ΝΕΑ ΜΕΘΟΔΟΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΆΝΘΡΑΚΑ, ΑΖΩΤΟΥ & ΦΩΣΦΟΡΟΥ

Transcript

1 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 1 ΝΕΑ ΜΕΘΟΔΟΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΆΝΘΡΑΚΑ, ΑΖΩΤΟΥ & ΦΩΣΦΟΡΟΥ ΕΛΕΝΗ ΒΑΪΟΠΟΥΛΟΥ Επιβλέπων Καθηγητής: ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΑΪΒΑΖΙΔΗΣ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης, Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος, 1. Εισαγωγή Το άζωτο και ο φώσφορος είναι τα περιοριστικά εκείνα μακροθρεπτικά στα υδάτινα συστήματα που σε υψηλές συγκεντρώσεις προκαλούν ευτροφισμό. Πρόσφατα, το ενδιαφέρον έχει στραφεί στην εφαρμογή περισσότερων βιολογικών, αντί χημικών, διεργασιών για την απομάκρυνση αζώτου και φωσφόρου από τα υγρά απόβλητα. Οι αυξανόμενες απαιτήσεις για χαμηλότερες τιμές συγκέντρωσης εκροής θρεπτικών με το ελάχιστο δυνατό κόστος έχουν οδηγήσει ερευνητές και υπεύθυνους λειτουργίας Μονάδων Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων (ΜΕΥΑ) σε μία προσπάθεια βελτιστοποίησης της αφαίρεσης θρεπτικών συστατικών. Η αφαίρεση αζώτου από τα υγρά απόβλητα είναι μία διεργασία δύο βημάτων που περιλαμβάνει οξείδωση του αμμωνιακού αζώτου κατά τη διεργασία της νιτροποίησης και την αναγωγή των οξειδίων του αζώτου σε αέριο άζωτο κατά την απονιτροποίηση (Wagner et al., 2002). Επομένως, η εναλλαγή αερόβιων και ανοξικών συνθηκών είναι αναγκαία για την απομάκρυνση αζωτούχων παραμέτρων ρύπανσης. Η βασική ιδέα για τη βιολογική αφαίρεση φωσφόρου έγκειται στη συσσώρευση πολυφωσφορικού (poly-p) από μικρο-

2 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 2 οργανισμούς, γνωστούς με τον αθροιστικό όρο «βακτήρια poly-ρ» ή PAOs (Phosphorus Accumulating Organisms). Πρόκειται για βακτήρια τα οποία αποθηκεύουν περισσότερο φωσφορικό (ως ενδοκυτταρικό πολυφωσφορικό) από αυτό που χρειάζονται για την ανάπτυξή τους κάτω από αερόβιες συνθήκες (Seviour et al., 2003). Από την άλλη πλευρά, σε αναερόβιες συνθήκες και με επαρκή συγκέντρωση εύκολα βιοαποδομήσιμων οργανικών ενώσεων, όπως πτητικά λιπαρά οξέα (Volatile Fatty Acids, VFAs), τα βακτήρια ΡΑΟs δεσμεύουν τα οργανικά και τα αποθηκεύουν ως πολυ-β-αλκάνια (ΡΗΑ), ενώ ταυτόχρονα απελευθερώνουν φωσφορικά (Seviour et al., 2003). Αυτό σημαίνει ότι σε αναερόβιες συνθήκες τα ΡΑΟs κερδίζουν το επιλεκτικό πλεονέκτημα έναντι των υπόλοιπων βακτηρίων. Αυτό που έχει ιδιαίτερη αξία είναι ότι, κάτω από αερόβιες συνθήκες συντίθεται και αποθηκεύεται πολύ περισσότερο πολυφωσφορικό σε σχέση με αυτό που απελευθερώνεται κάτω από αναερόβιες συνθήκες. Έτσι, υπάρχει καθαρή αφαίρεση ποσότητας φωσφόρου (Σχ. 1) με απόρριψη της περίσσειας ιλύος μετά από αερισμό. Αυτή η μέθοδος επεξεργασίας υγρών αποβλήτων ονομάζεται εκτεταμένη βιολογική αφαίρεση φωσφόρου (Enhanced Biological Phosphorus Removal, EBPR). Σε τέτοια συστήματα μπορεί να επιτευχθεί μία αφαίρεση P από το υγρό απόβλητο της τάξης του 80%-90%. Τα χαρακτηριστικά του λύματος, όπως π.χ. η περιεκτικότητα σε VFA, το ph, τα κατιόντα κτλ., και οι λειτουργικές παράμετροι, όπως π.χ. θερμοκρασία, συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου, η συνεχής και σταθερή φόρτιση σε φώσφορο της μονάδας, η ηλικία ιλύος κτλ., επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της αφαίρεσης φωσφόρου (Mullkerins et al., 2004). µ BOD 5 µ µ Σχήμα Πορεία αφαίρεσης φωσφόρου στην εκτεταμένη µ βιολογική αφαίρεση φωσφόρου.

3 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 3 2. Τεχνολογία Τριτοβάθμιας Επεξεργασίας Για τη βιολογική αφαίρεση του αζώτου σε Μονάδες Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων απαιτούνται αερόβιες και ανοξικές φάσεις για την ανάπτυξη των εκάστοτε ομάδων νιτροποιητών και απονιτροποιητών μικροοργανισμών. Η μέθοδος βιολογικής αφαίρεσης αζώτου που παρουσιάζει τα περισσότερα πλεονεκτήματα είναι η απονιτροποίηση σε συστοιχία, που αποτελεί παραλλαγή της προτεταμένης απονιτροποίησης (Σχ. 2). Η συνολική ροή του υγρού αποβλήτου κατανέμεται σε περισσότερες από μία δεξαμενές απονιτροποίησης, δηλαδή εφαρμόζεται η διαδικασία της βαθμιδωτής τροφοδοσίας του υγρού αποβλήτου (step feeding) (Αϊβαζίδης, 2000; Metcalf & Eddy, 2003). Έτσι, καταργείται η εσωτερική ανακύκλωση νιτροποιημένου υγρού, αλλά και υπάρχει υψηλή λειτουργική ευστάθεια, καθώς συστατικά που δεν αποικοδομήθηκαν σε μία προηγούμενη δεξαμενή επεξεργάζονται στην επόμενη. Επιπλέον πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι (Metcalf & Eddy, 2003): Λόγω της μορφής συστοιχίας επιτυγχάνεται μία μείωση του συνολικού απαιτούμενου όγκου κατά 10-20% ανάλογα με τον αριθμό των βαθμίδων. Η μείωση του όγκου αντίδρασης προκύπτει από τους υψηλότερους ρυθμούς νιτροποίησης και απονιτροποίησης σε σύγκριση με μία απλή δεξαμενή αερισμού εξ αιτίας των υψηλότερων συγκεντρώσεων των αντίστοιχων υποστρωμάτων. Η υψηλότερη περιεκτικότητα ενεργού ιλύος και η μικρότερη ανακυκλοφορία συμβάλλουν σε περιορισμένη εισαγωγή οξυγόνου στις ανοξικές βαθμίδες με αποτέλεσμα υψηλότερο ρυθμό απονιτροποίησης και έτσι υψηλότερη απόδοση του συστήματος. Αν απαιτείται ρύθμιση του ph στη φάση της νιτροποίησης, αυτή είναι η ελάχιστη καθώς τουλάχιστον η μισή ποσότητα αλκαλικότητας που απαιτείται στην εκάστοτε δεξαμενή νιτροποίησης προέρχεται από την αντίστοιχη προτεταμένη δεξαμενή απονιτροποίησης. Οι εγκαταστάσεις εμφανίζουν χαμηλό Δείκτη Όγκου Ιλύος, αφού η κάθε ανοξική βαθμίδα με ξεχωριστή διάθεση του λύματος παίζει το ρόλο ενός βιολογικού επιλογέα. Η μέθοδος είναι εύκολα προσαρμόσιμη σε υπάρχουσες μονάδες.

4 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 4 1 µ 2 µ Σχήμα 2. Απονιτροποίηση σε συστοιχία (εδώ με τρία ρεύματα ροής). Οι ΜΕΥΑ για τη βιολογική αφαίρεση του φωσφόρου προτάσσουν μία αναερόβια δεξαμενή πριν τη διαδικασία αφαίρεσης αζώτου και άνθρακα. Έτσι, περιλαμβάνουν αερόβιες και αναερόβιες δεξαμενές, ενώ ενσωματώνουν και ανοξικές φάσεις για τη βιολογική αφαίρεση αζώτου. Αυτό που διαφοροποιεί τις μεθόδους είναι ο τρόπος ανακυκλοφορίας της ιλύος. Η αναερόβια φάση μπορεί να είναι στο κύριο τρένο επεξεργασίας ή στη ροή της ανακυκλοφορούμενης ιλύος οπότε αντίστοιχα διακρίνονται οι μέθοδοι σε κύριας (mainstream) και παράπλευρης (sidestream) ροής (Metcalf & Eddy, 2003). Οι πιο γνωστές μέθοδοι παρουσιάζονται στο Σχήμα 3. Μία από τις πιο διαδεδομένες μεθόδους της επεξεργασίας υγρών αποβλήτων είναι η μέθοδος UCT (University of Cape Town), η οποία σχεδιάστηκε για να ελαχιστοποιήσει την εισαγωγή νιτρικών στην αναερόβια δεξαμενή που επιδρούν δυσμενώς στην απελευθέρωση φωσφορικών. Στην πράξη, όσο μεγαλύτερη η απελευθέρωση φωσφορικών σε αναερόβιες συνθήκες τόσο υψηλότερη η απομάκρυνσή τους με δέσμευση σε αερόβιες συνθήκες. Επιπλέον, η ανακυκλοφορία της ιλύος πρώτα σε ανοξικές συνθήκες πριν την είσοδό της στην αναερόβια δεξαμενή έχει ως αποτέλεσμα την αφαίρεση νιτρικών μέσω απονιτροποίησης και κατά συνέπεια τη μείωση της διείσδυσης νιτρικού ή οξυγόνου και τη διατάραξη των αναερόβιων συνθηκών. Από βιολογική σκοπιά, ο αναερόβιος επιλογέας όχι μόνο συνεισφέρει στην απομάκρυνση φωσφόρου, αλλά και μορφοποιεί μεγάλου μεγέθους και βάρους νιφάδες που βελτιώνουν την καθιζησιμότητα της ιλύος (Metcalf & Eddy, 2003). Αποτελέσματα πειραμάτων και εφαρμογών πλήρους κλίμακας έδειξαν ότι αυτή η προσέγγιση της μεθόδου UCT, που περιλαμβάνει αναερόβιο επιλογέα και εσωτερική ανακυκλοφορία ιλύος, οδηγεί

