόσ με αερόβια βακτιρια θ αρχικι ςυγκζντρωςθ των οποίων είναι X 0. Σε τακτά χρονικά διαςτιματα γίνονται μετριςεισ των ςυγκεντρϊςεων των βακτθρίων (X), τθσ τροφισ (S) και τθσ ποςότθτασ του οξυγόνου (O 2 ) που ζχει καταναλωκεί. Ειςροι (Q, So) S, X, (1+α)Q (Q-Qs)S, Xc V S X αq, cx cx, S, Qs Σχιμα Αντιδραςτιρασ ςυνεχοφσ ροισ πλιρουσ ανάμιξθσ με επανακυκλοφορία Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 31

37 Στο ςχιμα δίνονται ςε μορφι διαγράμματοσ τα αποτελζςματα του πειράματοσ. Στο ςτοιχειϊδθ χρόνο dt παρατθρείται ελάττωςθ τθσ τροφισ (ds/dt) και αφξθςθ τθσ βιομάηασ (dx/dt). Θ καμπφλθ τθσ τροφισ παρουςιάηει ςυνεχι ελάττωςθ μζχρι μια οριςμζνθ ςυγκζντρωςθ θ οποία είναι οριακι γιατί θ τροφι ςτθ ςυγκζντρωςθ αυτι όπωσ και ςτισ μικρότερεσ από αυτιν δεν μπορεί να αξιοποιθκεί από τα βακτιρια. Θ βιομάηα αρχικά αυξάνει, ςτθ ςυνζχεια παραμζνει ςτακερι γιατί δεν υπάρχει τροφι ςε εκμεταλλεφςιμθ ποςότθτα και τζλοσ ελαττϊνεται. Θ αρχικι ελάττωςθ τθσ βιομάηασ οφείλεται ςτθν κατανάλωςθ των τροφϊν που είναι αποκθκευμζνεσ ςτα κφτταρα των βακτθρίων, ςτθ ςυνζχεια όμωσ και όταν εξαντλθκοφν τα αποκζματα αρχίηουν να καταςτρζφονται και τα ίδια τα βακτιρια. Tα νεκρά βακτιρια χρθςιμοποιοφνται ςαν τροφι από τα επιηϊντα τα οποία ςυνεχϊσ λιγοςτεφουν. Με αυτό τον τρόπο τα βακτιρια μποροφν να επιβιϊςουν για μεγάλο διάςτθμα, μινεσ ι ακόμα και χρόνια, ανάλογα με το είδοσ και τισ υπόλοιπεσ παραμζτρουσ που χαρακτθρίηουν το περιβάλλον τουσ. Τροφι (S) Αποικοδόμθςθ τροφισ Ενδογενισ αυτοαποικοδόμθςθ COD 0 BOD Κατανάλωςθ Ο 2 X - Βακτιρια S - Τροφι COD t X 0 Χρόνοσ (t) Σχιμα Σχζςεισ τροφισ (S), κατανάλωςθσ οξυγόνου και βιομάηασ (Χ) ςτθ διάρκεια του χρόνου ςε αντιδραςτιρα ςτιγμιαίασ πλιρωςθσ Θ κατανάλωςθ του οξυγόνου (καμπφλθ BOD) ςυνεχϊσ αυξάνει. Κατά τθ διάρκεια τθσ επιβίωςισ τουσ τα βακτιρια καταναλϊνουν οξυγόνο για να οξειδϊςουν τθν τροφι και να καλφψουν τισ ενεργειακζσ τουσ ανάγκεσ. Θ ςυγκζντρωςθσ τθσ τροφισ εκφράηεται ωσ COD. Θ διαφορά μεταξφ των τιμϊν του BOD και του (COD 0 -COD t ) οφείλεται ςτισ οργανικζσ ουςίεσ οι οποίεσ ζχουν μεν αφομοιωκεί από τα βακτιρια, δεν ζχουν όμωσ ακόμθ οξειδωκεί. Αν ςτο τζλοσ του πειράματοσ θ ςυγκζντρωςθ τθσ βιομάηασ είναι ίδια με τθν αρχικι τότε το COD τθσ τροφισ που αποικοδομικθκε είναι ίςο ςε το BOD που καταναλϊκθκε. Αυτό ςυμβαίνει όταν επιτυγχάνεται πλιρθσ οξείδωςθ των οργανικϊν ουςιϊν που περιζχονται ςτον αντιδραςτιρα. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 32

38 Κεφάλαιο 4: Η επεξεργαςία των υγρών αποβλήτων 4.1 Γενικά Θ ολοκλθρωμζνθ διαχείριςθ των υγρϊν αποβλιτων περιλαμβάνει ζργα για τθ ςυλλογι, τθν επεξεργαςία και τθ διάκεςι τουσ. Τα υγρά απόβλθτα μιασ πόλθσ ςυλλζγονται με το ςφςτθμα αποχζτευςθσ, το οποίο είναι δυνατόν να είναι χωριςτικό (όταν δεν δζχεται όμβρια φδατα) ι παντορροϊκό (όταν δζχεται και όμβρια φδατα) ι και μερικά χωριςτικό (όταν μόνο μερικά τμιματα του δικτφου αποχζτευςθσ δζχονται όμβρια φδατα και μερικά δεν δζχονται). Ρολλζσ φορζσ το ςφςτθμα δζχεται και ειςροζσ από υπόγεια ι επιφανειακά νερά. Μπορεί ακόμα και υπό προχποκζςεισ να δζχεται και κάποιεσ κατθγορίεσ βιομθχανικϊν αποβλιτων τα οποία όμωσ ζχουν οπωςδιποτε υποςτεί κάποιου είδουσ προεπεξεργαςία. Πλο το δίκτυο του ςυςτιματοσ αποχζτευςθσ ςυμβάλλει ςε ζναν Κεντρικό Αποχετευτικό Αγωγό (Κ.Α.Α.) ο οποίοσ καταλιγει ςε μια Εγκατάςταςθ Επεξεργαςίασ Λυμάτων (Ε.Ε.Λ.) όπου τα λφματα υφίςτανται επεξεργαςία με ςκοπό τθ δζςμευςθ και τθν εξουδετζρωςθ των ανεπικφμθτων ςυςτατικϊν τουσ. Ρολλζσ φορζσ ςτισ Ε.Ε.Λ. καταλιγουν και βοκρολφματα με τθ βοικεια βυτιοφόρων οχθμάτων, αφοφ ακόμα και ςιμερα ζνα ςθμαντικό ποςοςτό του πλθκυςμοφ ςε διάφορεσ χϊρεσ, αλλά ιδιαίτερα ςτισ λιγότερο αναπτυγμζνεσ, δεν είναι ςυνδεδεμζνο ςε κάποιο δίκτυο αποχζτευςθσ και εξυπθρετείται με ςθπτικοφσ κυρίωσ βόκρουσ. Οι ςθπτικοί βόκροι είναι ςτεγανζσ δεξαμενζσ όπου οδθγοφνται τα λφματα για κακίηθςθ και κατακράτθςθ των αιωροφμενων ςυςτατικϊν κακϊσ επίςθσ και μερικι αποικοδόμθςθ του οργανικοφ φορτίου. Τονίηεται όμωσ ότι τα βοκρολφματα που προζρχονται από τθν εκροι μιασ ςθπτικισ δεξαμενισ διαφζρουν ςθμαντικά από τα φρζςκα αςτικά λφματα και ότι τυγχάνουν ιδιαίτερθσ φροντίδασ. Τα κφρια ςτάδια τθσ επεξεργαςίασ των υγρϊν αποβλιτων είναι τα εξισ: Ρροεπεξεργαςία, κατά τθν οποία απομακρφνονται υλικά όπωσ πανιά, χαλίκια, άμμοσ, μικρά τεμάχια ξφλου και πλαςτικοφ, λάδια, λίπθ κ.λ.π. τα οποία ςυνικωσ προκαλοφν ηθμιζσ ςτο μθχανολογικό εξοπλιςμό και προβλιματα ςτθ ςυντιρθςθ και τθ λειτουργία τθσ Ε.Ε.Λ. Ρρωτοβάκμια επεξεργαςία, κατά τθν οποία απομακρφνεται ζνα μζροσ των αιωροφμενων ςτερεϊν και ζνα μζροσ των οργανικϊν ουςιϊν. Αυτό επιτυγχάνεται με το φυςικό φαινόμενο τθσ κακίηθςθσ. Δευτεροβάκμια επεξεργαςία, κατά τθν οποία απομακρφνονται οι βιοαποικοδομιςιμεσ οργανικζσ ουςίεσ και τα αιωροφμενα ςτερεά με τθ χριςθ βιολογικϊν και χθμικϊν διεργαςιϊν. Σθμειϊνεται ότι και θ απολφμανςθ περιλαμβάνεται ςτον τυπικό οριςμό τθσ ςυμβατικισ δευτεροβάκμιασ επεξεργαςίασ. Δευτεροβάκμια επεξεργαςία με απομάκρυνςθ των κρεπτικϊν ουςιϊν, κατά τθν οποία απομακρφνονται οι βιοαποικοδομιςιμεσ οργανικζσ ουςίεσ, τα αιωροφμενα ςτερεά και οι κρεπτικζσ ουςίεσ του αηϊτου και του φωςφόρου και πάλι με τθ χριςθ βιολογικϊν και χθμικϊν διεργαςιϊν. Τριτοβάκμια επεξεργαςία, κατά τθν οποία απομακρφνονται οι εναπομείναςεσ από τθν δευτεροβάκμια επεξεργαςία αιωροφμενεσ ουςίεσ, ςυνικωσ με χριςθ μζςου διικθςθσ. Ρροχωρθμζνθ επεξεργαςία, για τθν απομάκρυνςθ των αιωροφμενων αλλά και των διαλυμζνων ουςιϊν που παραμζνουν ςτα απόβλθτα μετά τθ ςυνθκιςμζνθ βιολογικι επεξεργαςία, όταν αυτι απαιτείται ςε διάφορεσ εφαρμογζσ επαναχρθςιμοποίθςθσ του νεροφ. Θ επεξεργαςία αυτι επιτυγχάνεται με ςυνδυαςμό φυςικϊν, βιολογικϊν και χθμικϊν διεργαςιϊν και ςυνικωσ περιλαμβάνει διικθςθ, χριςθ μεμβρανϊν, αντίςτροφθ ϊςμωςθ, προςρόφθςθ ςε ενεργό άνκρακα, ιοντοεναλλαγι κ.ά. Υπάρχουν και διεργαςίεσ επεξεργαςίασ λυμάτων που ςτθρίηονται ςτο ζδαφοσ και ςτθ φφςθ και ονομάηονται φυςικά ςυςτιματα επεξεργαςίασ. Τα ςυςτιματα αυτά ςυνδυάηουν φυςικοφσ, χθμικοφσ και βιολογικοφσ μθχανιςμοφσ επεξεργαςίασ και επιτυγχάνουν ικανοποιθτικι ποιότθτα εκροισ. Χρθςιμοποιοφνται ςυνικωσ ςε μικρά ςυςτιματα επεξεργαςίασ. Θ επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων πριν από τθ διάκεςι τουσ αμβλφνει τισ δυςμενείσ επιπτϊςεισ ςτουσ αποδζκτεσ, διαφυλάςςει τθν οικολογικι ιςορροπία και προςτατεφει το περιβάλλον. Οι μζκοδοι επεξεργαςίασ με φυςικζσ δυνάμεισ είναι γνωςτζσ ωσ φυςικζσ διεργαςίεσ, ενϊ οι μζκοδοι κατά τισ οποίεσ θ απομάκρυνςθ των ρυπογόνων ουςιϊν επιτυγχάνεται με χθμικζσ και βιολογικζσ αντιδράςεισ είναι γνωςτζσ ωσ χθμικζσ και βιολογικζσ διεργαςίεσ. Με ςτόχο λοιπόν τθν προςταςία τθσ υγείασ των ανκρϊπων μζςω τθσ προςταςίασ τθσ ποιότθτασ του νεροφ (πόςιμο, κολφμβθςθ, ψάρεμα κ.λ.π.) και τθν αποφυγι μετάδοςθσ αςκενειϊν, τθν αποτροπι δθλθτθριάςεων Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 33

39 από τοξικζσ ουςίεσ, υπολείμματα φαρμάκων και βαριά μζταλλα τα οποία βιοςυςςωρεφονται, τθν προςταςία τθσ ποιότθτασ των αποδεκτϊν από τθν ελάττωςθ του διαλυμζνου οξυγόνου (D.O.) και τθν αλλοίωςθ του οικοςυςτιματοσ (αποξυγόνωςθ), από τθν αιςκθτικι υποβάκμιςθ (οςμζσ, μθ διαφγεια, κ.λ.π.) και τα φαινόμενα ευτροφιςμοφ (υψθλζσ ςυγκεντρϊςεισ κρεπτικϊν αλάτων), είναι προφανζσ ότι όλοι οι ρφποι πρζπει να απομακρυνκοφν από τα υγρά απόβλθτα ςτισ Εγκαταςτάςεισ Επεξεργαςίασ Λυμάτων (Ε.Ε.Λ.) εφαρμόηοντασ διάφορεσ διεργαςίεσ και τεχνικζσ. 4.2 Σχεδιαςμόσ εγκαταςτάςεων επεξεργαςίασ υγρϊν αποβλιτων Για το ςχεδιαςμό των εγκαταςτάςεων επεξεργαςίασ υγρϊν αποβλιτων ακολουκοφνται τα παρακάτω βιματα: 1. Εκτιμοφνται οι ποςότθτεσ των υγρϊν αποβλιτων: Λαμβάνεται υπόψθ το αποχετευτικό δίκτυο (χωριςτικό ι παντορροϊκό). Υπολογίηονται οι καταναλϊςεισ νεροφ, οι απϊλειεσ, οι ειςροζσ και οι διθκιςεισ. Υπολογίηεται θ παροχι ξθρισ περιόδου, θ παροχι υγρισ περιόδου, θ μζςθ θμεριςια, θ μζγιςτθ θμεριςια, θ παροχι αιχμισ ι μζγιςτθ ωριαία. 2. Ρροςδιορίηονται τα ποιοτικά χαρακτθριςτικά των υγρϊν αποβλιτων: Το βιοδιαςπάςιμο οργανικό φορτίο, το ολικό οργανικό φορτίο, τα αιωροφμενα ςτερεά, το άηωτο, ο φϊςφοροσ και διάφοροι άλλοι ρυπαντζσ. 3. Εκτιμάται ο χρόνοσ ηωισ των ζργων. 4. Ρροςδιορίηονται οι προδιαγραφζσ (ορίηονται από τθ νομοκεςία) που πρζπει να πλθροφν τα απόβλθτα, μετά τθν επεξεργαςία, προκειμζνου να διατεκοφν ςε ζναν ςυγκεκριμζνο αποδζκτθ ι να επαναχρθςιμοποιθκοφν ςε διάφορεσ εφαρμογζσ, π.χ. για άρδευςθ. 5. Εξετάηονται όλεσ οι πικανζσ εναλλακτικζσ λφςεισ που μποροφν να ικανοποιιςουν τισ απαιτοφμενεσ προδιαγραφζσ. 6. Λαμβάνονται υπόψθ οι τοπικζσ ςυνκικεσ, όπωσ το κλίμα, οι εδαφολογικζσ ςυνκικεσ, θ κζςθ του αποχετευτικοφ ςυςτιματοσ κ.λ.π. 7. Ρραγματοποιείται τεχνικοοικονομικι ανάλυςθ που περιλαμβάνει: Κακοριςμό των κριτθρίων ςχεδιαςμοφ των διαφόρων μονάδων επεξεργαςίασ. Διαςταςιολόγθςθ των διαφόρων μονάδων ζτςι ϊςτε να επιτυγχάνεται θ επικυμθτι απόδοςθ με το χαμθλότερο κόςτοσ. Ανάλυςθ κόςτουσ των εναλλακτικϊν λφςεων, που περιλαμβάνει τον υπολογιςμό του κόςτουσ καταςκευισ και του κόςτουσ λειτουργίασ και ςυντιρθςθσ. Με βάςθ τθν ανάλυςθ αυτι επιλζγεται θ οικονομικότερθ λφςθ για καταςκευι. Σφγχρονα δίκτυα αποχζτευςθσ άρχιςαν να καταςκευάηονται ςτθν Ευρϊπθ πριν από περίπου χρόνια. Γφρο ςτα 1930 ξεκίνθςε ςτθν Ευρϊπθ θ καταςκευι των πρϊτων Ε.Ε.Λ. Σιμερα ζχουν καταςκευαςτεί ςφγχρονεσ Ε.Ε.Λ. ςε όλεσ ςχεδόν τισ πόλεισ τθσ Ελλάδασ, οι οποίεσ περιλαμβάνουν πολλά ςτάδια επεξεργαςίασ υγρϊν αποβλιτων και κάκε ςτάδιο επεξεργαςίασ περιλαμβάνει περιςςότερεσ από μια διεργαςίεσ. Εικόνα Εγκαταςτάςεισ Επεξεργαςίασ Λυμάτων (Ψυτάλλεια, Θεςςαλονίκθ, Ράτρα) Στισ μεγάλεσ Ε.Ε.Λ. οι διάφορεσ διεργαςίεσ γίνονται ςε ξεχωριςτοφσ χϊρουσ (δεξαμενζσ). Στισ μικρότερεσ εγκαταςτάςεισ καταςκευάηονται όςο το δυνατόν λιγότερεσ δεξαμενζσ. Αντίςτοιχα ζχουν αναπτυχκεί ξεχωριςτζσ τεχνολογίεσ για τθν καταςκευι: - μικρϊν εγκαταςτάςεων, (για μικροφσ οικιςμοφσ), - μεςαίων εγκαταςτάςεων, (για χωριά), - μεγάλων εγκαταςτάςεων, (για μικρζσ πόλεισ), - πολφ μεγάλων εγκαταςτάςεων (για μεγάλεσ πόλεισ). Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 34

