ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ ΤΩΝ ΤΕΧΝΗΤΩΝ ΥΓΡΟBIOΤΟΠΩΝ ΓΙΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ - ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ

Transcript

1 ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ ΤΩΝ ΤΕΧΝΗΤΩΝ ΥΓΡΟBIOΤΟΠΩΝ ΓΙΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ - ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ Παπαδόπουλος Χαράλαµπος, ρ. Χηµικός Περιβαλλοντολόγος Χριστοφορίδης Αναστάσιος, Μηχανολόγος Μηχανικός Alteren A.E, Κασσάνδρου 37Α, , Θεσσαλονίκη, Alterco O.E., Φράγκων 19, , Θεσσαλονίκη, KEYWORDS: Τεχνητοί υγροβιότοποι, επεξεργασία βιοµηχανικών υγρών αποβλήτων ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σε πέντε επιχειρήσεις της Βόρειας Ελλάδας έχουν γίνει εγκαταστάσεις επεξεργασίας των βιοµηχανικών τους υγρών αποβλήτων µε τη µέθοδο των τεχνητών υγροβιότοπων κάθετης ροής και χρήση υδροχαρών φυτών στην επιφάνεια. Οι τεχνητοί αυτοί υγροβιότοποι εκτός του ότι εφαρµόζονται για πρώτη φορά στην Ελλάδα για βιοµηχανικά απόβλητα έχουν πρωτοποριακά στοιχεία στην κατασκευή όπως ο επιπλέον αερισµός στα εσωτερικά στρώµατα των υλικών πλήρωσης. Η κατασκευή του τεχνητού υγροβιότοπου έγινε είτε σε δεξαµενή από οπλισµένο σκυρόδεµα ή σε κινητό container για τις επιχειρήσεις που οι ποσότητες αποβλήτων είναι µικρές, είτε µε χωµάτινο σκάµµα και στεγανοποίηση µε γεωµεµβράνη για µεγαλύτερες ποσότητες. USE OF CONSTRUCTED WETLANDS FOR THE TREATMENT AND RECYCLING OF INDUSTRIAL WASTEWATER Charalambos Papadopoulos, Dr. Chemist Environmentalist Anastasios Christoforides, Mechanical Engineer Alteren S.A., Kassandrou 37Α, , Thessaloniki, Greece, Alterco Inc., Fragon 19, , Thessaloniki, Greece, KEYWORDS: Constructed wetlands, industrial wastewater treatment, reed beds ΑBSTRACT In five enterprises of Northern Greece installations of treatment their industrial wastewater have become with the method of constructed wetlands (reed beds), especially with vertical flow wetlands (VFW). These reed beds except that they were applied for first time in Greece for industrial wastewater they have pioneering elements in their construction as the additional airing in the interior layers of filling materials. Wetlands constructed with sink from concrete or mobile container for the enterprises that the quantities of their wastewater were small (~12 m 3 /day) or in earthen sink and waterproofing with geo-membrane for bigger quantities (135 m 3 /day).

2 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Η ανάγκη διαχείρισης βιοµηχανικών υγρών αποβλήτων Στα µεγάλα αστικά κέντρα υπάρχουν οργανωµένες βιοµηχανικές περιοχές (ΒΙ.ΠΕ.) στις οποίες η διαχείριση των βιοµηχανικών αποβλήτων θεωρείται ελεγχόµενη. Το µεγαλύτερο ποσοστό των µικροµεσαίων επιχειρήσεων όµως είναι συνήθως µακριά από αστικοποιηµένες περιοχές και πολλές σε διάσπαρτα µέρη χωρίς µια κοινή οργάνωση µεταξύ τους. Η χωροθέτηση διαφόρων βιοµηχανιών σε απόµακρα µέρη σε συνδυασµό µε την ποιοτική σύνθεση και φύση των βιοµηχανικών υγρών αποβλήτων οδήγησε στην εισαγωγή καινοτόµων τεχνολογιών επεξεργασίας των υγρών βιοµηχανικών αποβλήτων, έτσι ώστε να αποτραπεί η ανεξέλεγκτη και εύκολη λύση της απόρριψης των ανεπεξέργαστων υγρών αποβλήτων σε φυσικούς αποδέκτες (υδάτινους ή/ και υπεδάφιους) που θα είχαν σοβαρότατες συνέπειες στο οικοσύστηµα και στη δηµόσια υγεία. Η Νοµοθεσία αποτέλεσε ένα σηµαντικό κίνητρο αλλά και µέσο πίεσης για την εξεύρεση αντιρρυπαντικών τεχνολογιών ορθολογικής διαχείρισης των βιοµηχανικών αποβλήτων. Η έντονη όµως διαφοροποίηση των χαρακτηριστικών