5 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 5 σε υψηλή απομάκρυνση άνθρακα, αζώτου και φωσφόρου (Schlegel, 1992; Ekama, and Wentzel, 1999; Metcalf & Eddy, 2003). Η τροποποιημένη μέθοδος UCT αναβάθμισε τη διεργασία χωρίς όμως να εξαλείψει την ανάγκη ανακυκλοφορίας του νιτροποιημένου υγρού σε ανοξική δεξαμενή (Metcalf & Eddy, 2003). Σε αυτή τη βάση, η προσέγγιση της UCT είναι δυνατό να βελτιωθεί συνδυάζοντας πολλαπλές βαθμίδες ανοξικών και αερόβιων ζωνών με τη βαθμιδωτή τροφοδοσία (step feeding) (Metcalf & Eddy, 2003; Gφrgόn et al., 1996; Pai et al., 2004; Vaiopoulou et al., 2006). Τροποποιήσεις σε τέτοια EBPR συστήματα απέδειξαν ότι η βαθμιδωτή τροφοδοσία είναι μία πολλά υποσχόμενη διεργασία για την ελαχιστοποίηση της εσωτερικής ανακυκλοφορίας και τη βέλτιστη αξιοποίηση του οργανικού φορτίου των λυμάτων για απονιτροποίηση, με άμεση συνέπεια την εξοικονόμηση ενέργειας. Από την άλλη πλευρά, η συστοιχία (cascade) πολλαπλών βαθμίδων μεγιστοποιεί την απόδοση ελαχιστοποιώντας τον απαιτούμενο όγκο αντιδραστήρα. Μία συστοιχία τριών βαθμίδων αναμένεται να οδηγήσει σε βέλτιστη ποιότητα εκροής ΜΕΥΑ (Gφrgόn et al., 1996). Ο συνδυασμός της απονιτροποίησης σε συστοιχία και μίας προτεταμένης αναερόβιας δεξαμενής είναι μία ενδιαφέρουσα διαμόρφωση, η οποία περιλαμβάνει χαρακτηριστικά της απονιτροποίησης σε συστοιχία και της μεθόδου UCT με ανακυκλοφορία ιλύος στην ανοξική βαθμίδα. Έτσι, προσδίδει υψηλές ικανότητες στο σύστημα για ταυτόχρονη βιολογική αφαίρεση αζώτου και φωσφόρου καθώς και των ανθρακούχων συστατικών. H απονιτροποίηση μεγιστοποιείται λόγω της μειωμένης τιμής εισερχόμενου οξυγόνου και μπορεί να επιτευχθεί αφαίρεση αζώτου περισσότερο από 85%, καθώς και συγκέντρωση νιτρικών στην εκροή ΝΟ 3- -Ν μικρότερη από 5 mg/l. Η θεωρητική απόδοση της απονιτροποίησης ως συνάρτηση των ανοξικών/ οξικών βαθμίδων (i) και του ποσοστού ανακυκλοφορίας ιλύος υπολογίζεται από το Σχήμα 4. Έτσι, ο θεωρητικός βαθμός απόδοσης απονιτροποίησης για ένα σύστημα δύο βαθμίδων με 200% ανακυκλοφορία θα ήταν 83%, ενώ με τρεις βαθμίδες σχεδόν 90% (Αϊβαζίδης, 2000).

6 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 6 Phoredox / ANA AER ST ANA AER ST Bardenpho 2 / µ ardenpho UCT µ UCT ANA ANO AER ST ANA ANO AER ANO AER ST ANA ANO AER ST ANA ANO ANO AER ST Johannesburg µ µ (Schlegel, 1992) Biodenipho VIP ANO ANA ANO AER ST ANA ANO AER ANO AER ST ANA AER ST ANA ANO AER ST ANO Dephanox SBR ST ANA ANO AER ST ANA AER ANO ST Σχήμα 3. Μέθοδοι βιολογικής απομάκρυνσης PO i=1 i=2 i= (%) Σχήμα 4. Θεωρητικός βαθμός απονιτροποίησης σε συνάρτηση με την ποσοστιαία ανακυκλοφορία ιλύος.

7 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 7 3. Πρόταση για Βελτιστοποίηση Σχεδιασμού Μονάδων Αφαίρεσης Άνθρακα, Αζώτου και Φωσφόρου Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, πραγματοποιήθηκε ο σχεδιασμός, η κατασκευή και η λειτουργία ενός πρότυπου συστήματος τριτοβάθμιας επεξεργασίας υγρών αστικών αποβλήτων στο εργαστήριο Τεχνολογίας και Διαχείρισης Υγρών Αποβλήτων του Τμήματος Μηχανικών Περιβάλλοντος του Δημοκρίτειου Πανεπιστημίου Θράκης (Φωτ. 1, Σχ. 1). Πρόκειται για ένα σύστημα σε πιλοτική κλίμακα (pilot scale) για την ταυτόχρονη αφαίρεση άνθρακα, αζώτου και φωσφόρου από τα λύματα, σύμφωνα με τη διαδικασία εκτεταμένης βιολογικής αφαίρεσης φωσφόρου (EBPR: Enhanced Biological Phosphorus Removal). Εναλλάσσονται ανοξικές και οξικές συνθήκες για την αφαίρεση του αζώτου και προτάσσεται αναερόβιος επιλογέας για την αφαίρεση του φωσφόρου. Συγκεκριμένα, γίνεται συνδυασμός της μεθόδου της προαπονιτροποίησης σε συστοιχία για αφαίρεση αζώτου και της μεθόδου UCT για βιολογική αφαίρεση φωσφόρου. Ο συνολικός ενεργός όγκος της μονάδας είναι 44 L, ενώ οι επιμέρους όγκοι των δεξαμενών παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Φωτογραφία 1. Άποψη της πρότυπης πιλοτικής μονάδας τριτοβάθμιας επεξεργασίας.

8 1. µ µ. ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 8 µ µ QDN3 DN2 2 1 DN1 QR Q AN DN3 3 Q DN 2 QF QR Σχήμα Διάγραμμα ροής της πρότυπης πιλοτικής μονάδας τριτοβάθμιας 5.5. µµ µ επεξεργασίας. µ µ. Ορισμένα γενικά χαρακτηριστικά της περιγραφόμενης ΜΕΥΑ πιλοτικής κλίμακας είναι: Περιλαμβάνει αναερόβια δεξαμενή την άσκηση επιλεκτικής υπέρ µ για µ πίεσης µ :της ανά µ µ -3-3 πτυξης των μικροοργανισμών που συσσωρεύουν ορθοφωσφορικά (ΡΟ ), αλλά και 4 µ µ ( 4 ), µ ( ). για την καταστολή της ανάπτυξης νηματοειδών βακτηρίων (αναερόβιος επιλογέας). µ (cascade) µ µ, µ (cascade) µ µ, ζεύγος Αποτελείται από μια συστοιχία με τρία ζεύγη, δεξαμενών, με κάθε. µ µ µ µ τμήματα, µ 83 %.ανοξικές, να διαθέτει δύο διακριτά όπου επικρατούν αντίστοιχα, και οξικές, µ µ συνθήκες. Η διαμόρφωση της συστοιχίας µ µ µ. με τρεις βαθμίδες έχει ως αποτέλεσμα η µ µ µ (step-feeding) µ δυνητική αφαίρεση μέσω απονιτροποίησης να ξεπερνά το 83 %. Παράλληλα, µ αζώτου µ. µ,, παρέχεται λειτουργική ασφάλεια, αφού ότι δεν απομακρύνθηκε στην προηγούμενη, βαθμίδα μπορεί να επεξεργαστεί στην επόμενη. 7 Η μονάδα ενσωματώνει βαθμιδωτή τροφοδοσία (step-feeding) του εισερχόμενου λύματος σε διακριτές δεξαμενές. Συγκεκριμένα, η εισαγωγή του υγρού αποβλήτου γίνεται στις ανοξικές και αναερόβιες ζώνες, έτσι ώστε να διατίθεται η απαραίτητη πηγή άνθρακα για την απονιτροποίηση ή την απελευθέρωση φωσφόρου, αλλά και να δρουν οι αντίστοιχες δεξαμενές ως επιλογείς για την καταστολή της ανάπτυξης νηματοειδών μικροοργανισμών. Δεν περιλαμβάνει πρωτοβάθμια καθίζηση με συνέπεια να διατηρείται το οργανικό υπόστρωμα για τη βιολογική αφαίρεση πολυφωσφορικού και την απονιτροποίηση. Διαθέτει μία ροή ανακυκλοφορίας μικτού υγρού από τις ανοξικές συνθήκες της πρώτης δίδυμης δεξαμενής στην αναερόβια δεξαμενή, ίση με τη ροή ανακυκλοφορίας εξασφαλίζοντας έτσι πραγματικά αναερόβιες συνθήκες (μηδενική συγκέντρωση νιτρικού αζώτου) στον αναερόβιο επιλογέα, ενώ παράλληλα εμπλουτίζεται με νέα βιομάζα.

