ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΑΦΥΔΑΤΩΣΗΣ ΙΛΥΟΣ

Transcript

1

2 ΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ - ΙΑΤΜΗΜΑΤIΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ «ΕΠΙΣΤΗΜΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Υ ΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ» ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΑΦΥΔΑΤΩΣΗΣ ΙΛΥΟΣ Δήμητρα Γ. Πλίτση «ΕΠΙΣΤΗΜΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Υ ΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ» Αθήνα, Οκτώβριος 2008 Επιβλέπων : Δάνος Μαμάης Επίκουρος καθηγητής

3 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η παρούσα διπλωµατική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του ιατµηµατικού ιεπιστηµονικού Προγράµµατος Μεταπτυχιακών Σπουδών «Επιστήµη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων», υπό την επίβλεψη του κ. Μαµάη ανιήλ. Στο σηµείο αυτό οφείλω να ευχαριστήσω τον κύριο Μαµάη, Επίκουρο Καθηγητή της σχολής Πολιτικών Μηχανικών του ΕΜΠ, για την πολύτιµη συµβολή του στην υλοποίηση του παρόντος πονήµατος. Επιπλέον, η καθοδήγηση και βοήθεια του Επιστηµονικού Συνεργάτη του Εργαστηρίου Υγειονοµικής Τεχνολογίας Κουρή Νίκου υπήρξε καθοριστική για την ορθή διεξαγωγή των πειραµάτων. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω όσους µε στήριξαν και µου συµπαραστάθηκαν κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διπλωµατικής εργασίας.

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ. ΕXTENDED ABSTRACT.. 1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας Κεφάλαια της διπλωματικής εργασίας ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥΔΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ..2 Γενικά Mέθοδος CSΤ Εργαστηριακά και πλήρους κλίμακας πειράματα πάνω στο ιξώδες και το ηλεκτρικό δυναμικό σε σύγκριση με τη μέθοδο CST για το χαρακτηρισμό και έλεγχο της ικανότητας αφυδάτωσης Συσχέτιση μεταξύ του υλικού που πρόκειται να αφυδατωθεί και του αφυδατικού μέσου βάση τριών μεθόδων αφυδάτωσης Βελτίωση της συνθετικής και ενεργού ιλύος τους με κατιονικούς πολυηλεκτρολύτες Συσχέτιση του ποσοστού αφυδάτωσης της λάσπης και της δομής των κροκίδων με την προσθήκη δύο πολυηλεκτρολυτών στη λάσπη..16 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία : «Αξιολόγηση εναλλακτικών συστημάτων μηχανικής αφυδάτωσης Πλίτση Δήμητρα

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Εκτίμηση των απαιτήσεων σε πολυηλεκτρολύτη για τις θερμοφιλικές-μεσοφιλικές αναερόβιες λάσπες και τις μεσοφιλικές αερόβιες λάσπες Συστήματα μηχανικής αφυδάτωσης Αφυδάτωση και διάθεση της λάσπης Αναλυτικότερη περιγραφή της ταινιοφιλτρόπρεσσας και του φυγόκεντρου ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ Εργαστηριακά πειράματα Περιγραφή εργαστηριακών αναλύσεων Πειράματα πλήρους κλίμακας Γενική περιγραφή Εγκατάστασης Επεξεργασίας Λυμάτων Δήμου Βόλου Νομού Μαγνησίας Γενική περιγραφή Εγκατάστασης Επεξεργασίας Λυμάτων Δήμου Λαυρίου Νομού Αττικής ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΥΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ Γενικά Αποτελέσματα εργαστηριακών πειραμάτων CST...81 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία : «Αξιολόγηση εναλλακτικών συστημάτων μηχανικής αφυδάτωσης Πλίτση Δήμητρα

6 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων Δήμου Βόλου Νομού Μαγνησίας Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων Δήμου Λαυρίου Νομού Αττικής Αποτελέσματα παχυμένης λάσπης της εγκατάστασης, αφυδατωμένης λάσπης και στραγγιδίων για την ταινιοφιλτρόπρεσσα και το φυγόκεντρο Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων Δήμου Βόλου Νομού Μαγνησίας Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων Δήμου Λαυρίου Νομού Αττικήs ΟΙΚΟΝΟΜΟΤΕΧΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Εισαγωγή Αρχικό κόστος επένδυσης Κόστος λειτουργίας και συντήρησης Έμμεσα λειτουργικά κόστη Συνολικό ετήσιο κόστος των δύο εναλλακτικών μεθόδων αφυδάτωσης και πάχυνσης - αφυδάτωσης της ιλύος ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία : «Αξιολόγηση εναλλακτικών συστημάτων μηχανικής αφυδάτωσης Πλίτση Δήμητρα

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία : «Αξιολόγηση εναλλακτικών συστημάτων μηχανικής αφυδάτωσης Πλίτση Δήμητρα

8 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία : «Αξιολόγηση εναλλακτικών συστημάτων μηχανικής αφυδάτωσης Πλίτση Δήμητρα

9 EXTENDED ABSTRACT EXTENDED ABSTRACT 1.1. Generally Due to the significant increase in wastewater treatment sludge production, as a result of extended sewerage, new work installations and upgrading of existing facilities, sludge management in an economically and environmentally acceptable manner has become one of the most critical issues as it concerns wastewater treatment. Extensive research has been carried out on treatment and disposal of sludge for the past decades, and significant advances in technological and managerial aspects have been achieved. The selection of an appropriate technology for sludge management depends on the minimization of total capital and O&M cost but other important factors such as local geography, climate, land use, regulatory constraints as well as public acceptance of various practices, frequently play an equally significant role. Sludge dewatering is a decisive step in the reduction of waste sludge volume, thus considerably affecting total sludge treatment and disposal costs. Half of the overall capital and operating costs of a typical wastewater treatment plant may be due to sludge management and handling (Evans and Filman, 1988), and much of this affected by the extend of volume or mass reduction effected in conditioning and dewatering processes. Furthermore, optimal dewatering minimizes the circulation of concentrated liquid streams. Thus, the proper use of sludge conditioner is a critical factor in order to facilitate and enhance the dewatering process. In fact, sludge dewatering itself represents a significant cost component of sludge management- often exceeding 50% - primarily due to the high units costs and the large amounts of conditioning polymer generally required. The optimized selection and usage of chemical conditioner is therefore a key component of economical wastewater and sludge treatment with minimal environmental impact. Moreover, the variable concentrations, flows, and characteristics of sludges to be dewatered often lead to overdosing of polymer. Rapid or continuous analytical methods to assess conditions or dewaterability would be required to address this difficulty.

10 EXTENDED ABSTRACT 1.2. CST method Many laboratory tests are available to measure the effectiveness of a particular conditioner used to achieve the optimal dewaterability for a certain sludge. However, few of these methods have the potential to be used as an on-line means of continuously optimizing polymer feed-rate. Among these tests which may feasible for this purpose are the viscosity and the streaming current of the liquid stream. Both of these are evaluated in this research, first in laboratory comparison to Capillary Suction Time (CST) and centrate solids measurements, then to cake and filtrate total solids, CST, and filtrate turbidity in full-scale comparisons. The Capillary Suction Time (CST) test is a rapid and simple method for assessing sludge conditioner efficiency. The measurement is based on the ability of a sheet of chromatography paper to draw the water from a small sample of sludge (conditioned and unconditioned) by capillary action. The time required for the water held in the sludge to travel in this chromatography grade paper between two fixed points, 1 cm apart radially, is recorded automatically in seconds and is called the CST. Thus the CST is the time required for a specific water volume to be drained from the sludge sample (U.S. Standard Methods, 1992) Role of cationic polyelectrolytes Effective solid liquid separation persists to be a major problem in various operation units in wastewater treatment. Among them, sludge dewatering haw been pointed out as one of the most expensive and least understood processes. In recent years, polyelecrtolytes have been played an important role as conditioning agents in waste sludge dewatering. Despite considerable experience, it is still to a considerable extent a matter of trial error to choose polymer and dosage. However, a number of studies have yielded important insights into the fundamental properties of the system which points towards a more rational way to handle the problem Μethods of dewatering Three laboratory scale mechanical dewatering devices, namely a filter press, belt press and