των αποβλήτων δηµιουργεί προβλήµατα στην αποτελεσµατική εφαρµογή ενός προγράµµατος διαχείρισης των βιοµηχανικών υγρών αποβλήτων γιατί η επεξεργασία τους θα πρέπει πολλές φορές να προσαρµοσθεί στα εξειδικευµένα χαρακτηριστικά της κάθε βιοµηχανικής παραγωγικής δραστηριότητας. Το αποτέλεσµα όλων αυτών των συνθηκών οδηγεί αναπόφευκτα στη διαπίστωση ότι η δηµιουργία κλειστών κυκλωµάτων µε την πλήρη αποφυγή απόρριψης σε αντίθεση µε την τάση της End of Pipe Technology παριστάνει τη µοναδική οικονοµική και περιβαλλοντικά φιλική λύση. Οι λόγοι που µας ανάγκασαν να διερευνήσουµε σοβαρά την εφαρµογή εναλλακτικών φυσικών συστηµάτων επεξεργασίας βιοµηχανικών υγρών αποβλήτων περιγράφονται παρακάτω: Οι εγκαταστάσεις είναι αποµονωµένες, δεν έχουν τη δυνατότητα µετά από µια προ-επεξεργασία των αποβλήτων τους να τα διαθέσουν σε αποχετευτικό σύστηµα, δεν υπάρχει φυσικός αποδέκτης στη γύρω περιοχή, η επιθυµία των επιχειρήσεων αλλά και η επιτακτική ανάγκη θέσπισης µιας πολιτικής εξοικονόµησης ενέργειας και υδάτινων πόρων επαναχρησιµοποιώντας τα επεξεργασµένα υγρά είτε στις παραγωγικές διεργασίες (πλύσιµο, τουαλέτες κλπ.) είτε στην άρδευση για υδροπονικούς σκοπούς, οι µικρές παροχές των αποβλήτων µε αποτέλεσµα το κατασκευαστικό και λειτουργικό κόστος για ένα κλασικό βιολογικό καθαρισµό να είναι δυσανάλογα µεγάλο, το χαµηλό κόστος συντήρησης, η περιβαλλοντικά φιλική λειτουργία που βασίζεται σε φυσικές διεργασίες µε ελάχιστο έως καθόλου µηχανολογικό εξοπλισµό, αλλά και στην αισθητική εµφάνιση ενός τεχνητού υγροβιότοπου, που ενσωµατώνεται στο φυσικό τοπίο του οικοπέδου του εργοστασίου. Τα τελευταία τέσσερα χρόνια για πρώτη φορά έχει εφαρµοστεί σε βιοµηχανίες της Βόρειας Ελλάδας η τεχνολογία της επεξεργασίας των βιοµηχανικών υγρών αποβλήτων µε τη µέθοδο των τεχνητών υγροβιότοπων κάθετης ροής. Είναι η πρώτη φορά που η µέθοδος των τεχνητών υγροβιότοπων εφαρµόζεται σε βιοµηχανικά υγρά απόβλητα στη χώρα µας και µάλιστα διαφορετικής, για κάθε επιχείρηση, ποσότητας, ποιότητας και σύστασης αποβλήτων αφού οι επιχειρήσεις που αναφέρονται έχουν εντελώς διαφορετικά αντικείµενα παραγωγής. Για τον σχεδιασµό των βιοαντιδραστήρων λήφθηκαν υπόψη πολλές ιδιαιτερότητες κάθε επιχείρησης, οµοιότητες και παραλλαγές ανάλογα µε τα ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά των αποβλήτων. Αναδείχθηκε η ικανότητα, η αποτελεσµατικότητα και το µικρότερο κόστος κατασκευής και λειτουργίας αυτών των συστηµάτων τόσο σαν µια τεχνικά και περιβαλλοντικά αποδεκτή λύση όσο και σαν µια οικονοµικά συµφέρουσα και αποδεκτή εναλλακτική λύση όχι µόνο στην επεξεργασία αστικών λυµάτων αλλά και βιοµηχανικών υγρών αποβλήτων. 1.2 Γενική περιγραφή της µεθόδου του βιοαντιδραστήρα/ βιόφιλτρου µε ή χωρίς υδροχαρή φυτά Η προτεινόµενη µέθοδος είναι µία εναλλακτική και αποτελεσµατική λύση, σε σύγκριση µε τις συµβατικές εγκαταστάσεις βιολογικού καθαρισµού και είναι µία νέα µέθοδος επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων µε φυσικές µεθόδους. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

3 Η εν λόγω µέθοδος αντικαθιστά τη µέθοδο της ενεργού ιλύος (δευτεροβάθµιας επεξεργασίας), µε την προϋπόθεση ότι τα υγρά απόβλητα υποβάλλονται σε πρωτοβάθµια επεξεργασία Φυσικοχηµική επεξεργασία µε αφαίρεση σε ικανοποιητικό βαθµό των στερεών. Η µέθοδος βασίζεται στη βιολογική αποικοδόµηση των αποβλήτων µέσω βακτηριακού και φυτικού µεταβολισµού και συνδυάζει ταυτόχρονα φυσικές και χηµικές διεργασίες. Οι βιολογικές διεργασίες µείωσης του ρυπαντικού φορτίου υποστηρίζονται από τις φυσικοχηµικές διεργασίες που οφείλονται αποκλειστικά στην