9 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 9 Είναι περιττή η ροή ανακυκλοφορίας νιτροποιημένου υγρού από τις αερόβιες δεξαμενές. Πίνακας 1. Σύντμηση ονομασιών δεξαμενών και όγκοι δεξαμενών. Δεξαμενή Συνθήκες / Διαδικασία Συντόμευση Ονομασίας Δεξαμενής Όγκος (L) Αναερόβιος επιλογέας ANaerobic AN 3,5 1 ο ζεύγος 2 ο ζεύγος 3 ο ζεύγος Ανοξική DeNitrification DN1 3,4 Οξική ΑΕration ΑΕ1 7,3 Ανοξική DeNitrification DN2 3,4 Οξική ΑΕration ΑΕ2 7,3 Ανοξική DeNitrification DN3 3,4 Οξική ΑΕration ΑΕ3 7,3 Καθίζηση Settling Tank ST 8,5 Η εύρυθμη λειτουργία και η υψηλή απόδοση της μονάδας σε αφαίρεση παραμέτρων ρύπανσης ελέγχθηκε και επιβεβαιώθηκε με μία σειρά πειραμάτων συνεχούς διάρκειας 32 μηνών με τροφοδοσία λύμα προερχόμενο από τη ΜΕΥΑ Ξάνθης. Παράλληλος σκοπός των πειραμάτων ήταν ο εντοπισμός των χαρακτηριστικών ροής που βελτιστοποιούν την απόδοση της μονάδας και τη καθιζησιμότητα της ιλύος με το ελάχιστο δυνατό κόστος. Έτσι, έλαβαν χώρα δειγματοληψίες σε διαφορετικές καταστάσεις φόρτισης και ροής. Καθεμιά από αυτές πραγματοποιήθηκε αφού εξασφαλιστεί η κατάσταση ισορροπίας ροής (steady-state). Στην κατάσταση αυτή οι υδραυλικές παροχές είναι σταθερές, ενώ οι συγκεντρώσεις των εκάστοτε παραμέτρων είναι αμετάβλητες με το χρόνο και εξαρτώνται αποκλειστικά από το σημείο του τρένου επεξεργασίας με δεδομένα τη σταθερή ποσοτική και ποιοτική εισροή. Σε κάθε πείραμα λάμβανε χώρα η μέτρηση των παραμέτρων του ph, του διαλυμένου οξυγόνου και της θερμοκρασίας σε κάθε δεξαμενή της μονάδας. Οι εργαστηριακές αναλύσεις συνιστούσαν τον προσδιορισμό των συγκεντρώσεων των παραμέτρων οργανικής 3- ρύπανσης (COD, BOD 5 ), ρύπανσης αζώτου (TKN, NH 4+, NO 3-, NO 2- ), φωσφόρου (PO 4, TP) και σωματιδιακής ρύπανσης (SS, VSS) σε δείγματα εισροής (ΙΝ), μικτού υγρού από όλες τις δεξαμενές (AN, DN1, ΑΕ1, DN2, ΑΕ2, DN3, ΑΕ3) και επεξεργασμένου αποβλή-

10 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 10 του από την εκροή της μονάδας (OUT). Ακόμη, προσδιοριζόταν ο δείκτης όγκου ιλύος (SVI) στις αερόβιες δεξαμενές και η συγκέντρωση βιομάζας (SS, VSS) στο συμπύκνωμα της ιλύος (ST). Έτσι, είναι δυνατός ο προσδιορισμός της απόδοσης και η επίβλεψη των βιολογικών διεργασιών που συντελούνται στη μονάδα ανά βαθμίδα επεξεργασίας. Πίνακας 2. Χαρακτηριστικές παράμετροι λειτουργίας της πρότυπης μονάδας τριτοβάθμιας επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. Stst no. Q F [L/hr] (AN/DN2/ DN3) [%Q F ] Φορτία ρύπανσης L S [g/d] COD BOD 5 NH 4+ - N PO P Ρυθμός Φόρτισης Ιλύος (F/M) [kg BOD5 /(kg MLVSS d)] Υδραυλικός χρόνος παραμονής τ [hr] 1 2 (60/25/15) 22,8 9,6 1,5 0,42 0,088 17, (40/30/30) 11,2 9,6 1,9 0,44 0,118 17, (25/40/35) 32,6 11,5 1,4 0,19 0,150 17, (60/25/15) 37,4 21,6 3,4 0,54 0,164 11, (40/30/30) 34,2 27,4 3,0 0,50 0,328 11, (25/40/35) 29,3 17,3 2,5 0,32 0,117 11, (60/25/15) 65,7 36,5 4,6 0,35 0,329 8, (40/30/30) 44,6 17,3 4,1 0,22 0,155 8, (25/40/35) 39,3 37,4 5,2 0,26 0,389 8, (60/25/15) 79,8 62,4 4,5 0,72 0,518 7, (40/30/30) 85,5 60,0 4,5 0,68 0,421 7, (25/40/35) 91,0 31,2 4,2 0,50 0,270 7, (60/25/15) 69,5 77,8 5,3 0,58 0,817 5, (60/25/15) 91,9 53,8 5,8 0,74 0,558 5,09 Τα πειράματα περιλαμβάνουν τον έλεγχο της μονάδας σε ογκομετρική παροχή λύματος από 48 ως 168 L/d που αντιστοιχούν υδραυλικούς χρόνους παραμονής στη μονάδα 18 ως 5 ώρες. Η παροχή τροφοδοσίας του υγρού αποβλήτου κατανεμόταν στον αναερόβιο επιλογέα (ΑΝ), στη δεύτερη (DN2) και τρίτη (DN3) ανοξική δεξαμενή σε ποσοστά επί αυτής. Τα ποσοστά εισαγωγής στις τρεις αυτές δεξαμενές εξετάστηκαν για τα σχήματα

11 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 11 60/25/15, 40/30/30 και 25/40/35 επί τοις εκατό της συνολικής εισερχόμενης παροχής (Q F ) στη μονάδα. Η ηλικία ιλύος (θc) διατηρείται σταθερή στις 10 ημέρες, η θερμοκρασία στους 20 ο C και η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στις αερόβιες δεξαμενές υψηλότερη των 2 mg/l. Το ποσοστό ανακυκλοφορίας ιλύος από τη δεξαμενή καθίζησης στην πρώτη ανοξική δεξαμενή διατηρήθηκε σταθερό καθ όλη τη διάρκεια διεξαγωγής των πειραμάτων και ίσο με την εισερχόμενη παροχή (Q R =Q F ). Τα πειράματα επαναλήφθηκαν δύο ως τρεις φορές για κάθε κατάσταση ροής, ώστε να εξασφαλιστεί η εγκυρότητα, ακρίβεια και επαναληψιμότητα των αποτελεσμάτων. 4. Αξιολόγηση της προτεινόμενης μεθόδου Δίνοντας μία γενική εικόνα της απόδοσης της πιλοτικής μονάδας τριτοβάθμιας επεξεργασίας σε απομάκρυνση ανθρακούχων, αζωτούχων και φωσφορικών παραμέτρων ρύπανσης οι τιμές του ph και διαλυμένου οξυγόνου βρίσκονται στα πλαίσια των βέλτιστων τιμών για νιτροποίηση, απονιτροποίηση και απελευθέρωση φωσφόρου στην αναερόβια ζώνη. Όσο αφορά στην οργανική ρύπανση, είναι αδιαμφισβήτητη η υψηλή και σταθερή απόδοση της μονάδας σε αφαίρεση οργανικού υποστρώματος. Η απόδοση απομάκρυνσης ολικού COD κυμάνθηκε μεταξύ 81 97% με μέση τιμή 89%. Οι εισερχόμενες συγκεντρώσεις για το ολικό COD είχαν μέση τιμή 537 mg COD tot /L με εύρος mg COD tot /L, ενώ οι τιμές εκροής με μέση τιμή 55 mg COD prt /L κινήθηκαν μεταξύ mg COD tot /L (Διαγρ.1). Αντίστοιχα για το BOD 5, τα ποσοστά απομάκρυνσης είναι πολύ υψηλά, καθώς κυμαίνονται από 87 έως 98% με μέση τιμή 95% και το μεγαλύτερο μέρος τους ξεπερνά το 90%. Οι εισερχόμενες συγκεντρώσεις BOD 5 είχαν μέση τιμή 332 mg BOD 5 /L με εύρος mg BOD 5 /L, ενώ οι τιμές εκροής με μέση τιμή 18 mg BOD 5 /L κινήθηκαν μεταξύ 5 35 mg BOD 5 /L (Διαγρ. 2). Η αφαίρεση αζωτούχων παραμέτρων ρύπανσης ήταν επίσης υψηλή, αφού η απόδοση απομάκρυνσης ΤΚΝ κυμάνθηκε μεταξύ 68 95% με μέση τιμή 90%. Οι εισερχόμενες συγκεντρώσεις για το ΤΚΝ είχαν μέση τιμή 56 mg ΤΚΝ/L με εύρος mg ΤΚΝ/L, ενώ οι τιμές εκροής με μέση τιμή 6 mg ΤΚΝ/L κινήθηκαν μεταξύ 3 και 17 mg ΤΚΝ/L. Η

12 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 12 απόδοση απομάκρυνσης αμμωνιακού αζώτου (ΝΗ 4+ -Ν) είναι πολύ υψηλή, αφού κυμάνθηκε πάνω από 85% με μέση τιμή 95%. Οι εισερχόμενες συγκεντρώσεις του ΝΗ 4+ -Ν είχαν μέση τιμή 39 mg ΝΗ 4+ -Ν/L με εύρος mg ΝΗ 4+ -Ν/L, ενώ οι τιμές εκροής με μέση τιμή συγκέντρωσης 2 mg ΝΗ 4+ -Ν/L κινήθηκαν μεταξύ 0,1 και 7,8 mg ΝΗ 4+ -Ν/L. CODtot (mg/l) AN/DN2/DN3 (%Q F ) 60/25/15 40/30/30 25/40/ Q F (L/h) CODtot,in CODtot,out µ % µ Διάγραμμα 1. Απόδοση μονάδας τριτοβάθμιας επεξεργασίας στην απομάκρυνση ολικού COD tot. BOD5 (mg/l) AN/DN2/DN3 (%Q F ) 60/25/15 40/30/30 25/40/ Q F (L/h) BODin BODout µ % µ Διάγραμμα 2. Απόδοση μονάδας τριτοβάθμιας επεξεργασίας στην απομάκρυνση διαλυτού ΒOD 5.