11 EXTENDED ABSTRACT centrifuge, were adopted for expressing water from conditioned sludge. In the current study, there will be an extended reference in the filter press and the centrifuge. Belt filter presses are used to remove water from liquid wastewater residuals and produce non liquid material reffered to as «cake». Dewatering residuals, or cake, vary in consistency from that of custard to moist soil. Advantages Staffing requirements are low, especially if the equipment is large enough to process th solids in one shift Maintenance is relatively simple and can usually completed by a wastewater treatment plant maintenance crew. Replacing the belt is the major maintenance cost. Belt presses can be started and shut down quickly compared to centrifuges, which require up to an hour to built up speed. There is less noise associated with belt press compared to centrifuges. Disadvantages Odors may be a problem, but can be controlled with good ventilation systems and chemicals, such as potassium permanganate, to neutralize odor-causing compounds. Some manufactorers offer fully enclosed equipment to minimize odors and reduce vapors in the operating room air. Belt presses require more operator attention if the feed solids vary in their solids concentration or organic matter. This should be a problem if the belt presses are fed from well-mixed digesters. Wastewater solids with higher concentrations of oil and grease can result in blinding the belt filter and lower solids content cake. Wastewater solids must be screened and/or ground to minimize the risk sharp objects damaging the belt. Belt washing at the end of the shift, or more frequently, can be time consuming and

12 EXTENDED ABSTRACT require large amounts of water. An automatic belt washing system and the use of effluent can minimize these costs. Centrifuges have been used in wastewater treatment since 1930s. Thickening before digestion or dewatering reduces the tankage needed for digestion and storage by removing water. Advantages Centrifuges may offer lower overall operation and maintenance costs and can outperform conventional belt filter presses. Centrifuges require a small amount of floor space relative to their capacity. Centrifuges require minimal operator attention when operations stable. Operators have low exposure to pathogens, aerosols, hydrogen sulfide or other odors. Centrifuges are easily to clean. Centrifuges can handle higher than design loadings and the percent solids recovery can usually be maintained with the addition of a higher polymer dosage. Major maintenance items can be easily removed and replaced. Repair work is usually performed by the manufacturer. Disadvantages Centrifuges have high power consumption and are fairly noisy. Experience operating the equipment is required to optimize performance. Performance is difficult to monitor because the operator s view of centrate and feed is obstructed. Special structural considerations must be taken into account. As with any piece of high speed rotary equipment, the base must be stationary and level due to dynamic loading. Spare parts are expensive and internal parts are subject to abrasive wear. Start-up and shut down may take an hour to gradually bring the centrifuge up to speed and slow it down for clean out prior to shut down.

13 EXTENDED ABSTRACT 1.5. The objectives of this study The laboratory tests have taken place in the Sanitary Engineering Laboratory in the department of Water Resources and Environmental Engineering. The objective of these tests is the definition of the optimized dose of cationic polyelectrolytes that are used for the dewatering of sludges with centrifuges. In specially: A sample of sludge has been taken from the wastewater treatment plant of Volos. Four different types of cationic polyelectrolyte have been tested. Totally, 47 trials have taken place and the doses of the polymers were between 0-15 gr/kg DS. A sample of sludge has been taken from the wastewater treatment plant of Lavrio. Four different types of cationic polyelectrolyte were tested. Totally, 37 trials have taken place and the doses of the polymers were between 1-14 gr/kg DS. To optimize the conditioning of the polymers the CST test was used. The results of the values of CST test are presented analytically in a Chapter of this study. Based on the results of the CST method, during the full-scale tests that have taken place in the wastewater treatment plants of Volos and Lavrio there have been used one or more polyelectrolytes. The amplitude of the values was from 0-25 gr/kg DS to 0-12 gr/kg DS. 3 days needed for the accomplishment and the completion of the full-scale tests for both the wastewater treatment plants Conclusions All polyelectrolytes (four types) that we used for the sludge conditioning of wastewater treatment plant of Volos, as it concerns laboratory tests, have given very low values of CST, at dosages that ranged from 2,5 gr /Kg DS to 5,0 gr /Kg DS. All polyelectrolytes (five types) that we used for the sludge conditioning of wastewater treatment plant of Lavrio, as it concerns laboratory tests, have given very low values of CST, at dosages that ranged from 4,0 gr /Kg DS to 8,2 gr /Kg DS. According to the results of the parallel function of the centrifuge and the belt filter, in

14 EXTENDED ABSTRACT wastewater treatment plant of Volos, and based on the concentration of the solids of the dewatering sludge, the two devices are almost equal, in the means that the belt filter achieves a solid concentration of 21,4%, while the centrifuge gives a solid concentration of 22,4%. (0,6% more than the belt filter). In the wastewater treatment of Lavrio, the centrifuge achieves better results in dewatering sludge (21.9%), in comparison to the belt filter (17%). According to the economic analysis, centrifuge, despite its high capital cost, seems to be less expensive than the belt filter.

15 ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΠΕΡΙΛΗΨΗ 1.1. Γενικά Εξαιτίας της διαµόρφωσης της αναγκαιότητας επεξεργασίας της παραγόµενης ιλύος, σαν αποτέλεσµα των εκτεταµένων αποχετευτικών δικτύων, της δηµιουργίας νέων εγκαταστάσεων και της αναβάθµισης των ήδη υπαρχόντων, η διαχείριση της λάσπης µε έναν οικονοµικά και περιβαλλοντικά αποδεκτό τρόπο, έχει γίνει ένα από τα πιο κρίσιµα περιβαλλοντικά προβλήµατα που αντιµετωπίζει ο σύγχρονος υγιεινολόγος µηχανικός. Πολλές έρευνες έχουν πραγµατοποιηθεί πάνω στην επεξεργασία και τη διάθεση της λάσπης, τις περασµένες δεκαετίες, και σηµαντικές πρόοδοι ως προς τη διαχείριση και τα τεχνολογικά επιτεύγµατα έχουν σηµειωθεί. Η επιλογή του κατάλληλου τεχνολογικού µέσου για τη διαχείριση της λάσπης εξαρτάται από την ελαχιστοποίηση του ολικού κόστους και του οικονοµοτεχνικού κόστους. Άλλοι σηµαντικοί παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η επιλογή µέσου αφυδάτωσης είναι, επίσης, η γεωγραφία της περιοχής, το κλίµα, οι χρήσεις γης, οι κανονισµοί, όπως, επίσης, η αποδοχή του κατοίκων της περιοχής,. Η αφυδάτωση της ιλύος αποτελεί ένα αποφασιστικό βήµα στη µείωση του όγκου της λάσπης, το οποίο, µε τη σειρά του, επηρεάζει τη συνολική διαχείριση και διάθεση της λάσπης. Μισό από το ολικό αρχικό και λειτουργικό κόστος µιας τυπικής εγκατάστασης επεξεργασίας λυµάτων οφείλεται στη διαχείριση της λάσπης και µεγάλο τµήµα αυτού επηρεάζεται από την αύξηση ή τη µείωση του όγκου της λάσπης, εξαιτίας της βελτιστοποίησης και της αφυδάτωσης της (Evans and Filman, 1988). Στην πραγµατικότητα, η βελτίωση της λάσπης αντιπροσωπεύει ένα σηµαντικό ποσοστό, που, συχνά, υπερβαίνει το 50%, πρώτον, εξαιτίας του υψηλού κόστους των µονάδων και, δεύτερων, εξαιτίας των µεγάλων δόσεων πολυηλεκτρολύτη που απαιτείται να προστεθούν στη λάσπη. Η σωστή επιλογή και χρήση των χηµικών βελτιωτικών είναι, συνεπώς, το κλειδί για µία οικονοµική και φιλική προς το περιβάλλον διαχείριση της λάσπης. Επιπλέον, η διαφοροποίηση των συγκεντρώσεων, της ροής, των χαρακτηριστικών της λάσπης που πρόκειται να αφυδατωθεί, οδηγούν σε πολύ µεγάλες συγκεντρώσεις πολυηλεκτρολύτη, που,