40 Υγρά απόβλθτα Φυςικοχθμικι επεξεργαςία Πχι Ναι Ναι Υψθλό Βιοδιαςπάςιμα φορτίο Αναερόβια επεξεργαςία Πχι Διάκεςθ Βιολογικι επεξεργαςία με προςκικθ ενεργοφ άνκρακα (PACT) Ναι Τοξικά μθ βιοδιαςπάςιμα Ναι Ρεραιτζρω επεξεργαςία Πχι Πχι Διάκεςθ Αερόβια επεξεργαςία Αντιδραςτιρασ πλιρουσ μίξθσ Πχι Εφκολα βιοδιαςπάςιμα; Πχι Απαιτείται απομάκρυνςθ αηϊτου; Ενεργόσ ιλφσ Βιολογικά φίλτρα Ναι Ναι Ναι Ρεραιτζρω επεξεργαςία Αντιδραςτιρασ εμβολοειδοφσ ροισ Δεξαμενι επιλογισ Αντιδραςτιρασ διακοπτόμενων κφκλων Νιτροποίθςθ / Απονιτροποίθςθ Πχι Διάκεςθ Διάκεςθ Σχιμα Εναλλακτικά ςενάρια επιλογισ μεκόδου επεξεργαςίασ υγρϊν αποβλιτων Ειςροι λυμάτων Σχάρα Αμμοςυλλζκτθσ Ρρωτοβάκμια Κακίηθςθ Δ. Αεριςμοφ Βιοαντιδραςτιρασ Δευτεροβάκμια Κακίηθςθ Απολφμανςθ Μθχανικι (πρωτοβάκμια) επεξεργαςία Επιςτροφι επιπολαηόντων υγρϊν A.I. Ο 2 Επανακυκλοφορία ιλφοσ Βιολογικι (δευτεροβάκμια) επεξεργαςία Βιοαζριο Ιλφσ Γραμμι επεξεργαςίασ ιλφοσ Τριτοβάκμια επεξεργαςία Εκροι λυμάτων Απομάκρυνςθ ιλφοσ Ράχυνςθ Χϊνευςθ (Μεταπάχυνςθ) Αφυδάτωςθ Σχιμα Τυπικό διάγραμμα ροισ Ε.Ε.Λ. με τθ μζκοδο τθσ ενεργοφ ιλφοσ Ζνα ςφςτθμα επεξεργαςίασ υγρϊν αποβλιτων περιλαμβάνει διάφορα ςτάδια επεξεργαςίασ και ςχεδιάηεται με ςκοπό να δεςμεφςει και να απομακρφνει από τα απόβλθτα το οργανικό φορτίο, ανόργανεσ ουςίεσ όπωσ τα κρεπτικά άλατα (Ν και P), τα αιωροφμενα (SS) και διαλυμζνα (DS) ςτερεά, τουσ επικίνδυνουσ μικροοργανιςμοφσ και διάφορουσ άλλουσ ρυπαντζσ. Αυτό επιτυγχάνεται με ςυνδυαςμό φυςικϊν, χθμικϊν, φυςικοχθμικϊν και βιολογικϊν διεργαςιϊν. Το ςφνολο αυτϊν των διεργαςιϊν αποτελεί τθ διαδικαςία τθσ επεξεργαςίασ, κφρια επιδίωξθ τθσ οποίασ είναι θ απαλλαγι τθσ μάηασ των αποβλιτων από τουσ ρφπουσ και δευτερεφουςα επιδίωξθ θ εξουδετζρωςθ των ρφπων. Στο ςχθματικό διάγραμμα δίνονται τα βαςικά Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 35

41 βιματα ςχεδιαςμοφ μιασ εγκατάςταςθσ επεξεργαςίασ υγρϊν αποβλιτων και ςτο ςχιμα δίνεται ζνα απλό ςκαρίφθμα (διάγραμμα ροισ) μιασ μεγάλθσ εγκατάςταςθσ βιολογικισ επεξεργαςίασ αςτικϊν λυμάτων με τθ μζκοδο τθσ ενεργοφ ιλφοσ. Είναι εμφανισ θ διάκριςθ μεταξφ τθσ μθχανικισ ι πρωτοβάκμιασ και τθσ βιολογικισ ι δευτεροβάκμιασ επεξεργαςίασ. Διακρίνεται επίςθσ θ τριτοβάκμια ι προχωρθμζνθ επεξεργαςία, θ απολφμανςθ των λυμάτων και θ γραμμι επεξεργαςίασ τθσ ιλφοσ. Οι πιο ςυνθκιςμζνεσ διαδικαςίεσ κακαριςμοφ που εμφανίηονται είναι θ υποδοχι των υγρϊν αποβλιτων και θ αφαίρεςθ ευμεγεκϊν ςτερεϊν ςυνικωσ με ςχάρεσ ι κόςκινα, θ αφαίρεςθ λιπϊν και ελαίων (λιποςυλλζκτεσ) και θ αφαίρεςθ τθσ άμμου (αμμοςυλλζκτεσ). Ακολουκεί θ απομάκρυνςθ των ουςιϊν που κακιηάνουν ςτθν δεξαμενι πρωτοβάκμιασ κακίηθςθσ. Σ αυτό το ςθμείο ολοκλθρϊνεται θ πρωτοβάκμια επεξεργαςία και ακολουκεί θ δευτεροβάκμια (βιολογικι) επεξεργαςία, θ οποία περιλαμβάνει τον βιοαντιδραςτιρα (δεξαμενι αεριςμοφ) και τθν δεξαμενι τελικισ κακίηθςθσ. Τα λφματα που υπερχειλίηουν από τθν δεξαμενι τελικισ κακίηθςθσ απολυμαίνονται, ςυνικωσ με χλωρίωςθ (Cl 2 ) και πιο ςπάνια με υπεριϊδθ ακτινοβολία (UV) ι όηον (O 3 ) και διατίκενται ςε κάποιον αποδζκτθ. Εάν ο αποδζκτθσ των επεξεργαςμζνων εκροϊν είναι ευαίςκθτοσ απομακρφνονται από τα απόβλθτα και τα άλατα του αηϊτου (Ν) και του φωςφόρου (). Σε περιπτϊςεισ πολφ αυςτθρϊν απαιτιςεων για τισ εκροζσ, τα απόβλθτα κα πρζπει να υποβλθκοφν και ςε τριτοβάκμια ι προχωρθμζνθ επεξεργαςία θ οποία περιλαμβάνει διικθςθ, διεργαςίεσ μεμβρανϊν, αντίςτροφθ ϊςμωςθ κ.λ.π. Θ ιλφσ που προκφπτει από τισ δεξαμενζσ κακίηθςθσ οδθγείται προσ πάχυνςθ (παχυντισ), ςτακεροποίθςθ (αερόβια ι αναερόβια) και αφυδάτωςθ είτε με φυςικι ξιρανςθ (κλίνεσ ξιρανςθσ, χωμάτινεσ δεξαμενζσ, θλιακι ακτινοβολία) είτε με μθχανικι αφυδάτωςθ (ταινιοφιλτρόπρεςεσ, φυγοκεντρικοί διαχωριςτζσ). Θ ςτακεροποιθμζνθ και αφυδατωμζνθ ιλφσ διατίκεται ςε χϊρουσ που προβλζπει θ αρμόδια αρχι. 1. Ειςροι λυμάτων, 2. Κοχλίεσ ανφψωςθσ λυμάτων, 3. Σχάρεσ, 4. Αεριηόμενοσ αμμοςυλλζκτθσ, 5. Δεξαμενι πρωτοβάκμιασ κακίηθςθσ, 6. Ανάδευςθ, 7. Δεξαμενι βιολογικισ επεξεργαςίασ, 8. Δεξαμενι δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ, 9. Εκροι, 10. Δεξαμενι πρόςδοςθσ κρεπτικϊν ςυςτατικϊν, 11. Παχυντισ βαρφτθτασ, 12, Δεξαμενι αναερόβιασ χϊνευςθσ ιλφοσ, 13. Δεξαμενι ςυλλογισ βιοαερίου, 14. Λζβθτασ, 15. Ηλεκτρογεννιτρια, 16. Φυγοκεντρικόσ διαχωριςτισ, 17. Ταινιοφιλτρόπρεςα, 18. Απομάκρυνςθ ιλφοσ, 19. Απομάκρυνςθ εςχαριςμάτων, 20. Απομάκρυνςθ άμμου. Σχιμα Διάγραμμα ροισ διεργαςιϊν ςε μια Ε.Ε.Λ. (μια παραλλαγι) Διευκρινίηεται ότι ςε κάκε περίπτωςθ επεξεργαςίασ υγρϊν αποβλιτων δεν εφαρμόηονται ταυτόχρονα όλεσ οι διεργαςίεσ, αλλά ο πιο κατάλλθλοσ για τθν περίπτωςθ ςυνδυαςμόσ, του οποίου θ εκλογι του γίνεται από τον ειδικό μελετθτι με βάςθ τθν επαγγελματικι του εκτίμθςθ, τθν ποιότθτα και ποςότθτα των αποβλιτων, τθν αφομοιωτικι ικανότθτα και τισ επικυμθτζσ χριςεισ του αποδζκτθ. Ο κακοριςμόσ τθσ χριςθσ του αποδζκτθ κακορίηει κατά κανόνα τον τελικό βακμό κακαριςμοφ / επεξεργαςίασ. Διαφορετικόσ είναι για παράδειγμα ο απαιτοφμενοσ βακμόσ επεξεργαςίασ όταν ο αποδζκτθσ είναι θ κάλαςςα και διαφορετικόσ όταν πρόκειται για ζνα ποτάμι ι μια λίμνθ. Ρολλζσ φορζσ μελετάται το ςφςτθμα ςε πειραματικι μονάδα και διεξάγονται εργαςτθριακζσ δοκιμζσ για τον προςδιοριςμό των ειδικϊν χαρακτθριςτικϊν των αποβλιτων. Σε κάκε περίπτωςθ, κα πρζπει να ςυνδυάηεται θ απαιτοφμενθ ποιότθτα των επεξεργαςμζνων αποβλιτων με τθ μικρότερθ δυνατι δαπάνθ καταςκευισ και λειτουργίασ μιασ Ε.Ε.Λ., να διαςφαλίηεται θ δθμόςια υγεία και γενικότερα θ προςταςία του περιβάλλοντοσ και θ ποιότθτα ηωισ. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 36

42 Οι πίνακεσ και παρουςιάηουν τισ διακζςιμεσ διεργαςίεσ και τα πιο ςυνθκιςμζνα ςυςτιματα επεξεργαςίασ που εφαρμόηονται ςτισ Εγκαταςτάςεισ Επεξεργαςίασ Λυμάτων. Ρίνακασ Οι διεργαςίεσ επεξεργαςίασ των αςτικϊν υγρϊν αποβλιτων Διεργαςίεσ αντιμετϊπιςθσ των αιωροφμενων ςωματιδίων και των βιοαποικοδομιςιμων ουςιϊν ςε αιωροφμενθ μορφι Διεργαςίεσ αντιμετϊπιςθσ του οργανικοφ φορτίου, των διαλυμζνων βιοαποικοδομιςιμων δθλαδι ουςιϊν που ζχουν αρνθτικι επίδραςθ ςτο ιςοηφγιο του διαλυμζνου οξυγόνου και μετρϊνται ωσ BOD και COD Διεργαςίεσ αντιμετϊπιςθσ ουςιϊν που ςυμβάλλουν ςτον ευτροφιςμό, όπωσ ενϊςεισ του αηϊτου (NH 4 +, NO 2 -, NO 3 - ) και του φωςφόρου (PO 4 3- ) - Εςχάρωςθ - Εξάμμωςθ - Λιποςυλλογι - Επίπλευςθ - Κακίηθςθ - Φυγοκζντριςθ - Ρροεπεξεργαςία ι πρωτοβάκμια επεξεργαςία - Βιολογικι επεξεργαςία - Χθμικι επεξεργαςία - Φυςικι επεξεργαςία - Βιολογικι επεξεργαςία - Χθμικι επεξεργαςία Ρίνακασ Τα βαςικά ςυςτιματα επεξεργαςίασ των αςτικϊν υγρϊν αποβλιτων Συςτιματα προεπεξεργαςίασ ι πρωτοβάκμιασ επεξεργαςίασ Συςτιματα δευτεροβάκμιασ ι βιολογικισ επεξεργαςίασ Συςτιματα χθμικισ επεξεργαςίασ Συςτιματα τριτοβάκμιασ επεξεργαςίασ - Εςχάρωςθ - Εξάμμωςθ (Αμμοςυλλζκτθσ) - Επίπλευςθ - Λιποςυλλογι (Λιποςυλλζκτθσ) - Ρρωτοβάκμια κακίηθςθ Αερόβια ςυςτιματα Αναερόβια ςυςτιματα - Αντιδραςτιρεσ αιωροφμενθσ βιομάηασ (Ενεργόσ ιλφσ) - Αντιδραςτιρεσ προςκολλθμζνθσ βιομάηασ (Βιολογικοί υμζνεσ ςε χαλικοδιυλιςτιρια, ι διςκοδιυλιςτιρια) - Σθπτικζσ δεξαμενζσ - Δεξαμενζσ Imhoff - Λίμνεσ και δεξαμενζσ ςτακεροποίθςθσ - Οξείδωςθ - Αναγωγι - Κροκίδωςθ / Συςςωμάτωςθ - Χθμικι κατακριμνιςθ / Ιηθματοποίθςθ - Διικθςθ - Μεμβράνεσ - Αντίςτροφθ ϊςμωςθ - Ρροςρόφθςθ - Ιοντοεναλλαγι Μζκοδοι απολφμανςθσ - Χλωρίωςθ (Cl 2, ClO 2, NaOCl, NaOCl 2 ) - Υπεριϊδθσ ακτινοβολία (UV) - Οηόνωςθ (O 3 ) Μζκοδοι διάκεςθσ τθσ επεξεργαςμζνθσ εκροισ Τεχνολογίεσ επεξεργαςίασ ιλφοσ - Διάκεςθ ςε επιφανειακοφσ υδάτινουσ αποδζκτεσ - Διάκεςθ ςτο ζδαφοσ (Επιφανειακι απορροι, διικθςθ ςτο ζδαφοσ, άρδευςθ) - Ράχυνςθ - Βιολογικι ςτακεροποίθςθ (αερόβια ι αναερόβια) - Αφυδάτωςθ (Κλίνεσ ξιρανςθσ, ταινιοφιλτρόπρεςεσ, φυγοκζντριςθ) Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 37

43 Κεφάλαιο 5: Πρωτοβάθμια επεξεργαςία αςτικών λυμάτων 5.1 Γενικά Θ πρωτοβάκμια ι μθχανικι επεξεργαςία περιλαμβάνει τθν εςχάρωςθ, τθν αμμοςυλλογι, τθ λιποςυλλογι και τθν πρωτοβάκμια κακίηθςθ των λυμάτων. Σ αυτό το τμιμα τθσ Ε.Ε.Λ. απομακρφνονται από τα λφματα οι φερτζσ φλεσ, τα ανόργανα ςυςτατικά όπωσ θ άμμοσ και από τισ οργανικζσ ουςίεσ αυτζσ που επιπλζουν και αυτζσ που κακιηάνουν. Ειςροι Σχάρεσ Αμμοςυλλζκτθσ Ρρωτοβάκμια Κακίηθςθ Εκροι Εςχαρίςματα Άμμοσ Ιλφσ Απόδοςθ μθχανικοφ κακαριςμοφ: Σχιμα Ρρωτοβάκμια ι μθχανικι επεξεργαςία αςτικϊν λυμάτων - Μείωςθ αιωρουμζνων ςωματιδίων (TSS) κατά %. - Μείωςθ οργανικοφ φορτίου ωσ BOD 5 κατά %. 5.2 Εςχάρωςθ Με τθν είςοδό τουσ ςτθν Ε.Ε.Λ. τα λφματα διζρχονται από ςχάρεσ όπου ςυγκρατοφνται τα ευμεγζκθ ςτερεά όπωσ τεμάχια ξφλου, πανιά, γυαλιά, πλαςτικά, φλοιοί φροφτων και λαχανικϊν κ.λ.π. τα οποία είναι δυνατόν να προκαλζςουν εμφράξεισ ςτισ ςωλθνϊςεισ και τισ αντλίεσ τθσ εγκατάςταςθσ παρεμποδίηοντασ τθν επεξεργαςία των λυμάτων. Μερικζσ φορζσ τοποκετοφνται ςτθ ςειρά διαδοχικά ςχάρεσ με μεγάλο και μετά ςχάρεσ με μικρό άνοιγμα. Ο βακμόσ κακαριςμοφ των λυμάτων (απόδοςθ) είναι φυςικά διαφορετικόσ. Συνικωσ οι ςχάρεσ τοποκετοφνται ςε κλειςτό (εςτεγαςμζνο) χϊρο. Στο κτιριο αυτό οι οςμζσ είναι ζντονεσ και υπάρχει ανάγκθ απόςμθςθσ του χϊρου. Εικόνα Σχάρεσ Οι ςχάρεσ είναι διατάξεισ οι οποίεσ καταςκευάηονται ςυνικωσ από κεκλιμζνεσ ράβδουσ από ανοξείδωτο χάλυβα ορκογϊνιασ διατομισ με ςτρογγυλεμζνεσ ακμζσ. Θ απόςταςθ των ράβδων ποικίλει από μερικά χιλιοςτά ζωσ μερικά εκατοςτά. Υπάρχουν ςχάρεσ με μεγάλο άνοιγμα (απόςταςθ ράβδων mm) οι οποίεσ κακαρίηονται χειρονακτικά, ςχάρεσ με μικρό άνοιγμα (απόςταςθ ράβδων 6 40 mm) και ςχάρεσ με πολφ μικρό άνοιγμα (απόςταςθ ράβδων 3 6 mm) οι οποίεσ κακαρίηονται με μθχανικά μζςα. Οι διατάξεισ Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 38

44 που ςυνικωσ χρθςιμοποιοφνται και ιδιαίτερα ςε μεγάλεσ εγκαταςτάςεισ είναι μθχανικά αυτοκακαριηόμενεσ ςχάρεσ. Σχάρεσ χρθςιμοποιοφνται όπου αλλοφ απαιτείται προςταςία ευαίςκθτων τμθμάτων τθσ Ε.Ε.Λ. (π.χ. ςίφωνεσ). Τα εςχαρίςματα που προκφπτουν από τον εςχαριςμό των λυμάτων ςυμπιζηονται ελαφρά, αφυδατϊνονται και οδθγοφνται ςε χϊρουσ υγειονομικισ ταφισ ςτερεϊν αποβλιτων. Σχιμα Κεκλιμζνθ ςχάρα και μθχανιςμόσ απομάκρυνςθσ εςχαριςμάτων Θ απόδοςθ εςχαριςμοφ εξαρτάται από το άνοιγμα των ςχαρϊν και τθν κατά μζγεκοσ κατανομι των αιωροφμενων ςωματιδίων των αποβλιτων και είναι θ εξισ: - Μείωςθ αιωρουμζνων ςωματιδίων (TSS) κατά 5 10 %. - Μείωςθ οργανικοφ φορτίου ωσ BOD 5 κατά 0 10 %. Μεγαλφτερεσ αποδόςεισ επιτυγχάνονται με πιο λεπτζσ ςχάρεσ. Εικόνα Ρρζςα και μθχανιςμόσ απομάκρυνςθσ εςχαριςμάτων 5.3 Εξάμμωςθ (Αμμοςυλλζκτεσ) και λιποςυλλογι H άμμοσ που υπάρχει ςτα λφματα πρζπει να απομακρυνκεί μόλισ αυτά ειςζλκουν ςτθν Ε.Ε.Λ. γιατί δθμιουργεί προβλιματα ςτθν λειτουργία τθσ. Κατακάκεται ςτον πυκμζνα των δεξαμενϊν κακίηθςθσ και φκείρει τον μθχανολογικό εξοπλιςμό των δεξαμενϊν (αναδευτιρεσ, ςαρωτζσ, αντλίεσ κ.λ.π.). Επίςθσ αυξάνει τον απαιτοφμενο όγκο των δεξαμενϊν επεξεργαςίασ ιλφοσ. Οι διατάξεισ που χρθςιμοποιοφνται για τθν εξάμμωςθ ονομάηονται αμμοςυλλζκτεσ και θ λειτουργία τουσ βαςίηεται είτε ςτθν επίδραςθ τθσ βαρφτθτασ είτε ςτθν επίδραςθ τθσ φυγόκεντρθσ δφναμθσ. Οι αμμοςυλλζκτεσ είναι ςτθν πραγματικότθτα δεξαμενζσ κακίηθςθσ ςτισ οποίεσ τα διακεκριμζνα ςτερεά τα οποία βρίςκονται ςε υγρό με μικρότερθ πυκνότθτα, επιταχφνονται μζχρισ ότου φκάςουν να κινοφνται με μια τερματικι ι οριακι ταχφτθτα. Τότε θ δφναμθ βαρφτθτασ εξιςορροπείται με τθ οπιςκζλκουςα δφναμθ με Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 39