13 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 13 TKN (mg/l) AN/DN2/DN3 (%Q F ) 60/25/15 40/30/30 25/40/ Q F (L/h) TKNin TKNout µ % µ Διάγραμμα 3. Απόδοση μονάδας τριτοβάθμιας επεξεργασίας στην απομάκρυνση ΤΚΝ. NH4 + -N (mg/l) AN/DN2/DN3 (%Q F ) /25/15 40/30/30 25/40/ Q F (L/h) NH4Nin NH4Nout µ % µ Διάγραμμα 4. Απόδοση μονάδας τριτοβάθμιας επεξεργασίας στην απομάκρυνση ΝΗ 4+ -Ν. Οι τιμές συγκέντρωσης εκροής των οξειδίων του αζώτου (νιτρικά και νιτρώδη) παρουσιάζονται ικανοποιητικές. Η μέση τιμή συγκέντρωσης νιτρικού αζώτου ήταν 8,2 mg ΝΟ 3- - Ν/L με εύρος μεταξύ 0,1 και 14 mg ΝΟ 3- -Ν/L, ενώ η μέση τιμή συγκέντρωσης νιτρώδους αζώτου ήταν 0,2 mg ΝΟ 2- -Ν/L με εύρος μεταξύ 0 και 1,3 mg ΝΟ 2- -Ν/L. Παρατηρείται ότι οι χαμηλότερες συγκεντρώσεις νιτρικών και νιτρωδών σημειώνονται σε καταστάσεις ισορροπίας ροής με κατανομή τροφοδοσίας 60/25/15 (Διαγρ. 5). Η απόδοση απομάκρυνσης ολικού αζώτου κυμάνθηκε μεταξύ 53 84% με μέση τιμή 72%. Οι εισερχόμενες συγκεντρώσεις του ΤΝ είχαν μέση τιμή 52 mg ΤΝ/L με εύρος mg ΤΝ/L, ενώ οι τιμές εκροής με μέση τιμή συγκέντρωσης 14 mg ΤΝ/L κινήθηκαν μεταξύ 8 και 19 mg ΤΝ/L.

14 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ AN/DN2/DN3 (%Q F ) 60/25/15 40/30/30 25/40/35 NOx - -Neffl (mg/l) Q F (L/h) NO3N NO2N Διάγραμμα 5. Συγκέντρωση εκροής ΝO x- -N μονάδας τριτοβάθμιας επεξεργασίας. N (mg/l) AN/DN2/DN3 (%Q F ) 60/25/15 40/30/30 25/40/ Q F (L/h) TNin TNout µ % µ Διάγραμμα 6. Συγκέντρωση εκροής ΤN μονάδας τριτοβάθμιας επεξεργασίας. 3- Η απόδοση απομάκρυνσης ορθοφωσφορικών (ΡΟ 4 -Ρ) είναι ικανοποιητική, αφού κυμάνθηκε μεταξύ 27 96% με μέση τιμή 67% (Διαγρ. 7.). Είναι σημαντικό να τονιστεί ό,τι μία αποδοτική διεργασία σε αφαίρεση φωσφόρου απαιτεί ομαλές συνθήκες λειτουργίας του συστήματος επεξεργασίας με σταθερή υδραυλική και ρυπαντική φόρτιση (Mulkerrins 3-3- et al., 2004). Οι εισερχόμενες συγκεντρώσεις του ΡΟ 4 -Ρ είχαν μέση τιμή 5,3 mg ΡΟ Ρ/L με διακύμανση μεταξύ 2,3 και 9,2 mg ΡΟ 4 -Ρ /L, ενώ οι τιμές εκροής με μέση τιμή 3-3- συγκέντρωσης 1,8 mg ΡΟ 4 -Ρ/L κινήθηκαν μεταξύ 0,2 και 5,3 mg ΡΟ 4 -Ρ/L. Τα χαρακτηριστικά καθιζησιμότητας της ιλύος είναι βέλτιστα, καθώς ο Δείκτης Όγκου Ιλύος (Sludge Volume Index, SVI) εμφανίζει τιμές μικρότερες των 120 ml/g στην τελευταία αερόβια δεξαμενή (Διαγρ. 8.). Το γεγονός αυτό επαληθεύει την πρόταση περί

15 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 15 ικανότητας της μονάδας να διαμορφώνει ιλύ με ευνοϊκά χαρακτηριστικά καθίζησης λόγω της κατανομής της τροφοδοσίας του λύματος, ώστε κάθε βαθμίδα (AN, DN2 και DN3), όπου γίνεται η διάθεση, να παίζει το ρόλο ενός βιολογικού επιλογέα (mg/l) AN/DN2/DN3 (%Q F ) 60/25/15 40/30/30 25/40/ Q F (L/h) 4 in 4 out µ % µ Διάγραμμα 7. Συγκέντρωση εκροής ΡΟ Ρ μονάδας τριτοβάθμιας επεξεργασίας. SVI (ml/g) AE1 AE2 AE3 Διάγραμμα 8. Χαρακτηριστικό προφίλ δείκτη όγκου ιλύος (SVI) στις τρεις οξικές δεξαμενές. Τα παραπάνω συμβαδίζουν με τη βιοποικιλότητα και το πλήθος των μικροοργανισμών που αναπτύσσονται γύρω και πάνω στις νιφάδες ιλύος, όπως προκύπτει από τις μικροσκοπικές παρατηρήσεις (Φωτ. 2.). Ενδεικτικά αναφέρεται ότι οι νιφάδες είχαν μορφή ακανόνιστη σε μέσο μέγεθος και η πυκνότητά τους ήταν συμπαγής με τα χαρακτηριστικά αυτά να βελτιώνονται από την πρώτη προς την τελευταία αερόβια βαθμίδα. Η βελτίωση αυτή επιφέρει ανάλογες βελτιώσεις και στην τιμή SVI από τη ΑΕ1 στη ΑΕ3.

16 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ Φωτογραφία 2. Φωτογραφίες μέσω μικροσκοπίου δειγμάτων ενεργού ιλύος. 1: Νιφάδες ιλύος (μέσου μεγέθους). 2: Νιφάδες ιλύος (μέσου μεγέθους) σε μικροσκόπηση αντίθετης φάσης. 3: Πρωτόζωο έρπον βλεφαριδωτό Aspidisca costata. 4: Πολυκύτταρος μικροοργανισμός Rotifer (τροχόζωο). 5: Πρωτόζωο εδραίο βλεφαριδωτό Vorticella. 6: Πρωτόζωο με τη μορφή αποικίας Epistylis.

17 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 17 Τα διαγράμματα, που παρουσιάζουν την απόδοση της μονάδας σε αφαίρεση παραμέτρων ρύπανσης σε σχέση με την εισερχόμενη παροχή λύματος στη μονάδα και την ποσόστωση της κατανομής τροφοδοσίας, φανερώνουν ότι η κατανομή τροφοδοσίας στον αναερόβιο επιλογέα, στη δεύτερη και τρίτη ανοξική δεξαμενή σε ποσοστό 60/25/15 οδηγεί υψηλότερες αποδόσεις σε απομάκρυνση παραμέτρων ρύπανσης και μεγαλύτερη ευστάθεια στη λειτουργία της μονάδας. Υπολογίστηκε ακόμη ότι η αφαίρεση όλων των παραμέτρων ρύπανσης είναι υψηλότερη του 60%, του 40% και του 20% για τα σχήματα τροφοδοσίας 60/25/15, 40/30/30 και 25/40/35 αντίστοιχα. Η αφαίρεση ρύπανσης μεγιστοποιείται όταν η παροχή 4 L/h λύματος κατανέμεται κατά 60% στον αναερόβιο επιλογέα, κατά 25% στη δεύτερη και κατά 15% στην τρίτη ανοξική δεξαμενή. Ο υδραυλικός χρόνος παραμονής στο σύστημα είναι περίπου 9 hr. Για λόγους συντομίας αυτή η κατάσταση ισορροπίας ροής θα αναφέρεται ως 4(60/25/15). H απομάκρυνση των ανθρακούχων συστατικών σε κατάσταση ισορροπίας ροής 4(60/25/15) φτάνει την τιμή 94% ως COD και 98% ως BOD 5. Οι αντίστοιχες συγκεντρώσεις εκροής ήταν 43 mg COD/L και 6 mg BOD 5 /L. Η απομάκρυνση των αζωτούχων ρυπαντών ήταν 83% ως ολικό άζωτο, δηλ. όσο ακριβώς και η θεωρητικά αναμενόμενη συγκέντρωση (Σχ. 4), 94% ως ολικό κατά Kjedahl άζωτο, 99% ως αμμωνιακό άζωτο και 83% ως ολικό άζωτο. Η εξερχόμενη συγκέντρωση νιτρικού και νιτρώδους αζώτου ήταν 6,9 και 0,2 mg/ L αντίστοιχα. Η απομάκρυνση ορθοφωσφωρικών ήταν 93% και η μέγιστη απελευθέρωση φωσφόρου σημειώθηκε στην πρώτη ανοξική δεξαμενή. 5. Τεχνοοικονομική μελέτη Σαν παράμετρος για τη σύγκριση του επενδυτικού κόστους διαφόρων μονάδων τριτοβάθμιας επεξεργασίας υγρών απόβλητων χρησιμοποιείται ο απαιτούμενος ειδικός όγκος ανά ισοδύναμο κάτοικο (IK) (V Req, spec ). Συστήματα, των οποίων το κόστος επένδυσης μπορεί να συγκριθεί βάσει του απαιτουμένου ειδικού όγκου, είναι τα παρακάτω: 1. Συμβατικά συστήματα ενεργού ιλύος. 2. Συστήματα Α/Β, τα οποία αποτελούνται από υψηλά φορτιζόμενη αερόβια δεξαμενή