προσρόφηση υδρόλυση, στη διήθηση αφοµοίωση των ρύπων στα εδαφικά υλικά του βιοαντιδραστήρα και στα φυτικά ριζώµατα, στην ρύθµιση του βαθµού οξύτητας και στις οξειδοαναγωγικές καθώς επίσης και φωτοχηµικές αντιδράσεις. Σε εδαφικά υλικά µε συγκεκριµένη σύνθεση, υδατοδιαπερατότητα και υδραυλικότητα, καλλιεργούνται διάφορα υδροχαρή φυτά όπως καλάµια, βούρλα, ηλιόφυτα και άλλα είδη ψαθών. Σε συγκεκριµένες στιβάδες του βιοαντιδραστήρα και ιδιαίτερα στα ριζώµατα των φυτών διοχετεύονται και αναπτύσσονται ειδικοί πληθυσµοί βακτηριδίων οι οποίοι δρουν σαν βιολογικοί δίσκοι και υποβοηθούν επιπρόσθετα το φιλτράρισµα και την προσκόλληση των ρύπων στις αερόβιες ζώνες όπου και λαµβάνει χώρα η βιοαποικοδόµηση τους. Τα υδροχαρή φυτά βοηθούν και συµβάλλουν στην πλήρη οξυγόνωση του αντιδραστήρα έτσι ώστε να υφίστανται πάντα αερόβιες συνθήκες. Η τριτοβάθµια επεξεργασία κατά την οποία αποµακρύνονται τα φωσφορικά και πληθώρα βαρέων µετάλλων στηρίζεται στην διεργασία της προσρόφησης στο έδαφος, της δέσµευσης µε χηµικό τρόπο, της βιοσυσσώρευσης καθώς επίσης και της αφοµοίωσης τους µέσω των φυτών και βακτηρίων. Επίσης, η καταστροφή του µικροβιακού φορτίου των λυµάτων στηρίζεται στις τοξικές για τους παθογόνους µικροοργανισµούς συνθήκες στα ριζώµατα των φυτών (παραγωγή τοξικών οξέων όπως βενζοϊκό, κιναµµωµικό, κ.ά.), στην µείωση του ph σε διάφορες στοιβάδες της κλίνης λόγω της εναλλαγής αερόβιων και ανοξικών συνθηκών, στη διατήρηση σε µεγάλο βαθµό των κλινών σε αερόβιες συνθήκες, µε τον επιπρόσθετο αερισµό του πληρωτικού υλικού, στη φύση του υλικού πλήρωσης (προσθήκη Ca(OH) 2 ) και στον µεγάλο χρόνο παραµονής εντός των κλινών. Μια εγκατάσταση µε υδρόφυτα σε σύγκριση µε τους άλλους συµβατικούς βιολογικούς καθαρισµούς παρέχει µεγάλα πλεονεκτήµατα όσον αφορά τη συντήρησή της, γιατί αυτή η εγκατάσταση αναζωογονείται και λειτουργεί από µόνη της χρησιµοποιώντας µόνο την ενέργεια του ήλιου και των λυµάτων ή υγρών αποβλήτων που περιέχουν τις θρεπτικές ύλες. Μία τέτοια εγκατάσταση έχει πολύ καλή απόδοση µε µεγάλη διάρκεια ζωής και λειτουργεί συνεχώς, ακόµη και στις πιο δυσµενείς καιρικές συνθήκες του χειµώνα. Ο βιοαντιδραστήρας δηµιουργεί επίσης ένα µικρο-οικοσύστηµα µε αξιόλογο ζωτικό χώρο. Τα επεξεργασµένα απόβλητα δεν περιέχουν παθογόνους µικροοργανισµούς και µπορούν να επαναχρησιµοποιηθούν ή να δηµιουργηθούν πανέµορφοι υγροβιότοποι µε βελτίωση του µικροκλίµατος στην περιοχή. Τα υλικά που χρησιµοποιούνται για την πλήρωση του βιοαντιδραστήρα όπου είναι φυτεµένα τα φυτά καθαρισµού, µπορεί να είναι διάφορα είδη άµµου και πυριτικά, αργιλικό έδαφος, πέτρες διαφορετικού µεγέθους, χαλίκια αναµεµιγµένα µε άλλα υλικά, τύρφη, ανακυκλωµένα υλικά από βιοµηχανίες (εµπλουτισµένα µε σίδηρο και µαγγάνιο), ρινίσµατα ξύλου, χουµοειδή υλικά (άχυρα, ανακυκλωµένα χαρτιά, κλπ.), φυσικά κροκιδωτικά και άλλα υδροχαρή υλικά. Από την πληθώρα αυτών των υλικών επιλέγεται ο κατάλληλος συνδυασµός τους έτσι ώστε να επιτευχθεί αρµονία µεταξύ της διαπερατότητας, της υδραυλικότητας (υδραυλικός χρόνος παραµονής) και του ρυθµού του υδραυλικού φορτίου. Από τεχνικής άποψης οι εγκαταστάσεις αυτού του είδους διαχωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες. Ενδεικτικά αναφέρουµε τις ακόλουθες τέσσερις (4) κατηγορίες: 1. Οριζόντια εγκατάσταση 2. Κάθετη εγκατάσταση 3. Συνδυασµός οριζόντιας και κάθετης εγκατάστασης 4. Επικλινής εγκατάσταση. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