45 αποτζλεςμα τθν κακίηθςθ των ςτερεϊν. Ο ςτόχοσ είναι ο διαχωριςμόσ των κόκκων άμμου, των ςωματιδίων αργίλου ι των άλλων αδρανϊν υψθλισ πυκνότθτασ, με διάμετρο μεγαλφτερθ από 200 μm που δεν είναι οργανικά και ζχουν ταχφτθτεσ κακίηθςθσ ςθμαντικά μεγαλφτερεσ από εκείνεσ των οργανικϊν ςτερεϊν. Ταχφτθτα (cm/s) Εικόνα Αμμοςυλλζκτεσ Διάμετροσ (mm) Σχιμα Ταχφτθτα κακίηθςθσ τθσ άμμου ςε ςχζςθ με τθ διάμετρο των κόκκων τθσ και τθ κερμοκραςία ςε υγρό που βρίςκεται ςε θρεμία H ταυτόχρονθ κακίηθςθ και μικρισ ποςότθτασ οργανικϊν ουςιϊν αντιμετωπίηεται με διατάξεισ πλφςθσ τθσ άμμου οι οποίεσ τοποκετοφνται ςτουσ αμμοςυλλζκτεσ. Οι κόκκοι τθσ άμμου κακιηάνουν με ταχφτθτεσ που εξαρτϊνται από τισ διαςτάςεισ και το ειδικό τουσ βάροσ. Στουσ αμμοςυλλζκτεσ τα λφματα δεν είναι ςτάςιμα αλλά βρίςκονται ςε ςυνεχι ροι. Συνεπϊσ και θ ροι, ςτρωτι ι τυρβϊδθσ, παίηει ςθμαντικό ρόλο κακϊσ επίςθσ και θ κερμοκραςία των λυμάτων. Με ςτρωτι ροι θ κακίηθςθ τθσ άμμου γίνεται ομαλά, με τθν ίδια ταχφτθτα όπωσ και ςτα ςτάςιμα νερά. Πταν όμωσ θ ροι δεν είναι ςτρωτι θ κακίηθςθ τθσ άμμου επιβραδφνεται και δθμιουργοφνται προβλιματα ςτον αμμοςυλλζκτθ. Συγκεκριμζνα οι υπερβολικά μικρζσ ταχφτθτεσ οδθγοφν ςτθ κακίηθςθ οργανικϊν ςωματιδίων με επακόλουκο τθ ςιψθ των οργανικϊν ενϊςεων και τισ δυςάρεςτεσ οςμζσ. Εικόνα Απομάκρυνςθ τθσ άμμου από τα λφματα Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 40

46 Οι αμμοςυλλζκτεσ είναι απολφτωσ απαραίτθτοι ςε όλεσ τισ Ε.Ε.Λ. ιδιαίτερα όμωσ ςε παντορροϊκά ςυςτιματα αποχζτευςθσ, επειδι ςε περιπτϊςεισ μεγάλθσ βροχισ ςυμπαραςφρονται μεγάλεσ ποςότθτεσ άμμου, οι οποίεσ λόγω μεγάλου ςτροβιλιςμοφ παραμζνουν ςε αιϊρθςθ. Οι κυριότεροι τφποι αμμοςυλλεκτϊν είναι οι οριηόντιοι, οι κατακόρυφοι, οι κυκλικοί. Οι αμμοςυλλζκτεσ μπορεί να είναι αεριηόμενοι ι μθ. Θ απομάκρυνςθ τθσ άμμου γίνεται με το χζρι ςε μικρζσ εγκαταςτάςεισ και με αντλίεσ ι ξζςτρα που αναρτϊνται ςε κινοφμενεσ γζφυρεσ ςε μεγάλεσ εγκαταςτάςεισ. Θ άμμοσ ςυνικωσ πλζνεται αφυδατϊνεται και απομακρφνεται. Τα λίπθ και τα ζλαια τα οποία υπάρχουν ςτα υγρά απόβλθτα δθμιουργοφν προβλιματα ςτο ςτάδιο τθσ βιολογικισ επεξεργαςίασ των λυμάτων. Θ λιποςυλλογι μπορεί να πραγματοποιθκεί πριν ι και ταυτόχρονα με τθν αμμοςυλλογι. Συνικωσ χρθςιμοποιείται θ μζκοδοσ τθσ επίπλευςθσ επειδι τα λίπθ ζχουν τθν ικανότθτα να επιπλζουν ςτθν επιφάνεια των υγρϊν αποβλιτων, απ όπου απομακρφνονται ςυνικωσ με ξζςτρα επιφανείασ ι με αναρρόφθςθ. Σχιμα Τομι αεριηόμενου αμμοςυλλζκτθ - λιποςυλλζκτθ 5.4 Κακίηθςθ (πρωτοβάκμια) Με τθν κακίηθςθ επιτυγχάνεται ο διαχωριςμόσ από τα λφματα των ουςιϊν που κακιηάνουν και αυτϊν που επιπλζουν. Ρρόκειται για μια φυςικι διεργαςία διαχωριςμοφ των αιωροφμενων ςωματιδίων, το ειδικό βάροσ των οποίων είναι μεγαλφτερο από το αντίςτοιχο του νεροφ. Για ςωματίδια με μζςο μζγεκοσ μεγαλφτερο από 100 μm και ςυγκζντρωςθ μεγαλφτερθ από 50 mg/l, θ κακίηθςθ είναι θ κατ εξοχιν εφαρμοηόμενθ μζκοδοσ διαχωριςμοφ. Στθρίηεται ςτo φαινόμενο τθσ βαρφτθτασ και εφαρμόηεται για τθν απομάκρυνςθ διαφόρων ςτερεϊν που κακιηάνουν. Θ κακίηθςθ εφαρμόηεται: για τθν απομάκρυνςθ τθσ άμμου ςτουσ αμμοςυλλζκτεσ, για τθν απομάκρυνςθ των TSS (πρωτοβάκμια κακίηθςθ), για τθν απομάκρυνςθ των βιολογικϊν κροκίδων μετά από βιολογικι επεξεργαςία (δευτεροβάκμια κακίηθςθ), για τθν απομάκρυνςθ των χθμικϊν κροκίδων (μετά από χθμικι κροκίδωςθ), για τθν πάχυνςθ (πφκνωςθ) των ςτερεϊν ςτουσ παχυντζσ ιλφοσ. Θ ευρεία χριςθ τθσ κακίηθςθσ οφείλεται ςτθν απλότθτα τθσ μεκόδου, παρά τισ περιπλοκζσ που παρουςιάηουν πολλζσ φορζσ διάφορεσ δεξαμενζσ κακίηθςθσ, και ςτθ μικρι κατανάλωςθ ενζργειασ. Τα ςωματίδια κακιηάνουν με βαρφτθτα και θ ταχφτθτα κακίηθςθσ ςε θρεμία εξαρτάται από το μζγεκοσ, το ειδικό βάροσ και το ςχιμα των ςωματιδίων κακϊσ και τθν κινθματικι ςυνεκτικότθτα του ρευςτοφ, θ οποία είναι ςυνάρτθςθ και τθσ κερμοκραςίασ. Ο πίνακασ και το ςχιμα παρουςιάηουν τα χαρακτθριςτικά κακίηθςθσ οριςμζνων αιωρουμζνων ςωματιδίων. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 41

47 Θ πρωτοβάκμια κακίηθςθ γίνεται ςε ορκογϊνιεσ (ςχιματα 5.4.2, και 5.4.4), ι κυκλικζσ δεξαμενζσ (ςχιματα και 5.4.7) όπου τα ςτερεά κακιηάνουν ςε ςυνκικεσ θρεμίασ κάτω από τθν επίδραςθ τθσ βαρφτθτασ. Ο χρόνοσ παραμονισ κυμαίνεται από 1,5 3,0 ϊρεσ, με βάςθ τθ μζςθ παροχι των λυμάτων. Ρίνακασ Χαρακτθριςτικά κακίηθςθσ αιωρουμζνων ςωματιδίων Υλικό Μζγεκοσ (μm) Χρόνοσ κακίηθςθσ (1,0 m) Χαλαηίασ (άμμοσ) δευτερόλεπτο δευτερόλεπτα δευτερόλεπτα Ιλφσ λεπτά Βακτιρια ϊρεσ Κολλοειδι 0,1 755 θμζρεσ Σχιμα Ταχφτθτα κακίηθςθσ διαφόρων ςωματιδίων Σχιμα Ορκογϊνιεσ και κυκλικζσ δεξαμενζσ κακίηθςθσ Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 42

48 Σχιμα Κάτοψθ ορκογϊνιασ δεξαμενισ κακίηθςθσ Σχιμα Τομι ορκογϊνιασ δεξαμενισ κακίηθςθσ Σχιμα Σκαρίφθμα τομισ ορκογϊνιασ δεξαμενισ κακίηθςθσ Σε κάκε δεξαμενι κακίηθςθσ καταςκευάηεται προςαγωγόσ αγωγόσ ι διάταξθ ειςόδου με ςτόχο τθν ομοιόμορφθ κατανομι τθσ παροχισ και ομαλι χωρίσ ςτροβιλιςμοφσ ροι. Θ είςοδοσ (1) των υγρϊν ςτθ δεξαμενι κακίηθςθσ γίνεται με τζτοιο τρόπο ϊςτε να μειϊνονται οι αναταράξεισ / αναδεφςεισ και να επιτυγχάνεται θ κακίηθςθ. Αυτό επιτυγχάνεται με τισ διατάξεισ θρεμίασ. Θ ζξοδοσ (2) των διαυγαςμζνων αποβλιτων γίνεται με ειδικι διάταξθ (υπερχειλιςτι) για ομοιόμορφθ απομάκρυνςθ των εξερχόμενων ςε όλθ τθν περιφζρεια ι ςε όλθ τθ διάταξθ εξόδου. Σε κάκε δεξαμενι κακίηθςθσ υπάρχει το ξζςτρο ιλφοσ (3) και ο κϊνοσ ςυγκζντρωςθσ ιλφοσ (4). Θ ιλφσ που κακιηάνει απομακρφνεται προσ τον κϊνο ςυγκζντρωςθσ με τθ βοικεια του ξζςτρου. Το ξζςτρο κινείται με μικρι ταχφτθτα για αποφυγι επαναιϊρθςθσ τθσ ιλφοσ. Υπάρχουν ακόμα τα ςυςτιματα ςυλλογισ και απομάκρυνςθσ των επιπλεόντων (5). Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 43

49 Σχιμα Σκαρίφθμα διάταξθσ ειςόδου ςε ορκογϊνια δεξαμενι κακίηθςθσ Οι παράγοντεσ που επθρεάηουν τθν κακίηθςθ, δθλαδι τθν απόδοςθ των δεξαμενϊν, είναι θ μεταβολι τθσ πυκνότθτασ του νεροφ (ςυγκζντρωςθ αλάτων, κολότθτα, κερμοκραςία), οι διατάξεισ θρεμίασ κατά τθν ειςροι του νεροφ, οι άνεμοι, και οι μθχανιςμοί απομάκρυνςθσ τθσ ιλφοσ. Απαγωγόσ επιπλεόντων Ηϊνθ κακίηθςθσ Ηϊνθ κακίηθςθσ Ιλφσ Ιλφσ Κϊνοσ ιλφοσ Ειςροι Βραχίονασ ςαρωτι Ιλφσ Σχιμα Σκαρίφθμα τομισ κυκλικισ δεξαμενισ κακίηθςθσ Θ απόδοςθ τθσ πρωτοβάκμιασ κακίηθςθσ ςτθν επεξεργαςία των λυμάτων ζχει ωσ εξισ: - Μείωςθ αιωρουμζνων ςωματιδίων (TSS) κατά %. - Μείωςθ οργανικοφ φορτίου ωσ BOD 5 κατά %. Σθμειϊνεται ότι ο βακμόσ απόδοςθσ των δεξαμενϊν πρωτοβάκμιασ κακίηθςθσ κακορίηεται από τθ μζκοδο επεξεργαςίασ που κα εφαρμοςτεί περαιτζρω. Πταν εφαρμόηεται μόνο μθχανικι επεξεργαςία, θ κακίηθςθ κζτει αυςτθρά όρια και ζτςι ςτθν εκροι από τισ δεξαμενζσ, δεν επιτρζπεται μεγαλφτερθ περιεκτικότθτα από 0.3 cm 3 /L ςε κακιηάνουςα ιλφ. Στθν περίπτωςθ τθσ βιολογικισ επεξεργαςίασ με τθ μζκοδο τθσ αιωροφμενθσ βιομάηασ, οι απαιτιςεισ ςτο βακμό απόδοςθσ των δεξαμενϊν πρωτοβάκμιασ κακίηθςθσ είναι ςχετικά μικρζσ. Ρολλζσ φορζσ αρκεί μόνο θ απομάκρυνςθ των πλζον μεγάλων ςωματιδίων. Αντίκετα οι απαιτιςεισ ςτθν εκροι από τισ δεξαμενζσ τελικισ κακίηθςθσ οι οποίεσ τοποκετοφνται μετά τθ βιολογικι και χθμικι επεξεργαςία για να ςυγκρατιςουν τουσ βιολογικοφσ και χθμικοφσ κρόμβουσ είναι πολφ αυςτθρζσ. Θ ιλφσ που προκφπτει από τισ δεξαμενζσ πρωτοβάκμιασ κακίηθςθσ (ςυνικωσ 45 gr/κατ.θμ.) περιζχει κυρίωσ ανόργανεσ ουςίεσ, δθλαδι πολλά αδρανι υλικά όπωσ άμμο, χϊμα κ.λ.π. Ρρόκειται για ιλφ θ οποία αφυδατϊνεται ςχετικά εφκολα. Θ περιεκτικότθτά τθσ ςε ςτερεά είναι ςυνικωσ 2,5 3,0 %. Με δεδομζνο ότι τα λφματα ςτο ςτάδιο του μθχανικοφ κακαριςμοφ δεν ζχουν ακόμα υποςτεί βιολογικι επεξεργαςία, θ ιλφσ τθσ πρωτοβάκμιασ κακίηθςθσ περιζχει και πολφ μεγάλο ποςοςτό οργανικϊν ουςιϊν. Γι αυτό το λόγο απαιτείται οπωςδιποτε ςτακεροποίθςθ πριν τθν τελικι τθσ διάκεςθ. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 44

50 Εικόνα Άποψθ ορκογϊνιασ και κυκλικισ δεξαμενισ κακίηθςθσ Εικόνα Κυκλικζσ δεξαμενζσ κακίηθςθσ Εικόνα Υπερχειλιςτισ και διάταξθ απαγωγισ επιπλεόντων Εικόνα Σαρωτισ ιλφοσ και κϊνοσ ςυγκζντρωςθσ ιλφοσ ςε κυκλικι δεξαμενι κακίηθςθσ Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 45

51 Ρίνακασ Τυπικζσ διαςτάςεισ δεξαμενϊν πρωτοβάκμιασ κακίηθςθσ Εφροσ τιμϊν Τυπικι τιμι Ορκογωνικζσ δεξαμενζσ Βάκοσ 3 5 m 4,3 m Μικοσ m m Ρλάτοσ 3 24 m 5 10 m Ταχφτθτα ξζςτρων 0,6 1,2 m/min 0,9 m/min Κυκλικζσ δεξαμενζσ Βάκοσ 3 5 m 4,3 m Διάμετροσ 3 60 m m Κλίςθ πυκμζνα 1/16-1/6 1/12 Ταχφτθτα ξζςτρων 0,02 0,05 r/min 0.03 r/min υπαντισ Αιωροφμενθ οργανικι φλθ Διαλυμζνθ οργανικι φλθ Ρίνακασ Θ κακίηθςθ ωσ μζκοδοσ απομάκρυνςθσ ρυπαντϊν από τα υγρά απόβλθτα Κροκίδωςθ και κακίηθςθ Ρρωτοβάκμια κακίηθςθ Βιολογικι επεξεργαςία και κακίηθςθ Ρροςκικθ χθμικϊν ςτθν ειςροι, βιολογικι επεξεργαςία και κακίηθςθ ΚΑΛΘ - ΑΙΣΤΘ ΜΕΤΙΑ ΚΑΛΘ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΚΘ ΜΕΤΙΑ - ΚΑΚΘ ΚΑΚΘ Αμμωνιακό άηωτο Ανόργανο άηωτο Φϊςφοροσ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ - - ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ Σουλφίδια Ρτθτικζσ οργανικζσ ενϊςεισ (VOC) Θμιπτθτικζσ οργανικζσ ενϊςεισ (SOC) ΚΑΚΘ ΜΕΤΙΑ Φυτοφάρμακα Βαριά μζταλλα ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΚΘ ΜΕΤΙΑ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ Ρακογόνοι μικροοργανιςμοί ΚΑΚΘ ΚΑΚΘ ΚΑΚΘ ΚΑΚΘ Κακι: 0-20%, Μζτρια: 20-60%, Καλι: 60-90%, Άριςτθ: % Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 46