18 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 18 (Α), χαμηλά φορτιζόμενη αερόβια δεξαμενή (Β), ενδιάμεση δεξαμενή καθίζησης μεταξύ των δύο σταδίων και τελική δεξαμενή καθίζησης. 3. Συστήματα λειτουργούντα με τη μέθοδο παρατεταμένου αερισμού. 4. Συστήματα τριτοβάθμιας επεξεργασίας, τα οποία περιλαμβάνουν αναερόβιο επιλογέα και ανοξική/ οξική δεξαμενή. 5. Το σύστημα τριτοβάθμιας επεξεργασίας που παρουσιάστηκε. Οι απαιτούμενοι ειδικοί όγκοι είναι δυνατό να υπολογιστούν για αυτά συστήματα, εφόσον είναι γνωστή η ημερήσια εισερχόμενη παροχή στο σύστημα (ή ο υδραυλικός χρόνος παραμονής) και λαμβάνοντας υπόψη τους όγκους των δεξαμενών. Εκτιμώντας την ημερήσια ογκομετρική παραγωγή υγρών αποβλήτων ανά ισοδύναμο κάτοικο (ΙΚ) σε 185 L/(ΙΚ d), οι απαιτούμενοι ειδικοί όγκοι παρουσιάζονται στον Πίνακα 4. Πίνακας 4. Απαιτούμενος ειδικός όγκος συστημάτων ενεργού ιλύος. Συστήματα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων Απαιτούμενος ειδικος όγκος (L/IK) Συμβατικά συστήματα ενεργού ιλύος Συστήματα τύπου Α/Β 112 Συστήματα μεθόδου παρατεταμένου αερισμού Συστήματα τριτοβάθμιας επεξεργασίας Προτεινόμενο σύστημα 68 Τα συμβατικά συστήματα ενεργού ιλύος, τα συστήματα τύπου Α/Β και τα συστήματα λειτουργούντα με τη μέθοδο του παρατεταμένου αερισμού εφαρμόζονται στη δευτεροβάθμια επεξεργασία των υγρών αποβλήτων, ενώ τα συστήματα τριτοβάθμιας επεξεργασίας αναφέρονται στην απομάκρυνση ανθρακούχων, αζωτούχων και φωσφορούχων συστατικών. Συγκρίνοντας, έτσι, την τιμή του ειδικού απαιτούμενου όγκου μεταξύ των άλλων συστημάτων τριτοβάθμιας επεξεργασίας και του εδώ παρουσιαζόμενου συστήματος διαπιστώνεται μία ολοφάνερα τεράστια διαφορά τιμής μεταξύ των L/ΙΚ και 68 L/ΙΚ, που κυμαίνεται από 94 ως 152 L/ΙΚ (διαφορά ειδικού απαιτούμενου όγκου, ΔV Req, spec ). Αν στα πλαίσια μιας συντηρητικής προσέγγισης προσαυξανόταν κατά 50% ο

19 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 19 ειδικός απαιτούμενος όγκος που υπολογίστηκε για το προτεινόμενο σύστημα τριτοβάθμιας επεξεργασίας, τότε η τιμή του θα διαμορφωνόταν σε 102 L/ΙΚ. Αυτό σημαίνει ότι η διαφορά του ειδικού απαιτούμενου όγκου (ΔV Req, spec ) θα ήταν L/ΙΚ. Επομένως, ακόμα και στην περίπτωση αυτή προκύπτει μία μείωση όγκου κατά 60 ως 118 L/ΙΚ ως προς το βιολογικό μέρος της κατασκευής (αερόβια/αναερόβια/ανοξική δεξαμενή). Για την εκτίμηση του επενδυτικού κόστους λαμβάνεται υπόψη η συντηρητικότερη τιμή της διαφοράς του ειδικού απαιτούμενου όγκου (ΔV Req, spec ), δηλ. 60 L/ΙΚ. Η προσέγγιση της εξοικονόμησης του επενδυτικού κόστους διεξάγεται μέσα από το παράδειγμα της κοστολόγησης των βιολογικών δεξαμενών για μία μονάδα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων για την εξυπηρέτηση ΙΚ. Θεωρείται ότι η τιμή του κυβικού (m 3 ) για τις δεξαμενές περιλαμβάνει τόσο το κόστος κατασκευής όσο και τη δαπάνη του μηχανολογικού και ηλεκτροτεχνικού εξοπλισμού, δηλ. σε αυτά μπορούν να συνυπολογίζονται ακόμα και συστήματα μέτρησης, ρύθμισης και ελέγχου κ.α. Επίσης, εδώ εντάσσεται το ανάλογο κόστος για τον αερισμό και της διατήρησης της ανακυκλοφορίας του υγρού αποβλήτου, όσο αυτό αφορά τη δεξαμενή αερισμού. Η τιμή του m 3 εκτιμάται κατά προσέγγιση σε 400, το οποίο αντιστοιχεί σε 0,40 /L. Έτσι, το κόστος επένδυσης που εξοικονομείται ανά ισοδύναμο κάτοικο είναι 0,40x60= 24 /IK. Για μία εγκατάσταση επεξεργασίας υγρών αποβλήτων των ΙΚ προκύπτει ότι η συνολική εξοικονόμηση του επενδυτικού κόστους είναι 24x = Το ποσό αυτό δεν είναι ευκαταφρόνητο, πόσο μάλλον αν αναλογιστεί κανείς ότι αφορά τη δυσμενέστερη (συντηρητικότερη) περίπτωση. Συμβατικά αναλογιζόμενοι, αν ο όγκος μίας μονάδας τριτοβάθμιας επεξεργασίας υγρών αποβλήτων που περιλαμβάνει αναερόβιο επιλογέα, ανοξικές και οξικές βαθμίδες είναι της τάξεως των m 3, αυτό σημαίνει ότι η μείωση του όγκου κατά 0,06 m 3 /IK για μια ΜΕΥΑ ΙΚ έχει ως αποτέλεσμα την κατασκευή μίας μονάδας κατά m 3 μικρότερη. Η μείωση αυτή αντιστοιχεί σε 37,5% ως 27,3% του συνολικού όγκου κατασκευής. Σαν παράμετρος για τη σύγκριση του λειτουργικού κόστους χρησιμοποιείται η ειδική απαίτηση οξυγόνου (OD TOT, spec ). Για μία εγκατάσταση επεξεργασίας υγρών αποβλήτων που εξυπηρετεί ΙΚ η ειδική ετήσια απαίτηση οξυγόνου για βιολο-

20 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 20 γική οξείδωση ανθρακούχων συστατικών προκύπτει 22 kg O 2 / (IK έτος). Η αντίστοιχη απαίτηση οξυγόνου για την οξείδωση αμμωνίας (νιτροποίηση), αν αφαιρεθεί το ποσοστό του αζώτου (περίπου 20%) που ενσωματώνεται στη βιομάζα, εκτιμάται σε 16 kg O 2 / (IK έτος). Σύνολο προκύπτουν, λοιπόν, 38 kg O 2 / (IK έτος). Λαμβάνοντας υπόψη μία ενεργειακή απόδοση (ΤΕ) του συστήματος αερισμού ίση με 1,2 kg O 2 / kwh υπολογίζεται η ενεργειακή απαίτηση αερισμού σε 31,7 kwh/ (IK έτος). Σε αυτά θα πρέπει να προστεθούν περίπου 8 kwh/ (IK έτος) που χρησιμοποιούνται για ανάγκες άντλησης, ανακυκλοφορίας και άλλων ηλεκτρικών απαιτήσεων, με συνέπεια η συνολική ειδική ενεργειακή (ηλεκτρική) απαίτηση της ΜΕΥΑ να ανέρχεται σε 40 kwh/ (IK έτος). Ωστόσο, είναι σημαντικό να αναρωτηθεί κανείς κατά πόσο μειώνεται η ενεργειακή απαίτηση για αερισμό δεδομένου ότι ένα ποσοστό των ανθρακούχων συστατικών που απομακρύνεται (R BOD,TOT ) αποδομείται απονιτροποιητικά. Αυτό σημαίνει ότι από τα 22 kg O 2 / (IK έτος) (ή 18,3 kwh/ (IK έτος)) ένα μέρος δε χρησιμοποιείται. Η μείωση αυτή μπορεί να εκτιμηθεί σε 5-10 kwh/ (IK έτος). Αν το κόστος της kwh είναι 0,07, τότε η μείωση φτάνει σε 0,35-0,7 / (IK έτος). Για μία ΜΕΥΑ που εξυπηρετεί ΙΚ η ετήσια εξοικονόμηση ενέργειας είναι / έτος. Πηγαίνοντας ένα βήμα παραπέρα και θεωρώντας την ενεργειακή μείωση από την προοπτική της μείωσης των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, η εξοικονόμηση ενέργειας αποκτά ευρύτερη σημασία από το στενό οικονομικό πλαίσιο. Έτσι, εφόσον μία kwh που παράγεται από καύση λιγνίτη οδηγεί στην εκπομπή 1,2 kg CO 2, η μείωση κατά 5-10 kwh/ (IK a) σημαίνει την ετήσια μείωση των εκπομπών CO 2 κατά kg ως kg/a (600 tn tn CO 2 το χρόνο). 6. Συζήτηση Οι διάφορες μέθοδοι τριτοβάθμιας επεξεργασίας (Σχ. 3) αποσκοπώντας στην αναβάθμιση της ποιότητας εκροής και στη βελτιστοποίηση της απόδοσης μπορεί να περιλαμβάνουν εξωτερική τροφοδοσία ανθρακούχου υποστρώματος (συνήθως οξικό οξύ), μείωση της ηλικίας ιλύος, προσθήκη χημικών μέσων και ελαχιστοποίηση της εισερχόμενης συγκέντρωσης νιτρικών και οξυγόνου στην αναερόβια ζώνη (Metcalf & Eddy, 2003). Οι