16 ΠΕΡΙΛΗΨΗ µόνο, συνεχείς και επισταµένες µελέτες θα µπορούσαν να δώσουν λύση στο πρόβληµα H µέθοδος CST Πολλά εργαστηριακά πειράµατα µπορούν να εκτιµήσουν την ικανότητα αφυδάτωση της λάσπης µε ένα συγκεκριµένο τύπο βελτιωτικού. Παρόλα αυτά, οι περισσότερες εφαρµογές πάνω στους πολυηλεκτρολύτες είναι εµπειρικές και δε ρίχνουν φως στους µηχανισµούς της αφυδάτωσης. Επιπλέον, είναι σοφότερο να µη στηριχτεί κάποιος µόνο στις εργαστηριακές µετρήσεις, αλλά να τις εφαρµόσει και σε πραγµατικές διαδικασίες αφυδάτωσης της λάσπης. Το ιξώδες και το ηλεκτρικό δυναµικό αποτελούν χαρακτηριστικά της αποτελεσµατικότητας της βελτίωσης της λάσπης. Έτσι, για να αποφασιστεί ποιο θα πρέπει να είναι το ιξώδες και το δυναµικό για τον κάθε τύπο λάσπης έλαβαν χώρα εργαστηριακά πειράµατα και πειράµατα πλήρους κλίµακας. Τα αποτελέσµατα, όσον αφορά την αφυδάτωση της λάσπης, συγκρίθηκαν µε εκείνα του CST. Υπήρχε, σαφώς, σχέση ανάµεσα στο ιξώδες, το ηλεκτρικό δυναµικό και το CST, καθώς µικρές τιµές για το ιξώδες και για το CST, και ένα δυναµικό κοντά στο µηδέν σχετιζόταν µε µία καλά βελτιωµένη λάσπη. Τα παραπάνω αποτελέσµατα είναι σηµαντικά για να κατανοηθούν οι µηχανισµοί βελτίωσης και αφυδάτωσης της λάσπης καθώς και να προσεγγιστούν οι τιµές της επιθυµητής δόσης πολυηλεκτρολύτη σε αυτή. H µέτρηση του χρόνου διήθησης CST είναι µία απλή και γρήγορη µέθοδος για την εκτίµηση της καλής ρύθµισης της λάσπης. Η µέτρηση βασίζεται στην ικανότητα ενός χρωµατογραφικού χαρτιού να απορροφήσει νερό από ένα µικρό δείγµα λάσπης (ρυθµισµένης ή µη) σύµφωνα µε τη διηθητική του δράση. Ο χρόνος που χρειάζεται το νερό της λάσπης, που οδηγείται προς το χρωµατογραφηµένο χαρτί, να περάσει ανάµεσα από δύο σηµεία, που απέχουν µεταξύ τους ένα εκατοστό, καταγράφεται, αυτόµατα, σα δευτερόλεπτα, και ονοµάζεται CST. Έτσι, το CST είναι ο χρόνος που απαιτείται για ένα συγκεκριµένο όγκο νερού να αποστραγγιστεί από ένα δείγµα λάσπης (U.S. Standard Methods, 1992) Πολυηλεκτρολύτες Ο διαχωρισµός των στερεών από το υγρό ήταν ένα τεράστιο πρόβληµα σε πολλές µονάδες της επεξεργασίας λυµάτων. Επιπλέον, η αφυδάτωση της λάσπης έχει αναδειχθεί σε αρκετά ακριβή και µη κατανοητή διαδικασία. Οι πολυηλεκτρολύτες παίζουν σηµαντικό ρόλο στη

17 ΠΕΡΙΛΗΨΗ βελτίωση της αφυδάτωσης της λάσπης. Παρά την αξιοσηµείωτη εµπειρία, παραµένει ακόµη ασαφές το ποιο πολυµερές και ποια δόση θα επιλεγεί Mέσα αφυδάτωσης Οι πιο χαρακτηριστικοί µέθοδοι αφυδάτωσης είναι τα φίλτρα µε πίεση, η ταινιοφιλτρόπρεσσα και το φυγόκεντρο. Στην παρούσα µελέτη θα γίνει ιδιαίτερη αναφορά στην ταινιοφιλτρόπρεσσα και το φυγόκεντρο. Οι ταινιοφιλτρόπρεσσες χρησιµοποιούνται για την αποµάκρυνση του υγρού των από τα απόβλητα και την παραγωγή ενός υλικού αναφερόµενου ως cake. Τα αφυδατωµένα παράγωγα, τα cake, ποικίλουν στη σύσταση από την κρεµώδη µορφή του υγρού εδαφικού υλικού. Πλεονεκτήµατα Οι απαιτήσεις σε προσωπικό είναι µικρές, ειδικά εάν ο εξοπλισµός είναι αρκετά µεγάλος έτσι ώστε να επεξεργάζεται τη λάσπη σε µία βάρδια Η συντήρηση είναι, επίσης, αρκετά απλή και µπορεί να γίνει από το προσωπικό µίας ολοκληρωµένης εγκατάστασης επεξεργασίας λυµάτων Οι ταινιοφιλτρόπρεσσες µπορούν να αρχίσουν και να σταµατήσουν γρηγορότερα σε σχέση µε το φυγόκεντρο, το οποίο χρειάζεται µία ώρα για να µπει σε λειτουργία Η ταινιοφιλτρόπρεσσα είναι λιγότερο θορυβώδεις σε σχέση µε το φυγόκεντρο Μειονεκτήµατα Οι οσµές δηµιουργούν κάποια προβλήµατα, αλλά µπορούν να περιοριστούν µε καλό σύστηµα εξαερισµού και προσθήκη χηµικών στη λάσπη, όπως το υπερµαγγανικό κάλιο. Επίσης, υπάρχει η δυνατότητα η ταινιοφιλτρόπρεσσα να κατασκευαστεί ως κλειστό (compact) σύστηµα. Οι ταινιοφολτρόπρεσσες απαιτούν συνεχή έλεγχο από το προσωπικό, εάν η τροφοδοσία των στερεών ποικίλουν σε συγκέντρωση ή σε οργανικό υλικό. Φυσικά, εάν, η προηγουµένη διεργασία (η χώνευση) είναι ικανοποιητική, τότε το πρόβληµα

18 ΠΕΡΙΛΗΨΗ µειώνεται. Τα στερεά που περιέχουν υψηλή συγκέντρωση σε λίπη και έλαια, πιθανόν, να φράξουν την ταινιοφιλτρόπρεσσα, µειώνοντας, έτσι, την περιεκτικότητα του cake σε στερεά. Η εισερχόµενη λάσπη θα πρέπει να "φιλτράρονται", έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται ο κίνδυνος καταστροφής της ταινίας από αιχµηρά αντικείµενα. Οι ταινίες θα πρέπει να ξεπλένονται στο τέλος της κάθε βάρδιας, ή και πιο συχνά. Σχεδιασµός ταινιοφιλτρόπρεσσας Εκτίµηση του καθηµερινού εισερχόµενου φορτίου λάσπης Εκτίµηση του εξερχόµενου ποσοστού αφυδατωµένης λάσπης (ενεργού ιλύος) την ηµέρα Εκτίµηση του όγκου των παχυµένων στερεών που θα αφυδατωθούν την ηµέρα Εκτίµηση της µελλοντικής αύξησης των στερεών Αναµενόµενες αλλαγές στο φορτίο ης λάσπης, όσον αφορά την ποιότητα του υλικού ή η περιεκτικότητα του σε στερεά. Το φυγόκεντρο χρησιµοποιείται από το Η πάχυνση πριν τη χώνευση ή την αφυδάτωση µειώνει τον όγκο της δεξαµενής που απαιτείται για τη χώνευση και της αποθήκευσης της αφυδατωµένης λάσπης. Η αφυδάτωση, µε τον παραπάνω τρόπο, αποµακρύνει µεγαλύτερο ποσοστού νερού και παράγει ξηρότερο υλικό, cake, το οποίο ποικίλει σε σύσταση από εκείνη του υγρού εδαφικού υλικού. Πλεονεκτήµατα Τα φυγόκεντρα έχουν χαµηλά κόστη λειτουργίας και συντήρησης σε σχέση µε τις ταινιοφιλτρόπρεσσες. Καταλαµβάνουν λίγο χώρο σε σχέση µε τη δυναµικότητα τους Απαιτούν ελάχιστο χειρισµό όταν η λειτουργία τους είναι οµαλή

19 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Οι χειριστές έχουν µικρότερη έκθεση σε παθογόνα, αεροζόλ, υδρόθειο ή άλλες οσµές Μπορούν εύκολα να καθαριστούν Έχουν την ικανότητα να διαχειριστούν φορτίσεις υψηλότερες από τις φορτίσεις σχεδιασµού και το ποσοστό των στερεών µπορεί να διατηρηθεί µε την προσθήκη µεγαλύτερης δόσης πολυηλεκτρολύτη Βασικά κοµµάτια του φυγόκεντρου µπορούν να αποµακρυνθούν και να αντικατασταθούν µε ευκολία. Αυτό, συνήθως, γίνεται από τον κατασκευαστή. Μειονεκτήµατα Τα φυγόκεντρα έχουν µεγάλη ενεργειακή κατανάλωση και είναι αρκετά θορυβώδη Η λειτουργία του απαιτεί εξειδικευµένο προσωπικό Ο έλεγχος είναι δύσκολος, επειδή το σύστηµα είναι κλειστό Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη η κατασκευή της βάσης του φυγόκεντρου, έτσι ώστε να µην υπάρξει αστοχία κατά τη λειτουργία Αρκετά εξαρτήµατα του φυγόκεντρου είναι ακριβά, και τα εσωτερικά του στοιχεία υπόκεινται σε φθορά Το ξεκίνηµα και το σταµάτηµα, ίσως, χρειαστούν µία ώρα µέχρι το φυγόκεντρο να αποκτήσει την κατάλληλη ταχύτητα ή να χαµηλώσει ταχύτητα για να καθαριστεί, πριν σβήσει. Σχεδιασµός φυγόκεντρου Εκτίµηση του καθηµερινού εισερχόµενου φορτίου λάσπης Εκτίµηση του εξερχόµενου ποσοστού αφυδατωµένης λάσπης (ενεργού ιλύος) την ηµέρα Εκτίµηση διακύµανσης της ποσότητας των παραγόµενων στερεών Εκτίµηση του όγκου των παχυµένων στερεών που θα αφυδατωθούν την ηµέρα Τις ώρες και τον αριθµό των ηµερών λειτουργίας Εκτίµηση της µελλοντικής αύξησης των στερεών