52 Κεφάλαιο 6: λυμάτων Δευτεροβάθμια επεξεργαςία αςτικών 6.1 Γενικά Θ δευτεροβάκμια επεξεργαςία των αςτικϊν λυμάτων ακολουκεί ςυνικωσ τθν πρωτοβάκμια και αποςκοπεί ςτθ περαιτζρω μείωςθ του διαλυτοφ οργανικοφ φορτίου (BOD) και των αιωροφμενων ςτερεϊν (S.S.), ενϊ ακόμα μπορεί να ςτοχεφει ςτθ μείωςθ των αηωτοφχων (Ν) και φωςφορικϊν ( ) ενϊςεων, που μπορεί να υπάρχουν ςτα υγρά απόβλθτα. Με δεδομζνο ότι το κυριότερο ρυπαντικό φορτίο ςτα αςτικά λφματα είναι κατά το μεγαλφτερο μζροσ (ςε ποςοςτό περίπου 70 %) οργανικισ ςφνκεςθσ, θ βιολογικι επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων ςτθρίηεται ςτθ βιοχθμικι αποικοδόμθςθ και μετατροπι των πολφ λεπτϊν και διαλυμζνων οργανικϊν ουςιϊν ςε ςυςςωματϊματα, τα οποία ςτθ ςυνζχεια απομακρφνονται με κακίηθςθ. Διακρίνεται ανάλογα με τουσ μικροοργανιςμοφσ οι οποίοι παίηουν το ςπουδαιότερο ρόλο και είναι υπεφκυνοι για τθ διάςπαςθ και τθ ςτακεροποίθςθ των οργανικϊν ουςιϊν ςε: αερόβια, κατά τθν οποία επιτυγχάνεται διάςπαςθ και ςτακεροποίθςθ από αερόβιουσ και επαμφοτερίηοντεσ μικροοργανιςμοφσ, αναερόβια, κατά τθν οποία επιτυγχάνεται διάςπαςθ και ςτακεροποίθςθ από αναερόβιουσ και επαμφοτερίηοντεσ μικροοργανιςμοφσ και αερόβια-αναερόβια, κατά τθν οποία επιτυγχάνεται διάςπαςθ και ςτακεροποίθςθ και από τα τρία είδθ των οργανιςμϊν (αερόβιοι, αναερόβιοι και επαμφοτερίηοντεσ). Κατά τθ βιολογικι διεργαςία οι μικροοργανιςμοί χρθςιμοποιοφν ζνα μζροσ τθσ τροφισ (του υποςτρϊματοσ) ςε διεργαςίεσ αποςφνκεςθσ, εξαςφαλίηοντασ τθν απαιτοφμενθ για τισ λειτουργικζσ τουσ ανάγκεσ ενζργεια, ενϊ παράλλθλα χρθςιμοποιοφν ζνα άλλο μζροσ του υποςτρϊματοσ για τθ ςφνκεςθ τθσ κυτταρικισ τουσ δομισ Αερόβια ςυςτιματα βιολογικισ επεξεργαςίασ λυμάτων Θ απομάκρυνςθ και θ ςτακεροποίθςθ τθσ διαλυμζνθσ και τθσ ςωματιδιακισ οργανικισ φλθσ που βρίςκεται ςτα λφματα επιτυγχάνεται βιολογικά με τθ χριςθ αερόβιων μικροοργανιςμϊν, κυρίωσ βακτθρίων. Οι μικροοργανιςμοί λαμβάνουν ενζργεια καταναλϊνοντασ ςτοιχειακό οξυγόνο (Ο2) και οξειδϊνουν τθν οργανικι φλθ των αποβλιτων ςε διοξείδιο του άνκρακα (CO2), νερό (H2O) και επιπρόςκετθ βιομάηα (νζα κφτταρα) (εξίςωςθ 1 και ςχιμα ). Τα κρεπτικά ςυςτατικά (Ν και ) απαιτοφνται για τθ μετατροπι τθσ οργανικισ φλθσ ςε απλά τελικά προϊόντα. Ο όροσ νζα κυτταρικι μάηα χρθςιμοποιείται για να αναπαραςτιςει τθ βιομάηα που παράγεται ωσ αποτζλεςμα τθσ οξείδωςθσ τθσ οργανικισ φλθσ των υγρϊν αποβλιτων. 𝛰𝜌𝛾𝛼𝜈𝜄𝜅ή ύ𝜆𝜂 + 𝜪𝟐 𝛭𝜄𝜅𝜌𝜊𝜊𝜌𝛾𝛼𝜈𝜄𝜍𝜇𝜊 ί 𝑪𝜪𝟐 + 𝜢𝟐 𝑶 + 𝛮έ𝛼 𝜅𝜐𝜏𝜏𝛼𝜌𝜄𝜅ή 𝜇ά𝜁𝛼 + 𝛮𝛰3 + 𝑃𝑂43 + 𝑆𝑂42 *εξ. 1+ Οργανικζσ ουςίεσ λυμάτων + Μικροοργανιςμοί + Θρεπτικά ςυςτατικά (Ν, P) + Ο2 Νζα κυτταρικι μάηα + CO2 + H2O Σχιμα Αερόβια βιολογικι επεξεργαςία λυμάτων - Θ αμμωνία (ΝΘ3) που υπάρχει ςτα απόβλθτα οξειδϊνεται από ειδικά βακτιρια ςε νιτρϊδθ (NO2 ) και νιτρικά (NO3 ) άλατα ςε μια διαδικαςία θ οποία ονομάηεται νιτροποίθςθ και τα νιτρικά άλατα μετατρζπονται από Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 47

53 άλλα ειδικά βακτιρια ςε αζριο άηωτο (Ν 2 ) ςε μια διαδικαςία θ οποία ονομάηεται απονιτροποίθςθ. Ζτςι απομακρφνεται το άηωτο από τα απόβλθτα. Για τθν απομάκρυνςθ του φωςφόρου, οι βιολογικζσ διεργαςίεσ διαμορφϊνονται ζτςι ϊςτε να προάγουν τθν ανάπτυξθ βακτθρίων με τθν ικανότθτα να απορροφοφν και να αποκθκεφουν μεγάλα ποςά ανόργανου φωςφόρου. Θ μζκοδοσ τθσ αερόβιασ επεξεργαςίασ των υγρϊν αποβλιτων βαςίηεται ςτθν ανάμιξθ και τον αεριςμό των αποβλιτων υπό ςυνκικεσ που επιτρζπουν τθν επικράτθςθ κατάλλθλων αερόβιων μικροοργανιςμϊν, ςε βιοαντιδραςτιρεσ, όπου τα διαλυτά και κολλοειδι ρυπαντικά φορτία (εκπεφραςμζνα ωσ οργανικό φορτίο μετροφμενο με το ΒΟD 5, ολικό άηωτο, και ολικό φϊςφορο) μετατρζπονται ςε προϊόντα αποςφνκεςθσ (CO 2, N 2 ) και προϊόντα ςφνκεςθσ (νζα κυτταρικι μάηα), τα οποία μποροφν εφκολα να διαχωριςτοφν και να απομακρυνκοφν από τθν υγρι φάςθ. Θ βιομάηα που παράγεται ζχει ςχετικι πυκνότθτα ελαφρϊσ μεγαλφτερθ απ αυτι του νεροφ και μπορεί να απομακρυνκεί από τα επεξεργαςμζνα υγρά απόβλθτα με κακίηθςθ με βαρφτθτα ςτισ δεξαμενζσ τελικισ κακίηθςθσ. Εάν δεν απομακρυνκεί δεν επιτυγχάνεται ολοκλθρωμζνθ επεξεργαςία γιατί θ βιομάηα είναι εκ φφςεωσ οργανικό υλικό και κα προςμετρθκεί ωσ BOD ςτθν εκροι. Οι βιοαντιδραςτιρεσ ςχεδιάηονται κατάλλθλα, ϊςτε να παρζχουν ιδανικζσ ςυνκικεσ ανάπτυξθσ ςτουσ μικροοργανιςμοφσ όπωσ κερμοκραςία, ph, ςυγκζντρωςθ οξυγόνου, αλκαλικότθτα και διαςταςιολογοφνται από τθν ζνταςθ και το είδοσ των διεργαςιϊν (αερόβιοι, αναερόβιοι) ενϊ οι δεξαμενζσ κακίηθςθσ είναι κοινζσ ςε όλεσ τισ περιπτϊςεισ Αναερόβια ςυςτιματα βιολογικισ επεξεργαςίασ λυμάτων Κατά τθν αναερόβια διεργαςία θ βιολογικι αποικοδόμθςθ του οργανικοφ υλικοφ πραγματοποιείται απουςία οξυγόνου με τθ δράςθ αναερόβιων μικροοργανιςμϊν, οι οποίοι αναπτφςςονται χρθςιμοποιϊντασ ωσ πθγι ενζργειασ τισ οργανικζσ ενϊςεισ. Τα βαςικότερα προϊόντα τθσ αναερόβιασ διεργαςίασ, είναι μεκάνιο (CH 4 ), διοξείδιο του άνκρακα (CO 2 ), υδρόκειο (H 2 S), υδρογόνο (Θ 2 ), αμμωνία (ΝΘ 3 ) και αναερόβια βιομάηα (εξίςωςθ 2 και ςχιμα ) Θ δθμιουργία των προϊόντων εξαρτάται από τισ ςυνκικεσ λειτουργίασ, τα χαρακτθριςτικά τθσ τροφοδοςίασ και τα εμπλεκόμενα είδθ των μικροοργανιςμϊν. Οργανική ύλη Μικροοργανιςμο ί CΟ 2 + CΗ 4 + Νέα κυτταρική μάζα + ΝH 3 + H 2 S + H 2 O + H 2 *εξ. 2] Οργανικζσ ουςίεσ λυμάτων + Μικροοργανιςμοί + Θρεπτικά ςυςτατικά (Ν, P) Νζα κυτταρικι μάηα + CO 2 + CH 4 H 2 S NH 3 H 2 O H 2 Σχιμα Αναερόβια βιολογικι επεξεργαςία λυμάτων Θ αναερόβια αποικοδόμθςθ είναι μια πολφ αργι και ευαίςκθτθ διαδικαςία ςτθν οποία ςυμμετζχουν υποχρεωτικά αναερόβιοι μικροοργανιςμοί όπωσ τα αρχαιοβακτιρια και τα μεκανοβακτιρια, τα οποία χαρακτθρίηονται από πολφ χαμθλοφσ ρυκμοφσ ανάπτυξθσ, κακϊσ και μφκθτεσ και πρωτόηωα. Τα κετικά τθσ αναερόβιασ διαδικαςίασ είναι θ παραγωγι μεκανίου (CH 4 ), το οποίο μαηί με το διοξείδιο του άνκρακα (CO 2 ) ςυνκζτει το βιοαζριο, ότι δεν απαιτείται αεριςμόσ, ότι επιτυγχάνεται αποικοδόμθςθ δφςκολα βιοαποικοδομιςιμων ουςιϊν και ότι υπάρχει πολφ χαμθλι παραγωγι ιλφοσ. Αναερόβια επεξεργαςία εφαρμόηεται ωσ επί το πλείςτον για τθ χϊνευςθ ι ηφμωςθ τθσ ιλφοσ θ οποία προκφπτει από τα ςυςτιματα κακίηθςθσ και για τθν επεξεργαςία πυκνϊν βιομθχανικϊν ι άλλων αποβλιτων. Θ διεργαςία αποικοδόμθςθσ πραγματοποιείται ςε δυο ςτάδια από διαφορετικζσ ομάδεσ μικροοργανιςμϊν. Στο πρϊτο ςτάδιο γίνεται υδρόλυςθ και ηφμωςθ των ςφνκετων οργανικϊν ενϊςεων με παραγωγι απλϊν οργανικϊν οξζων από επαμφοτερίηοντα και αναερόβια βακτιρια, ενϊ κατά το δεφτερο ςτάδιο Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 48

54 μετατρζπονται τα οργανικά οξζα ςε μεκάνιο (CH 4 ) και διοξείδιο του άνκρακα (CO 2 ) από αναερόβια βακτιρια. Λεπτομερζςτερθ περιγραφι των διεργαςιϊν δίνεται ςτο κεφάλαιο που αφορά τθν αναερόβια χϊνευςθ τθσ ιλφοσ Αερόβια αναερόβια ςυςτιματα βιολογικισ επεξεργαςίασ λυμάτων Ρρόκειται για ςυςτιματα μικτισ επεξεργαςίασ θ οποία πραγματοποιείται ςε δεξαμενζσ ι λίμνεσ ςτακεροποίθςθσ, όπου ςτο ανϊτερο ςτρϊμα διατθροφνται αερόβιεσ ςυνκικεσ εξαιτίασ του ατμοςφαιρικοφ οξυγόνου ι του παραγόμενου από τα φφκια οξυγόνου με τθ διεργαςία τθσ φωτοςφνκεςθσ, ενϊ ςτο κατϊτερο ςτρϊμα όπου δεν διειςδφει το φωσ επικρατοφν αναερόβιεσ ςυνκικεσ. Εικόνα Δεξαμενζσ ι λίμνεσ ςτακεροποίθςθσ λυμάτων Οι δεξαμενζσ ςτακεροποίθςθσ είναι ςχετικά μικροφ βάκουσ λεκάνεσ με επίπεδο πυκμζνα και ςυνικωσ καταςκευάηονται με χωμάτινο ανάχωμα. Το ςχιμα και οι ακριβείσ διαςτάςεισ των λιμνϊν ποικίλουν ανάλογα με τθ διεργαςία, τον τφπο των αποβλιτων (ποςότθτα, ποιοτικά χαρακτθριςτικά) και το κλίμα τθσ περιοχισ. Το ςχιμα μπορεί να είναι ςτρογγυλό, τετράγωνο ι ορκογϊνιο με ςτρογγυλεμζνεσ γωνίεσ και το μικοσ δεν πρζπει να είναι μεγαλφτερο από το τριπλάςιο του πλάτουσ. Ο πυκμζνασ των δεξαμενϊν πρζπει να είναι επίπεδοσ, εκτόσ από το ςθμείο ειςροισ, για να διευκολφνεται θ ςυνεχισ ροι των αποβλιτων. Θ ςτρογγφλευςθ των γωνιϊν βοθκά επίςθσ τθ διατιρθςθ του υδραυλικοφ τφπου και αποτρζπει τα νεκρά ςθμεία ςτθ ροι που μπορεί να δθμιουργιςουν επιπτϊςεισ ςτθν επεξεργαςία. Κατά το ςχεδιαςμό πρζπει να λαμβάνονται υπόψθ οι ιδιαιτερότθτεσ τθσ περιοχισ τθσ εγκατάςταςθσ όπωσ ο τφποσ του εδάφουσ, το κλίμα κ.λ.π., θ διακζςιμθ ζκταςθ, θ ποςότθτα και θ ποιότθτα των αποβλιτων και το απαιτοφμενο επίπεδο επεξεργαςίασ. Τα τοιχϊματα και ο πυκμζνασ των λιμνϊν επενδφονται ςυνικωσ με υλικά όπωσ θ άργιλοσ ι ζνα τεχνθτό μζςο κάλυψθσ (μπετονίτθσ, πλαςτικό, ελαςτικό, ςκυρόδεμα ι άλλο υλικό), για να αποτραπεί θ ρφπανςθ του υδροφόρου ορίηοντα από τυχόν διαρροζσ. Πλεσ αυτζσ οι καταςκευζσ διακρίνονται ςε: δεξαμενζσ ςτακεροποίθςθσ ι οξείδωςθσ (αερόβιεσ, αερόβιεσ-αναερόβιεσ, αναερόβιεσ) αεριηόμενεσ δεξαμενζσ (αερόβιεσ, αερόβιεσ-αναερόβιεσ, παρατεταμζνου αεριςμοφ). Οι λίμνεσ ςτακεροποίθςθσ είναι κατάλλθλεσ για μικρζσ εγκαταςτάςεισ, εφόςον υπάρχει αρκετι εδαφικι ζκταςθ με πρόςφορθ τοπογραφικι διαμόρφωςθ και κατάλλθλθ φφςθ του εδάφουσ για τθν αποφυγι ρφπανςθσ του υπόγειου υδροφόρου ορίηοντα και λειτουργοφν υπό ςυνκικεσ φυςικοφ ι τεχνθτοφ αεριςμοφ ι και αναερόβια. Ο φυςικόσ αεριςμόσ ςτθρίηεται ςτθ διάλυςθ και διάχυςθ του ατμοςφαιρικοφ οξυγόνου ςτθν ανεπτυγμζνθ επιφάνεια και ςτθ διαδικαςία τθσ παραγωγισ οξυγόνου με φωτοςφνκεςθ από τα φφκια. Εικόνα Αεριςμόσ λιμνϊν ςτακεροποίθςθσ λυμάτων με πλωτοφσ αναδευτιρεσ Μια αεριηόμενθ λίμνθ είναι ςτθν ουςία ζνασ βιολογικόσ αντιδραςτιρασ πλιρουσ ανάμιξθσ, χωρίσ επανακυκλοφορία, όπου πραγματοποιείται οξείδωςθ του οργανικοφ φορτίου. Ο χρόνοσ παραμονισ των Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 49

55 αποβλιτων κυμαίνεται από 3 ζωσ 6 θμζρεσ. Ανάλογα με τθ ποςότθτα του αζρα που προςτίκεται κατά τθ διεργαςία διακρίνονται ςε αερόβιεσ και αερόβιεσ / αναερόβιεσ. Πταν ο αεριςμόσ δεν δθμιουργεί ςυνκικεσ πλιρουσ ανάμιξθσ ςτον πυκμζνα τθσ λίμνθσ μπορεί να εμφανιςτοφν αναερόβιεσ ςυνκικεσ. Θ εκροι περιζχει το 1/2 ζωσ 1/3 τθσ ποςότθτασ του BOD ειςόδου υπό μορφι βακτθριακισ μάηασ ενϊ το μεγαλφτερο μζροσ του φορτίου απομακρφνεται με κακίηθςθ. Εάν ανακυκλωκεί θ ιλφσ από τθ δεξαμενι κακίηθςθσ, θ μζκοδοσ μετατρζπεται ςε μζκοδο ενεργοφ ιλφοσ. Θ εκροι των επεξεργαςμζνων αποβλιτων χαρακτθρίηεται από το απομζνον φορτίο του BOD και από τθ ςυγκζντρωςθ των αιωροφμενων ςτερεϊν. Κατά το ςχεδιαςμό μιασ λίμνθσ αεριςμοφ οι παράμετροι που πρζπει να εξετάηονται είναι θ απομάκρυνςθ του βιοχθμικά απαιτοφμενου οξυγόνου (BOD), τα χαρακτθριςτικά των αποβλιτων, θ απαίτθςθ ςε οξυγόνο, θ κερμοκραςία, θ ενζργεια για ανάμειξθ και ο διαχωριςμόσ των ςτερεϊν. Ο τεχνθτόσ αεριςμόσ γίνεται ςυνικωσ με επιπλζοντεσ αναμικτιρεσ (αεριςτιρεσ). Οι δεξαμενζσ μεγάλου βάκουσ χωρίσ μθχανικό αεριςμό παρουςιάηουν είτε μικτι βιολογικι δράςθ, αερόβια κοντά ςτθν επιφάνεια, αναερόβια ςτον πυκμζνα και επαμφοτερίηουςα ςτθ μζςθ είτε λειτουργοφν πρακτικά ωσ αναερόβιεσ λόγω του υψθλοφ φορτίου και τθσ φφςθσ των αποβλιτων. Ρίνακασ Απομάκρυνςθ ρυπαντϊν από τα υγρά απόβλθτα με βιολογικι επεξεργαςία υπαντισ Κλαςςικό ςφςτθμα αερόβιασ βιολογικισ επεξεργαςίασ Βιολογικι απονιτροποίθςθ Χαλικοδιυλιςτιρια (Χαμθλό φορτίο) Χαλικοδιυλιςτιρια (Υψθλό φορτίο) Αναερόβια επεξεργαςία Αιωροφμενθ οργανικι φλθ Διαλυμζνθ οργανικι φλθ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΛΘ Αμμωνιακό άηωτο ΚΑΚΘ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΚΘ ΚΑΚΘ Ανόργανο άηωτο ΚΑΚΘ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΚΘ ΚΑΚΘ ΚΑΚΘ Φϊςφοροσ ΚΑΚΘ ΜΕΤΙΑ ΚΑΚΘ ΜΕΤΙΑ ΚΑΚΘ ΜΕΤΙΑ ΚΑΚΘ ΜΕΤΙΑ ΚΑΚΘ Σουλφίδια ΑΙΣΤΘ ΑΙΣΤΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ - Ρτθτικζσ οργανικζσ ενϊςεισ (VOC) ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΛΘ ΑΙΣΤΘ Θμιπτθτικζσ οργανικζσ ενϊςεισ (SOC) ΚΑΚΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΚΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΚΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΚΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΚΘ ΑΙΣΤΘ Φυτοφάρμακα ΚΑΚΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΚΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΚΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΚΘ ΑΙΣΤΘ ΚΑΚΘ ΑΙΣΤΘ Βαριά μζταλλα Ρακογόνοι μικροοργανιςμοί ΚΑΚΘ ΜΕΤΙΑ ΚΑΚΘ ΜΕΤΙΑ ΚΑΚΘ ΜΕΤΙΑ ΚΑΚΘ ΜΕΤΙΑ ΚΑΚΘ ΜΕΤΙΑ Κακι: 0-20%, Μζτρια: 20-60%, Καλι: 60-90%, Άριςτθ: % Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 50