21 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 21 πρακτικές αυτές, ωστόσο, απαιτούν επενδύσεις και ορισμένες πολύ προσοχή κατά την εφαρμογή, όπως π.χ. η χώνευση της περίσσειας ιλύος για παραγωγή χαμηλομοριακών οργανικών ενώσεων και επανατροφοδότηση της μονάδας τριτοβάθμιας επεξεργασίας. Από την άλλη πλευρά, σχεδιαστικές μεταβολές στη τροφοδοσία θα μπορούσαν να επιφέρουν αύξηση της απόδοσης αφαίρεσης συστατικών ρύπανσης με χαμηλό κόστος. Δεδομένου ότι η σύσταση του υγρού αποβλήτου και το σχήμα τροφοδοσίας επηρεάζουν τη σύνθεση του μικροβιακού πληθυσμού, τα χαρακτηριστικά του και κατά συνέπεια την απόδοση της μονάδας σε αφαίρεση ρύπανσης (Pai et al., 2004; Wagner et al., 2002; Zeng et al., 2004), ο εντοπισμός του βέλτιστου σχήματος τροφοδοσίας θα μπορούσε να οδηγήσει σε αναβαθμισμένη ποιότητα εκροής χωρίς το επιπλέον κόστος ανακατασκευής. Επειδή τα συστήματα βιολογικής αφαίρεσης θρεπτικών είναι πολύπλοκα με πολλές εξαρτημένες αλληλεπιδράσεις, η πειραματική επαλήθευση της θεωρίας είναι απαραίτητη για την αξιολόγηση της λειτουργίας και απόδοσής τους. Σε αυτό το πλαίσιο, υιοθετήθηκε η ιδέα της μεθόδου UCT, συνδυάστηκε με την απονιτροποίηση σε συστοιχία και τη βαθμιδωτή διάθεση του υγρού αποβλήτου, καταργώντας έτσι την εσωτερική ανακυκλοφορία, περιορίζοντας την ανακυκλοφορία ιλύος, βελτιστοποιώντας τη χρήση ανθρακούχου υποστρώματος για απονιτροποίηση, ενώ η αύξηση του αριθμού των δεξαμενών της συστοιχίας αναβαθμίζει την ποιότητα εκροής μειώνοντας τον απαιτούμενο όγκο των δεξαμενών. Η μέθοδος UCT είναι ευρέως διαδεδομένη και έχουν αναγνωριστεί τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της (ερευνητική ομάδα University of Cape Town; Metcalf & Eddy, 2003; Ostgaard et al.,1997; van Loosdrecht et al., 1997). Η διαμόρφωση με βαθμιδωτή διάθεση του υγρού απόβλητου είναι μία ενδιαφέρουσα πρακτική για την απομάκρυνση αζώτου που ελαχιστοποιεί την ανάγκη εσωτερικής ανακυκλοφορίας και βελτιστοποιεί τη χρήση του ανθρακούχου υποστρώματος για απονιτροποίηση (Gφrgόn et al., 1996; Metcalf & Eddy, 2003; Kayser et al., 1992; Schlegel, 1992). Η εφαρμογή, από την άλλη, μίας συστοιχίας μπορεί να οδηγήσει σε βελτιστοποίηση της ποιότητας εκροής και ελαχιστοποίηση του απαιτούμενου όγκου των βιοαντιδραστήρων (Kayser et al., 1992; Schlegel, 1992). Η συστοιχία παρέχει λειτουργική ασφάλεια, αφού ότι παραμένει ανεπεξέργαστο μπορεί να επεξεργαστεί στην επόμενη βαθμίδα.

22 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 22 Σύμφωνα με τα συμπεράσματα ερευνητικών εργασιών, τονίζεται ότι πράγματι μία συστοιχία τριών βαθμίδων (τρία ζεύγη ανοξικών-οξικών δεξαμενών) οδηγεί σε χαμηλές συγκεντρώσεις εκροής και μικρούς όγκους δεξαμενών, ενώ ένα σύστημα δύο βαθμίδων είναι ανεπαρκές (Gφrgόn et al., 1996; Lesouef et al., 1992). Η απόδοση ενός τέτοιου συστήματος τριών βαθμίδων, που λειτουργούσε σε πλήρη κλίμακα με θερμοκρασία νερού περίπου 12 C και δεν περιελάμβανε αναερόβιο επιλογέα, εξαρτάται από την παροχή ανακυκλοφορίας της ιλύος και τα ποσοστά κατανομής του λύματος στις τρεις ανοξικές δεξαμενές (Kayser et al., 1992). Αποδείχτηκε ότι η μείωση της εισερχόμενης τροφοδοσίας στις τελευταίες βαθμίδες αποφέρει μεγαλύτερες αποδόσεις αφαίρεσης αζώτου σε σχέση με την αύξηση παροχής ανακυκλοφορίας ιλύος. Παρόλο που το εξεταζόμενο σύστημα δεν περιελάμβανε αφαίρεση φωσφόρου παρατηρήθηκε μέγιστη απελευθέρωση φωσφόρου στην πρώτη ανοξική δεξαμενή και στη συνέχεια δέσμευσή του στην αμέσως ακόλουθη αερόβια δεξαμενή. Η πρώτη ανοξική δεξαμενή, σύμφωνα με την ίδια ερευνητική εργασία, παίζει το ρόλο «κλειδί» στην απομάκρυνση φωσφόρου. Τα συμπεράσματα αυτά επιβεβαιώνονται και από τα αποτελέσματα της νέας μεθόδου επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, όπου διαπιστώνεται ότι βελτιστοποίηση της συνολικής απόδοσης σε αφαίρεση παραμέτρων ρύπανσης συμβαίνει όταν η τροφοδοσία κατανέμεται κατά 60% στον αναερόβιο επιλογέα, 25% στη δεύτερη και 15% στην τρίτη ανοξική δεξαμενή, ενώ σε αυτή τη διαμόρφωση μέγιστη απελευθέρωση φωσφορικού σημειώθηκε επίσης στην πρώτη ανοξική βαθμίδα. Ο Schlegel συνιστά μονάδες με πολλαπλές βαθμίδες και παρουσίασε μία μονάδα δύο βαθμίδων με προτεταμένο αναερόβιο επιλογέα για αφαίρεση άνθρακα, αζώτου και φωσφόρου σε πλήρη κλίμακα, η οποία περιλαμβάνει επιπλέον πρωτοβάθμια καθίζηση, πάχυνση και χώνευση ιλύος για την παραγωγή οργανικών οξέων. Με χρόνο παραμονής 2 ωρών στον αναερόβιο επιλογέα και την εισαγωγή των παραγόμενων οργανικών οξέων στην εισροή επιτυγχάνεται απομάκρυνση φωσφόρου 70 ως 80% και συγκέντρωση εκροής 1,8 mg Ρ/L. Η τροφοδοσία του λύματος κατανέμονταν κατά 50% στον αναερόβιο επιλογέα και 50% στη δεύτερη ανοξική δεξαμενή. Η νέα μέθοδος παρουσιάζει μία μονάδα με τρεις βαθμίδες, 33 λεπτά χρόνο παραμονής στον αναερόβιο επιλογέα, χωρίς

23 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 23 την προσθήκη επιπλέον οργανικού υποστρώματος και κατανομή τροφοδοσίας βάσει του σχήματος 60/25/15 που επιτυγχάνει 93% απομάκρυνση φωσφορικών και συγκέντρωση εκροής ίση με 0,2 mg Ρ/L. Η λειτουργία ενός άλλου πιλοτικού συστήματος με βαθμιδωτή τροφοδοσία κατά 70% στον αναερόβιο επιλογέα, κατά 20% στην πρώτη και 10% στη δεύτερη ανοξική δεξαμενή οδήγησε σε 94% απομάκρυνση φωσφορικού, 75% ολικού αζώτου και 87% ανθρακούχου υποστρώματος (Pai et al., 2004), ενώ για το σύστημα που προτείνεται εδώ και ποσοστά κατανομής τροφοδοσίας 60%, 25% και 15% στον αναερόβιο επιλογέα, τη δεύτερη και τρίτη ανοξική δεξαμενή οι αντίστοιχες απομακρύνσεις είναι 93% απομάκρυνση φωσφορικού, 83% ολικού αζώτου και 94% ως COD. Η προσθήκη ενός αναερόβιου επιλογέα όχι μόνο συνεισφέρει στη βιολογική αφαίρεση φωσφόρου, αλλά και οδηγεί στο σχηματισμό μεγάλων και βαρέων νιφάδων με καλά χαρακτηριστικά καθίζησης (Metcalf & Eddy, 2003). Σε συγκριτική μελέτη των μεθόδων UCT και Α 2 Ν αποδείχθηκε ότι η UCT οδηγεί σε μείωση της παραγωγής περίσσειας ιλύος, ενώ σε θερμά κλίματα, όπως αυτό της Ελλάδας, υπερτερεί έναντι της Α 2 Ν (Hao et al., 2001). Σε αντιπαράθεση των σχεδιαστικών παραμέτρων της προτεινόμενης μονάδας με άλλες διαδεδομένες μεθόδους (Σχ. 3) διαπιστώνεται ότι αυτή λειτουργεί σε χαμηλή ηλικία ιλύος (10 d) και πολύ χαμηλούς χρόνους παραμονής στην αναερόβια (0,55 h), ανοξική (1,46 h) και αερόβια (3,13 h) δεξαμενή. Περιττεύει η εσωτερική ανακυκλοφορία, ενώ η παροχή ανακυκλοφορίας ιλύος είναι σχετικά χαμηλή στο 100% της εισερχόμενης παροχής λύματος. Ο απαιτούμενος όγκος, που αναλογεί ανά ισοδύναμο κάτοικο (ΙΚ) για εισερχόμενη παροχή 96 L/d στη μονάδα και θεωρώντας τον ημερήσιο όγκο παραγωγής υγρών αποβλήτων ανά κάτοικο 185 L, υπολογίστηκε σε 68 L/ΙΚ. Η ογκομετρική αυτή απαίτηση ανά ισοδύναμο κάτοικο είναι περιορισμένη σε σχέση με άλλες μονάδες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων και μειώνεται με αύξηση των βαθμίδων επεξεργασίας. Το κόστος κατασκευής μειώνεται αντίστοιχα με μείωση του όγκου της μονάδας ανά ισοδύναμο κάτοικο. Θα πρέπει να τονιστεί ο ιδιαίτερα ευεργετικός ρόλος της κατανομής του χρόνου παραμονής του προτεινόμενου συστήματος τριτοβάθμιας επεξεργασίας, όσο αφορά τη βελτιωμένη απόκριση στην υπάρχουσα κινητική πρώτης τάξης εξαιτίας της περιορισμέ-