20 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αναµενόµενες αλλαγές στο φορτίο ης λάσπης, όσον αφορά την ποιότητα του υλικού ή η περιεκτικότητα του σε στερεά Σκοπός των πειραµάτων Τα εργαστηριακά πειράµατα πραγµατοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Υγειονοµικής Τεχνολογίας του Κτιρίου Υδραυλικής. Στόχος των εργαστηριακών πειραµάτων είναι ο προσδιορισµός της βέλτιστης δόσης κατιονικών πολυµερών που χρησιµοποιούνται κατά την αφυδάτωση των ιλύων µε φυγοκέντρηση. Συγκεκριµένα: χρησιµοποιήθηκε ιλύς από την ΕΕΛ Βόλου και δοκιµάστηκαν τέσσερις τύποι κατιονικού πολυηλεκτρολύτη. Συνολικά, πραγµατοποιήθηκαν 47 δοκιµές µε δόσεις πολυµερών που κυµάνθηκαν µεταξύ 0-15 gr/kg DS. χρησιµοποιήθηκε ιλύς από την ΕΕΛ Λαυρίου και δοκιµάστηκαν πέντε τύποι κατιονικού πολυηλεκτρολύτη. Συνολικά πραγµατοποιήθηκαν 37 δοκιµές µε δόσεις πολυµερών που κυµάνθηκαν µεταξύ 1-14 gr/kg DS. Η απόδοση των πολυµερών προσδιορίστηκε µε βάση τη µέτρησης του χρόνου διήθησης (Capillary Sunction Time). Τα αποτελέσµατα του συνόλου των µετρήσεων παρουσιάζονται αναλυτικά σε Kεφάλαιο της παρούσας διπλωµατικής. Με βάση τα αποτελέσµατα των τιµών του CST, κατά τη διάρκεια των πιλοτικών δοκιµών που πραγµατοποιούνται στις ΕΕΛ Βόλου και Λαυρίου χρησιµοποιήθηκαν ένα ή περισσότερα είδη πολυηλεκτρολυτών. Το εύρος των τιµών των δόσεων περιορίζεται από 0-25 gr/kg DS σε 0-12 gr/kg DS. Για την πραγµατοποίηση και ολοκλήρωση των πιλοτικών πειραµάτων στην ΕΕΛ Βόλου απαιτηθήκαν 3 εργάσιµες ηµέρες Συµπεράσµατα Παρατηρούµε πως και στους τέσσερις τύπους πολυηλεκτρολύτη, που χρησιµοποιήσαµε σε εργαστηριακή κλίµακα, για τη λάσπη της ΕΕΛ Βόλου, σε δόσεις που κυµαίνονται ανάµεσα στα 2,5 και 5,0 gr πολυηλεκτρολύτη/kg DS αντιστοιχούν πολύ χαµηλές τιµές CST.

21 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Παρατηρούµε πως και στους πέντε τύπους πολυηλεκτρολύτη, που χρησιµοποιήσαµε σε εργαστηριακή κλίµακα, για τη λάσπη της ΕΕΛ Λαυρίου, σε δόσεις που κυµαίνονται ανάµεσα στα 4,0 και 8,2 gr πολυηλεκτρολύτη/kg DS αντιστοιχούν, επίσης, πολύ χαµηλές τιµές CST. Σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα της παράλληλης λειτουργίας του φυγοκεντρητή και της ταινιοφιλτρόπρεσσας της ΕΕΛ του Βόλου και µε βάση το ποσοστό στερεών της παραγόµενης αφυδατωµένης ιλύος τα δύο συστήµατα είναι περίπου ισοδύναµα µε µια ελαφρά υπεροχή να εµφανίζει ο φυγοκεντρητής καθώς η συγκέντρωση στερεών στην αφυδατωµένη ιλύ που παράγεται από το φυγοκεντρητή είναι κατά µέσο όρο 0,6 % υψηλότερη, 22.4% και 21.8%, αντίστοιχα. Με βάση το ποσοστό στερεών της παραγόµενης αφυδατωµένης ιλύος, στην Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυµάτων Λαυρίου, ο φυγοκεντρητής επιτυγχάνει σηµαντικά καλύτερη αφυδάτωση της ιλύος καθώς το µέσο ποσοστό στερεών στην αφυδατωµένη ιλύ ανέρχεται σε 17% στη περίπτωση της ταινιοφιλτρόπρεσσας και σε 21.9% στη περίπτωση του φυγοκεντρητή. Σύµφωνα µε την οικονοµοτεχνική ανάλυση, προκύπτει ότι το φυγόκεντρο είναι, παρά το υψηλό του αρχικό κόστος, πιο οικονοµικό µέσο αφυδάτωσης από την ταινιοφιλτρόπρεσσα.

22 Κεφάλαιο 2ο : ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. Αντικείµενο της διπλωµατικής εργασίας Το αντικείµενο της παρούσας διπλωµατικής εργασίας είναι η αξιολόγηση των εναλλακτικών µεθόδων αφυδάτωσης ιλύος, και πιο συγκεκριµένα η αφυδάτωση της ιλύος µε ταινιοφιλτρόπρεσσα και µε φυγόκεντρο. Η αξιολόγηση αυτή βασίστηκε σε εργαστηριακά αποτελέσµατα και σε πιλοτικές δοκιµές στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυµάτων, για την αξιολόγηση της λειτουργίας του φυγοκεντρητή και της ταινιοφιλτρόπρεσσας, σε συνθήκες πεδίου Κεφάλαια της διπλωµατικής εργασίας Η διπλωµατική εργασία αποτελείται, πέρα από το παρόν, από ακόµη πέντε κεφάλαια. Το δεύτερο κεφάλαιο περιλαµβάνει τη βιβλιογραφική ανασκόπηση της µεθόδου CST και των συστηµάτων αφυδάτωσης ιλύος. Το τρίτο κεφάλαιο περιέχει το πειραµατικό πρωτόκολλο καθώς και µία συνοπτική περιγραφή των Εγκαταστάσεων Επεξεργασίας Λυµάτων του Βόλου και του Λαυρίου. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση των αποτελεσµάτων εργαστηριακής και πλήρους κλίµακας. Το πέµπτο κεφάλαιο περιλαµβάνει την οικονοµοτεχνική αξιολόγηση των δύο συστηµάτων αφυδάτωσης, του φυγόκεντρου και της ταινιοφιλτρόπρεσσας. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο εµπερέχονται τα συµπεράσµατα του παρόντος πονήµατος. 1

23 Κεφάλαιο 2ο : ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ 2. Γενικά Η µείωση του όγκου της λάσπης αποτελεί σηµαντικό οικονοµικό και περιβαλλοντικό παράγοντα όσον αφορά την ολοκληρωµένη επεξεργασία των λυµάτων. Μισό από το ολικό αρχικό και λειτουργικό κόστος µιας τυπικής εγκατάστασης επεξεργασίας λυµάτων οφείλεται στη διαχείριση της λάσπης και µεγάλο τµήµα αυτού επηρεάζεται από την αύξηση ή τη µείωση του όγκου της λάσπης, εξαιτίας της βελτιστοποίησης και της αφυδάτωσης της. Στην πραγµατικότητα, η βελτίωση της λάσπης αντιπροσωπεύει ένα σηµαντικό ποσοστό, που, συχνά, υπερβαίνει το 50%, πρώτον, εξαιτίας του υψηλού κόστους των µονάδων και, δεύτερων, εξαιτίας των µεγάλων δόσεων πολυηλεκτρολύτη που απαιτείται να προστεθούν στη λάσπη. Η σωστή επιλογή και χρήση των χηµικών βελτιωτικών είναι, συνεπώς, το κλειδί για µία οικονοµική και φιλική προς το περιβάλλον διαχείριση της λάσπης. Επιπλέον, η διαφοροποίηση των συγκεντρώσεων, της ροής, των χαρακτηριστικών της λάσπης που πρόκειται να αφυδατωθεί, οδηγούν σε πολύ µεγάλες συγκεντρώσεις πολυηλεκτρολύτη, που, µόνο, συνεχείς και επισταµένες µελέτες θα µπορούσαν να δώσουν λύση στο πρόβληµα. Η αφυδάτωση και διαχείριση της λάσπης, λαµβάνει, πλέον, χώρα σε όλες τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυµάτων, αν και παλαιότερα ερχόταν σε δεύτερη µοίρα. Πολλές µέθοδοι χρησιµοποιούνται για να µειωθεί το ποσοστό των στερεών στα λύµατα. Πρόκειται για τεχνολογίες αφυδάτωσης της λάσπης στις εγκαταστάσεις βιολογικής επεξεργασίας, έτσι ώστε, είτε η λάσπη να είναι διαθέσιµη για επαναχρησιµοποίηση, είτε να µειωθεί το κόστος της επεξεργασίας της. 2