4 Στις συγκεκριµένες περιπτώσεις χρησιµοποιήθηκε το σύστηµα επεξεργασίας µε συνδυασµό κατακόρυφης και οριζόντιας εγκατάστασης που εµπεριέχει ένα εντατικό σύστηµα αερισµού στο εσωτερικό του σκάµµατος και σε όλο το µήκος του βιοαντιδραστήρα - βιόφιλτρου. Τα υγρά απόβλητα εισέρχονται στον βιοαντιδραστήρα µε ψεκασµό ή διανοµή σε όλη την επιφάνεια της κλίνης τα οποία όµως διαπερνούν τα διάφορα στρώµατα στο εσωτερικό του βιοαντιδραστήρα όχι µόνο κάθετα αλλά και οριζόντια κατά µήκος της κλίνης σε διάφορες στιβάδες παρατείνοντας έτσι τον χρόνο παραµονής τους. Οι εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυµάτων των εργοστασίων έχουν σχεδιαστεί απολύτως σύµφωνα µε τις τελευταίες τεχνολογικές εξελίξεις που αφορούν την επεξεργασία λυµάτων µε φυσικά συστήµατα τεχνητούς υδροβιότοπους. Επίσης είναι εναρµονισµένες µε την πλέον σύγχρονη τεχνολογία και πρακτική ως προς τον υψηλό βαθµό προ-επεξεργασίας λυµάτων (ΦΧΕ). 2. ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΤΩΝ ΒΙΟΑΝΤΙ ΡΑΣΤΗΡΩΝ 1. Μέγιστη ηµερήσια παροχή αποβλήτων για δυναµικότητα συγκεκριµένων ισοδύναµων κατοίκων σε m 3 /d. 2. Ύψος βροχόπτωσης κατά τον χειµώνα I R1 =40mm και εξατµισοδιαπνοή κατά την θερινή περίοδο I R2 =20 mm οπότε I R = I R1 - I R2 = 20 mm 3. Μέση θερµοκρασία του χειµώνα Τ = 11 ο C, καλοκαιριού Τ = 22 ο C 4. Απαιτούµενο BOD στην είσοδο του συστήµατος C o σε mg/l και στην έξοδο του συστήµατος C e σε mg/l 5. Το βάθος του βιοαντιδραστήρα (κλίνης) d σε m 6. Το πορώδες του πληρωτικού υλικού 7. Η υδραυλική αγωγιµότητα του χρησιµοποιούµενου πορώδους υλικού k σε m/d 8. Η κλίση του πυθµένα κάθε λεκάνης 9. Ο υδραυλικός χρόνος παραµονής των υγρών στην κλίνη 3. ΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΒΙΟΑΝΤΙ ΡΑΣΤΗΡΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ Υ ΡΑΥΛΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ 3.1 Γενικά Ο νόµος που διέπει την υπόγεια ροή στις λεκάνες είναι ο νόµος του Darcy, ο οποίος επιβάλλει την χρήση τέτοιων κλινών των οποίων η διαπερατότητα (υδραυλική αγωγιµότητα) δεν πρέπει να είναι µικρότερη από 4x10-4 (κατά ATV) έτσι, ώστε να αποφεύγεται το φαινόµενο της επιφανειακής ροής των υγρών στο φίλτρο. Σύµφωνα µε την εξίσωση του Darcy ισχύει [1]: Q = K f I A f (1) όπου Q : παροχή των λυµάτων, m 3 /d Κ f : υδραυλική αγωγιµότητα m/d A f : βρεχόµενη επιφάνεια (βρεχόµενο πλάτος x ύψος κλίνης) της λεκάνης, m 2 Ι : κλίση της κλίνης Το πληρωτικό υλικό των πρωτοβάθµιων κλινών αποτελείται από σύνθετα υποστρώµατα πυριτικών υλικών που έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: κροκάλες, χονδρό χαλίκι, λεπτό χαλίκι, ψιλό χαλίκι, χοντρή άµµος µε προσµίξεις σιδήρου, τύρφης, χουµικών υλικών, πλαστικών κόκκων, βωξίτη, βακτηρίων, και προσθήκη διαφόρων άλλων ουσιών όπως Ca(OH) 2 κλπ. Η ιδανική υδραυλική αγωγιµότητα επηρεάζεται άµεσα από το πορώδες των παραπάνω υλικών η οποία ρυθµίζει και την σταθερά βιοαποικοδόµησης εντός των βιοαντιδραστήρων. Το µέγεθος της ιδανικής υδραυλικής αγωγιµότητας του πληρωτικού υλικού των κλινών υπολογίζεται από τη σχέση (ATV A-262): 2 ( d10 ) Kf = σε m/s (2) 100 όπου d 10 : η αποτελεσµατική µέση διάµετρος των κόκκων του πληρωτικού υλικού της κλίνης. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