24 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 24 νης αξονικής διασποράς και την καταστολή της ανάπτυξης νηματοειδών μικροοργανισμών. Η προσέγγιση της μονάδας, από σκοπιά τεχνικής κινητικής, σε συστοιχία τριών αντιδραστήρων συνεχούς ανάμιξης σε σειρά και κατά συνέπεια στον αυλωτό αντιδραστήρα προσδίδει ευνοϊκά χαρακτηριστικά στη μονάδα, στα οποία οφείλονται και οι υψηλές αποδόσεις σε απομάκρυνση παραμέτρων ρύπανσης και η διαμόρφωση νιφάδων ιλύος με καλά χαρακτηριστικά καθίζησης. Πιο συγκεκριμένα, ο δείκτης όγκου ιλύος, που αποτελεί δείκτη καλής καθιζισιμότητας και επομένως διαχωρισμού της ιλύος από το επεξεργασμένο υγρό απόβλητο, κυμάνθηκε ως επί το πλείστον στα επίπεδα κάτω των 150 ml/g. Πρόκειται για μία ιδανική τιμή του δείκτη και συγκαταλέγεται στα πλεονεκτήματα της μονάδας. Η διαμόρφωση ιλύος με βέλτιστα χαρακτηριστικά καθίζησης δεν έγκειται μόνο στην ενσωμάτωση του αναερόβιου επιλογέα, αλλά και στο συνδυασμό με την προαναφερθείσα λειτουργική συμπεριφορά της μονάδας από άποψης τεχνικής κινητικής. Η βιολογική επεξεργασία υγρών αποβλήτων αποτελεί ένα ακόμα παράδειγμα για το γεγονός ότι με από κοινού εφαρμογή βιολογικών και τεχνολογικών μεθόδων προκύπτουν καινοτομίες. Επειδή η επεξεργασία υγρών αποβλήτων ανήκει σε εκείνες τις τεχνολογίες, οι οποίες διαχειρίζονται πολύ υψηλές ογκομετρικές ροές, η τεχνική κινητική των βιοχημικών αντιδράσεων λαμβάνει νέα ώθηση. Το γεγονός, όμως, ότι μια νέα τεχνολογία επεξεργασίας υγρών αποβλήτων είναι αποτελεσματικότερη σε σύγκριση με τις άλλες, όσο αφορά το κόστος και την απόδοση καθαρισμού (αφαίρεσης συστατικών ρύπανσης), σε καμιά περίπτωση δε σημαίνει ότι και θα γίνει αυτόματα αποδεκτή από την αγορά. Εδώ θα πρέπει να ξεπεραστούν διάφορα εμπόδια νομικού, οικονομικού και, ιδιαίτερα, ψυχολογικού χαρακτήρα, τα οποία παρουσιάζονται και συζητιούνται περαιτέρω. Οι βιολογικές μονάδες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων σήμερα είναι ογκομετρικά υπερδιαστασιολογημένες και ελάχιστα αποδοτικές εξαιτίας των υψηλών απαιτήσεων, της υπέρμετρης επιθυμίας για ασφάλεια, μιας λανθασμένα κατανοούμενης τελειομανίας ή και της αντίληψης ότι τα χρήματα δεν αποτελούν περιοριστικό παράγοντα. Μάλιστα σημαντικά προβλήματα δυσλειτουργίας απόδοσης είναι μία άμεση συνέπεια της υπερδιαστασιολόγησης και της χαμηλής φόρτισης των μονάδων σε συνδυασμό με μία λανθασμένη

25 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 25 επιλογή των χαρακτηριστικών ροής του αντιδραστήρα. Σαν συνέπεια, ανακύπτουν προβλήματα διόγκωσης ή επίπλευσης της ιλύος με αυξημένη συγκέντρωση στερεών στην υπερχείλιση και μειούμενη απόδοση λειτουργίας. Πολλές φορές τίθενται αυθαίρετα τμήματα της μονάδας εκτός λειτουργίας (μόνο μία οξειδωτική τάφρος ή δεξαμενή καθίζησης αντί δύο ή περισσοτέρων) και έτσι, μονάδες επενδυτικού κόστους δέκα ως δεκαπέντε εκατομμυρίων ευρώ υποβαθμίζονται και σταδιακά αχρηστεύονται. Οπωσδήποτε στην κατεύθυνση αυτή συμβάλλουν και οι ελλιπείς (πρακτικά ανύπαρκτοι) έλεγχοι εκ μέρους των εποπτικών αρχών. Για τη λήψη τέτοιου είδους αποφάσεων οι εμπλεκόμενοι κρύβονται πολλές φορές πίσω από τη θολά χρησιμοποιούμενη έννοια των Standards ή των άλλων κατασκευαστικών κανονισμών. Κατά κανόνα προτιμάται, έτσι, η τεχνολογικά «τέλεια» λύση, υπό την έννοια της μεγιστοποίησης της ασφάλειας, αντί της βέλτιστης, κατά την οποία επιτυγχάνεται η μέγιστη προσέγγιση των στόχων με το ελάχιστο κόστος. Όμως, εν όψει περιορισμένων οικονομικών μεγεθών τα μέτρα προστασίας του περιβάλλοντος θα πρέπει να ελέγχονται κριτικά πριν την εφαρμογή τους ώστε να διαπιστώνεται κατά πόσο δαπάνες και αποτέλεσμα βρίσκονται σε μία λογιστική σχέση. Ο χρονικός ορίζοντας κατασκευής μονάδων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων θα πρέπει να διαμορφωθεί έτσι ώστε αυτές να λειτουργούν σύντομα κάτω από συνθήκες βέλτιστης φόρτισης στο οικονομικά βέλτιστο σημείο. Στην πράξη σημαίνει αυτό ότι μια αστική ΜΕΥΑ μπορεί να επεκταθεί σταδιακά (modular), εφόσον η σύνδεση συμπληρωματικών χρηστών καθυστερεί χρονικά. Επίσης, δε μπορεί να αποτελεί τον μοναδικό στόχο της εξέλιξης της τεχνολογίας η περαιτέρω βελτίωση της αποδοτικότητας των μονάδων. Πολύ περισσότερο έχει συμβάλλει η ανάπτυξη της τεχνολογίας και σε μία μείωση κόστους των επιμέρους μονάδων. Αντίστοιχα θα έπρεπε ο μηχανικός να εφαρμόζει εκείνες τις μεθόδους, οι οποίες με την ελάχιστη δαπάνη διασφαλίζεται η μέγιστη επιτυχία. Η αμοιβή των μελετητών προσανατολίζεται εκάστοτε στις ρυθμίσεις των αρχιτεκτόνων και πολιτικών μηχανικών, όπου σε κάθε περίπτωση τη βάση για τον προσδιορισμό της αμοιβής αποτελεί το συνολικό κόστος κατασκευής. Εξαιτίας της σύνδεσης της αμοιβής και του κόστους κατασκευής δεν είναι ιδιαίτερα ελκυστικό για τον μελετητή να

26 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 26 αναπτύξει οικονομικά ευνοϊκότερες λύσεις/ προτάσεις, οι οποίες απαιτούν μία κατά πολύ μεγαλύτερη δαπάνη εργασίας από ότι οι τρέχουσες λύσεις, ενώ ταυτόχρονα μειώνονται τα έσοδά του. Συχνά συνδέονται οι ευνοϊκότερες λύσεις με αποκλίσεις προς τους ισχύοντες κανονισμούς ή τους γενικά αποδεκτούς κανόνες της τεχνολογίας, χωρίς, όμως, να παραβιάζονται οι απαιτήσεις προστασίας του περιβάλλοντος. Εδώ θα πρέπει η ανάληψη εγγυήσεων από τους σχεδιαστές και τους κατασκευαστές να ρυθμιστεί έτσι ώστε αναιτιολόγητες απαιτήσεις εξαιτίας αποκλινόντων κανονισμών να αποκλειστούν, επειδή αυτός που επιδιώκει να εφαρμόσει νέες τεχνολογίες χρειάζεται φαντασία και σε πολλές περιπτώσεις, επίσης, την προθυμία να διαβεί νέους δρόμους. Ακόμα, απαιτείται η ετοιμότητα για την ανάληψη του ρίσκου και μάλιστα από όλους τους μετέχοντες, δηλαδή τον μελετητή, τον κατασκευαστή, τον ιδιοκτήτη και την επιβλέπουσα αρχή. Πράγματι, υπάρχουν πολλές δυνατότητες ώστε να διαμορφωθεί η επεξεργασία υγρών αποβλήτων οικονομικότερη και αποτελεσματικότερη με νέες βιοτεχνολογίες. Στο στόχο, όμως, δεν οδηγούν γενικευμένες ολοκληρωμένες λύσεις (complete solutions), αλλά αυτές, οι οποίες είναι κομμένες και ραμμένες στα μέτρα των εκάστοτε τοπικών δεδομένων. Για την ανεύρεση τέτοιων λύσεων απαιτείται περίσκεψη και δημιουργικότητα από τον μηχανικό. Αρχή μας πάνω στην επεξεργασία υγρών αποβλήτων είναι η εξής: «Ενίσχυση της προστασίας του περιβάλλοντος Μείωση της γραφειοκρατίας Ενίσχυση της προσωπικής ευθύνης» και, αν αυτό εύρισκε ανταπόκριση από επενδυτές, θα προέκυπταν σημαντικά κοινωνικοοικονομικά, ιδιωτικά και περιβαλλοντικά ωφέλη. 7. Συμπεράσματα Βάσει αυτών των αξόνων και τη μελέτη της σχετικής βιβλιογραφίας σχεδιάστηκε, υλοποιήθηκε και προτείνεται μία νέα μέθοδος επεξεργασίας υγρών αποβλήτων για την ταυτόχρονη απομάκρυνση άνθρακα, αζώτου και φωσφόρου. Η πρότυπη πιλοτική μονάδα παρουσιάζει βέλτιστα χαρακτηριστικά ροής, ενώ τα κυριότερα δομικά χαρακτηριστικά της είναι: Η προτεταμένη αναερόβια δεξαμενή για την άσκηση επιλεκτικής πίεσης υπέρ της