24 Κεφάλαιο 2ο : ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ 2.1. Η µέθοδος CSΤ Εργαστηριακά και πλήρους κλίµακας πειράµατα πάνω στο ιξώδες και το ηλεκτρικό δυναµικό σε σύγκριση µε τη µέθοδο CST για το χαρακτηρισµό και έλεγχο της ικανότητας αφυδάτωσης Εισαγωγικά Πολλά εργαστηριακά πειράµατα µπορούν να εκτιµήσουν την ικανότητα αφυδάτωση της λάσπης µε ένα συγκεκριµένο τύπο βελτιωτικού. Παρόλα αυτά, οι περισσότερες εφαρµογές πάνω στους πολυηλεκτρολύτες είναι εµπειρικές και δε ρίχνουν φως στους µηχανισµούς της αφυδάτωσης. Επιπλέον, είναι σοφότερο να µη στηριχτεί κάποιος µόνο στις εργαστηριακές µετρήσεις, αλλά να τις εφαρµόσει και σε πραγµατικές διαδικασίες αφυδάτωσης της λάσπης. Το ιξώδες και το ηλεκτρικό δυναµικό αποτελούν χαρακτηριστικά της αποτελεσµατικότητας της βελτίωσης της λάσπης. Έτσι, για να αποφασιστεί ποιο θα πρέπει να είναι το ιξώδες και το δυναµικό για τον κάθε τύπο λάσπης έλαβαν χώρα εργαστηριακά πειράµατα και πειράµατα πλήρους κλίµακας. Τα αποτελέσµατα, όσον αφορά την αφυδάτωση της λάσπης, συγκρίθηκαν µε εκείνα του CST. Υπήρχε, σαφώς, σχέση ανάµεσα στο ιξώδες, το ηλεκτρικό δυναµικό και το CST, καθώς µικρές τιµές για το ιξώδες και για το CST, και ένα δυναµικό κοντά στο µηδέν σχετιζόταν µε µία καλά βελτιωµένη λάσπη. Τα παραπάνω αποτελέσµατα είναι σηµαντικά για να κατανοηθούν οι µηχανισµοί βελτίωσης και αφυδάτωσης της λάσπης καθώς και να προσεγγιστούν οι τιµές της επιθυµητής δόσης πολυηλεκτρολύτη σε αυτή. Πολλά εργαστηριακά πειράµατα έχουν δώσει ακριβή αποτελέσµατα για ένα τύπο πολυηλεκτρολύτη, έτσι ώστε να επιτευχθεί ο επιθυµητός βαθµός αφυδάτωσης. Παρόλα αυτά, η προσθήκη στη λάσπη ενός συγκεκριµένου τύπου πολυηλεκτρολύτη σε συνεχή βάση µπορεί να επιτευχθεί σε περιορισµένο βαθµό. Ανάµεσα στα πειράµατα για την υλοποίηση του παραπάνω στόχου είναι η µέτρηση του ιξώδους και του ηλεκτρικού δυναµικού της λάσπης. Και οι δύο µετρήσεις εκτιµώνται, αρχικά, σε σύγκριση µε εκείνες των τιµών του χρόνου τριχοειδούς αναρρόφησης (CST) και των ολικών στερεών που πραγµατοποιούνται στο εργαστήριο, και, έπειτα, µε τα αποτελέσµατα του παραγόµενου cake, των διηθηµένων στερεών, του CSΤ και της θολότητας σε µετρήσεις πλήρους κλίµακας. 3

25 Κεφάλαιο 2ο : ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ Αναλυτική περιγραφή της µεθόδου CST σε σύγκριση µε τις άλλες µεθόδους Το πείραµα CST είναι µία απλή και γρήγορη µέθοδος για την εκτίµηση της καλής ρύθµισης της λάσπης. Η µέτρηση βασίζεται στην ικανότητα ενός χρωµατογραφικού χαρτιού να απορροφήσει νερό από ένα µικρό δείγµα λάσπης (ρυθµισµένης ή µη) σύµφωνα µε τη διηθητική του δράση. Ο χρόνος που χρειάζεται το νερό της λάσπης, που οδηγείται προς το χρωµατογραφηµένο χαρτί, να περάσει ανάµεσα από δύο σηµεία, που απέχουν µεταξύ τους ένα εκατοστό, καταγράφεται, αυτόµατα, σα δευτερόλεπτα, και ονοµάζεται CST. Έτσι, το CST είναι ο χρόνος που απαιτείται για ένα συγκεκριµένο όγκο νερού να αποστραγγιστεί από ένα δείγµα λάσπης. Παρόλο η τιµές του CST είναι κοινώς αποδεκτές ως δείκτες για το βαθµό αφυδάτωσης, η µέτρηση, ωστόσο, δε συνηθίζεται να γίνεται για να καταγραφούν οι ιδιότητες της λάσπης. Χρησιµοποιήθηκε, παρόλα αυτά, για να γίνει σύγκριση µε τις άλλες µεθόδους µέτρησης του ιξώδους, του ηλεκτρικού ρεύµατος σε πειράµατα πλήρους και εργαστηριακής κλίµακας. Για να εκτιµήσουµε το ποσοστό αφυδάτωσης της λάσπης για ένα τύπο πολυηλεκτρολύτη, το CST της βελτιωµένης λάσπης µετρήθηκε, αφού ανακατεύτηκε η λάσπη µε διάφορες δόσεις του συγκεκριµένου πολυηλεκτρολύτη. Καθώς ο βαθµός αφυδάτωσης της λάσπης γίνεται ολοένα και µεγαλύτερος, εξαιτίας της µεταβολής στις τιµές της δόσης του πολυηλεκτρολύτη, η αντίσταση στην αποµάκρυνση του νερού από τη λάσπη µειώνεται, και, έτσι, ο απαιτούµενος χρόνος που αποστραγγίζεται το νερό από τη βελτιωµένη λάσπη µειώνεται. Τελικά, η επιθυµητή δόση για ένα συγκεκριµένο τύπο πολυηλεκτρολύτη συµπεραίνεται ότι αντιστοιχεί στο χαµηλότερο CST. 4

26 Κεφάλαιο 2ο : ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ Σχήµα 2.1: Συσκευή µέτρησης του χρόνου τριχοειδούς αναρρόφησης (CST) Σύµφωνα µε τη ρευστοµηχανική, στα Νευτώνεια υγρά, η διατµητική τάση σχετίζεται µε το ρυθµό διάτµησης βάση της σχέσης: Όπου: τ, η διατµητική τάση : µ, το ιξώδες : dv/dy, η κλίση της ταχύτητας ή ο ρυθµός διήθησης. dv τ = µ, (2.1) dy Οι Campbell et al χρησιµοποίησαν το ιξώδες της λάσπης ως µία παράµετρο που θα καθόριζε την επιθυµητή δόση πολυηλεκτρολύτη όσον αφορά την αφυδάτωση. Η συµπεριφορά της 5

27 Κεφάλαιο 2ο : ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ διατµητικής τάσης της λάσπης σε σχέση µε την κλίση της ταχύτητας αποτελούσε πεδίο έρευνας για τους επιστήµονες. Οι Campbell και Crescuolo έδειξαν ότι η αρχική διατµητική τάση της λάσπης αυξανόταν όταν η δόση του πολυηλεκτρολύτη αυξανόταν. Επίσης, καταλήξανε στο συµπέρασµα ότι η δόση του πολυηλεκτρολύτη κατά την οποία το χαρακτηριστικό σχήµα της καµπύλης ενός ρεογράµµατος αλλάζει (γίνεται εµφανής µία κορυφή) αντιστοιχεί στην επιθυµητή δόση, γεγονός που παρατηρείται στα πιλοτικά πειράµατα αφυδάτωσης της λάσπης. Η µέτρηση του ηλεκτρικού δυναµικού (SC) της λάσπης αποτελεί την πιθανή µέθοδο, η οποία περιγράφει το αποτέλεσµα της χηµικής ρύθµισης της λάσπης και υποδεικνύει, συνεπώς, το βαθµό αφυδάτωσης της λάσπης. Πριν τη ρύθµιση, η λάσπη έχει, όπως παρατηρήθηκε, αρνητικά φορτισµένα µόρια και, έτσι, αρνητική τιµή στη µέτρηση του ηλεκτρικού δυναµικού. Η τιµή του ηλεκτρικού δυναµικού συνδέεται µε το δυναµικό ζ, σύµφωνα µε τη σχέση : 8πωsεξ i =, (2.2) 2 1+ λ 1+ ln λ 2 1 λ Όπου: ω, η κινητική ταχύτητα (cycles/sec) : s, η δύναµη του πιστονιού του κυλίνδρου της συσκευής, όπου γίνονται οι µετρήσεις του ηλεκτρικού δυναµικού : ε, η διηλεκτρική σταθερά : ξ, είναι το δυναµικό ζ : λ, το κλάσµα της ακτίνας του πιστονιού προς την εσωτερική ταχύτητα του κυλίνδρου, όπου γίνονται οι µετρήσεις του ηλεκτρικού ρεύµατος. Όταν η λάσπη ρυθµίζεται σωστά µε κατιονικό πολυηλεκτρολύτη, το ηλεκτρικό δυναµικό της βελτιωµένης λάσπης, αρχικά, γίνεται αρνητικό, έπειτα, ουδέτερο, και, τέλος, σε πολύ υψηλές δόσεις θετικό. Προγενέστερη έρευνα έδειξε ότι ένα ηλεκτρικό δυναµικό της τάξεως του µηδέν στη ρυθµισµένη λάσπη αντιστοιχεί σε ένα καλό ποσοστό αφυδάτωσης, όπως 6