56 6.2 Αερόβια βιολογικι επεξεργαςία αιωροφμενθσ βιομάηασ Μζκοδοσ ενεργοφ ιλφοσ Στα αερόβια ςυςτιματα επεξεργαςίασ υγρϊν αποβλιτων κυριαρχεί θ μζκοδοσ τθσ ενεργοφ ιλφοσ. Θ ενεργόσ ιλφσ αποτελείται από μια ςυςςωμάτωςθ ηωντανϊν και νεκρϊν μικροοργανιςμϊν που δεν ζχουν ακόμα αποςυντεκεί, οργανικϊν αιωροφμενων και κολλοειδϊν ςτερεϊν που δεν ζχουν απομακρυνκεί ςτο ςτάδιο τθσ προεπεξεργαςίασ των αποβλιτων, οργανικϊν ουςιϊν κολλοειδοφσ υφισ, ενδιάμεςων προϊόντων βιολογικισ αποικοδόμθςθσ οργανικϊν ενϊςεων και αδρανϊν ςτερεϊν που δεν επιδζχονται αποςφνκεςθ. Θ μζκοδοσ τθσ ενεργοφ ιλφοσ εφαρμόηεται ςε ζναν αρικμό παραλλαγϊν που παρουςιάηουν πλεονεκτιματα και μειονεκτιματα, είναι όμωσ κατά περίπτωςθ επιλζξιμεσ για τθν ικανοποίθςθ των ιδιαιτεροτιτων κάκε εφαρμογισ. Θ διαδικαςία ςυνίςταται από δφο βαςικζσ διεργαςίεσ, τον αεριςμό και τθν κακίηθςθ (ςχιμα ). Δεξαμενι αεριςμοφ Ανάπτυξθ αερόβιων (και ανεκτικά αναερόβιων) μικροοργανιςμϊν Δεξαμενι Τελικισ Κακίηθςθσ Ειςροι Αιωροφμενθ βιομάηα Εκροι Αζρασ (Ο 2 ) Επανακυκλοφορία ιλφοσ Ιλφσ Σχιμα Αερόβια βιολογικι επεξεργαςία (αιωροφμενθ βιομάηα) Στθ δεξαμενι αεριςμοφ ι δεξαμενι ενεργοφ ιλφοσ ι βιοαντιδραςτιρα, παρζχεται ο κατάλλθλοσ χρόνοσ για τθν ανάμιξθ και τον αεριςμό των ειςερχόμενων υγρϊν αποβλιτων με τθν αιωροφμενθ βιομάηα, δθλαδι το μικροβιακό εναιϊρθμα, το οποίο γενικά αναφζρεται ωσ αιωροφμενα ςτερεά ανάμικτου υγροφ (Mixed Liquor Suspended Solids, MLSS) και πτθτικά ςτερεά ανάμικτου υγροφ (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids, MLVSS) που είναι ουςιαςτικά το οργανικό περιεχόμενο των MLSS. Θ δεξαμενι ενεργοφ ιλφοσ προςφζρει το κατάλλθλο περιβάλλον όπου θ αιωροφμενθ βιολογικά ενεργόσ μάηα, αυξάνεται ςυνεχϊσ. Οι μικροοργανιςμοί προςροφοφν διαλυμζνεσ οργανικζσ ενϊςεισ, τισ οξειδϊνουν και τισ απομακρφνουν από το ρεφμα των αποβλιτων. Εικόνα Βιολογικόσ κρόμβοσ με δευτερογενι αποικιςμό - Μζκοδοσ ενεργοφ ιλφοσ ςε τυπικά υγρά αςτικά απόβλθτα με καλά χαρακτθριςτικά κακίηθςθσ Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 51

57 Εικόνα Μικροί διάςπαρτοι βιολογικοί κρόμβοι - Μζκοδοσ ενεργοφ ιλφοσ ςε υγρά απόβλθτα με κακά χαρακτθριςτικά κακίηθςθσ Εικόνα Δεξαμενζσ βιολογικισ επεξεργαςίασ (αεριςμοφ) Στθ δεξαμενι κακίηθςθσ θ οποία ακολουκεί, θ αιωροφμενθ βιολογικι μάηα, δθλαδι οι οργανικζσ ενϊςεισ που δεν οξειδϊκθκαν προσ διοξείδιο του άνκρακα (CO 2 ) και νερό (H 2 O), αλλά μετατράπθκαν ςε βακτθριακι μάηα κακιηάνει και απομακρφνεται από το ςφςτθμα. Ζνα μζροσ όμωσ αυτισ τθσ βακτθριακισ μάηασ επιςτρζφει από τθ δεξαμενι κακίηθςθσ ςτθ δεξαμενι αεριςμοφ Αυτό ονομάηεται επανακυκλοφορία ιλφοσ (βιομάηασ). Ο ςκοπόσ τθσ επανακυκλοφορίασ είναι να διατθρθκεί επαρκισ ςυγκζντρωςθ ενεργοφ ιλφοσ ςτθ δεξαμενι αεριςμοφ ζτςι ϊςτε να επιτευχκεί ο επικυμθτόσ βακμόσ επεξεργαςίασ ςτο χρονικό διάςτθμα που είναι επικυμθτό. Με αυτόν δθλαδι τον τρόπο επιτυγχάνεται υψθλι ςυγκζντρωςθ μικροοργανιςμϊν ικανι για τθν προςρόφθςθ και αποικοδόμθςθ του ειςερχόμενου οργανικοφ φορτίου. Θ επανακυκλοφορία τθσ βιομάηασ, θ οποία μπορεί να φτάςει ςε ποςοςτό και το 100 %, είναι ςθμαντικότατθ λειτουργικι παράμετροσ ελζγχου που ρυκμίηει τθ λειτουργία τθσ διεργαςίασ. Θ ελεγχόμενθ δθλαδι αυξομείωςθ τθσ ςυγκζντρωςθσ των μικροοργανιςμϊν ςτον βιοαντιδραςτιρα μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για να επιτευχκεί απόκριςθ ςε μεταβαλλόμενεσ ςυνκικεσ ειςόδου. Σθμειϊνεται τζλοσ, ότι θ ορκι λειτουργία τθσ δεξαμενισ δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ παίηει ςπουδαίο ρόλο ςτθ βιολογικι επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων. Σχιμα Ο ρυκμόσ μεταβολιςμοφ των μικροοργανιςμϊν ςτθ δεξαμενι αεριςμοφ εξαρτάται από το λόγο τροφισ προσ μικροοργανιςμοφσ (F/m) Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 52

58 Υπάρχουν πολλζσ παραλλαγζσ ςυςτθμάτων αερόβιασ βιολογικισ επεξεργαςίασ με τθ μζκοδο τθσ αιωροφμενθσ βιομάηασ. Τα ταχφρυκμα ςυςτιματα επεξεργαςίασ απαιτοφν μικροφσ βιοαντιδραςτιρεσ και μικρι μεταφορά οξυγόνου ςτθν υγρι φάςθ, αλλά το ποςοςτό βιοαποδόμθςθσ του οργανικοφ φορτίου (BOD) είναι χαμθλό (50-80 %). Στα αργόρυκμα ςυςτιματα επιτυγχάνονται υψθλά ποςοςτά κακαριςμοφ (> 90 %), αλλά απαιτοφνται μεγάλοι βιοαντιδραςτιρεσ και υψθλι παροχι οξυγόνου. Τα ςυςτιματα παρατεταμζνου αεριςμοφ ςτθρίηονται ςτθν ςυνεχι προςφορά οξυγόνου, χωρίσ ανάλογθ προςφορά τροφισ οδθγϊντασ τθν ιλφ ςτο ςτάδιο τθσ ενδογενοφσ αναπνοισ (αυτοκατανάλωςθσ) με αποτζλεςμα τθ δθμιουργία ελάχιςτθσ ι κακόλου περίςςειασ ιλφοσ. Τα ςυςτιματα απαιτοφν περιςςότερο αεριςμό, άρα μεγαλφτερθ κατανάλωςθ ενζργειασ. Το ποςοςτό βιοαποδόμθςθσ του οργανικοφ φορτίου (BOD) μπορεί να φτάςει και το 97 % Οι δεξαμενζσ ενεργοφ ιλφοσ Το ςχιμα των δεξαμενϊν ενεργοφ ιλφοσ εξαρτάται από τουσ αεριςτιρεσ οι οποίοι επιλζγονται. Συνικωσ πρόκειται για ορκογϊνιεσ δεξαμενζσ (ςχιμα ). Με αεριςτιρεσ ςτον πυκμζνα Με αεριςτιρεσ ςτθν επιφάνεια Σχιμα Δεξαμενζσ αεριςμοφ (ενεργοφ ιλφοσ) Οι βαςικοί τφποι αεριςτιρων είναι οι επιφανειακοί αεριςτιρεσ και οι αεριςτιρεσ (διαχυτιρεσ από κεραμικά ι πλαςτικά αφρϊδθ υλικά) εμφφςθςθσ φυςαλίδων αζρα. Ζχουν αναπτυχκεί διαφορετικοί τφποι δεξαμενϊν οι οποίοι διαφζρουν ωσ προσ τθν κζςθ τοποκζτθςθσ των αεριςτιρων. Υπάρχουν δθλαδι δεξαμενζσ με αεριςτιρεσ ςτον πυκμζνα και δεξαμενζσ με αεριςτιρεσ κοντά ςτθν ελεφκερθ επιφάνεια. Στισ δεξαμενζσ με αεριςτιρεσ κοντά ςτον πυκμζνα χρθςιμοποιοφνται φυςαλίδεσ μικρισ ι μζςθσ διαμζτρου ενϊ ςτισ δεξαμενζσ με αεριςτιρεσ ςτθν επιφάνεια φυςαλίδεσ με μζςθ ι μεγάλθ διάμετρο. Σχιμα Διάφοροι τφποι αεριςτιρων Επιγραμματικά κα μποροφςαμε να ποφμε ότι θ πρόςδοςθ οξυγόνου για τθν οξείδωςθ των οργανικϊν ενϊςεων ςτισ δεξαμενζσ ενεργοφ ιλφοσ επιτυγχάνεται με: - διαχυτιρεσ λεπτισ φυςαλίδασ (ςε όλθ τθν επιφάνεια, ι πλατιάσ δζςμθσ), - αεριςτιρεσ τφπου βοφρτςασ (Mammutrotor) ι κυλινδρικοφσ αεριςτιρεσ, - επιφανειακοφσ περιςτρεφόμενουσ αεριςτιρεσ ςτακεροφ άξονα, - επιφανειακοφσ περιςτρεφόμενουσ πλωτοφσ αεριςτιρεσ, - πρόςδοςθ κακαροφ οξυγόνου. Οι ςυνκικεσ του περιβάλλοντοσ που επθρεάηουν κατά κφριο λόγο τθν επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων με ζνα ςυμβατικό ςφςτθμα ενεργοφ ιλφοσ είναι κυρίωσ θ κερμοκραςία και το ph. Θ κερμοκραςία ζχει ςθμαντικι επίδραςθ ςτθν ταχφτθτα βιοαποικοδόμθςθσ των οργανικϊν ουςιϊν. Συνεπϊσ θ παράμετροσ αυτι Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 53

59 ςυνδζεται με τον χρόνο παραμονισ των αποβλιτων ςτθ δεξαμενι αεριςμοφ, αυτόσ όμωσ κακορίηει και το μζγεκοσ αυτισ τθσ δεξαμενισ. Ακόμα, για τθ ςωςτι λειτουργία του βιολογικοφ ςυςτιματοσ απαιτείται θ φπαρξθ κρεπτικϊν ςυςτατικϊν ςε ςωςτζσ αναλογίεσ. Εκτόσ από άνκρακα, άηωτο και φϊςφορο απαιτοφνται και διάφορα άλλα ιχνοςτοιχεία. Πταν θ απαιτοφμενθ αναλογία C : N : P δεν υπάρχει ςτα απόβλθτα ι θ ςυγκζντρωςθ ενόσ ςτοιχείου είναι μικρότερθ από τθν απαιτοφμενθ, πρζπει να προςτεκεί το ςτοιχείο που λείπει. Θ φπαρξθ διαφόρων χθμικϊν με τοξικι επίδραςθ ςτουσ μικροοργανιςμοφσ επθρεάηει αρνθτικά τθν αφξθςθ των μικροοργανιςμϊν και υπό οριςμζνεσ ςυνκικεσ τθν αποκλείει τελείωσ προκαλϊντασ παρεμποδίςεισ. Σχιμα Λειτουργία διαχυτιρων πυκμζνα Θ κεωρθτικι απαίτθςθ ςε οξυγόνο υπολογίηεται κυρίωσ με βάςθ το BOD 5 των ανκρακοφχων και των αηωτοφχων ενϊςεων των αποβλιτων. Επειδι όμωσ ζνα μζροσ του οργανικοφ φορτίου των αποβλιτων μετατρζπεται ςε βιομάηα θ οποία απομακρφνεται κακθμερινά από το ςφςτθμα, θ κεωρθτικι απαίτθςθ ςε οξυγόνο είναι μικρότερθ κατά τθν ποςότθτα του οξυγόνου που κα απαιτείτο για τθν οξείδωςθ αυτισ τθσ βιομάηασ. Στθν πράξθ όμωσ και με ςτόχο τθν ομαλι λειτουργία και τον υψθλό βακμό απόδοςθσ του ςυςτιματοσ, απαιτοφνται πάντα πολφ μεγαλφτερεσ ποςότθτεσ οξυγόνου από τισ κεωρθτικζσ τιμζσ. Εικόνα Συςτιματα αεριςμοφ (επιφανειακοί αναδευτιρεσ) Εικόνα Συςτιματα αεριςμοφ (κυλινδρικοί αεριςτιρεσ τφπου βοφρτςασ) Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 54

60 Εικόνα Συςτιματα αεριςμοφ (διαχυτιρεσ λεπτισ φυςαλίδασ) Θ ςυγκζντρωςθ τθσ βιομάηασ ςτθ δεξαμενι ενεργοφ ιλφοσ Θ ςυγκζντρωςθ τθσ βιομάηασ ςτθ δεξαμενι ενεργοφ ιλφοσ κυμαίνεται ςυνικωσ από 2,0 5,0 Kg/m 3 και αποτελεί ίςωσ τθν πιο ςπουδαία παράμετρο για τθ ςωςτι λειτουργία του ςυςτιματοσ. Για υψθλό βακμό επεξεργαςίασ των λυμάτων και γριγορθ αποικοδόμθςθ του οργανικοφ φορτίου απαιτείται υψθλι ςυγκζντρωςθ βιομάηασ. Εάν θ ςυγκζντρωςι τθσ είναι χαμθλι απαιτείται μεγαλφτεροσ όγκοσ δεξαμενισ ενεργοφ ιλφοσ για το ίδιο αποτζλεςμα (αντιοικονομικό). Αφξθςθ τθσ ςυγκζντρωςθσ τθσ βιομάηασ ςτθ δεξαμενι ενεργοφ ιλφοσ επιτυγχάνεται με τθν επανακυκλοφορία τθσ ιλφοσ από τθ δεξαμενι δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ προσ τθ δεξαμενι ενεργοφ ιλφοσ. Ο ρυκμόσ επανακυκλοφορίασ τθσ ιλφοσ λαμβάνεται κατά προςζγγιςθ ίςοσ με το λόγο του όγκου των κακιηανόντων ςτερεϊν, φςτερα από κακίηθςθ 30 λεπτϊν τθσ απορροισ τθσ δεξαμενισ αεριςμοφ ςε βακμολογθμζνο κφλινδρο 1000 ml, προσ τον όγκο του υπερκείμενου υγροφ και πάντωσ τουλάχιςτον 15%. Πςο μεγαλφτερθ είναι θ πυκνότθτα τθσ ιλφοσ ςτον πυκμζνα τθσ δεξαμενισ δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ τόςο μεγαλφτερθ είναι θ ςυγκζντρωςθ τθσ βιομάηασ ςτθ δεξαμενι ενεργοφ ιλφοσ. Τζλοσ, όςο μεγαλφτερθ είναι θ ποςότθτα επανακυκλοφορίασ τόςο μεγαλφτερθ είναι θ ςυγκζντρωςθ τθσ βιομάηασ ςτθ δεξαμενι ενεργοφ ιλφοσ. Σθμειϊνεται ότι το ποςοςτό επανακυκλοφορίασ μπορεί να φτάςει μζχρι και 100 %, αλλά οι υψθλοί ρυκμοί επανακυκλοφορίασ επιβαρφνουν υδραυλικά τθ δεξαμενι δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ. Άλλα βαςικά μεγζκθ ςτθ διαςταςιολόγθςθ των δεξαμενϊν ενεργοφ ιλφοσ είναι: Το θμεριςιο οργανικό φορτίο που ειςζρχεται ςτον αντιδραςτιρα (Kg BOD 5 /θμ), Θ χωρικι επιβάρυνςθ του αντιδραςτιρα με οργανικό φορτίο (Kg BOD 5 /m 3 δεξ. θμ), Θ φόρτιςθ τθσ βιομάηασ με οργανικό φορτίο (Kg BOD 5 /Kg θμ) Ο δείκτθσ όγκου ιλφοσ Ο Δείκτθσ Πγκου Ιλφοσ (ΔΟΙ) ι Sludge Volume Index (SVI) είναι ο όγκοσ που καταλαμβάνει ζνα γραμμάριο ξθρισ βιομάηασ ςε ενυδατωμζνθ κατάςταςθ μετά από κακίηθςθ 30 λεπτϊν ςτον κϊνο του Imhoff. Θ δοκιμι κακίηθςθσ αναφζρεται ςτθ δευτεροβάκμια κακίηθςθ και τα κακιηάνοντα ςτερεά είναι θ βιομάηα. Ο Δείκτθσ Πγκου Ιλφοσ δίνει ςθμαντικζσ πλθροφορίεσ για τθν ποιότθτα τθσ παραγόμενθσ βιομάηασ (ιλφοσ) και ςυνεπϊσ για τθ λειτουργία των δεξαμενϊν οξείδωςθσ (αεριςμοφ) ςε μια εγκατάςταςθ βιολογικισ επεξεργαςίασ λυμάτων. SVI = 100 ml/gr ςθμαίνει βιομάηα με περιεκτικότθτα 99% νερό και 1% ξθρά ουςία. SVI = Όγκοσ Βιομάζασ ( ml L ) Συγκέντρωςη Βιομάζασ ( gr L ) (ml gr) Θ δοκιμι κακίηθςθσ γίνεται ςτον κϊνο του Imhoff ο οποίοσ γεμίηει μζχρι τθν ζνδειξθ 1000 ml. Το ανάμεικτο υγρό αφινεται ςε απόλυτθ θρεμία για 30 min. Το υπερκείμενο υγρό διαυγάηει ςταδιακά. Θ βιομάηα (ιλφσ) ςυγκεντρϊνεται ςτο κάτω μζροσ του κϊνου και ςυνικωσ καταλαμβάνει το % του ςυνολικοφ όγκου του κϊνου (εικόνα ). Διαιρϊντασ τον όγκο τθσ βιομάηασ, δθλαδι των ςτερεϊν που κακιηάνουν ςτον κϊνο του Imhoff μετά από κακίηθςθ 30 λεπτϊν (ml/l), με τθ ςυγκζντρωςι τθσ (gr/l), δθλαδι τθν περιεκτικότθτά τθσ ςε ςτερεά ςε 1L νεροφ, καταλιγουμε ςτο Δείκτθ Πγκου Ιλφοσ (SVI). Θ ςυγκζντρωςθ τθσ βιομάηασ (gr/l) προκφπτει μετά από διικθςθ ενόσ ςυγκεκριμζνου όγκου ανάμεικτου υγροφ (MLSS) και ξιρανςθ των ςτερεϊν που παραμζνουν Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 55