27 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 27 ανάπτυξης ορισμένων ομάδων μικροοργανισμών που συσσωρεύουν ορθοφωσφορικά (ΡΟ Ρ), αλλά και την καταστολή της ανάπτυξης νηματοειδών βακτηρίων (επιλογέας). Η συστοιχία (cascade) τριών ζευγών βιοαντιδραστήρων, όπου κάθε ζεύγος αποτελείται από δύο διακριτά τμήματα με ανοξικές και οξικές συνθήκες. Η διαμόρφωση της συστοιχίας με τρεις βαθμίδες έχει ως αποτέλεσμα η δυνητική αφαίρεση ολικού αζώτου να ξεπερνά το 83%. Παράλληλα, παρέχεται λειτουργική ασφάλεια, αφού ότι δεν απομακρύνθηκε στην προηγούμενη βαθμίδα μπορεί να επεξεργαστεί στην επόμενη. Η βαθμιδωτή τροφοδοσία (step-feeding) του εισερχόμενου λύματος σε ανοξικές/ αναερόβιες δεξαμενές, έτσι ώστε να διατίθεται η απαραίτητη πηγή ανθρακούχου υποστρώματος για την απονιτροποίηση ή την απελευθέρωση φωσφόρου, αλλά και να δρουν οι αντίστοιχες δεξαμενές ως επιλογείς για την καταστολή της ανάπτυξης νηματοειδών μικροοργανισμών. Η πρωτοβάθμια καθίζηση εκλείπει, με συνέπεια να διατηρείται το οργανικό υπόστρωμα για τη βιολογική αφαίρεση πολυφωσφορικού και την απονιτροποίηση. Η ροή ανακυκλοφορίας ιλύος από τη δεξαμενή καθίζησης λαμβάνει χώρα μόνο στο ανοξικό τμήμα του πρώτου ζεύγους βιοαντιδραστήρων, ώστε να απομακρύνεται το νιτρικό άζωτο πριν την εισαγωγή της ανακυκλοφορίας στον αναερόβιο επιλογέα και την ελαχιστοποίηση των ροών ανακυκλοφορίας ιλύος σε μία. Η ροή ανακυκλοφορίας μικτού υγρού από τις ανοξικές συνθήκες του πρώτου ζεύγους βιοαντιδραστήρων στον αναερόβιο επιλογέα είναι ίση με τη ροή ανακυκλοφορίας της ιλύος. Οι δύο ροές ανακυκλοφορίας εξασφαλίζουν πραγματικά αναερόβιες συνθήκες (μηδενική συγκέντρωση νιτρικού αζώτου) στον αναερόβιο επιλογέα, ενώ παράλληλα εμπλουτίζεται με νέα βιομάζα. Η περιορισμένη αξονική διασπορά στη συστοιχία των βιοαντιδραστήρων (εμβολική ροή) εξαιτίας του στενού φάσματος της κατανομής του χρόνου παραμονής (RTD) ανταποκρίνεται με ιδανικό τρόπο στην κινητική πρώτης τάξης. Η περιορισμένη αξονική διασπορά σε συνδυασμό με την επίδραση του αναερόβιου επιλογέα δρα ευεργετικά στην καταστολή της ανάπτυξης νηματοειδών βακτηρίων.

28 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 28 Η πιλοτική μονάδα τριτοβάθμιας επεξεργασίας τροφοδοτήθηκε με λύμα προερχόμενο από την είσοδο της Μ.Ε.Υ.Α. Ξάνθης και η απόδοση της σε αφαίρεση παραμέτρων ρύπανσης διερευνήθηκε μεταβάλλοντας την εισερχόμενη παροχή τροφοδοσίας και το σχήμα κατανομής της στο σύστημα, με σκοπό τον εντοπισμό της βέλτιστης κατάστασης λειτουργίας. Τα ευνοϊκότερα χαρακτηριστικά ιλύος, τα υψηλότερα ποσοστά απομάκρυνσης και οι χαμηλότερες συγκεντρώσεις παραμέτρων ρύπανσης στην εκροή διαπιστώνονται όταν ο υδραυλικός χρόνος παραμονής είναι 8,9 h και η εισερχόμενη παροχή των 4 L/h κατανέμεται σε ποσοστά 60%, 25% και 15% στον αναερόβιο επιλογέα, τη δεύτερη και τρίτη ανοξική δεξαμενή, αντίστοιχα. Σε αυτή την κατάσταση ισορροπίας ροής οι τιμές αφαίρεσης οργανικών συστατικών ήταν 94% και 98% για COD και BOD 5 αντίστοιχα, ενώ των ορθοφωσφορικών ήταν 93%. Η απομάκρυνση των αζωτούχων παραμέτρων ρύπανσης ήταν 83% ως ολικό άζωτο, 94% ως ολικό κατά Kjedahl άζωτο, 99% ως αμμωνιακό άζωτο και 83% ως οργανικό άζωτο. Οι συγκεντρώσεις εκροής των κύριων - παραμέτρων ρύπανσης ήταν 43 mg COD/L, 6 mg BOD 5 /L, 0,7 mg NH 4+ -N/L, 7 mg NO N/L, 4,4 mg ΤΚN/L, 0,2 mg NO 2- -N/L και 0,2 mg ΡΟ 4 -Ρ/L. Επιπλέον, ο προτεινόμενος σχεδιασμός για μονάδες τριτοβάθμιας επεξεργασίας υγρών αποβλήτων οδηγεί στη συρρίκνωση τόσο του επενδυτικού όσο και του λειτουργικού κόστους. Το επενδυτικό κόστος περιορίζεται εξαιτίας της μείωσης όγκου των δεξαμενών κατά L/ΙΚ ως προς το βιολογικό κατασκευαστικό μέρος (αερόβια/ αναερόβια/ ανοξική δεξαμενή) σε σύγκριση με άλλα συστήματα τριτοβάθμιας επεξεργασίας. Αν το κόστος κατασκευής ενός κυβικού (m 3 ) είναι 400, η εξοικονόμηση για την κατασκευή μιας ΜΕΥΑ που εξυπηρετεί ισοδύναμους κατοίκους (ΙΚ) φτάνει τα Το κόστος λειτουργίας, που επικεντρώνεται στο ενεργειακό κόστος για την παροχή οξυγόνου και τη λειτουργία αντλιών, περιορίζεται, επειδή ένα μέρος των ανθρακούχων συστατικών απομακρύνεται απονιτροποιητικά. Το όφελος που προκύπτει μεταφράζεται τόσο με οικονομικά μεγέθη όσο και με περιβαλλοντικά, αφού οδηγεί στη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Η ετήσια ενεργειακή εξοικονόμηση για μία ΜΕΥΑ που εξυπηρετεί ΙΚ μπορεί να φτάσει / a και να μειώσει τις εκπομπές κατά 600 tn tn CO 2 το χρόνο.

29 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ-ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 29 Αυτό που απομένει είναι η εφαρμογή της νέας αυτής μεθόδου στην πράξη. Ευχαριστίες Ιδιαίτερες ευχαριστίες αποδίδονται στη REVOIL A.E. και στο Κοινωφελές Ίδρυμα Αλέξανδρος Σ. Ωνάσης για την οικονομική στήριξή τους κατά τη διάρκεια της διδακτορικής της διατριβής. 8. Βιβλιογραφία Wagner M., Loy A., Nogueira R., Purkhold U., Lee N., Daims H. (2002) Microbial community composition and function in wastewater treatment plants Antonie van Leeuwenhoek, Vol. 81, pp Seviour R.J., Mino T., Onuki M. (2003) The microbiology of biological phosphorus removal in activated sludge systems FEMS Microbiology Reviews, Vol. 27, pp Mullkerins D., Dobson A.D.W., Colleran E. (2004) Parameters affecting biological phosphate removal from wastewaters Environment International, Vol. 30, pp Αϊβαζίδης Α. (2000). Τεχνολογία και Διαχείριση Υγρών Αποβλήτων. Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πολυτεχνική Σχολή, Δ.Π.Θ. Metcalf & Eddy (2003) Wastewater engineering: treatment and reuse Rev. by Tchobanoglous G., Burton F.L., Stensel H.D., 4th edition, McGraw Hill. Schlegel S., Operational Results of Wastewater Treatment Plants with Biological N and P Elimination. Wat. Sc. Tech. 25(4-5): Ekama G.A. and Wentzel M.C. (1999). Denitrification Kinetics in Biological N and P Removal Activated Sludge Systems Treating Municipal Wastewater. Wat. Sc. Tech., vol. 39, no. 6, pp Gφrgόn E., Artan N., Orhon D., Sφzen S. (1996) Evaluation of nitrogen removal by step feeding in large treatment plants Water Science and Technology, Vol. 34, No. 1-2, pp Pai T.Y., Tsai Y.P., Chou Y.J., Chang H.Y., Leu H.G., Ouyang C.F. (2004). Microbial Kinetic Analysis of Three Different Types of EBNR Process. Chemosphere, vol. 55, pp