28 Κεφάλαιο 2ο : ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ αποδεικνύεται συγκρίνοντας τα αποτελέσµατα των πειραµάτων εργαστηριακής και πλήρους κλίµακας για το ηλεκτρικό δυναµικό και το CST. Αποτελέσµατα των πειραµάτων εργαστηριακής και πλήρους κλίµακας για το CST, το ηλεκτρικό δυναµικό και το ιξώδες της λάσπης Τα πειράµατα εργαστηριακής και πλήρους κλίµακας έριξαν φως στους πολύπλοκους µηχανισµούς της ρύθµισης της λάσπης βάση της ποικιλίας των δόσεων των πολυµερών. Η τιµή µηδέν του ηλεκτρικού δυναµικού στη βελτιωµένη λάσπη συνδέεται µε ικανοποιητικά ποσοστά αφυδάτωσης. Η ουδετερότητα του φορτίου οδηγεί σε αποσταθεροποιήση των µορίων στη λάσπη. Το αντίθετο συµβαίνει µε τα θετικά φορτισµένα µόρια. Η µεγάλη συγκέντρωση µορίων και η αυξηµένη ικανότητα επαφής στις λάσπες επιτρέπει τη γρήγορη συσσωµάτωση τους, προτού, ακόµη, ολοκληρωθεί η διάχυση του προστιθέµενου διαλύµατος πολυηλεκτρολύτη, µε άλλα λόγια, τη στιγµή που τα µόρια καταλάβουν πως πρόκειται να προστεθεί δόση πολυηλεκτρολύτη επιπλέον από εκείνη που χρειάζεται, έτσι ώστε να σχηµατίσουν κροκίδες, έχουν, ήδη, συσσωµατωθεί. Το υπολειµµατικό πολυµερές αδυνατεί να έρθει σε επαφή µε τα µόρια, ειδικότερα όταν οι επιφάνειες των συσσωµατωµένων µορίων έχουν φορτιστεί θετικά, και παραµένει σε υγρή µορφή. Τελικά, το ιξώδες αυξάνεται και έχει ως συνέπεια φτωχή αφυδάτωση ενάντια σε µεγαλύτερη αντίσταση στη ροή ανάµεσα στο πορώδες. Το CST, επίσης, επηρεάζεται. Φυσικά, η δύναµη των κροκίδων, το σπάσιµο, και η επανασυσσωµάτωση συνιστούν περίπλοκους παράγοντες για τη ρύθµιση της λάσπης και την αφυδάτωση της. Και τα δύο είδη πειραµάτων υπέδειξαν τη δυνατότητα για συνεχή τροφοδοτικό έλεγχο της λάσπης µε σκοπό τη ρύθµιση της. Σύµφωνα, λοιπόν, µε τα πειράµατα εργαστηριακής και πλήρους κλίµακας, η αύξηση του cake δεν απαιτεί, ταυτόχρονα, και την αύξηση της δόσης για την ελαχιστοποίηση των στερεών, ή των τιµών του CST. Φαίνεται ξεκάθαρα πως τα χαρακτηριστικά του υγρού (ιξώδες, θολότητα, κτλ) µπορούν να χρησιµοποιηθούν για να ρυθµιστεί καλύτερα η λάσπη µε βάση τις δόσεις του πολυµερούς. Μία τιµή του ηλεκτρικού δυναµικού γύρω στο µηδέν συµπίπτει µε την επιθυµητή δόση 7

29 Κεφάλαιο 2ο : ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ πολυηλεκτρολύτη. Ο έλεγχος του ιξώδους απαιτεί ένα ευαίσθητο µετρητή, εφόσον οι διαφοροποιήσεις στις δόσεις του πολυµερούς είναι µικρές. Είναι αναγκαίο να υπάρχει ένας αλγόριθµος, ο οποίος θα διατηρεί το ιξώδες σε µικρές τιµές. Η θολότητα, τέλος, µπορεί να θεωρηθεί ως µέσο ελέγχου των δόσεων πολυηλεκτρολύτη. Όµως, η σχέση θολότητα δόση πολυµερούς θα καθιστούσε δύσκολο τον έλεγχο, σε περιπτώσεις υπερδοσολογίας. Συµπεράσµατα Το αποτέλεσµα της παραπάνω µελέτης είναι η εξαγωγή µίας στατιστικής σχέσης µεταξύ του πειράµατος CST, του ηλεκτρικού δυναµικού της βελτιωµένης λάσπης και του ιξώδους. Το ιξώδες του ρευστού είναι ένα χρήσιµο εργαλείο για να βγάλουµε συµπεράσµατα πάνω στην αφυδάτωση της λάσπης στηριζόµενοι σε εργαστηριακά και πλήρους κλίµακας πειράµατα. Ελάχιστες τιµές του ιξώδους αντιστοιχούν σε ικανοποιητική αφυδάτωση της λάσπης, συγκρινόµενες µε εκείνες του CST και της µέτρησης των ολικών στερεών στα εργαστηριακά πειράµατα και µε το ποσοστό των ολικών στερών και της θολότητας στα πειράµατα πλήρους κλίµακας. Ένα ηλεκτρικό δυναµικό γύρω στην τιµή µηδέν για το ρευστό και τη ρυθµισµένη λάσπη αντιστοιχεί, επίσης, σε καλή αφυδάτωση της λάσπης, συγκρινόµενο µε τα αποτελέσµατα του CST και της µέτρησης των ολικών στερεών στα εργαστηριακά πειράµατα και συγκρινόµενο µε το ποσοστό των ολικών στερών και της θολότητας στα πειράµατα πλήρους κλίµακας. Αυτό αναδεικνύει τη σπουδαιότητα του µηχανισµού των φορτίων, όταν στη λάσπη προστίθεται πολυηλεκτρολύτης. Η αρχική υψηλή τιµή του ιξώδους στη λάσπη οφείλεται στα αιωρούµενα στερεά, ενώ η ελάχιστη τιµή του ιξώδους προκύπτει σε ελάχιστο ποσοστό αιωρούµενων στερεών, γεγονός που γίνεται, επίσης, εµφανές και στις τιµές του CST. Η υψηλή τιµή του ιξώδους σε µεγάλες δόσεις πολυηλεκτρολύτη προκύπτει, κυρίως, εξαιτίας της υπερδοσολογίας του πολυµερούς, και σχετίζεται µε θετικό ηλεκτρικό δυναµικό και µε το ποσοστό των διαλυµένων στερεών κατά τη φίλτρανση. 8