61 ο ςτο φίλτρο ςτουσ 105 C. Για κανονικζσ ςυνκικεσ λειτουργίασ των εγκαταςτάςεων επεξεργαςίασ λυμάτων με τθ μζκοδο τθσ ενεργοφ ιλφοσ, οι τιμζσ του δείκτθ SVI κυμαίνονται μεταξφ 80 και 140 ml/gr. Εικόνα Δοκιμι κακίηθςθσ ςε κϊνο Imhoff Θ θλικία τθσ ιλφοσ Θ θλικία ιλφοσ (Hιλ) δίνει προςεγγιςτικά το χρόνο για τον οποίο θ βιομάηα, δθλαδι οι ενεργοί μικροοργανιςμοί, παραμζνει ςτθ δεξαμενι αεριςμοφ. Πςο μεγαλφτεροσ είναι ο επικυμθτόσ βακμόσ επεξεργαςίασ των λυμάτων τόςο αυξάνεται και θ θλικία τθσ ιλφοσ που απαιτείται. Εάν για παράδειγμα πρόκειται να γίνει βιολογικι επεξεργαςία χωρίσ νιτροποίθςθ θ απαιτοφμενθ θλικία τθσ ιλφοσ είναι 5 θμζρεσ, εάν πρόκειται να γίνει νιτροποίθςθ και απονιτροποίθςθ ο χρόνοσ ανζρχεται ςε 15 θμζρεσ. Εάν πρόκειται να γίνει και ςτακεροποίθςθ τθσ ιλφοσ θ απαιτοφμενθ θλικία τθσ ιλφοσ είναι 20 θμζρεσ. Ωσ θλικία ιλφοσ (Hιλ) ορίηεται ο λόγοσ τθσ ςυνολικισ ποςότθτασ ενεργοφ βιομάηασ τθσ δεξαμενισ αεριςμοφ (Bςυ) προσ τθν θμεριςια παραγωγι βιομάηασ ςτθν δεξαμενι (Bθμ πα). Δθλαδι 𝛨𝜄𝜆 = 𝛣 𝜍𝜐 𝛣 𝜂𝜇 𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝜂𝜇 = 𝜂𝜇 Οι τιμζσ Bςυ και Bθμ δίνονται ςε Kg ξθράσ ουςίασ. Γενικά όταν αναφζρεται παρακάτω ποςότθτα βιομάηασ εννοείται το βάροσ τθσ ςε ξθρι κατάςταςθ. Επίςθσ 𝜇𝜇𝜀𝜍 𝛣𝜍𝜐𝜈 = 𝛣𝜂𝜇 Ππου μμες θ μζςθ τιμι του ςυντελεςτι αφξθςθσ τθσ βιομάηασ κατά τθν διάρκεια μιασ θμζρασ. Συνεπϊσ 𝜇𝜇𝜀𝜍 = 𝛣 𝜂𝜇 𝜋𝛼 𝛣 𝜍𝜐 = 1 𝛨 𝜄𝜆 (𝜂𝜇 1 ) Σθμειϊνεται ότι όςο χαμθλότερθ είναι θ κερμοκραςία του περιεχομζνου τθσ δεξαμενισ τόςο μεγαλφτερθ είναι θ απαιτοφμενθ θλικία τθσ ιλφοσ, γιατί ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ οι διεργαςίεσ παραγωγισ τθσ βιομάηασ εξελίςςονται με βραδφτερουσ ρυκμοφσ Διάρκεια αεριςμοφ και κατανάλωςθ οξυγόνου Τα λφματα αποτελοφνται από μίγμα διαφορετικϊν οργανικϊν ουςιϊν και ότι κάκε μια από τισ ενϊςεισ αυτζσ ζχει διαφορετικι ταχφτθτα αποικοδόμθςθσ. Μικρότεροσ για παράδειγμα χρόνοσ απαιτείται για τθ βιολογικι οξείδωςθ ενόσ μονοςακχαρίτθ και πολφ μεγαλφτεροσ για τθν οξείδωςθ ενόσ λιπαροφ οξζοσ ι μιασ πρωτεΐνθσ. Στθν πράξθ κατά τθν λειτουργία των εγκαταςτάςεων βιολογικισ επεξεργαςίασ θ αποικοδόμθςθ των λυμάτων γίνεται ςτθν αρχι ταχφτερα και μετά βραδφτερα γιατί μερικζσ ουςίεσ προςροφϊνται από τουσ βιολογικοφσ κρόμβουσ και κατ' αυτόν τον τρόπο διαχωρίηονται από τα λφματα ενϊ δεν ζχουν ακόμθ αποικοδομθκεί. Είναι επίςθσ προφανζσ ότι και θ ποςότθτα τθσ βιομάηασ επιδρά ςτθν ταχφτθτα αποικοδόμθςθσ των οργανικϊν ουςιϊν των λυμάτων. Οι κεωρθτικζσ τιμζσ τθσ ποςότθτασ του οξυγόνου που πρζπει να διαλυκεί ςτα λφματα για τθν αερόβια επεξεργαςία τουσ απζχουν από τισ πραγματικζσ τιμζσ. Θ διάλυςθ του οξυγόνου ςτα λφματα είναι δυςκολότερθ απ ότι ςτο κακαρό νερό και επομζνωσ θ ποςότθτα του οξυγόνου που πρζπει να διοχετευκεί ςτισ δεξαμενζσ αεριςμοφ είναι πάντα μεγαλφτερθ από τισ κεωρθτικζσ τιμζσ. Οι τιμζσ του ςυντελεςτι διάλυςθσ οξυγόνου (α) ελαττϊνονται όταν αυξάνεται το ρυπαντικό φορτίο των λυμάτων και επθρεάηονται από τον τρόπο και τθν ζνταςθ τθσ ανάδευςθσ των λυμάτων. Θ ποςότθτα του οξυγόνου που πρζπει να διαλυκεί ςτα λφματα εξαρτάται από πολλζσ παραμζτρουσ όπωσ από το ςυντελεςτι διάλυςθσ οξυγόνου ςτο μίγμα λφματα-ενεργόσ ιλφσ, από το οξυγόνο που είναι δυνατόν να διαλυκεί ςτο κακαρό νερό, από τθν τιμι κορεςμοφ του διαλυμζνου οξυγόνου ςτισ δεξαμενζσ αεριςμοφ και από τθ ςυγκζντρωςθ του διαλυμζνου οξυγόνου ςτισ δεξαμενζσ αεριςμοφ. Εξαρτάται επίςθσ από το εάν Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 56

62 κα πραγματοποιθκεί οξείδωςθ μόνο των ανκρακοφχων οργανικϊν ενϊςεων ι από το εάν κα πραγματοποιθκεί νιτροποίθςθ απονιτροποίθςθ. Θ κατανάλωςθ οξυγόνου (Ο 2 ) είναι ςυνάρτθςθ τθσ ποςότθτασ των οργανικϊν ουςιϊν των λυμάτων οι οποίεσ οξειδϊνονται ςτισ δεξαμενζσ αεριςμοφ. Πςο μεγαλφτερθ είναι θ παραγωγι τθσ βιομάηασ τόςο μικρότερθ είναι θ ποςότθτα οξυγόνου που καταναλϊνεται για τθν αποικοδόμθςθ του ρυπαντικοφ φορτίου των λυμάτων γιατί μικρό μόνο μζροσ αυτϊν των ουςιϊν οξειδϊνεται ςε ανόργανεσ ουςίεσ, ενϊ το μεγαλφτερο μετατρζπεται ςε οργανικζσ ουςίεσ άλλθσ μορφισ (βιομάηα). Θ κατανάλωςθ οξυγόνου ςτθ μονάδα όγκου των δεξαμενϊν ανά θμζρα (kg/m 3.d) εξαρτάται από τθν κατανάλωςθ οξυγόνου για τθν αδρανοποίθςθ των οργανικϊν ουςιϊν, από τθν κατανάλωςθ οξυγόνου για τθν ενδογενι αναπνοι τθσ βιομάηασ και από τθν ξθρι βιομάηα ςτθν μονάδα όγκου των δεξαμενϊν αεριςμοφ (kg /m 3 ). Το απαιτοφμενο O 2 /kg οργανικισ φλθσ ωσ BOD 5 που αποδομείται ανάλογα με τισ απαιτιςεισ επεξεργαςίασ είναι: 1,5-2,0 kg O 2 /kg BOD 5 για βιολογικι επεξεργαςία χωρίσ νιτροποίθςθ, 2,5 kg O 2 /kg BOD 5 για βιολογικι επεξεργαςία με νιτροποίθςθ Ο ςυντελεςτισ απόδοςθσ τθσ εγκατάςταςθσ Ο ςυντελεςτισ απόδοςθσ μιασ Ε.Ε.Λ. με τθ μζκοδο τθσ ενεργοφ ιλφοσ ςυνδζεται με τθν παράμετρο τθσ οργανικισ φόρτιςθσ των δεξαμενϊν και πιο ςυγκεκριμζνα με το οργανικό φορτίο εκροισ και το οργανικό φορτίο ειςροισ. Θ ςχζςθ αυτϊν των μεγεκϊν είναι θ εξισ: η = 1 Φ εκ Φ ει 100 (%) Απόδοςθ τθσ μεκόδου τθσ ενεργοφ ιλφοσ Το μζςο ρυπαντικό φορτίο (gr/κατ. θμ.) των αςτικϊν λυμάτων ςτθν είςοδο τθσ δεξαμενισ βιολογικισ επεξεργαςίασ δίνεται ςτον πίνακα Τα λφματα αυτά ζχουν υποςτεί μθχανικό κακαριςμό και πρωτοβάκμια κακίηθςθ. Ακολουκεί αερόβια βιολογικι επεξεργαςία με τθ μζκοδο τθσ ενεργοφ ιλφοσ. Θ απόδοςθ τθσ μεκόδου τθσ ενεργοφ ιλφοσ είναι θ εξισ: Μείωςθ οργανικισ φλθσ ωσ BOD 5 : % Μείωςθ αιωροφμενων ςτερεϊν : % Μείωςθ βακτθρίων : %. Ρίνακασ υπαντικό φορτίο (gr/κατ.θμ.) ςτθν είςοδο τθσ δεξαμενισ βιολογικισ επεξεργαςίασ Ραράμετροσ Ανεπεξζργαςτα λφματα (gr/κατ.θμ.) Μετά από πρωτοβάκμια κακίηθςθ 0,5-1,0 (h) 1,5-2,0 (h) BOD COD TS TKN P Οι δεξαμενζσ δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ Οι δεξαμενζσ δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ είναι ςυνικωσ κυκλικζσ (εικόνα ) και αποτελοφν αναπόςπαςτο τμιμα όλων των ςυςτθμάτων αερόβιασ επεξεργαςίασ. Tο ςυνολικό βάκοσ των δεξαμενϊν τελικισ κακίηθςθσ δεν πρζπει να είναι μικρότερο από τα 2.5 m και μετριζται ςε απόςταςθ 2/3 L από το ςθμείο ειςόδου των λυμάτων ςτισ δεξαμενζσ (L=μικοσ ροισ). O όγκοσ των δεξαμενϊν δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ κατανζμεται ςε τζςςερισ επιμζρουσ ηϊνεσ οι οποίεσ εξυπθρετοφν τζςςερισ διαφορετικοφσ ςκοποφσ (ςχιμα ). Στο πάνω μζροσ τθσ δεξαμενισ βρίςκεται θ ηϊνθ κακαροφ νεροφ, το βάκοσ τθσ οποίασ είναι τουλάχιςτον 0,5 m. Θ ηϊνθ κακίηθςθσ είναι θ δεφτερθ ηϊνθ ςτθν οποία γίνεται ο διαχωριςμόσ των κακιηανουςϊν ουςιϊν και τθσ οποίασ το βάκοσ πρζπει κατά κανόνα Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 57

63 να είναι 1,0 m αλλά ςτθν περίπτωςθ ΕΕΛ που δζχονται λφματα παντορροϊκϊν δικτφων μπορεί να περιοριςκεί ςε 0,5 m. Ακολουκεί ο αποκθκευτικόσ χϊροσ για τθ ςυγκράτθςθ τθσ βιομάηασ θ οποία φεφγει από τισ δεξαμενζσ αεριςμοφ λόγω αφξθςθσ τθσ παροχισ κατά τισ περιόδουσ βροχϊν ςτισ εγκαταςτάςεισ παντορροϊκϊν δικτφων. Τζλοσ θ ηϊνθ πάνω από τον πυκμζνα ςτθν οποία ςυγκεντρϊνεται θ ιλφσ θ οποία ζχει κατακακίςει ονομάηεται ηϊνθ πάχυνςθσ. Ο τρόποσ ειςόδου και εξόδου των λυμάτων ςτισ δεξαμενζσ κακίηθςθσ είναι πολφ ςθμαντικι υπόκεςθ. Θ ομοιόμορφθ, ομαλι και ιρεμθ ροι ιδίωσ κατά τθν είςοδο με ειδικζσ διατάξεισ θρεμίασ, με τισ οποίεσ επιδιϊκεται αφενόσ θ καταςτροφι τθσ ενζργειασ των ειςερχομζνων λυμάτων ςτισ δεξαμενζσ και αφετζρου θ ιςομερισ κατανομι τουσ ςε όλο το πλάτοσ ι τθν περίμετρό τουσ, αλλά και κατά τθν ζξοδο των λυμάτων εξαςφαλίηει τθν καλι λειτουργία των δεξαμενϊν κακίηθςθσ. Αυτό επιτυγχάνεται με τα ζργα ειςόδου (προςαγωγοί αφλακεσ ειςροισ) και εξόδου (υπερχειλιςτζσ). Το ίδιο ιςχφει και για τον εξοπλιςμό που χρθςιμοποιείται για τθν απομάκρυνςθ τθσ ιλφοσ που ζχει κατακακίςει ςτον πυκμζνα των δεξαμενϊν (ςαρωτζσ ιλφοσ και ξζςτρα). Στισ κυκλικζσ δεξαμενζσ κακίηθςθσ καταςκευάηεται ςτο κζντρο ζνασ κάλαμοσ θρεμίασ ςτον οποίο καταλιγει ο προςαγωγόσ ςωλινασ ο οποίοσ λειτουργεί ςαν ςίφωνασ. Θ ζξοδοσ των λυμάτων από τισ δεξαμενζσ κακίηθςθσ γίνεται με υπερχειλιςτζσ οι οποίοι τοποκετοφνται ςτο τζλοσ των ορκογωνίων δεξαμενϊν κακίηθςθσ και ςτθν εξωτερικι περιφζρεια των κυκλικϊν δεξαμενϊν κακίηθςθσ. Υπάρχουν δφο είδθ υπερχειλιςτϊν, οι υπερχειλιςτζσ ευκείασ και οδοντωτισ ςτζψθσ. Θ αφλακα ειςροισ πρζπει να εξαςφαλίηει ομοιόμορφθ τροφοδότθςθ τθσ δεξαμενισ ςε όλο το πλάτοσ τθσ χωρίσ τθ δθμιουργία δευτερογενϊν ρευμάτων. Θ κατακάκιςθ φερτϊν ςτον πυκμζνα τθσ αφλακασ των ορκογωνίων δεξαμενϊν είναι δυνατόν να αποφευχκεί με τεχνθτι ανάδευςθ (εμφφςθςθ αζρα), διαφορετικά κα πρζπει να διαμορφωκεί ο πυκμζνασ τθσ αφλακασ κατάλλθλα ϊςτε θ ιλφσ που κακιηάνει να ςυμπαραςφρεται μζςα ςτθ δεξαμενι μαηί με τα ειςρζοντα λφματα. Σχιμα Σκαρίφθμα κυκλικισ δεξαμενισ κακίηθςθσ Εικόνα Δεξαμενζσ δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 58

64 Θ οδοντωτι ςτζψθ παρουςιάηει το πλεονζκτθμα τθσ ομοιόμορφθσ ροισ ςε όλο το μικοσ του υπερχειλιςτι ακόμα και όταν θ οριηοντίωςθ τθσ ςτζψθσ δεν είναι τελείωσ ακριβισ. Θ ιλφσ που κακιηάνει ςτον πυκμζνα των δεξαμενϊν μπορεί να κυλιςει προσ τον κάλαμο ςυγκζντρωςθσ μόνον όταν θ κλίςθ του πυκμζνα των δεξαμενϊν είναι κατάλλθλθ. Μεγάλεσ κλίςεισ πυκμζνα υπάρχουν μόνο ςτισ χωνοειδείσ δεξαμενζσ. Στισ άλλεσ περιπτϊςεισ θ μετακίνθςθ τθσ ιλφοσ προσ τον κάλαμο ςυγκζντρωςθσ γίνεται με μθχανικά μζςα. Εικόνα Δεξαμενζσ κακίηθςθσ (Οδοντωτόσ υπερχειλιςτισ αφλακα εκροισ) Εικόνα Δεξαμενζσ κακίηθςθσ (Σαρωτζσ ιλφοσ) (1) Κακιηάνοντα ςτερεά (2) Αιωροφμενα ςτερεά (3) BOD 5 (4) COD Σχιμα Απόδοςθ δεξαμενϊν κακίηθςθσ - Ροςοςτό απομάκρυνςθσ ςτερεϊν (αιωροφμενα και κακιηάνοντα) και οργανικοφ φορτίου (BOD και COD) ςε ςχζςθ με το χρόνο κακίηθςθσ Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 59