5 Από την παραπάνω σχέση έχοντας d 10 = 0,4 mm προκύπτει Κ f = 1,6x10-3 m/s ή 138 m/d. Για τις κλίνες η διαστασιολόγηση γίνεται σύµφωνα µε την απαιτούµενη επιφάνεια κλίνης ανά ισοδύναµο κάτοικο που διαφέρει ανάλογα µε την περίπτωση (από 0,5 µέχρι 3 m 2 /κάτοικο). Η απαιτούµενη επιφάνεια των κλινών προσεγγιστικά δίνεται από τη σχέση: Α 1 (m 2 ) = ΙΠ m 3 /d. Για την πλήρωση της κλίνης µε τον κατάλληλο συνδυασµό υλικών ελέγχουµε την βέλτιστη ροή µε την εξίσωση του Darcy υπολογίζοντας σχετικές υδραυλικές αγωγιµότητες: Q = K f1 I A f1 για ροή κατά µήκος ή πλάτος της κλίνης (3) Από αυτή τη σχέση λαµβάνονται τιµές µε τις οποίες µπορεί να διαπιστωθεί αν η Κ f πλησιάζει περισσότερο προς την υδραυλική αγωγιµότητα του πληρωτικού υλικού και αποφασίζεται πως πρέπει να είναι η ιδανική τροφοδότηση των κλινών ούτως ώστε να επιτευχθεί µεγαλύτερος χρόνος παραµονής και µεγαλύτερη απόδοση στην αποµάκρυνση του οργανικού φορτίου. 3.2 Αποικοδόµηση BOD Η επιφάνεια της λεκάνης συναρτήσει του οργανικού φορτίου στην είσοδο και την έξοδο της κλίνης δίνεται από την παρακάτω σχέση: Q Co A = o ln kt n d C (4) e όπου A : η οριζόντια επιφάνεια της κλίνης σε m 2 Q o : η ηµερήσια παροχή των υγρών αποβλήτων, m 3 /d k T : η σταθερά της βιοαποικοδόµησης n : το ενεργό πορώδες d : το µέσο βάθος (m) C o : BOD εισόδου (mg/l) C e : BOD εξόδου (mg/l) Η σταθερά k T εξαρτάται από τη θερµοκρασία και δίνεται από τη σχέση: k T =k 20 (1,1) T-20 (5) όπου k 20 : η τιµή της σταθεράς στους 20 ο C T : η θερµοκρασία των υγρών αποβλήτων σε o C Η k 20 εξαρτάται από το πορώδες n του πληρωτικού µέσου και υπολογίζεται από τη σχέση: k 20 = 37,31 k o n 4,172 (6) H k o είναι η τιµή της σταθεράς για το πορώδες µέσο στο οποίο έχει αναπτυχθεί πλήρως η ζώνη του ριζικού συστήµατος (days -1 ). Για τυπικά αστικά απόβλητα είναι: k o =1,839 d -1. Για τις λεκάνες µας το πορώδες του πληρωτικού υλικού κυµαίνεται µεταξύ 0.4-0,6. Για το χειµώνα προκύπτει ότι η σταθερά k T είναι ίση µε 0,64 days -1 ενώ για το θέρος είναι 1,82 days Υδραυλικός χρόνος παραµονής Ο υδραυλικός χρόνος παραµονής εντός των κλινών βιολογικής επεξεργασίας υπολογίζεται από την παρακάτω σχέση: HRT = (10000) H A n / Q, (σε days) (7) όπου A : η συνολική επιφάνεια των κλινών σε εκτάρια Q : η ηµερήσια παροχή των υγρών αποβλήτων, m 3 /d H : βάθος κλίνης n : το ενεργό πορώδες Από την παραπάνω σχέση προκύπτει ότι ο χρόνος παραµονής εντός των κλινών κυµαίνεται από 1 έως 7d ανάλογα µε την µέγιστη ή µέση ηµερήσια παροχή. 3.4 Αποµάκρυνση Ολικού Αζώτου Η αποµάκρυνση του αζώτου µπορεί να υπολογιστεί από τις ακόλουθες σχέσεις: AMMNeff = exp( KT2 HRT) (8) TKN in Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

6 όπου AMMN eff : η συγκέντρωση αµµωνίας στην εκροή (mg/l) TKN in : η συγκέντρωση ολικού αζώτου στην εισροή (mg/l) Κ Τ2 : η σταθερά ρυθµού αντιδράσεως (d-1) HRT : ο υδραυλικός χρόνος παραµονής (d) Ισχύει: Κ Τ2 = Κ ΝΗ (1,048) T-20 και (9) Κ ΝΗ = 0, ,3922 (rz) 2,6077 (10) όπου rz το κλάσµα βάθους του υδροβιοτόπου που καταλαµβάνει στο σύστηµα ριζών των υδρόβιων φυτών, το οποίο δεχόµαστε ότι λαµβάνει την τιµή 0, Μηχανισµός αποµάκρυνσης ολικού φωσφόρου Η αποµάκρυνση του φωσφόρου πραγµατοποιείται εν µέρει µε απορρόφηση από το έδαφος σύµφωνα µε την εξίσωση: PHOS K eff p = exp (11) PHOSin HL όπου PHOS eff : η συγκέντρωση φωσφόρου στην εκροή (mg/l) PHOS in : η συγκέντρωση φωσφόρου στην εισροή, mg/l Κ p : η σταθερά ρυθµού αντιδράσεως (2,73 cm/d) HL : ο µέσος ηµερήσιος υδραυλικός ρυθµός φόρτισης (cm/d), Από την παραπάνω σχέση προκύπτει ότι η ελάττωση του φωσφόρου µε απορρόφηση από το έδαφος κυµαίνεται γύρω στο 15%. Σηµαντικός µηχανισµός αποµάκρυνσης φωσφόρου αποτελεί η αφοµοίωσή του από τα υδροχαρή φυτά, η απόδοση της οποίας προσεγγίζει έως και το 50% του εισερχόµενου φωσφόρου. Ο κυριότερος, όµως, µηχανισµός αποµάκρυνσης φωσφόρου οφείλεται στη συγκεκριµένη περίπτωση στο είδος του πληρωτικού υλικού, και ειδικότερα στις περιεχόµενες σιδηρούχες και αργιλικές προσµίξεις. Τα οξείδια του σιδήρου καθώς και ο στοιχειακός σίδηρος στις διάφορες µορφές του (δισθενής ή