30 Κεφάλαιο 2ο : ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ Η γρήγορη µείωση στο CST µε την πρόσθεση πολυηλεκτρολύτη συµβαίνει εξαιτίας της µείωσης των αιωρούµενων στερεών και του ιξώδους. Το ελάχιστο CST επιτυγχάνεται λόγω της ελάχιστης τιµής στα αιωρούµενα στερεά και στο ιξώδες, και η αύξηση στο CST σε υψηλότερες δόσεις πολυηλεκτρολύτη είναι εξαιτίας της µικρής αύξησης στο ιξώδες. Το ιξώδες στο ρευστό έχει την ικανότητα να αποτελεί ρυθµιστικό παράγοντα στα πειράµατα πλήρους κλίµακας, και να βελτιστοποιεί το ρυθµό τροφοδοσίας των πολυµερών βάση ενός µικρού αλγορίθµου. Βέβαια, απαιτείται επιπλέον έρευνα, έτσι ώστε να τεθεί σε δοκιµασία η παραπάνω εφαρµογή Συσχέτιση µεταξύ του υλικού που πρόκειται να αφυδατωθεί και του αφυδατικού µέσου βάση τριών µεθόδων αφυδάτωσης Εισαγωγικά Εξαιτίας των υψηλών προδιαγραφών και των αυστηρών κυβερνητικών κανονισµών για πόσιµο νερό, η ετήσια παραγωγή λάσπης από τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού αυξάνεται ραγδαία. Οι περισσότερες εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού βελτιώνουν τη λάσπη για την αποτελεσµατικότερη αφυδάτωση της. Τα χαρακτηριστικά της αφυδατωµένης λάσπης προκύπτουν βάση του χρόνου τριχοειδούς αναρρόφησης (CST), της ειδικής αντίστασης στη διήθηση (SRF) και του δυναµικό ζ (ZP). Η µέθοδος CST αντιπροσωπεύει την διηθητικότητα, ενώ η µέθοδος SRF εκφράζει τη διαπερατότητα. Αν και η µέθοδος CST έχει κάποια πλεονεκτήµατα, όπως ο εύκολος χειρισµός της, δεν είναι, ίσως, αρκετά αξιόπιστη, επειδή κατά την εφαρµογή της καµία πίεση δεν ασκείται. Επιπλέον, έχει παρατηρηθεί υπερδοσολογία των πολυµερών κατά τη βελτίωση της λάσπης σαν αποτέλεσµα των µετρήσεων του CST. Η µέθοδος SRF, από την άλλη πλευρά, προσεγγίζει τις πιέσεις που ασκούνται στην ταινιοφιλτρόπρεσσα. Η µόνη περίπτωση να σηµειωθούν λάθη κατά την εφαρµογή της µεθόδου SRF είναι όταν πρόκειται να χρησιµοποιηθεί λάσπη µε χαµηλή περιεκτικότητα σε στερεά. Η σχέση µεταξύ των διακυµάνσεων στις µετρήσεις του CST και του SRF όσον αφορά τη λάσπη έχει απασχολήσει αρκετές µελέτες. Μελετώντας τη βελτίωση της λάσπης µε αιωρούµενη στάχτη, ασβέστιο και άλας αργιλίου, προέκυψε ότι το CST και το SRF 9

31 Κεφάλαιο 2ο : ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ συνδέονται βάση της σχέσης: CST µ = c1 SRF µ f w + c2 f, (2.3) Όπου: c1 και c2, οι συντελεστές που σχετίζονται µε το CST : µf, το ιξώδες της διήθησης : w, η περιεκτικότητα σε στερεά στη µονάδα όγκου της διήθησης. Η τιµή της αντίστασης στη διήθηση προήλθε από δύο παράγοντες, το είδος της λάσπης και τη µέθοδο αφυδάτωσης της λάσπης. Οι πιο χαρακτηριστικοί µέθοδοι αφυδάτωσης είναι τα φίλτρα µε πίεση, η ταινιοφιλτρόπρεσσα και το φυγόκεντρο. Όσον αφορά τις δύο πρώτες µεθόδους αφυδάτωσης της ενεργού ιλύος, οι δοκιµές που έλαβαν χώρα σε εργαστηριακή κλίµακα έδειξαν ότι η περιεκτικότητα σε στερέα του παραγόµενου cake ήταν περίπου η ίδια. Ασκώντας πίεση ίση µε 3,000 έως και 20,000 kpa στη ταινιοφιλτρόπρεσσα διαπίστωσαν ότι η συµπεριφορά της αφυδατωµένης λάσπης εξαρτάται από τον τύπο του νερού. Πολλοί ερευνητές, επιπλέον, επικεντρώθηκαν στο να βελτιώσουν την αφυδάτωση της λάσπης αναζητώντας την επιθυµητή δόση πολυηλεκτρολύτη. Γενικώς, µε τη µελέτη των χαρακτηριστικών της αφυδατωµένης λάσπης από διαφορετικές συσκευές αφυδάτωσης της λάσπης γίνεται προσπάθεια να ανακαλυφθεί η σχέση µεταξύ της ποιότητας της λάσπης και της ικανότητας αφυδάτωσης. Πείραµα και µέθοδοι Τα χαρακτηριστικά της ενεργού ιλύος καθώς και της φρέσκιας λάσπης που χρησιµοποιήθηκε για το πείραµα παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα. 10

32 Κεφάλαιο 2ο : ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ Πίνακας 2.1: Χαρακτηριστικά της ενεργού ιλύος και της φρέσκιας λάσπης Λάσπη PH TS (%) VS (%) VS/TS (%) Ενεργός ιλύς ZP (Mv) (-15.4) (- 27.6) Φρέσκια ιλύς Στα δείγµατα της ενεργού ιλύος προστέθηκαν διαφορετικές συγκεντρώσεις πολυηλεκτρολύτη PC- 325 και του πολυσακχαρίτη κυτοσάνη. Οι επιθυµητές δόσεις επιλέχθηκαν βάση των τιµών του CST. Η λάσπη διαιρέθηκε σε τρία µέρη, έτσι ώστε να αφυδατωθεί και από τις τρεις διατάξεις αφυδάτωσης, τα φίλτρα µε πίεση, την ταινιοφιλτρόπρεσσα και το φυγόκεντρο. Η περιεκτικότητα σε στερεά της ενεργού ιλύος παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα. Πίνακας 2.2: Περιεκτικότητα σε στερεά της ενεργού ιλύος για τις τρεις µεθόδους αφυδάτωσης του Ρυθµιστής της λάσπης Ενεργός ιλύς Ταινιοφιλτρόπρεσσα Φίλτρα πίεσης Φυγόκεντρο Κυτοσάνη Κανονική Επεξεργασία µε ψύξη PC- 325 Κανονική Επεξεργασία µε ψύξη 11

33 Κεφάλαιο 2ο : ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ Τελικά, τα αποτελέσµατα των συντελεστών CST και SRF για τα δύο είδη πολυηλεκτρολύτη σε σχέση µε την αφυδάτωση της λάσπης χρησιµοποιώντας τις τρεις µεθόδους αφυδάτωσης είναι: Πίνακας 2.3: Αποτελέσµατα των συντελεστών CST και SRF βάση των τριών µεθόδων αφυδάτωσης για τους δύο τύπους πολυηλεκτρολύτη Ρυθµιστής της λάσπης CST Κυτοσάνη PC- 325 SRF Κυτοσάνη PC- 325 Ενεργός ιλύς Ταινιοφιλτρόπρεσσα Φίλτρα πίεσης Κανονική Επεξεργασία µε ψύξη Κανονική Επεξεργασία µε ψύξη Κανονική Επεξεργασία µε ψύξη Κανονική Επεξεργασία µε ψύξη 0,69 0,14 0,64 0,08 0,74 0,43 0,75 0,52 0,94 0,73 0,31 0,31 0,97 0,89 0,89 0,89 Φυγόκεντρο 0,96 0,79 0,88 0,66 0,58 0,66 0,39 0,21 Τα cake που παράχθηκαν από τη ρυθµισµένη ενεργό ιλύ περιείχαν 84 87% νερό, ανεξάρτητα από τα µέσα που χρησιµοποιήθηκαν για την αφυδάτωση. Το CST µπορεί να δώσει αντιπροσωπευτικές τιµές για την αφυδάτωση της λάσπης µε φυγόκεντρο, ενώ όσον αφορά τα φίλτρα πίεσης πιο αντιπροσωπευτικά αποτελέσµατα προκύπτουν από το SRF, λόγω της παρόµοιας συµπεριφοράς τους. Από την άλλη, δεν προκύπτει κανένα ασφαλές συµπέρασµα για την ταινιοφιλτρόπρεσσα. Επιπλέον, τα δείγµατα της λάσπης που ψύχθηκαν δίνουν απρόβλεπτα αποτελέσµατα, ειδικά µέσω της µεθόδου CST, προφανώς, εξαιτίας της 12