65 Στισ ορκογϊνιεσ και κυκλικζσ δεξαμενζσ οι κλίςεισ των πυκμζνων είναι μικρζσ και ςυνεπϊσ οι δεξαμενζσ αυτζσ πρζπει να εξοπλίηονται με ςυςτιματα ςάρωςθσ τθσ ιλφοσ προσ τουσ καλάμουσ ςυγκζντρωςθσ. Tα ςυςτιματα αυτά ονομάηονται ςαρωτζσ ιλφοσ. Θ ταχφτθτα ςάρωςθσ τθσ ιλφοσ πρζπει να επιλζγεται κατά τρόπο που να μθν εμποδίηεται το φαινόμενο τθσ κακίηθςθσ και κατά μείηονα λόγο να μθν γίνεται ανάδευςθ τθσ ιλφοσ που ζχει ιδθ κατακακίςει. Θ ςάρωςθ των ορκογωνίων δεξαμενϊν είναι δυνατόν να είναι ςυνεχισ ι διακοπτόμενθ. Στισ κυκλικζσ δεξαμενζσ θ ςάρωςθ είναι ςυνεχισ. O κάλαμοσ ςυγκζντρωςθσ τθσ ιλφοσ πρζπει να είναι ςε κζςθ να αποκθκεφςει ποςότθτα ιλφοσ μιςισ θμζρασ. Θ ιλφσ που ςυγκεντρϊνεται ςτουσ καλάμουσ ςυγκζντρωςθσ ιλφοσ απομακρφνεται είτε με βαρφτθτα είτε με άντλθςθ ςτισ δεξαμενζσ ςυγκζντρωςθσ ιλφοσ οι οποίεσ βρίςκονται εκτόσ των δεξαμενϊν κακίηθςθσ. Ο όγκοσ των δεξαμενϊν υπολογίηεται για να αποκθκεφει ποςότθτα ιλφοσ μιασ θμζρασ. Ο βακμόσ απόδοςθσ των δεξαμενϊν δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ είναι ικανοποιθτικόσ όταν θ επανακυκλοφορία τθσ ιλφοσ είναι μικρότερθ του 50 % τθσ παροχισ λυμάτων. Στθν αντίκετθ περίπτωςθ, δθλαδι για μεγάλεσ παροχζσ επανακυκλοφορίασ θ θρεμία ςτισ δεξαμενζσ κακίηθςθσ διαταράςςεται και θ απόδοςθ των δεξαμενϊν ελαττϊνεται. Στισ περιπτϊςεισ αυτζσ (εγκαταςτάςεισ με νιτροποίθςθ απονιτροποίθςθ), θ επανακυκλοφορία γίνεται αμζςωσ μετά τθν εκροι από τισ δεξαμενζσ αεριςμοφ αποφορτίηοντασ ζτςι τισ δεξαμενζσ κακίηθςθσ. Θ τελικι κακίηθςθ επθρεάηεται από πολλζσ παραμζτρουσ όπωσ είναι ο χρόνοσ πάχυνςθσ, το φψοσ τθσ ςτρϊςθσ πάχυνςθσ, οι μετακινιςεισ τθσ ιλφοσ μζςα ςτισ δεξαμενζσ με τθ βοικεια των ξζςτρων, θ επανακυκλοφορία κ.λ.π Τα ςυςτιματα SBR (Sequencing Batch Reactors) ι Αντιδραςτιρεσ διαλείποντοσ ζργου εναλλαςςόμενων κφκλων λειτουργίασ Τα ςυςτιματα SBR χρθςιμοποιοφνται ςαν παραλλαγι τθσ μεκόδου τθσ ενεργοφ ιλφοσ για τθν επεξεργαςία αςτικϊν λυμάτων αλλά και βιομθχανικϊν αποβλιτων. Είναι κατάλλθλα κυρίωσ για εφαρμογζσ επεξεργαςίασ λυμάτων που χαρακτθρίηονται από χαμθλι ι διακεκομμζνθ ροι. Σε ζνα τζτοιο ςφςτθμα τα υγρά απόβλθτα ειςάγονται ςε ζναν μόνο αντιδραςτιρα, επεξεργάηονται ϊςτε να απαλλαχκοφν από τισ ανεπικφμθτεσ ουςίεσ και εκρζουν. Εξιςορρόπθςθ, αεριςμόσ και κακίηθςθ μποροφν να επιτευχκοφν ςε ζνα και μόνο αντιδραςτιρα (ςχιμα ). Για τθ βελτιςτοποίθςθ τθσ απόδοςθσ του ςυςτιματοσ μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν δφο ι περιςςότεροι αντιδραςτιρεσ ςε μια προκακοριςμζνθ αλλθλουχία λειτουργιϊν. Ρρόκειται για ζνα ςφςτθμα ενεργοφ ιλφοσ το οποίο λειτουργεί ςε διαφορετικοφσ χρόνουσ και όχι ςε διαφορετικοφσ χϊρουσ, δθλαδι οι φάςεισ τθσ επεξεργαςίασ διαχωρίηονται χρονικά και όχι χωρικά. Ρλιρωςθ Αντίδραςθ (Αεριςμόσ) Θρεμία (Κακίηθςθ Διαφγαςθ) Άντλθςθ (Εκκζνωςθ) Ραφςθ (Εκκζνωςθ ιλφοσ) Σχιμα Τα πζντε βιματα ςτθ λειτουργία ενόσ ςυςτιματοσ SBR Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 60

66 Θ διαφορά μεταξφ των δφο τεχνολογιϊν είναι ότι οι αντιδραςτιρεσ SBR εκτελοφν εξιςορρόπθςθ, βιολογικι επεξεργαςία και δευτεροβάκμια κακίηθςθ ςε μια μόνο δεξαμενι με ελεγχόμενθ χρονικι αλλθλουχία. Αφοφ ολοκλθρωκεί θ προεπεξεργαςία των λυμάτων, αυτά ειςζρχονται ςε ζνα μερικϊσ γεμάτο αντιδραςτιρα, που περιζχει βιομάηα και ζχει εγκλιματιςτεί ςτα ςυςτατικά των λυμάτων κατά τουσ προθγοφμενουσ κφκλουσ. Μόλισ ο αντιδραςτιρασ γεμίςει, ςυμπεριφζρεται όπωσ ζνα ςυμβατικό ςφςτθμα ενεργοφ ιλφοσ, αλλά χωρίσ ςυνεχόμενθ ειςροι ι εκροι ςτακερισ παροχισ λυμάτων. Ο αεριςμόσ και θ ανάμειξθ διακόπτεται αφοφ οι βιολογικζσ αντιδράςεισ ολοκλθρωκοφν, θ βιομάηα κακιηάνει και το επεξεργαςμζνο υλικό από τθν επιφάνεια απομακρφνεται. Θ περίςςεια τθσ βιομάηασ απομακρφνεται ςε οποιαδιποτε ςτιγμι κατά τθ διάρκεια του κφκλου. Θ ςυχνι απομάκρυνςθ ζχει ωσ αποτζλεςμα τθ διατιρθςθ του δείκτθ μάηασ του υποςτρϊματοσ των ειςρεόντων λυμάτων ςε βιομάηα ςχεδόν ςτακερι από κφκλο ςε κφκλο. Οι αντιδραςτιρεσ SBR χρθςιμοποιοφνται κυρίωσ ςε μικρζσ παροχζσ κακϊσ ςε μεγάλεσ απαιτείται πιο εξειδικευμζνθ λειτουργία. Δεδομζνου ότι τα ςυςτιματα καταλαμβάνουν ςχετικά μικρό χϊρο, είναι χριςιμα για τισ περιοχζσ όπου θ διακζςιμθ γθ είναι περιοριςμζνθ. Επιπλζον, οι εναλλαςςόμενοι κφκλοι του ςυςτιματοσ μποροφν εφκολα να τροποποιθκοφν για τθν απομάκρυνςθ των κρεπτικϊν ςυςτατικϊν ςτο μζλλον, εάν αυτό κακίςταται απαραίτθτο. Αυτό κακιςτά εξαιρετικά ευζλικτα τα ςυςτιματα SBR ϊςτε να προςαρμόηονται ςτισ αλλαγζσ των παραμζτρων των εκρεόντων λυμάτων. Επίςθσ τα ςυςτιματα SBR βρίςκουν ευρεία εφαρμογι ςε μεμονωμζνεσ κατοικίεσ και οικιςμοφσ με τθ μορφι μονάδων compact. Απόδοςθ των ςυςτθμάτων SBR Οι καταςκευαςτζσ των SBR προςφζρουν ςυνικωσ εγγφθςθ για τθν παραγωγι εκρεόντων λυμάτων με τα εξισ χαρακτθριςτικά: - BOD 5 < 10 mg/l - TSS < 10 mg/l - TN : 5-8 mg/l - TP: 1-2 mg/l. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 61

67 6.3 Αερόβια βιολογικι επεξεργαςία προςκολλθμζνθσ βιομάηασ (Βιολογικά φίλτρα) Γενικά Στισ διεργαςίεσ προςκολλθμζνθσ βιομάηασ, οι μικροοργανιςμοί οι οποίοι οξειδϊνουν τθν οργανικι φλθ των υγρϊν αποβλιτων είναι προςκολλθμζνοι ςε ζνα αδρανζσ υλικό. Θ οργανικι φλθ και τα κρεπτικά άλατα απομακρφνονται από τα υγρά απόβλθτα κακϊσ αυτά ρζουν πάνω ςτθν προςκολλθμζνθ βιομάηα, θ οποία είναι επίςθσ γνωςτι ωσ βιολογικι ςτοιβάδα ι βιολογικόσ υμζνασ (ςχιμα ). Ρροςκόλλθςθ Ανάπτυξθ Αποκόλλθςθ Ρροςκολλθμζνθ βιομάηα Σχιμα Αερόβια βιολογικι επεξεργαςία (προςκολλθμζνθ βιομάηα) Τα υλικά πλιρωςθσ που χρθςιμοποιοφνται ςε τζτοιου είδουσ επεξεργαςία περιλαμβάνουν κροκάλεσ, χαλίκια, ςκωρίεσ, άμμο, ξφλα, πλαςτικά και διαφόρων ειδϊν ςυνκετικά υλικά. Οι διεργαςίεσ προςκολλθμζνθσ βιομάηασ μποροφν επίςθσ να λειτουργιςουν ωσ αερόβιεσ ι αναερόβιεσ διεργαςίεσ. Το υλικό πλιρωςθσ μπορεί να είναι τελείωσ εμβαπτιςμζνο ςτο υγρό ι να μθν είναι εμβαπτιςμζνο, με κενό χϊρο αζρα ι αερίου πάνω από το υγρό ςτρϊμα τθσ βιολογικισ ςτιβάδασ (υμζνα) Τα χαλικοδιυλιςτιρια Τα χαλικοδιυλιςτιρια (ςχιματα , ) αποτελοφν βιοαντιδραςτιρεσ ςτα τοιχϊματα των οποίων αναπτφςςεται με το χρόνο βιολογικι μάηα θ οποία περιβάλλει όλεσ τισ ελεφκερεσ επιφάνειεσ και χρθςιμοποιοφνται για τθν επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων. Είναι κατάλλθλα διαμορφωμζνεσ δεξαμενζσ μζςα ςτισ οποίεσ τοποκετοφνται τα χαλίκια. Οι βιολογικοί υμζνεσ αναπτφςςονται πάνω ςτισ ςτερεζσ επιφάνειεσ των υλικϊν πλιρωςθσ (χαλίκια). Τα κενά μεταξφ των χαλικιϊν πρζπει να είναι αρκετά μεγάλα προκειμζνου να μθν φράςςονται εφκολα από τθ βιομάηα που αναπτφςςεται ςτισ επιφάνειζσ τουσ. Συνεπϊσ θ διάμετροσ των χαλικιϊν δεν πρζπει να είναι οφτε πολφ μεγάλθ γιατί ζτςι ελαττϊνεται θ επιφάνεια των ςτερεϊν, αλλά οφτε και πολφ μικρι γιατί ζτςι ελαττϊνεται ο όγκοσ των κενϊν χϊρων. Βιολογικό φίλτρο Υλικό πλιρωςθσ: κροκάλεσ ι χαλίκια Δεξαμενι Κακίηθςθσ Ειςροι Εκροι Επανακυκλοφορία (προαιρετικά) Ιλφσ Σχιμα Βιολογικό φίλτρο με χαλίκια (Χαλικοδιυλιςτιριο) Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 62

68 Τα λφματα ραντίηονται ςτθν επιφάνεια του διυλιςτθρίου (ςχιμα ) και ρζουν προσ τα κάτω δια μζςου των κενϊν χϊρων του διυλιςτθρίου. Ζτςι περιβρζχεται θ βιομάηα που ζχει αναπτυχκεί ςτισ επιφάνειεσ των χαλικιϊν με λφματα. Σχιμα Τομι χαλικοδιυλιςτθρίου Πςο διαρκεί θ επαφι των λυμάτων με τθ βιομάηα, γίνεται προςρόφθςθ των οργανικϊν ουςιϊν που περιζχονται ςτα λφματα είτε ςε αιϊρθςθ είτε ςε διάλυςθ, από τουσ βιολογικοφσ υμζνεσ. Τα βακτιρια που ςχθματίηουν τουσ βιολογικοφσ υμζνεσ αποδομοφν τισ οργανικζσ ουςίεσ των λυμάτων. Αποτζλεςμα τθσ διεργαςίασ είναι θ παραγωγι βιομάηασ και καταλοίπων τθσ βιοαποδόμθςθσ, δθλαδι ανόργανεσ ουςίεσ. Οι ανόργανεσ αυτζσ ουςίεσ αποβάλλονται από τα κφτταρα των μικροοργανιςμϊν με τισ εκκρίςεισ. Θ παραγωγι βιομάηασ ζχει ςαν αποτζλεςμα τθν αφξθςθ του πάχουσ των βιολογικϊν υμζνων και κατά ςυνζπεια τθν ελάττωςθ των κενϊν χϊρων του διυλιςτθρίου. Ζνα τμιμα τθσ βιομάηασ χρθςιμοποιείται ςαν τροφι από τουσ μικροοργανιςμοφσ που διαβιϊνουν ςτο εςωτερικό των διυλιςτθρίων. Το απαιτοφμενο οξυγόνο για τθν οξείδωςθ των οργανικϊν ουςιϊν λαμβάνεται από τον αζρα. Με κατάλλθλθ διαμόρφωςθ του πυκμζνα του διυλιςτθρίου, δθλαδι πολλζσ οπζσ για τθν εκροι των λυμάτων και τθν κυκλοφορία του αζρα, εξαςφαλίηεται καλόσ αεριςμόσ του εςωτερικοφ του διυλιςτθρίου. Με τθν αφξθςθ του πάχουσ των βιολογικϊν υμζνων περιορίηεται ο όγκοσ των κενϊν χϊρων του διυλιςτθρίου και το οξυγόνο που ειςζρχεται ςτο εςωτερικό του δεν αρκεί για να φκάςει ςτα εςωτερικά ςτρϊματα των βιολογικϊν υμζνων. Ζτςι θ αποικοδόμθςθ από αερόβια μετατρζπεται ςε αναερόβια. Με τθν πάροδο του χρόνου θ αδρανοποιθμζνθ βιομάηα χάνει τθν ικανότθτα πρόςφυςισ τθσ ςτισ ςτερεζσ επιφάνειεσ, αποκολλάται από αυτζσ και ςυμπαραςφρεται προσ τθν ζξοδο του διυλιςτθρίου. Θ αφξθςθ τθσ βιομάηασ ςτο εςωτερικό του διυλιςτθρίου ζχει ςαν αποτζλεςμα και τθ μείωςθ του ελεφκερου χϊρου μεταξφ των χαλικιϊν. Συνζπεια αυτοφ είναι ο κίνδυνοσ απόφραξθσ του χαλικοδιυλιςτθρίου. Εικόνα Χαλικοδιυλιςτιρια Τα πιο ςφγχρονα βιολογικά φίλτρα κυμαίνονται ςε φψοσ από 5 ζωσ 10 m και είναι γεμάτα με πλαςτικό υλικό πλιρωςθσ για τθν προςκόλλθςθ τθσ βιολογικισ ςτοιβάδασ (ςχιμα ). Το πλαςτικό υλικό πλιρωςθσ είναι ζτςι ςχεδιαςμζνο ϊςτε το % του όγκου του πφργου να αποτελείται από κενό χϊρο. Θ διεργαςία είναι όμοια με αυτιν που αναφζρεται παραπάνω. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 63

69 Βιολογικόσ πφργοσ Υλικό πλιρωςθσ: πλαςτικό Δεξαμενι Κακίηθςθσ Ειςροι Εκροι Επανακυκλοφορία (προαιρετικά) Επανακυκλοφορία Ιλφσ Σχιμα Βιολογικό φίλτρο με πλαςτικό υλικό Τα διςκοδιυλιςτιρια Εικόνα Ρλαςτικά πλθρωτικά υλικά βιολογικϊν φίλτρων Οι περιςτρεφόμενοι βιολογικοί δίςκοι (Rotating Biological Contactors RBC) (ςχιμα ) ι διςκοδιυλιςτιρια λειτουργοφν επίςθσ με τθ μζκοδο τθσ προςκολλθμζνθσ βιομάηασ και αποτελοφνται από μια θμικυλινδρικι ςκάφθ κατά μικοσ τθσ οποίασ υπάρχει ζνασ περιςτρεφόμενοσ άξονασ ςτον οποίο είναι ςτερεωμζνοι κυκλικοί δίςκοι ςε κατάλλθλθ μεταξφ τουσ απόςταςθ. Οι δίςκοι είναι θμιβυκιςμζνοι ςτθ ςκάφθ εντόσ τθσ οποίασ ειςζρχονται τα λφματα. Οι βιολογικοί υμζνεσ αναπτφςςονται πάνω ςτισ επιφάνειεσ των δίςκων. Πταν τα βακτιρια είναι βυκιςμζνα ςτα λφματα προςροφοφν τισ διαλυμζνεσ ςε αυτά οργανικζσ ουςίεσ και τισ χρθςιμοποιοφν ςαν τροφι. Στθ ςυνζχεια με τθν περιςτροφι του δίςκου εξζρχονται τα βακτιρια από τα λφματα και ζρχονται ςε επαφι με τον ατμοςφαιρικό αζρα από τον οποίο παίρνουν το απαιτοφμενο οξυγόνο για τθν οξείδωςθ των οργανικϊν ενϊςεων. Θ παραγόμενθ βιομάηα αποκολλάται από τισ επιφάνειεσ των δίςκων λόγω τθσ ταχφτθτασ περιςτροφισ των δίςκων και των δυνάμεων τριβισ που αναπτφςςονται ςτθν διεπιφάνεια νεροφ - βιολογικοφ υμζνα. Στθ ςυνζχεια εκρζουν μαηί με τα λφματα από το διυλιςτιριο και φκάνουν ςτισ δεξαμενζσ τελικισ κακίηθςθσ όπου και κατακρατοφνται. Τα διςκοδιυλιςτιρια καταςκευάηονται ςυνικωσ ςαν δεξαμενζσ οι οποίεσ αποτελοφνται από περιςςότερεσ ςκάφεσ ςτθ ςειρά. Θ ςφςταςθ των μικροοργανιςμϊν που αποτελοφν τουσ βιολογικοφσ υμζνεσ διαφζρει από ςκάφθ ςε ςκάφθ. Επίςθσ από ςκάφθ ςε ςκάφθ διαφζρει και θ ςυγκζντρωςθ του διαλυμζνου οξυγόνου ςτα λφματα. Ζτςι ενϊ ςτθν πρϊτθ ςκάφθ ζχουμε ςυγκζντρωςθ οξυγόνου 1,5 mg/l, ςτθν τζταρτθ είναι δυνατόν αυτι να είναι 6,0 mg/l. Το βαςικό πλεονζκτθμα των διςκοδιυλιςτθρίων είναι οι χαμθλζσ δαπάνεσ λειτουργίασ τουσ οι οποίεσ ουςιαςτικά περιορίηονται ςτισ δαπάνεσ για τθν κίνθςθ του άξονα των δίςκων. Θ ςυνολικι καταναλιςκόμενθ Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 64

70 ενζργεια ςτισ εγκαταςτάςεισ αυτοφ του τφπου είναι το % τθσ αντίςτοιχθσ των εγκαταςτάςεων ενεργοφ ιλφοσ. Επίςθσ οι δαπάνεσ ςυντιρθςισ τουσ είναι μικρότερεσ από τισ αντίςτοιχεσ των χαλικοδιυλιςτθρίων και των εγκαταςτάςεων ενεργοφ ιλφοσ. Ρρωτοβάκμια Κακίηθςθ Δευτεροβάκμια Κακίηθςθ Ειςροι RBC Εκροι Ιλφσ Ιλφσ Σχιμα Σχθματικι διάταξθ διςκοδιυλιςτθρίου Εικόνα Βιολογικοί δίςκοι (Διςκοδιυλιςτιρια) Εικόνα Συςτοιχίεσ βιολογικϊν δίςκων (Διςκοδιυλιςτιρια) Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 65