τρισθενής) αντιδρά µε τις φωσφορικές ρίζες παράγοντας διάφορες βιοδιαθέσιµες ενώσεις. Αρχικά πραγµατοποιείται οξείδωση του δισθενούς σιδήρου και αναγωγή των οξειδίων του σιδήρου σύµφωνα µε τις παρακάτω αντιδράσεις: ) Fe Fe + e ) FeO + H 2 O + 2H Fe + 2H 2O ) Fe 2 O 3 + H 2O + 6H Fe + 4H 2O Στη συνέχεια αντιδρά ο τρισθενής σίδηρος µε τις φωσφορικές ρίζες σύµφωνα µε την αντίδραση: ) Fe + PO4 FePO4( s) Το παραγόµενο ίζηµα του φωσφορικού σιδήρου είναι βιοδιαθέσιµο, µπορεί δηλαδή να χρησιµοποιηθεί από διάφορα βακτηρίδια και φυτικούς οργανισµούς για το µεταβολισµό τους. Οι παραπάνω αντιδράσεις ευνοούνται ισχυρά από τις αερόβιες συνθήκες στην περιοχή των ριζών των υδροχαρών φυτών και τις χαµηλές τιµές ph που επικρατούν στη διηθητική κλίνη λόγω των εναλλαγών αερόβιων και ανοξικών συνθηκών. Ο συνδυασµός των παραπάνω µηχανισµών αποµάκρυνσης φωσφορικών έχει ως τελικό αποτέλεσµα ο ολικός φώσφορος στην επεξεργασµένη εκροή να είναι σχεδόν µηδενικός. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

7 4. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α 4.1 Γενικά Οι εταιρίες στις οποίες εφαρµόστηκε η πρωτοποριακή για την Ελλάδα µέθοδος είναι: Η εταιρεία κατασκευής ξύλινων και µεταλλικών επίπλων γραφείου SATO Α.Ε. που εδρεύει στη Θεσσαλονίκη (στο 14 ο χλµ. Θεσσαλονίκης Πολυγύρου). Η εταιρεία κατασκευής κοσµηµάτων (εργαστήριο αργυροχρυσοχοΐας) EMAGOLD HELLAS που εδρεύει στη Θέρµη - Θεσσαλονίκης (στο 14 ο χλµ. Θεσσαλονίκης Πολυγύρου). Η εταιρεία επεξεργασίας γουνοφόρων δερµάτων EXPOTAN Α.Ε. που εδρεύει στη Καστοριά (στο 20 ο χλµ. εθνικής οδού Καστοριάς Νεάπολης). Η εταιρεία παραγωγής ζωοτροφών για γουνοφόρα ζώα ΜΑ.ΒΙ.Ζ. Α.Ε. που εδρεύει στη Κοζάνη (στην Εθνική οδό Κοζάνης Ιωαννίνων, ιασταύρωση Κιβωτού). Η βιοµηχανία παραγωγής αµύλου και αµυλοσακχάρων AMYLUM HELLAS Α.Ε. που εδρεύει στην περιοχή Φοίνικα Θεσσαλονίκης. 4.2 Ιδιαιτερότητες της κάθε µονάδας (αποβλήτων, σχεδιαστικές και άλλες) SATO Α.Ε. Τα βιοµηχανικά υγρά απόβλητα της SATO A.E. προέρχονται από το βαφείο του µετάλλου και συγκεκριµένα από τη διαδικασία απολάδωσης και περιέχουν βαρέα µέταλλα όπως νικέλιο (Ni) και Χρώµιο (Cr) αλλά και φωσφορικά λόγω της διεργασίας φωσφάτωσης αποφωσφάτωσης. Στη φάση της φυσικοχηµικής επεξεργασία (ΦΧΕ) γίνεται η εξουδετέρωση και η κατακρήµνιση των βαρέων µετάλλων και µέρος των φωσφορικών µε τη χρήση υδρασβέστου Ca(OH) 2 και η κροκίδωση της λάσπης µε την χρήση θειικού σιδήρου και πολύηλεκτρολύτη. Άλλα απόβλητα που οδηγούνται χωρίς προ-επεξεργασία στον βιοαντιδραστήρα είναι: Απόβλητα από κολλαρίστρες (µε βάση τον καουρίτη που αυξάνει τα νιτρικά και το ολικό άζωτο (Ν) Απόβλητα από καµπίνες βαφής ξύλου και µετάλλου Βοθρολύµατα Η µονάδα περιλαµβάνει τα ακόλουθα στάδια : 1. Πρωτοβάθµια επεξεργασία / Φυσικοχηµική επεξεργασία µε επεξεργασία ιλύος 2. Τριθάλαµη δεξαµενή οµοιογενοποίησης και καθίζησης βοθρολυµάτων και επεξεργασµένων υγρών αποβλήτων 3. Αντλιοστάσιο τροφοδοσίας βιοαντιδραστήρα 4. Πρωτοβάθµια βιολογική επεξεργασία 5. ευτεροβάθµια βιολογική επεξεργασία και φίλτρανση οµβρίων Η συνολική µέση ηµερήσια ποσότητα λυµάτων προς επεξεργασία είναι 12 m 3 /ηµέρα. Η έκταση του βιοαντιδραστήρα είναι 24 m 2 και καλύπτει τον ισοδύναµο πληθυσµό: Q BOD 5 ΦΧΕ / 60 = 12 (m 3 /ηµ) 110 (g/m 3 ) / 60 (g/ηµ) = 22 ΠΙΝΑΚΑΣ 1. Αποτελέσµατα µετρήσεων στο σύστηµα της SATO Α.Ε. Είσοδος Έξοδος % Απόδοση Αιωρούµενα στερεά (SS) ,0 PH 7,5 7,8 COD ,3 BOD ,2 NH + 4 -N 0,30 9 NO 3 N NO 2 N <0,003 3,9 Ολικό Ν 14 15,3 Ολικός Ρ ,1 Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