34 Κεφάλαιο 2ο : ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ καταστροφής της δοµής των κροκίδων Βελτίωση της συνθετικής και ενεργού ιλύος τους µε κατιονικούς πολυηλεκτρολύτες Εισαγωγικά Η µελέτη ερευνά την επίδραση των κατιονικών πολυµερών στις τελικές ιδιότητες των συνθετικών και ενεργών ιλύων. Η συνθετική λάσπη προετοιµάζεται σύµφωνα µε τις υπάρχουσες προδιαγραφές. Η ενεργός ιλύς παράγεται σε εργαστήριο, σε ένα συνεχούς ροής αντιδραστήρα, ο οποίος τροφοδοτείται από µία εγκατάσταση επεξεργασίας λυµάτων. Το πείραµα CST χρησιµοποιήθηκε για να εκτιµήσει τη συµπεριφορά της αφυδατωµένης λάσπης. Τα αποτελέσµατα των πειραµάτων έδειξαν ότι οι κατιονικοί πολυηλεκτρολύτες είχαν µεγάλη επίδραση στο βαθµό αφυδάτωση της λάσπης και στη βελτίωση των τελικών ιδιοτήτων της. Οι δύο τύποι της λάσπης είχαν παρόµοια χαρακτηριστικά αφυδάτωσης έπειτα από την ρύθµιση της λάσπης µε κατιονικό πολυηλεκτρολύτη. Η συνθετική λάσπη προτείνεται, επίσης, να λειτουργήσει ως υποκατάστατο για τη µελέτη των τελικών ιδιοτήτων της ενεργού ιλύος. Παραγωγή της ενεργού ιλύος Η διαδικασία παραγωγής της ενεργού ιλύος είναι µία αερόβια διαδικασία στην οποία µικροοργανισµοί µεγαλώνουν σε µία σειρά από διατάξεις βιοαντιδραστήρων µε σκοπό την αποµάκρυνση του διαλυτού οργανικού κλάσµατος. Η ενεργός ιλύς είναι µία ετερογενής µίξη από στοιχεία, µικροοργανισµούς, κολλοειδή, οργανικά πολυµερή και κατιόντα των οποίων η σύνθεση εξαρτάται από την αυθεντικότητα και την ηµεροµηνία του δείγµατος. Η µέθοδος ενεργού ιλύος χρησιµοποιείται ευρέως για τη βιολογική επεξεργασία των δηµοτικών και βιοµηχανικών αποβλήτων. Είναι µία ευέλικτη και αξιόπιστη διαδικασία ικανή να παράγει µιας καλής ποιότητας εκροή. Οι σκοποί της διαδικασίας είναι η υποβάθµιση της µόλυνσης των υδάτων από τους µικροοργανισµούς, οι οποίοι µεγαλώνουν σαν κροκίδες. Στη συνέχεια, οι κροκίδες διαχωρίζονται από τη ροή σε δευτεροβάθµιο διαχωριστή. Το διαλυτό οργανικό κλάσµα µειώνεται σε χαµηλά επίπεδα, και µία καθαρή εκροή σε αιωρούµενα στερεά παράγεται λόγω της φύσης της βιοµάζας που αποτελείται από συσσωµατώµατα. Η ενεργός ιλύς πάντα παράγεται σύµφωνα µε δύο διαδικασίες, τη βιολογική επεξεργασία των 13

35 Κεφάλαιο 2ο : ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ λυµάτων σε βιολογικό αντιδραστήρα και το διαχωρισµό των στερεών, στο διαχωριστή βαρύτητας. Ο ρόλος των κατιονικών πολυηλεκτρολυτών και των κατιόντων Ο διαχωρισµός των στερεών από το υγρό ήταν ένα τεράστιο πρόβληµα σε πολλές µονάδες της επεξεργασίας λυµάτων. Επιπλέον, η αφυδάτωση της λάσπης έχει αναδειχθεί σε αρκετά ακριβή και µη κατανοητή διαδικασία. Πρόσφατα, οι συνθετικοί πολυηλεκτρολύτες παίζουν σηµαντικό ρόλο στη βελτίωση της αφυδάτωσης της λάσπης. Παρά την αξιοσηµείωτη εµπειρία, παραµένει ακόµη ασαφές το ποιο πολυµερές και ποια δόση θα επιλεγεί. Στην περίπτωση της αφυδάτωσης, η διαχείριση της ενεργού ιλύος παραµένει µία δύσκολη περίπτωση. Οι Νοvak et al οδηγήθηκαν στο συµπέρασµα ότι οι πολυηλεκτρολύτες µε µεγάλο µοριακό βάρος στη µεγαλύτερη δόση τους παρουσιάζουν, ταυτόχρονα, αντίσταση στη διήθηση και την επιθυµητή δόση κατιονικών πολυηλεκτρολυτών. Τα πολυµερή απελευθερωνόταν από τις επιφάνειες των µορίων αυξάνοντας το ph, αυξάνοντας, έτσι, την αντίσταση στη διήθηση και στην κατανάλωση πολυηλεκτρολύτη. Οι κατιονικοί πολυηλεκτρολύτες είναι προς το παρόν οι πιο συνηθισµένοι βελτιστοποιητές για αυτό τον τύπο της λάσπης. Με την αλλαγή των χαρακτηριστικών της λάσπης, είναι συχνά απαραίτητο να αλλάζει και ο πολυηλεκτρολύτης, καθώς και η επιθυµητή δόση που πρέπει να εφαρµοστεί. Συνήθως, η επιλογή του πολυηλεκτρολύτη, από ένα πλήθος πολυλεκτρολυτών µε ποικίλα µοριακά βάρη, πυκνότητα, και χηµική σύσταση, γίνεται σε εµπειρική βάση. Βέβαια, κάποιες έρευνες έχουν καταφέρει να συνδέσουν ένας είδος πολυλεκτρολύτη µε αντίστοιχα χαρακτηριστικά λάσπης. Είναι, γενικώς, αποδεκτό ότι οι δισθενοίς κατιονικοί πολυηλεκτρολύτες διευκολύνουν την κροκίδωση εξαιτίας του σχηµατισµού των κατιονικών δεσµών. Αυξάνοντας τη συγκέντρωση των δισθενών κατιόντων, όπως το ασβέστιο και το µαγνήσιο, παρατηρείται βελτίωση της καθιζησιµότητας και αύξηση της δύναµης µεταξύ των µορίων των κροκίδων. Ανάµεσα στα κροκιδωτικά µέσα, το αλουµίνιο θεωρείται ο πιο κοινός και σηµαντικός παράγοντας για τη δηµιουργία κροκίδων. Οι Brus et al απέδειξαν ότι η αποµάκρυνση του ασβεστίου και του µαγνήσιου από τη λάσπη οδήγησαν σε διάλυση των κροκίδων. 14

36 Κεφάλαιο 2ο : ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ CST KAI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΦΥ ΑΤΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ Παραγωγή της συνθετικής λάσπης Η ύπαρξη µικροοργανισµών στην ενεργό ιλύ την καθιστούν περίπλοκη και ασταθή καθώς αλλάζουν συνεχώς τα χαρακτηριστικά της λάσπης, και γίνεται έτσι αδύνατη η εξαγωγή ασφαλών συµπερασµάτων στις µελέτες πάνω στη λάσπη. Για το λόγο αυτό, δηµιουργήθηκε ένα υποκατάστατο της λάσπης, που ονοµάζεται συνθετική λάσπη. Κατασκευάζεται από ανόργανα στοιχεία τα οποία µοιάζουν στα χαρακτηριστικά της ενεργού ιλύος. Πείραµα Σκοπός της έρευνας είναι να ανακαλύψουµε πως επηρεάζονται τα χαρακτηριστικά της ενεργού ιλύος και της συνθετικής λάσπης από τη χρήση πολυηλεκτρολυτών. Τρεις κατιονικοί πολυηλεκρολύτες χρησιµοποιήθηκαν για τη βελτίωση της πάχυνσης της λάσπης. Η συγκέντρωση που χρησιµοποιήθηκε ήταν της τάξεως του 1%. Ο πολυηλεκτρολύτης διαλύθηκε σε απιονισµένο νερό. Έπειτα, το διάλυµα του πολυηλεκτρολύτη προστέθηκε σε 100 ml λάσπης και ανακατεύτηκε για 30 sec, µε ταχύτητα 250 rpm (200 sec -1 ). Μετά από το ανακάτεµα, µετρήθηκε το CST και η βέλτιστη δόση πολυηλεκτρολύτη ήταν εκείνη που αντιστοιχούσε στο µικρότερο CST. Συµπεράσµατα Τα αποτελέσµατα της συγκέντρωσης ασβεστίου στην καθίζηση και τις ιδιότητες της αφυδατωµένης λάσπης, συνθετικής και πραγµατικής, δείχνουν ότι όταν δεν προστέθηκαν καθόλου ιόντα ασβεστίου στη λάσπη, δε σχηµατίστηκαν κροκίδες στη λάσπη. Όσο, όµως, αυξανόταν η δόση του κατιονικού πολυµερούς, τόσο αυξανόταν και η τάση να δηµιουργηθούν κροκίδες στη λάσπη. Η εµφάνιση κροκίδων συνδέεται πειραµατικά και µε τη µείωση του CST, του δείκτη, δηλαδή, διηθησιµότητας, όπως, επίσης, και του SVI, που αποτελεί το δείκτη καθιζησιµότητας. Η υπερδοσολογία της συγκέντρωσης του πολυηλεκτρολύτη στη λάσπη σχετίζεται µε την αύξηση του δείκτη διηθησιµότητας, καθώς παρατηρείται µειωµένη ικανότητα να συσσωµατωθούν τα κολλοειδή στερεά, λόγω του κορεσµού της κολλοειδούς επιφάνειας µε πολυηλεκτρολύτη. Ο κορεσµός της επιφάνειας, συνήθως, συνοδεύεται και από αντιστροφή 15