71 Κεφάλαιο 7: Απομάκρυνςη θρεπτικών αλάτων 7.1 Απομάκρυνςθ αηϊτου Το άηωτο και ο φϊςφοροσ είναι δυο πολφ ςθμαντικά ςτοιχεία με ιδιαίτερθ ςθμαςία ςτθν επεξεργαςία των λυμάτων. Τα κρεπτικά άλατα, δθλαδι οι αηωτοφχεσ και οι φωςφορικζσ ενϊςεισ που υπάρχουν ςτα υγρά απόβλθτα, αποτελοφν απαραίτθτα ςυςτατικά για τθν επιβίωςθ των βακτθρίων ςτουσ βιοαντιδραςτιρεσ, πρζπει όμωσ οπωςδιποτε να απομακρυνκοφν ϊςτε να μθν δθμιουργιςουν προβλιματα αποξυγόνωςθσ και ευτροφιςμοφ ςτον τελικό αποδζκτθ. Πταν θ ουρία (ΝΘ2COΝΘ2) ειςζρχεται ςτο νερό μετατρζπεται ςε αμμωνία (ΝΘ3). Θ αμμωνία βρίςκεται ςτα + απόβλθτα είτε με τθ μορφι των αμμωνιακϊν (ΝΘ4 ) ιόντων είτε με τθ μορφι τθσ ελεφκερθσ αμμωνίασ (ΝΘ3) ςε αζρια μορφι. Για χαμθλζσ τιμζσ ph κυριαρχεί θ ιοντικι μορφι ενϊ για αλκαλικζσ τιμζσ ph κυριαρχεί θ αζρια μορφι. Για τιμζσ ph = 9,0 υπάρχει ιςορροπία. Το ph των αποβλιτων κυμαίνεται από 6 ζωσ 9 και ςυνεπϊσ οι διεργαςίεσ απομάκρυνςθσ τθσ αμμωνίασ ςυνδζονται με το ph. Νιτροποίθςθ είναι ο όροσ που χρθςιμοποιείται για να περιγράψει τθ βιολογικι διεργαςία δφο ςταδίων κατά τθν οποία θ αμμωνία μετατρζπεται (οξειδϊνεται) ςε νιτρικά (ΝΟ 3 ) ιόντα με ενδιάμεςθ βακμίδα τα νιτρϊδθ (ΝΟ2 ) ιόντα: 2𝑁𝐻3 + 3𝑂2 2𝑁𝑂2 + 𝑂2 𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠𝑜𝑚𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟 2𝑁𝑂2 + 2𝐻 + + 2𝐻2 𝑂 2𝑁𝑂3 Απονιτροποίθςθ είναι ο όροσ που χρθςιμοποιείται για να περιγράψει τθ βιολογικι διεργαςία κατά τθν οποία τα νιτρικά ιόντα μετατρζπονται ςε αζριο άηωτο: 𝑁𝑂3 + 𝐻𝐶𝐻𝑂 + 𝐻 + 𝐷𝑒𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓𝑦𝑖𝑛𝑔 𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑁2 + 𝐶𝑂2 + 𝐻2 𝑂 Θ διεργαςία τθσ νιτροποίθςθσ απονιτροποίθςθσ ςτοχεφει ςτθν απομείωςθ των αμμωνιακϊν που περιζχονται ςτα απόβλθτα και εφαρμόηεται μαηί με τθν βιολογικι οξείδωςθ του οργανικοφ φορτίου (BOD) ςτα ςυςτιματα τθσ ενεργοφ ιλφοσ, γιατί ζχει πλεονεκτιματα όπωσ υψθλό βακμό απόδοςθσ, ςτακερότθτα και αξιοπιςτία, εφκολο ζλεγχο και ςχετικά χαμθλό κόςτοσ. Αμμωνία ΝΘ3 Νιτρϊδθ ΝΟ2- Νιτρικά ΝΟ3- Άηωτο Ν2 Σχιμα Σχθματικό διάγραμμα νιτροποίθςθσ - απονιτροποίθςθσ Οι απαραίτθτεσ προχποκζςεισ για ικανοποιθτικι νιτροποίθςθ είναι οι εξισ: θ υψθλι ςυγκζντρωςθ διαλυμζνου οξυγόνου (οπωςδιποτε πάνω από 1,5 mg/l) επειδι τα βακτιρια νιτροποίθςθσ είναι υποχρεωτικά αερόβια, θ κερμοκραςία (πρακτικά δεν επιτυγχάνεται νιτροποίθςθ ςε κερμοκραςίεσ χαμθλότερεσ των 5 C και ο ο υψθλότερεσ των 45 C, θ βζλτιςτθ κερμοκραςία νιτροποίθςθσ κυμαίνεται από 28 ζωσ 32 C και θ μείωςθ τθσ κερμοκραςίασ ςυνεπάγεται ςθμαντικι μείωςθ τθσ ταχφτθτασ τθσ αντίδραςθσ), θ αρκετά μεγάλθ θλικία ιλφοσ (ο απαιτοφμενοσ χρόνοσ παρακράτθςθσ για ικανοποιθτικι νιτροποίθςθ είναι αρκετζσ φορζσ μεγαλφτεροσ το χειμϊνα από το καλοκαίρι, με αποτζλεςμα να απαιτείται κατά τθ διάρκεια του χειμϊνα θ λειτουργία των εγκαταςτάςεων με μεγαλφτερεσ τιμζσ MLSS για τθ διατιρθςθ του επικυμθτοφ επιπζδου νιτροποίθςθσ), το ph των αποβλιτων (βζλτιςτθ τιμι ςτθν αλκαλικι περιοχι ph = 8.2), ο Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 66

72 θ ικανοποιθτικι ςυγκζντρωςθ αλκαλικότθτασ των αποβλιτων (εξαπλάςια τουλάχιςτον τθσ ςυγκζντρωςθσ των αμμωνιακϊν) για να εξουδετερϊνεται το οξφ το οποίο παράγεται κατά το πρϊτο ςτάδιο τθσ νιτροποίθςθσ και ζχει καταςτρεπτικζσ ςυνζπειεσ ςτθν επιβίωςθ των νιτροποιθτικϊν βακτθρίων, το αμμωνιακό φορτίο των λυμάτων. Κατά το δεφτερο ςτάδιο τθσ διεργαςίασ, τθν απονιτροποίθςθ, τα νιτρικά μετατρζπονται ςε ςτοιχειακό άηωτο (N 2 ), με ςφγχρονθ ζκλυςθ μικρϊν ποςοτιτων υποξειδίου (N 2 O) και μονοξειδίου (ΝΟ) του αηϊτου, μζςω μιασ κατθγορίασ ετερότροφων μικροοργανιςμϊν υπό ανοξικζσ ςυνκικεσ (ςυγκζντρωςθ οξυγόνου < 0,5 mg/lt). Τα ετερότροφα βακτιρια τθσ απονιτροποίθςθσ χρθςιμοποιοφν ωσ πθγι οξυγόνου το οξυγόνο των νιτρωδϊν και των νιτρικϊν που παράγονται κατά τθ νιτροποίθςθ. Αυτό ςυμβαίνει μόνον ςε ανοξικζσ καταςτάςεισ γιατί ςτθν αντίκετθ περίπτωςθ τα εν λόγω βακτιρια προτιμοφν το διαλυμζνο οξυγόνο που υπάρχει ςτο ςφςτθμα με αποτζλεςμα τθν αναςτολι τθσ νιτροποίθςθσ. Θ διεργαςία τθσ απονιτροποίθςθσ εξαρτάται από τθ κερμοκραςία και το ph, το οποίο ςυνικωσ αυξάνεται. Θ βζλτιςτθ τιμι του ph κυμαίνεται μεταξφ των τιμϊν ph = 7,0 8,2. Κατά τθν πορεία αναγωγισ των νιτρικϊν, θ τιμι ph < 7 ευνοεί τθν δθμιουργία οξειδίων του αηϊτου, ενϊ τιμι ph > 9, ευνοεί τθ δθμιουργία αμμωνίασ. Ζχει υπολογιςτεί ότι θ αλκαλικότθτα που παράγεται κατά τθν απονιτροποίθςθ είναι μικρότερθ κατά το ιμιςυ από εκείνθ που αναλϊνεται κατά τθν νιτροποίθςθ. Για τθν αναγωγι όμωσ των νιτρικϊν ςε άηωτο απαιτείται οπωςδιποτε μια πθγι άνκρακα. Οι μικροοργανιςμοί απαιτοφν τροφι για τθν απόκτθςθ ενζργειασ. Ρθγι άνκρακα των ετερότροφων βακτθρίων μπορεί να είναι είτε διαλυτζσ και κολλοειδείσ οργανικζσ ενϊςεισ των ακατζργαςτων αποβλιτων (BOD) είτε ο ενδογενισ άνκρακασ των μικροοργανιςμϊν, δθλαδι ο άνκρακασ των ςθπόμενων νεκρϊν κυττάρων είτε θ μεκανόλθ (CH 3 OH) που αποτελεί το καλφτερο οργανικό υπόςτρωμα για τθν απονιτροποίθςθ. Θ επιλογι τθσ πθγισ άνκρακα μπορεί να επθρεάςει ςθμαντικά το ςχεδιαςμό τθσ διεργαςίασ και γίνεται με πολλοφσ τρόπουσ. Στθν πράξθ, κατά τθν επεξεργαςία των υγρϊν αποβλιτων με τθ μζκοδο τθσ ενεργοφ ιλφοσ, θ απονιτροποίθςθ πρζπει να γίνει ςε ξεχωριςτι δεξαμενι και όχι ςτθν ίδια δεξαμενι με τθ νιτροποίθςθ γιατί κατά τθν απονιτροποίθςθ απαγορεφεται θ παρουςία διαλυμζνου οξυγόνου ενϊ κατά τθ νιτροποίθςθ θ παρουςία διαλυμζνου οξυγόνου επιβάλλεται. Συνικωσ θ δεξαμενι απονιτροποίθςθσ τοποκετείται πριν τθ δεξαμενι νιτροποίθςθσ (ςχιμα 7.1.2). Ειςροι ΝΘ 4 + C N 2 Ανοξικι Ανάμικτο υγρό Αερόβια Νιτροποίθςθ Δ.Τ.Κ. Εκροι Επανακυκλοφορία Αζρασ (Ο 2 ) Ιλφσ Σχιμα Ρροανοξικι απονιτροποίθςθ υποςτρϊματοσ ςε ξεχωριςτι δεξαμενι Τα υγρά απόβλθτα αναμιγνφονται με τθν ιλφ επανακυκλοφορίασ και τα απονιτροποιθτικά βακτιρια αναπτφςςονται ταχφτατα χρθςιμοποιϊντασ ςαν τροφι τισ οργανικζσ ουςίεσ των λυμάτων. Τα νιτρικά (ΝΟ 3 - ) μετατρζπονται ςε άηωτο (Ν 2 ) που διαφεφγει ςτθν ατμόςφαιρα με τον αεριςμό των υγρϊν αποβλιτων ςτθν δεξαμενι νιτροποίθςθσ που ακολουκεί. Εάν θ δεξαμενι απονιτροποίθςθσ τοποκετθκεί μετά τθ δεξαμενι νιτροποίθςθσ (ςχιμα 7.1.3) παρατθρείται ζλλειψθ τροφισ ςτθν ανοξικι δεξαμενι απονιτροποίθςθσ. Κατά ςυνζπεια θ απονιτροποίθςθ εξελίςςεται με πολφ βραδείσ ρυκμοφσ. Τότε προςτίκεται τροφι (άνκρακασ, ςυνικωσ μεκανόλθ) ςτα απόβλθτα. Θ διαςταςιολόγθςθ των δεξαμενϊν κα πρζπει να γίνει για πολφ μεγάλουσ χρόνουσ παραμονισ των λυμάτων μζςα ς αυτζσ. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 67

73 Ειςροι ΝΘ 4 + C Ρροςκικθ άνκρακα Αερόβια Νιτροποίθςθ N 2 Ανοξικι Δ.Τ.Κ. Εκροι Αζρασ (Ο 2 ) Επανακυκλοφορία Ιλφσ Σχιμα Μεταανοξικι ενδογενισ απονιτροποίθςθ Θ νιτροποίθςθ - απονιτροποίθςθ είναι δυνατόν να γίνει και ςτθν ίδια δεξαμενι (ςχιμα 7.1.4). Στθν περίπτωςθ αυτι ςτο πρϊτο τμιμα τθσ δεξαμενισ δεν γίνεται εμφφςθςθ αζρα αλλά μόνο ανάδευςθ (εικόνα 7.1.4) για να αποφευχκεί θ κακίηθςθ των αιωρουμζνων ςωματιδίων. Θ περιοχι αυτι τθσ δεξαμενισ είναι θ ανοξικι. Στο υπόλοιπο τμιμα τθσ δεξαμενισ γίνεται θ νιτροποίθςθ με κανονικό αεριςμό των υγρϊν αποβλιτων. Ο χρόνοσ παραμονισ των αποβλιτων ςτθ δεξαμενι απονιτροποίθςθσ είναι περίπου 30 λεπτά για τθν παροχι του μίγματοσ των υγρϊν αποβλιτων μετά τθν επανακυκλοφορία. Ειςροι Ανοξικι ηϊνθ Απονιτροποίθςθ Εκροι Αερόβια ηϊνθ Νιτροποίθςθ Σχιμα Κάτοψθ δεξαμενισ νιτροποίθςθσ απονιτροποίθςθσ με προταςςόμενθ ανοξικι ηϊνθ Εικόνα Αναδευτιρεσ λυμάτων κατά τθν απονιτροποίθςθ Υπάρχουν ακόμα πολλζσ άλλεσ παραλλαγζσ νιτροποίθςθσ απονιτροποίθςθσ όπωσ για παράδειγμα ςε μια δεξαμενι, χωρίσ διαχωριςμό ςε αεριηόμενο και μθ αεριηόμενο κάλαμο. Θ διεργαςία επιτυγχάνεται είτε με διακοπτόμενο αεριςμό είτε με τθ χρθςιμοποίθςθ κατάλλθλων δεξαμενϊν (ςχιματα 7.1.6, και 7.1.8). Οι ανοξικζσ ςυνκικεσ δθμιουργοφνται είτε κατά τθ διάρκεια διακοπισ του αεριςμοφ είτε λίγο πριν τον επόμενο αεριςτιρα. Άλλθ τζλοσ περίπτωςθ είναι θ επίτευξθ τθσ διεργαςίασ νιτροποίθςθσ απονιτροποίθςθσ ςε δεξαμενζσ με περιςςότερουσ καλάμουσ οι οποίοι βρίςκονται ςε ςειρά. Οι κάλαμοι απονιτροποίθςθσ και νιτροποίθςθσ τοποκετοφνται ο ζνασ μετά τον άλλο. Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 68

74 Ειςροι ΝΘ 4 + C N 2 N 2 N 2 N 2 Δ.Τ.Κ. Εκροι Ο 2 Επανακυκλοφορία Ιλφσ Σχιμα Νιτροποίθςθ απονιτροποίθςθ ςε δεξαμενζσ με περιςςότερουσ καλάμουσ ςτθ ςειρά (Εναλλαγι αεριηόμενων με μθ αεριηόμενεσ ηϊνεσ) Σχιμα Οξειδωτικι τάφροσ Σχιμα Δίδυμθ οξειδωτικι τάφροσ Σχιμα Δίδυμθ οξειδωτικι τάφροσ (carrousel) Εισαγωγή στη Τεχνική Περιβάλλοντος Ευθύμιος Νταρακάς Τ.Π.Μ. / Α.Π.Θ. Σελίδα 69

75 Εικόνα Οξειδωτικι τάφροσ για ταυτόχρονθ απονιτροποίθςθ 7.2 Απομάκρυνςθ φωςφόρου Και ο φϊςφοροσ () πρζπει να απομακρυνκεί από τα απόβλθτα για τον ίδιο λόγο που απομακρφνονται οι ενϊςεισ του αηϊτου. H ςυγκζντρωςθ του φωςφόρου ςτθν εκροι των Ε.Ε.Λ. κακορίηεται από τον χαρακτθριςμό (ωφζλιμεσ χριςεισ) του αποδζκτθ. Συνικωσ όταν πρόκειται για ευαίςκθτουσ αποδζκτεσ, κεωρείται ικανοποιθτικι θ ποςότθτα του φωςφόρου ςτθν απορροι όταν αυτι δεν υπερβαίνει τα 2,0 mg/l. H πρακτικι που ακολουκείται πάντωσ, εφόςον αποφαςίηεται απομάκρυνςθ του φωςφόρου, αποβλζπει ςτθν απομάκρυνςθ τθσ τάξθσ του 90 ζωσ και 95 %. Στα υγρά απόβλθτα ο φϊςφοροσ βρίςκεται κυρίωσ ςτισ οργανικζσ ενϊςεισ και αποτελεί το 75 % περίπου του ςυνολικά υπάρχοντοσ φωςφόρου. Ο υπόλοιποσ 25 % περίπου, βρίςκεται κυρίωσ με τθ μορφι των ορκοφωςφορικϊν (Ο 4 3-, ΘΟ 4 2-, Θ 2 Ο 4 - ) διαλυτϊν ιόντων από % και πολυφωςφορικϊν (P 2 O 7 2- ) ιόντων τα οποία είναι περίπλοκα μόρια, αλλά και με τθ μορφι οργανικϊν φωςφορικϊν ενϊςεων. O φϊςφοροσ αποτελεί βαςικό ςυςτατικό για τθ ςφνκεςθ του κυτταρικοφ ιςτοφ των μικροοργανιςμϊν τθσ ενεργοφ ιλφοσ και για τθν μεταφορά ενζργειασ. Αυτό ζχει ωσ αποτζλεςμα ζνα ποςοςτό τθσ τάξθσ του 10 % ζωσ 30 % τθσ ειςερχόμενθσ ποςότθτασ φωςφόρου να απομακρφνεται κατά τθ διάρκεια τθσ βιολογικισ επεξεργαςίασ ςτισ δεξαμενζσ αεριςμοφ, ενϊ το ςφνολο ςχεδόν των φωςφορικϊν ενϊςεων μετατρζπεται ςε διαλυτά ορκοφωςφορικά ιόντα. Οι επιςτθμονικά παραδεκτζσ μζκοδοι απομάκρυνςθσ του φωςφόρου από τα υγρά απόβλθτα είναι θ βιολογικι και θ χθμικι μζκοδοσ. Κάκε μια ζχει διαφορετικό βακμό απόδοςθσ, αλλά και διαφορετικά λειτουργικά ζξοδα. Θ χθμικι μζκοδοσ με τθ χριςθ κροκιδωτικϊν εφαρμόςτθκε με μεγάλθ επιτυχία και απόδοςθ. Τα τελευταία χρόνια και θ βιολογικι μζκοδοσ απομάκρυνςθσ του φωςφόρου κερδίηει ζδαφοσ. Στα κφρια πλεονεκτιματά τθσ ανικουν οι μειωμζνεσ δαπάνεσ ςε χθμικά και θ μικρότερθ παραγωγι ιλφοσ, ςυγκριτικά με τθ χθμικι κακίηθςθ. H βιολογικι απομάκρυνςθ του φωςφόρου πραγματοποιείται ςτισ εγκαταςτάςεισ με τθ μζκοδο τθσ ενεργοφ ιλφοσ, ταυτόχρονα με τθ βιολογικι απομάκρυνςθ του οργανικοφ φορτίου. H αποφωςφόρωςθ γίνεται ςυνικωσ μόνθ τθσ αλλά πολλζσ φορζσ ςυνδυάηεται και με τθν απομάκρυνςθ του αηϊτου (νιτροποίθςθ - απονιτροποίθςθ) ςτθν ίδια δεξαμενι. H μονάδα βιολογικισ αποφωςφόρωςθσ (ςχιμα 7.2.1) αποτελείται από μια δεξαμ&ep