8 4.2.2 EMAGOLD HELLAS Τα βιοµηχανικά υγρά απόβλητα προέρχονται από τα µπάνια απολάδωσης, παθητικοποίησης και φινιρίσµατος που περιέχουν οξέα, βάσεις, καθώς επίσης πολύτιµα µέταλλα όπως ασήµι (Ag) και τοξικά κυανιούχα άλατα. Όλα τα υγρά οδηγούνται σε δεξαµενές καθίζησης όπου κατακρατούνται τα πολύτιµα µέταλλα σε µορφή λάσπης και λαµβάνει χώρα η αυτό-εξουδετέρωση τους. Στην συνέχεια γίνεται η ανάµειξη των βοθρολυµάτων πριν την διοχέτευση τους στον βιοαντιδραστήρα. Η συνολική µέση ηµερήσια ποσότητα λυµάτων προς επεξεργασία είναι 4 m 3 /ηµέρα. Ο βιοαντιδραστήρας είναι κατασκευασµένος σε container έκτασης 10 m 2 που καλύπτει τον ισοδύναµο πληθυσµό: Q BOD 5 / 60 = 4 (m 3 /ηµ) 152 (g/m 3 ) / 60 (g/ηµ) = 10 ΠΙΝΑΚΑΣ 2. Αποτελέσµατα µετρήσεων στο σύστηµα της EMAGOLD HELLAS Είσοδος Έξοδος % Απόδοση Αιωρούµενα στερεά (SS) ,8 ph 8,5 8,2 COD ,8 BOD ,6 NH + 4 -N 43,2 36,1 NO 3 -N 56,8 23,6 NO 2 -N 0,028 0,362 Ολικό Ν 93,5 57 Ολικός Ρ 87,6 42,2 51, EXPOTAN A.E. Τα υγρά απόβλητα της εταιρείας EXPOTAN Α.Ε. που επεξεργάζεται γουνοφόρα δέρµατα προέρχονται από την επεξεργασία, τη βαφή, το φινίρισµα και τους χώρους υγιεινής. Η συνολική µέση ηµερήσια ποσότητα λυµάτων προς επεξεργασία είναι 135 m 3 /ηµέρα. Η έκταση του βιοαντιδραστήρα είναι 1050 m 2 και καλύπτει τον µέγιστο ισοδύναµο πληθυσµό: Q BOD 5 ΦΧΕ / 60 = 135 (m 3 /ηµ) 875 (g/m 3 ) / 60 (g/ηµ) = 1968 Η µέθοδος επεξεργασίας στηρίζεται στον συνδυασµό διαφόρων διεργασιών και συγκεκριµένα στα εξής στάδια επεξεργασίας: 1. Φυσικοχηµική επεξεργασία 2. Βιολογική επεξεργασία 3. Απολύµανση, φυσική επεξεργασία, µικροδιήθηση και επιστροφή στην παραγωγή προς επαναχρησιµοποίηση Το πρώτο στάδιο αφορά στην ΦΧΕ και στην προσθήκη συστήµατος απολάσπωσης µε τη δεξαµενή καθίζησης, την σειρά δεξαµενών κατακράτησης αιωρούµενων σωµατιδίων και την πάχυνση, το πρεσάρισµα και την αποµάκρυνση της λάσπης. Το δεύτερο στάδιο αφορά στην προσθήκη των βιοαντιδραστήρων που θα τροφοδοτούνται από τη δεξαµενή καθίζησης και τις δεξαµενές κατακράτησης αιωρούµενων σωµατιδίων καθώς επίσης και από τον βόθρο, για τη βιολογική επεξεργασία όλων των υγρών αποβλήτων. Το τρίτο στάδιο αφορά στην απολύµανση κυρίως των θειοαναγωγικών κλωστριδίων, παραµονή των υγρών στις λίµνες ωρίµανσης, διήθηση σε ειδικό φίλτρο ενεργού άνθρακα και µικροφίλτρων και επιστροφή στην παραγωγή. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

9 ΠΙΝΑΚΑΣ 3. Αποτελέσµατα µετρήσεων στο σύστηµα της EXPOTAN A.E. Είσοδος Έξοδος % Απόδοση Αιωρούµενα στερεά (SS) ,1 ph 7,9 8,2 COD ,8 BOD ,8 NH + 4 -N 206,7 18,9 90,9 NO 3 N 45,8 8,6 81,2 NO 2 N < 0,03 14,1 Ολικό Ν 92,4 53,9 41,6 Ολικός Ρ 2,33 0,08 96, MABIZ A.E. Η εταιρεία ΜΑ.ΒΙ.Ζ. Α.Ε. παράγει ζωοτροφές για την εκτροφή γουνοφόρων ζώων. Τα βιοµηχανικά της απόβλητα προέρχονται από την παραγωγική διαδικασία, τις εργασίες πλυσίµατος και τα βοθρολύµατα. Η συνολική µέση ηµερήσια ποσότητα λυµάτων προς επεξεργασία είναι 12 m 3 /ηµέρα. Η έκταση του βιοαντιδραστήρα είναι 80 m 2 και καλύπτει τον ισοδύναµο πληθυσµό: Q BOD 5 ΦΧΕ / 60 = 12 (m 3 /ηµ) 750 (g/m 3 ) / 60 (g/ηµ) = 150 Η µέθοδος επεξεργασίας στηρίζεται στον συνδυασµό διαφόρων διεργασιών και συγκεκριµένα στα εξής στάδια επεξεργασίας: 1. Φυσικοχηµική επεξεργασία 2. Βιολογική επεξεργασία 3. Απολύµανση, διήθηση σε ενεργό άνθρακα και επαναχρησιµοποίηση Στο πρώτο στάδιο της ΦΧΕ γίνεται η ρύθµιση του βαθµού οξύτητας µε καυστική σόδα, η κατακρήµνιση µε πολυχλωριούχο αργίλιο και η κροκίδωση λάσπης µε ανιονικό πολυελεκτρολύτη η οποία οδηγείται στο σύστηµα απολάσπωσης. ΠΙΝΑΚΑΣ 4. Αποτελέσµατα µετρήσεων στο σύστηµα της ΜΑΒΙΖ A.E. Είσοδος Έξοδος % Απόδοση Αιωρούµενα στερεά (SS) 1009 <10 99,0 ph 7,5 7,7 COD 2455 <10 99,6 BOD <10 98,7 NH + 4 -N ,7 69,7 NO 3 -N 89,3 168 NO 2 -N 0,25 1,15 Ολικό Ν ,3 75,1 Ολικός Ρ 66,6 <0,46 99, AMYLUM HELLAS A.E. Η εταιρεία AMYLUM HELLAS Α.Ε. παράγει γλυκόζη και ισο-γλυκόζη από αµυλοσάκχαρα καλαµποκιού. Τα βιοµηχανικά της απόβλητα επεξεργάζονται σε συµβατικό βιολογικό καθαρισµό τα οποία όµως εµπεριέχουν σκληρό COD και υψηλό χρώµα. Η συνολική µέση ηµερήσια ποσότητα λυµάτων προς επεξεργασία είναι 360 m 3 /ηµέρα. Η έκταση του πιλοτικού βιοαντιδραστήρα είναι 6 m 2 και µπορεί να καλύψει τον ισοδύναµο πληθυσµό: Q BOD 5 ΦΧΕ / 60 = 6 (m 3 /ηµ) 10 (g/m 3 ) / 60 (g/ηµ) = 1 Ο στόχος της πιλοτικής αυτής εφαρµογής είναι η διερεύνηση της δυνατότητας τριτοβάθµιας επεξεργασίας του συνόλου των λυµάτων από τον κλασικό βιολογικό και η πλήρης επαναχρησιµοποίηση στην παραγωγική διαδικασία αφού προηγηθεί η αντίστροφη όσµωση. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

10 ΠΙΝΑΚΑΣ 5. Αποτελέσµατα µετρήσεων στο σύστηµα της AMYLUM HELLAS A.E. Είσοδος Έξοδος % Απόδοση Αιωρούµενα στερεά (SS) ,0 Χρώµα ,5 ph 8,3 8,3 COD ,0 BOD 5 3,7 0,25 93,3 NH + 4 -N 1,35 0,54 60,0 NO 3 N 54,8 27,3 50,2 NO 2 N 0,72 0,13 81,9 Ολικό Ν 55,7 50,3 9,7 Ολικός Ρ ,2 84,2 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα αποτελέσµατα από τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας βιοµηχανικών αποβλήτων µε τη µέθοδο των τεχνητών υγροβιότοπων και ειδικότερα του τεχνητού υγροβιότοπου κάθετης ροής (VFW) µε επιπλέον αερισµό στα εσωτερικά στρώµατα, που εφαρµόστηκαν σε πέντε επιχειρήσεις της Βόρειας Ελλάδας έδειξαν ότι µπορούν να αποδοµηθούν σε ικανοποιητικό επίπεδο τα βιοµηχανικά τους απόβλητα, απαιτείται όµως προηγούµενα µια φυσικοχηµική επεξεργασία για να µειωθούν οι παράγοντες BOD 5 και COD οι οποίοι είναι οι βασικοί δείκτες ελέγχου της αποτελεσµατικότητας της µεθόδου. Τα αποτελέσµατα για νιτρικά στη µια από τις επιχειρήσεις έδειξαν ότι γίνεται νιτροποίηση στην τελική εκροή τους. Άλλα προβλήµατα που δηµιουργήθηκαν ήταν τα υψηλά επίπεδα σε BOD 5 και COD των ανεπεξέργαστων αποβλήτων που ήταν και η αιτία να εφαρµοστούν διάφορες φυσικοχηµικές µέθοδοι προ-επεξεργασίας. Αποτέλεσµα του επιπλέον αερισµού µε σωλήνες που έγινε και στις πέντε εγκαταστάσεις είναι η χαµηλή απαίτηση σε έκταση των κατασκευασµένων υγροβιότοπων που κυµαίνεται στο 1 m 2 ανά ισοδύναµο κάτοικο και ηµέρα. Αξιοσηµείωτο είναι επίσης ότι και στις πέντε επιχειρήσεις το επεξεργασµένο νερό επαναχρησιµοποιείται είτε για αρδευτικούς σκοπούς, µέσα στην έκταση των επιχειρήσεων, είτε για επανακυκλοφορία στην παραγωγική διαδικασία εξοικονοµώντας ταυτόχρονα ενέργεια από την άντληση και νερό. Με τις εφαρµογές αυτές αποδεικνύεται η αποτελεσµατικότητα της µεθόδου όχι µόνο στην επεξεργασία αστικών λυµάτων αλλά και για την ανακύκλωση βιοµηχανικών υγρών και µάλιστα σε ένα ευρύ φάσµα παραγωγικών διαδικασιών, από τις οποίες προκύπτουν υγρά απόβλητα διαφόρων ποιοτικών χαρακτηριστικών και απαιτήσεων προς επεξεργασία. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Reed et al. (1990), Natural Systems for Waste Management and Treatment 2. EPA Manual (1999), Constructed Wetlands Treatment, σελ.22 και Volker Luederitz at al. (2001), Nutrient removal efficiency and resource economics of vertical flow and horizontal flow constructed wetlands, Elsevier, Ecological Engineering Αγγελάκης Α. και Tchobanoglous G. (1995), Υγρά απόβλητα, σελ. 3, 108, 109, Ανδρεαδάκης Α. και Μαµάης., ΕΑΠ (2001), Τεχνολογία αντιµετώπισης περιβαλλοντικών επιπτώσεων, Τόµος Α σελ. 29. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου