«Παρακολούθηση λειτουργίας της Μονάδας Επεξεργασίας Λυμάτων της Μυτιλήνης»

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ «Παρακολούθηση λειτουργίας της Μονάδας Επεξεργασίας Λυμάτων της Μυτιλήνης» Γιαννοπουλου Ευγενία Υπεύθυνος Καθηγητής: Θεμιστοκλής Λέκκας ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Μυτιλήνη,

2 Κατ αρχήν θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Διδάσκοντα του τμήματος Περιβάλλοντος κ. Παρασκευά Παναγιώτη για την ανάθεση, επίβλεψη και διόρθωση της πτυχιακής μου εργασίας. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω θερμά τον Διδάσκοντα Στασινάκη Αθανάσιο για την πολύτιμη βοήθεια, υποστηριξή και υπομονή του καθώς και για τις γνώσεις που μου παρείχε σχετικά με τις μικροσκοπικές παρατηρήσεις. Ακόμη θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ.βασίλαρο Σωτήρη, χημικό και υπεύθυνο της Μονάδας Επεξεργασίας Λυμάτων Μυτιλήνης για τις γνώσεις που μου παρείχε σε σχέση με τις εργαστηριακές χημικές αναλύσεις καθώς και για την βοήθεια του. Ευχαριστώ επίσης τον Καθηγητή Περιβαλλοντικής Μηχανικής του Πανεπιστημίου Αιγαίου, κ.θεμιστοκλή Λέκκα, τον επί συμβάσει Διδάσκοντα του τμήματος Περιβάλλοντος κ. Παρασκευά Παναγιώτη καθώς και τον επί συμβάσει Διδάσκοντα Στασινάκη Αθανάσιο για το ότι δέχτηκαν να συμμετάσχουν στην Τριμελή Επιτροπή Αξιολόγησης της πτυχιακής μου εργασίας. Για την επιμέλεια της πτυχιακής μου εργασίας θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τους φίλους μου Δημήτρη Νταρή, Εύα Γελόγλου και Κική Εταιρίδου. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου για όλα τα εφόδια καθώς και για την αμέριστη αγάπη και συμπαράσταση που μου παρείχε για την ολοκλήρωση της εργασίας αυτής και των σπουδών μου γενικότερα αλλά και όλους τους ανθρώπους που με στήριξαν όλα αυτά τα χρόνια. 2

3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Ο στόχος της συγκεκριμένης εργασίας ήταν η παρακολούθηση της λειτουργίας της Μονάδας Επεξεργασίας Λυμάτων της Μυτιλήνης. Για την επίτευξη του στόχου αυτού πραγματοποιήθηκε μία σειρά από χημικές, μικροβιολογικές και μικροσκοπικές παρατηρήσεις στο εργαστήριο της Μ.Ε.Λ Μυτιλήνης σε διάστημα τεσσάρων μηνών. Στο θεωρητικό μέρος της εργασίας παρουσιάζονται κάποια θέματα ως θεωρητικό υπόβαθρο για το πειραματικό μέρος και την εξαγωγή συμπερασμάτων. Τα θέματα αυτά παρουσιάζονται με την εξής σειρά: Υγρά απόβλητα - Βασικές παράμετροι για τον έλεγχο λειτουργίας της Μ.Ε.Λ Μέθοδοι επεξεργασίας λυμάτων Ενεργός ιλύς Μονάδα Επεξεργασίας Λυμάτων της πόλης της Μυτιλήνης. Στο πειραματικό μέρος περιγράφονται αναλυτικά τα σημεία και ο τρόπος δειγματοληψίας των δειγμάτων, οι μέθοδοι δειγματοληψίας που ακολουθήθηκαν και παρατίθενται τα αποτελέσματα των αναλύσεων. Τέλος εξάγονται τα συμπεράσματα απότο σύνολο της εργασίας. 3

4 ΜΕΡΟΣ Α: ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 1 Υγρά απόβλητα 1.1 Γενικά Υγρά απόβλητα είναι τα υγρά που παράγονται από διάφορες ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως τουριστικές, βιομηχανικές, γεωργικές, κτηνοτροφικές και άλλες. Λύματα ονομάζονται εκείνα τα απόβλητα που προέρχονται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Τα αστικά λύματα είναι τα οικιακά λύματα δηλαδή τα λύματα των κατοικιών καθώς και τα υγρά απόβλητα που προκύπτουν από τις δραστηριότητες που εξυπηρετούν τον πληθυσμό. Σε αυτά εμπεριέχονται απόβλητα από βιοτεχνίες ξενοδοχεία, εστιατόρια κτλ. Τα βιομηχανικά απόβλητα διαφοροποιούνται από τα αστικά λύματα στα χαρακτηριστικά τους. (Διαλυνάς, 1994) 4

5 1.2 Ποιοτικός και ποσοτικός χαρακτηρισμός των λυμάτων Ποσοτικός χαρακτηρισμός των λυμάτων Οι όροι που συνήθως χρησιμοποιούνται για την ποσοτική έκφραση της παροχής είναι οι εξής: Μέση ημερήσια παροχή = συνολική ετήσια παροχή /365 (m 3 / ημ.) Μέγιστη ημερήσια παροχή = μέση ημερήσια παροχή * 1,5 Μέση ωριαία παροχή = μέση ημερήσια παροχή * (1/24) Μέγιστη ωριαία παροχή = μέση ωριαία παροχή * συντελεστής αιχμής (Διαλυνάς, 1994) Ποιοτικός χαρακτηρισμός λυμάτων Ποιοτικοί παράμετροι λυμάτων Οι παράμετροι που προσδιορίζουν τα κύρια χαρακτηριστικά των λυμάτων είναι οι εξής: Θολερότητα: Η έλλειψη διαύγειας του νερού η οποία μετράται με οπτικό τρόπο και σχετίζεται με τα αιωρούμενα στερεά. Αλκαλικότητα: Η ικανότητα του νερού να εξουδετερώνει μια ποσότητα υδρογονοκατιόντων. D.O. (Διαλυμένο οξυγόνο): Το οξυγόνο που βρίσκεται διαλυμένο στα υγρά απόβλητα. T.S.(Total solids), Ολικά στερεά: Το σύνολο των στερεών του λύματος. V.S.(Votatile solids), Πτητικά στερεά: Τα στερεά που εξαερώνονται στους 550 βαθμούς Κελσίου μέχρι σταθερού βάρους. S.S.(Suspended solids), Αιωρούμενα στερεά: Τα στερεά που είναι αιωρούμενα στο λύμα. B.O.D.( Biochemical Oxygen Demand), Βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο: Η ποσότητα του οξυγόνου που απαιτείται ώστε οι οργανικές ουσίες να αποδομηθούν από τα βακτήρια. C.O.D.(Chemical Oxygen Demand), Χημικά απαιτούμενο οξυγόνο: Το οξυγόνο που απαιτείται για την οξείδωση των οργανικών ουσιών του λύματος. Ολικά κολοβακτηριοειδή Κοπρανώδη κολοβακτηριοειδή Παράγοντες που επηρεάζουν την ποιοτική σύσταση των αστικών λυμάτων Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη σύσταση των αστικών λυμάτων είναι κυρίως οι συνήθειες των κατοίκων και συνεπώς το βιοτικό τους επίπεδο, οι κλιματικές συνθήκες, η διαθέσιμη ποσότητα του νερού και η διάθεση ή μη βιομηχανικών αποβλήτων στο σύστημα αποχέτευσης. Από χημική άποψη τα αστικά λύματα περιέχουν αιωρούμενα σωματίδια, ανόργανες και οργανικές ουσίες καθώς και διαλυμένα αέρια όπως αμμωνία και υδρόθειο. 5

6 Πίνακας 1 :Τυπική σύνθεση των λυμάτων οικισμού, βασισμένη σε ποσότητα λυμάτων 170lt / κάτοικο / ημέρα ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΣ ΠΟΣΟΤΗΤΑ(gr /κατ/ημ) ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ(mg/lt) Ολικά στερεά Πτητικά στερεά Αιωρούμενα στερεά Πτητικά αιωρούμενα στερεά BOD COD Ολικό άζωτο Αμμωνία Νιτρικά και Νιτρώδη <1 <5 Ολικός φώσφορος Ολικά κολοβακτηρίδια απ/ml Κοπρανώδη κολ/δια απ/ml (Διαλυνάς, 1994 ) 2 Βασικές παράμετροι για τον έλεγχο λειτουργίας της Μ.Ε.Λ Τα χαρακτηριστικά των αποβλήτων διακρίνονται στις παρακάτω τρεις κατηγορίες (Βασικές αρχές και σχεδιασμός συστημάτων επεξεργασίας αποβλήτων, Ζ. Βογιατζής, Α. Στάμου, Αθήνα 1986): Φυσικά χαρακτηριστικά Χημικά χαρακτηριστικά Βιολογικά χαρακτηριστικά Τα κυριότερα χαρακτηριστικά των υγρών αποβλήτων είναι τα παρακάτω: 2.1 Φυσικά χαρακτηριστικά Θερμοκρασία H θερμοκρασία των αποβλήτων είναι ένας σημαντικός παράγοντας του βιολογικού και χημικού χαρακτήρα τους. Η αύξηση της θερμοκρασίας επιφέρει γρηγορότερη ανάπτυξη των μικροοργανισμών και κατά συνέπεια επιτάχυνση των βιοχημικών 6

7 αντιδράσεων. Παράλληλα, επιφέρει και μείωση του βαθμού διαλυτότητας των αερίων στη μάζα των αποβλήτων. Η υψηλή θερμοκρασία είναι ευεργετική σε πολλές διεργασίες επεξεργασίας (καθίζηση, βιολογική επεξεργασία, απολύμανση κλπ), αλλά παράλληλα μπορεί να δημιουργήσει και προβλήματα, όπως μειωμένη διαλυτότητα του οξυγόνου στις δεξαμενές αερισμού, ταχύτερη δημιουργία αναερόβιων συνθηκών κ.α. Από άποψη ρύπανσης του περιβάλλοντος η διοχέτευση των θερμών αποβλήτων σε έναν υδάτινο φορέα οδηγεί σε σοβαρή μείωση του διαλυμένου οξυγόνου του φορέα (τόσο εξαιτίας της μειωμένης διαλυτότητας του οξυγόνου σε υψηλές θερμοκρασίες, όσο και εξαιτίας του αυξημένου ρυθμού κατανάλωσης του στις βιολογικές διεργασίες), αλλά και επιδρά αρνητικά στο οικοσύστημα του φορέα (θάνατος οργανισμών, ανάπτυξη ανεπιθύμητων οργανισμών). Η θερμοκρασία των αποβλήτων είναι γενικά μεγαλύτερη από εκείνη του πόσιμου νερού γιατί επηρεάζεται από τα θερμά απόβλητά κατοικιών, βιομηχανιών κλπ Θολερότητα Η διαύγεια ενός λύματος είναι σημαντικός παράγοντας τόσο για την απόθεση του αποδέκτη, όσο και για την αποτελεσματικότητα της απολύμανσης. Η θολερότητα είναι μια έκφραση της ικανότητας του νερού να διασκορπίζει και να απορροφά το φως και να μη το μεταδίδει σε ορισμένες κατευθύνσεις. Η μέθοδος που κυρίως χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θολερότητας είναι η νεφελομετρική, η οποία χρησιμοποιεί κατάλληλα όργανα τα νεφελόμετρα. ( Διαλυνάς,1994) Οσμή Η οσμή των αποβλήτων καθορίζεται από το αν έχουν υποστεί σήψη. Εάν έχουν υποστεί σήψη η οσμή τους είναι άκρως ενοχλητική εξαιτίας του εκλυόμενου υδροθείου Στερεά συστατικά Τα ολικά στερεά συστατικά (Total solids, TS) βρίσκονται αιωρημένα (αιωρούμενα στερεά, Suspended solids, SS) ή διαλυμένα (διαλυμένα στερεά, Dissolved solids,ds) στη μάζα των αποβλήτων και αποτελούνται από οργανικά (ή εξαερώσιμα) στερεά (Volatile Solids,VS) και ανόργανα (αδρανή, σταθερά ή μη εξαερώσιμα Non Volitile Fixed Solids, FS) στερεά. Από άποψη ρύπανσης του υδάτινου περιβάλλοντος μεγάλη σημασία έχουν τα SS, γιατί κατά τη διάθεση των αποβλήτων σε έναν υδάτινο φορέα συσσωρεύονται στον πυθμένα δημιουργώντας στρώμα λάσπης και ανεπιθύμητες αναερόβιες συνθήκες για το οικοσύστημα του φορέα. Τα DS προκαλούν τη θολότητα του υδάτινου αποδέκτη. 7

8 Τα ολικά στερεά προσδιορίζονται ως το υπόλειμμα σε (σε mg) 1l δείγματος αποβλήτων μετά από εξάτμιση του στους C σε κατάλληλο κλίβανο ξήρανσης. Τα διαλυμένα στερεά που βρίσκονται σε διαλυμένη ή κολλοειδή μορφή, αποτελούν τα στερεά (σε mg) 1 l δείγματος, που διέρχονται από ειδικό χάρτινο φίλτρο και στη συνέχεια εξατμίζονται στους C σε κατάλληλο κλίβανο ξήρανσης. Τα αιωρούμενα στερεά ορίζονται ως τα mg του δείγματος 1 l αποβλήτων, που συγκρατούνται στο ειδικό χάρτινο φίλτρο. Διακρίνονται σε καθιζάνοντα και μη καθιζάνοντα. Ως καθιζάνοντα στερεά ορίζονται αυτά που καθιζάνουν σε συνθήκες ηρεμίας, σε ειδικά βαθμονομημένο κώνο σε διάστημα 1 ώρας και μετρούνται σε ml στερεών ανά 1 l δείγματος. Τα οργανικά εξαερώσιμα στερεά προσδιορίζονται ως το υπόλειμμα (σε mg) 1l δείγματος μετά από θέρμανση του στους C. Τα ανόργανα μη εξαερώσιμα αδρανή στερεά μένουν ως στάχτη. (Βιολογικός καθαρισμός αστικών αποβλήτων, Α.Ι.Στάμου, Αθήνα, 2004) 2.2 Χημικά χαρακτηριστικά Τα κυριότερα χημικά χαρακτηριστικά των υγρών αποβλήτων είναι τα εξής: ph και αλκαλικότητα Το ph είναι ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό των αποβλήτων, από το οποίο εξαρτάται ένα πλήθος φυσικοχημικών και βιολογικών διεργασιών που πραγματοποιούνται στο υδάτινο περιβάλλον. Οι αυξομειώσεις του μπορεί να επηρεάσουν σημαντικά τις διεργασίες αυτές δημιουργώντας ανεπιθύμητες καταστάσεις. Το ph επηρεάζει σχεδόν όλες τις διαδικασίες επεξεργασίας (βιολογική επεξεργασία, απολύμανση, επεξεργασία λάσπης κλπ.) και μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα φθοράς (διάβρωσης) σε αγωγούς, μηχανολογικό εξοπλισμό κλπ. Επειδή πολλές διαδικασίες απαιτούν συγκεκριμένες τιμές ph για τη βέλτιστη απόδοσή τους κρίνεται απαραίτητος ο έλεγχός του. Η αλκαλικότητα οφείλεται στην παρουσία ιόντων HCO - 3, CO -2 3, ή ΟΗ - που βρίσκονται ενωμένα με τα Ca, Mg, Na ή Κ. Η παρουσία των παραπάνω ιόντων στα αστικά απόβλητα οφείλεται στο πόσιμο νερό και στις εισροές στο αποχετευτικό σύστημα. Η αλκαλικότητα των αποβλήτων είναι σημαντική παράμετρος γιατί ρυθμίζει το ph των αποβλήτων και κατά συνέπεια επηρεάζει διάφορες διεργασίες επεξεργασίας. Η αλκαλικότητα εκφράζεται συνήθως ως mg/l CaCO 3. 8

9 2.2.2 Βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο (Biochemical Oxygen Demand - BOD) Το βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο είναι η ποσότητα του οξυγόνου (mg/lt) που απαιτείται για την οξείδωση των οργανικών συστατικών ενός αποβλήτου από μικροοργανισμούς σε αερόβιες συνθήκες. Η παράμετρος αυτή δεν χαρακτηρίζει το σύνολο των οργανικών ενώσεων που περιέχονται στα απόβλητα, αλλά εκείνες που είναι δυνατόν να αποδομηθούν (οξειδωθούν) από τους μικροοργανισμούς. Η οξείδωση αυτή δίνεται παραστατικά από την παρακάτω αντίδραση: Οργαν. Ενώσεις+Ο 2 > Νέοι μ/ο + CΟ 2 + ΝΗ 3 + Η 2 O + ενέργεια Η παραπάνω διαδικασία γίνεται με αργούς ρυθμούς και ολοκληρώνεται σε 20 ημέρες, οπότε το προσδιοριζόμενο απαιτούμενο οξυγόνο καλείται τελικό ΒΟD, (ΒΟD L ). Στη συνηθισμένη πρακτική έχει επικρατήσει ο προσδιορισμός του ΒΟD στις 5 ημέρες (ΒΟD), μέσα στις οποίες οξειδώνονται απλές οργανικές ουσίες που αντιπροσωπεύουν ένα ποσοστό % των συνολικών οργανικών ουσιών. Τα απόβλητα περιέχουν και οργανικά αμμωνιακά συστατικά που οξειδώνονται σε ΝO 2 - και ΝΟ 3 - από ειδικά νιτροποιά βακτηρίδια με πολύ αργό ρυθμό. Η οξείδωση αυτή (νιτροποίηση) αρχίζει να γίνεται σημαντική μετά από 8-12ημέρες, όταν τα νιτροποιά βακτηρίδια έχουν αναπτυχθεί σε μεγάλους σχετικά αριθμούς. Το ΒOD που εκφράζει την ποσότητα του οξυγόνου που απαιτείται για την αερόβια βιολογική οξείδωση των αμμωνιακών οργανικών συστατικών λέγεται ΒΟD δευτέρου σταδίου (Σχήμα 2.1). 9

10 Σχήμα 2.1: Καμπύλη ΒΟD (Βιολογικός καθαρισμός αστικών αποβλήτων, Α.Ι.Στάμου σελ 11, Αθήνα, 2004) Χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (Chemical Oxygen Demand-COD) Το χημικά απαιτούμενο οξυγόνο είναι η ποσότητα του οξυγόνου που απαιτείται για την πλήρη χημική οξείδωση των οργανικών και μερικών ανόργανων συστατικών ενός αποβλήτου σε CO 2 και Η 2 Ο από ισχυρό οξειδωτικό μέσο (διχρωμικό κάλιο) και σε όξινες συνθήκες. Κατά τον προσδιορισμό του COD οξειδώνονται όλες οι οργανικές καθώς και κάποιες ανόργανες ενώσεις ανεξάρτητα από το αν είναι βιολογικά διασπάσιμες. Έτσι οι βιολογικά διασπάσιμες οργανικές ουσίες καθώς και ο ρυθμός βιολογικής διάσπασης τους δεν προσδιορίζονται από το COD. Το βασικό πλεονέκτημα του COD είναι ο σχετικά γρήγορος προσδιορισμός του (περίπου 3 ώρες) που επιτρέπει και την ανάλογα γρήγορη χρήση των σχετικών πληροφοριών. Έτσι όταν υπάρχει δυνατότητα συσχέτισης του COD με το ΒΟD, το COD μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν παράμετρος ελέγχου της λειτουργίας των εγκαταστάσεων επεξεργασίας. Επίσης με το συνδυασμό CΟD και ΒΟD διαπιστώνεται η ύπαρξη τοξικών και δύσκολα βιοδιασπάσιμων οργανικών ουσιών σ' ένα απόβλητο. Στην περίπτωση που όλες οι οργανικές ενώσεις είναι βιοαποδομήσιμες και δεν έχουμε ανόργανες οξειδώσιμες ενώσεις, το ολικό ΒΟD έχει την ίδια τιμή με το CΟD. Το COD χρησιμοποιείται και αυτό ευρύτατα, ιδιαίτερα για βιομηχανικά απόβλητα, τόσο σαν παράμετρος ρύπανσης, όσο και σαν παράμετρος διαστασιολόγησης των μονάδων επεξεργασίας. 10

11 2.2.4 Σύγκριση ΒΟΒ 5 και CΟD Τόσο το ΒΟD 5 όσο και το COD αποτελούν έμμεση μέτρηση της ποσότητας τροφής των λυμάτων. Το ΒΟD 5 εξομοιώνει το φαινόμενο της βιολογικής διασπάσεως της τροφής στο νερό και σε μια εγκατάσταση βιολογικής επεξεργασίας. Το CΟD αντίθετα βασίζεται σε μια καθαρά χημική διαδικασία είναι γνωστό ότι στα λύματα υπάρχει ένα μεταβαλλόμενο ποσοστό από οργανικές ενώσεις που ενώ οξειδώνονται χημικά, εν τούτοις δεν είναι βιοδιασπάσιμες. Συνεπώς το CΟD, γενικά υπερεκτιμά την ποσότητα της τροφής. Αλλά το ΒΟD 5 εμφανίζει σημαντικά μειονεκτήματα που αποτελούν και την αιτία της ευρείας χρησιμοποιήσεως του COD. Τα κυριότερα από τα μειονεκτήματα αυτά είναι: α) πολύ μεγαλύτερος χρόνος για την πραγματοποίηση του πειράματος. Όπως αναφέρθηκε απαιτούνται 20 ημέρες για την οξείδωση πρακτικά όλης της τροφής. Συνήθως το πείραμα περιορίζεται στις 5 ημέρες που και πάλι είναι πολύ μεγαλύτερο διάστημα από τις τρεις ώρες που απαιτούνται για το COD. Ο μεγάλος χρόνος που απαιτείται για τη μέτρηση του ΒΟD 5, δεν δίνει τη δυνατότητα για γρήγορες λειτουργικές επεμβάσεις σε μια εγκατάσταση καθαρισμού. Η μείωση του χρόνου από 20 ημέρες σε 5 ημέρες δημιουργεί ένα πρόσθετο μειονέκτημα. Το ΒΟD 5 δεν μετρά την συνολική τροφή αλλά ένα ποσοστό της που μεταβάλλεται όχι μόνο με το είδος της τροφής αλλά και τον βαθμό της προηγηθείσας βιολογικής της διασπάσεως. Στα ανεπεξέργαστα αστικά λύματα το ποσοστό αυτό είναι περίπου 75% αλλά για βιολογικώς επεξεργασμένα αστικά λύματα μπορεί να κυμαίνεται από 40-70% ανάλογα με τον βαθμό της βιολογικής επεξεργασίας, β) η αναπαραγωγή των αποτελεσμάτων του πειράματος παρουσιάζει δυσκολίες λόγω της αδυναμίας εξομοιώσεως με απόλυτη ακρίβεια των πειραματικών συνθηκών για κάθε μέτρηση, με αποτέλεσμα σοβαρή διασπορά των αποτελεσμάτων των μετρήσεων Συνολικά απαιτούμενο οξυγόνο (Τotal Oxygen Demand - ΤΟD) Το συνολικά απαιτούμενο οξυγόνο είναι η ποσότητα του οξυγόνου που απαιτείται για την χημική οξείδωση των οργανικών (και ορισμένων ανόργανων) ενώσεων σε τελικά σταθερά προϊόντα, σε θερμοκρασία 900 C και με παρουσία καταλύτη Διαλυμένο οξυγόνο (Dissolved Oxygen - DO) Αποτελεί το πιο σημαντικό ποιοτικό χαρακτηριστικό ενός υδάτινου φορέα, καθώς η παρουσία του εξασφαλίζει την ύπαρξη ζωής σ' αυτόν. Το DΟ αποτελεί βασική παράμετρο ελέγχου ρύπανσης των υδάτινων φορέων και πρέπει να βρίσκεται πάνω από ορισμένα επίπεδα σύμφωνα με κανονισμούς και ανάλογα με τη χρήση του νερού του φορέα. Στις διαδικασίες επεξεργασίας το DΟ είναι απαραίτητο στις αερόβιες βιολογικές διαδικασίες για την οξείδωση των οργανικών ενώσεων των αποβλήτων από τους μικροοργανισμούς και διατηρείται στα απαραίτητα για κάθε διαδικασία επίπεδα με ειδικές διατάξεις αερισμού ή με φυσικές διαδικασίες. 11

12 2.2.7 Μορφές αζώτου Το άζωτο είναι από τα βασικά χαρακτηριστικά των ζώντων οργανισμών και περιέχεται στα αστικά απόβλητα στις παρακάτω μορφές: 1. Οργανικό άζωτο (πρωτεΐνες, ουρία και αμινοξέα) 2. Αμμωνιακό άζωτο (αμμωνιακά άλατα ή αμμωνία) Ως προϊόν οξείδωσης των προηγούμενων μορφών το άζωτο μπορεί να υπάρχει ως νιτρικά και νιτρώδη. Οι κύριες μετατροπές που υφίστανται οι παρακάτω μορφές του αζώτου κατά τη διοχέτευση τους σε κάποιο υδάτινο φορέα ή στις μονάδες μιας ΕΕΑΑ είναι οι παρακάτω: 1. Μετατροπή του οργανικού αζώτου σε αμμωνιακό από αναερόβια βακτηρίδια. 2. Οξείδωση του αμμωνιακού αζώτου σε νιτρώδη από ειδικά αερόβιανιτροποιητικά βακτηρίδια. (Nitrosomonas) 3. Περαιτέρω οξείδωση των νιτρωδών σε νιτρικά από ειδικά αερόβιανιτροποιητικά βακτηρίδια (Nitrobacter) 4. Αναγωγή των νιτρικών σε νιτρώδη και τελικά σε αέριο άζωτο από αερόβια αναερόβια βακτηρίδια. Η αναγωγή γίνεται κυρίως σε αέριο άζωτο σε αναερόβιες συνθήκες και σε μικρό ποσοστό σε αμμωνία. Οι μετατροπές 2 και 3 αποτελούν τη νιτροποίηση και η 4 η την απονιτροποίηση. Στις διαδικασίες επεξεργασίας το άζωτο έχει μεγάλη σημασία γιατί αποτελεί μία από τις κυριότερες θρεπτικές ουσίες για την ανάπτυξη των μικροοργανισμών που χρησιμοποιούνται στις βιολογικές διαδικασίες. Γενικά στα αστικά απόβλητα το άζωτο βρίσκεται σε επαρκείς ποσότητες. Σε ορισμένες μονάδες βιολογικής επεξεργασίας, όπου οι συνθήκες ευνοούν τη μετατροπή της αμμωνίας σε νιτρικά με την ταυτόχρονη κατανάλωση οξυγόνου (νιτροποίηση), πρέπει να εξασφαλίζεται και η παροχή αυτής της ποσότητας οξυγόνου, επί πλέον αυτής που είναι απαραίτητη για την οξείδωση των οργανικών ουσιών. Σε αντίθετη περίπτωση καταναλώνεται το οξυγόνο για τη νιτροποίηση με αποτέλεσμα να μην επαρκεί για την απαιτούμενη απομάκρυνση των οργανικών ουσιών.(βιολογικός καθαρισμός αστικών αποβλήτων, Α.Ι.Στάμου σελ 13, Αθήνα, 2004) Φώσφορος Ο φώσφορος είναι ένα από τα βασικά συστατικά των ζώντων οργανισμών και περιέχεται στα απόβλητα στις παρακάτω μορφές: 1. Ανόργανος φώσφορος κυρίως ως ορθοφωσφορικά (PO 4-3, HPO 4-3,H 2 PO 4-1 ) ή και ως πολυφωσφορικά (π.χ. P 3 O 10-5, P 2 O 7-4 ) 2. Οργανικός φώσφορος, σε μικρότερες ποσότητες από ότι ο ανόργανος. Τα πολυφωσφορικά σε υδατικό διάλυμα υδρολύονται σε ορθοφωσφορικά που μπορούν να καταναλωθούν απ ευθείας από διάφορους μικοοργανισμούς. Η διοχέτευση αποβλήτων που περιέχουν φώσφορο σε ένα υδάτινο φορέα ευνοεί σε 12

13 συνδυασμό με την παρουσία αζώτου το φαινόμενο του ευτροφισμού. Συχνά δε ο φώσφορος είναι ο καθοριστικός παράγοντας του φαινομένου του ευτροφισμού λόγω της αυξανόμενης χρήσης των απορρυπαντικών. Στις διαδικασίες επεξεργασίας ο φώσφορος είναι απαραίτητος στους μικροοργανισμούς που χρησιμοποιούνται στις βιολογικές διαδικασίες. Στις βιολογικές διαδικασίες τα πολυφωσφορικά μετατρέπονται σε ορθοφωσφορικά και έτσι η εκροή των επεξεργασμένων υγρών αστικών αποβλήτων περιέχει κυρίως ορθοφωσφορικά σε ποσοστό περίπου 80%. (Βιολογικός καθαρισμός αστικών αποβλήτων, Α.Ι.Στάμου σελ 15, Αθήνα, 2004) 2.3 Βιολογικά χαρακτηριστικά Οι μικροοργανισμοί που περιέχονται στα απόβλητα έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον γιατί, χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία των αποβλήτων και είναι δυνατόν να προκαλέσουν εξάπλωση ασθενειών μέσο του νερού Κατηγορίες και είδη μικροοργανισμών Οι μικροοργανισμοί διακρίνονται σε κατηγορίες ανάλογα με την πηγή άνθρακα που χρησιμοποιούν σαν τροφή τους ως εξής: 1. Αυτότροφοι, αυτοί που χρησιμοποιούν CO 2 σαν τροφή 2. Ετερότροφοι, αυτοί που χρησιμοποιούν οργανικό άνθρακα σαν τροφή και ανάλογα με την παρουσία ή όχι οξυγόνου στο περιβάλλον που αναπτύσσονται και δρουν διακρίνονται με τη σειρά τους σε: α) Αερόβιους, αν δρουν μόνο κάτω από την παρουσία οξυγόνου β) Αναερόβιους, αν δρουν μόνο κάτω από την απουσία οξυγόνου γ) Αερόβιους-αναερόβιους, αν δρουν κάτω από την παρουσία ή την απουσία οξυγόνου. Τα βασικότερα είδη μικροοργανισμών που ενδιαφέρουν στην επεξεργασία των αποβλήτων είναι τα βακτηρίδια, οι μύκητες, τα πρωτόζωα, τα άλγη, τα μαλακόστρακα και οι ιοί. Το πιο σημαντικό είδος που χρησιμεύει στην επεξεργασία των υγρών αποβλήτων είναι τα βακτήρια.(αυτά τα είδη των μικροοργανισμών θα αναφερθούν παρακάτω στο κεφάλαιο 4) Παθογόνοι μικροοργανισμοί Οι παθογόνοι μικροοργανισμοί περιέχονται στα αστικά απόβλητα ως προϊόντα αποβολών ασθενών ή φορέων ασθενειών και μπορούν να μεταφερθούν και να 13

14 προκαλέσουν ασθένειες μέσω του νερού στον άνθρωπο, όπως χολέρα, δυσεντερία, τυφοειδή πυρετό, ηπατίτιδα κ.λπ. Οι παθογόνοι μικροοργανισμοί είναι κυρίως βακτήρια, αλλά και πρωτόζωα και ιοί. Επειδή βρίσκονται στους υδάτινους φορείς σε μικρές συγκεντρώσεις και σε μεγάλη ποικιλία ειδών, η ανίχνευση και ο ποσοτικός προσδιορισμός του κάθε είδους είναι πρακτικά αδύνατος. Έτσι, αντί για προσδιορισμό κάθε είδους παθογόνων μικροοργανισμών γίνεται ο προσδιορισμός ενδεικτικών μικροοργανισμών, που η παρουσία τους στο νερό σημαίνει και την πιθανή παρουσία μικροοργανισμών. Ως ενδεικτικοί παθογόνοι μικροοργανισμοί χρησιμοποιούνται τα κολοβακτηρίδια, που βρίσκονται σε μεγάλους αριθμούς στα έντερα του ανθρώπου και των θερμόαιμων ζώων. Τα δύο βασικά είδη κολοβακτηριδίων είναι τα Escherichia Coli (E- Coli) και τα Enterobacher Aerogenes. Τα E- Coli περιέχονται στα περιττώματα και η παρουσία τους στο νερό δείχνει ανεπιφύλακτα ότι υπάρχει μόλυνση από περιττώματα. Τα Enterobacher Aerogenes αν και υπάρχουν στα περιττώματα, ζουν συνήθως στο έδαφος και στο νερό και έτσι η παρουσία τους δεν αποτελεί σαφή ένδειξη περιττωματικής μόλυνσης. Ο προσδιορισμός του πλήθους των E- Coli είναι εξαιρετικά δύσκολος γιατί είναι δύσκολος ο διαχωρισμός των E- Coli από τα κολοβακτηρίδια που ζουν στο έδαφος. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται για τον χαρακτηρισμό της παθογένειας των νερών το σύνολο των κολοβακτηριδίων (Total Coliforms, TC), τα κολοβακτηρίδια περιττωματικής προέλευσης (Fecal Coliforms, FC) ή και άλλοι δείκτες. Ο προσδιορισμός του πλήθους των FC και TC γίνεται με τις τεχνικές των πολλαπλών διαλύσεων και του φίλτρου μεμβράνης. Ο αριθμός των FC και TC προκύπτει με στατιστική μέθοδο, καλείται πιθανότατος Αριθμός Κολοβακτηριδίων και εκφράζεται ως αριθμός ανά 100 ml δείγματος. (Βιολογικός καθαρισμός αστικών αποβλήτων, Α.Ι.Στάμου, Αθήνα, 2004) 14

15 3 Μέθοδοι επεξεργασίας λυμάτων 3.1 Στάδια επεξεργασίας λυμάτων Η επεξεργασία που απαιτείται βασίζεται στα ποιοτικά χαρακτηριστικά των αποβλήτων και στα χαρακτηριστικά του αποδέκτη τελικής διάθεσης. Οι γραμμές επεξεργασίας στις Μονάδες Επεξεργασίας Λυμάτων (ΜΕΛ) είναι δύο. Η πρώτη αφορά την επεξεργασία, δηλαδή την απομάκρυνση ουσιών επιβλαβών για τον τελικό αποδέκτη, από την υγρή μάζα των αποβλήτων και η δεύτερη αφορά την επεξεργασία της ιλύος, δηλαδή την επεξεργασία των επιβλαβών ουσιών που θα απομακρυνθούν στην πρώτη γραμμή. Η επεξεργασία των λυμάτων πραγματοποιείται σε διαδοχικές βαθμίδες (στάδια), για τις οποίες χρησιμοποιούνται οι όροι: Προκαταρκτική (ή προεπεξεργασία), πρωτοβάθμια, δευτεροβάθμια και τριτοβάθμια επεξεργασία. Εντούτοις οι όροι δεν είναι απόλυτα αντιπροσωπευτικοί, αφού μερικές διαδικασίες όπως η απομάκρυνση αζώτου και φωσφόρου, μπορούν να πραγματοποιούνται σε τρίτη, δεύτερη ή και πρώτη βαθμίδα Προκαταρτική επεξεργασία ή προεπεξεργασία Η προκαταρκτική επεξεργασία ή προεπεξεργασία γίνεται με στόχο να προστατευτούν οι επόμενες κύριες διαδικασίες επεξεργασίας. Το στάδιο αυτό περιλαμβάνει εσχάρωση, εξάμμωση και τεμαχισμό, για την απομάκρυνση των μεγάλου σχετικά μεγέθους στερεών των αποβλήτων και σπάνια δεξαμενή εξισορρόπησης για την άμβλυνση των αιχμών της παροχής και των συγκεντρώσεων των ρύπων. α. Εσχάρωση: Προστατεύει τις μονάδες επεξεργασίας από χονδρόκοκκα στερεά (πλαστικά, ξύλα, πέτρες) που εάν εισέλθουν είναι δυνατό να προκαλέσουν διάφορα φραξίματα στις εγκαταστάσεις, καταστρέφοντας τις αντλίες και τον υπόλοιπο εξοπλισμό των ΜΕΛ. Η απομάκρυνση των ογκωδών αντικειμένων επιτυγχάνεται με την συγκράτηση τους σε εσχάρες κατά την διέλευση των αποβλήτων μέσα από αυτές. β. Τεμαχισμός: Σκοπός του είναι ο θρυμματισμός των ογκωδών αντικειμένων σε πολύ μικρού μεγέθους στερεά, που παραμένουν στη μάζα των αποβλήτων και απομακρύνονται σε επόμενα στάδια. Πραγματοποιείται με ειδικές συσκευές (τεμαχιστές), κυρίως στις πολύ μεγάλες μονάδες και συνήθως συνδυάζεται με τις εσχάρες. 15

16 γ. Εξάμμωση: Σκοπός της είναι η απομάκρυνση των χαλικιών, των κόκκων άμμου, σωματιδίων αργίλου ή άλλων ανόργανων βαριών σωματιδίων, διαμέτρου μεγαλύτερης των 200 μέτρων, τα οποία αν δεν απομακρυνθούν, δημιουργούν προβλήματα στις ΜΕΛ όπως εναπόθεση φερτών υλών στον πυθμένα αγωγών, φράξιμο σωληνώσεων, φθορά μηχανολογικού εξοπλισμού (αντλίες, ξέστρα κλπ) και μείωση της απόδοσης διαφόρων μονάδων επεξεργασίας. Η εξάμμωση γίνεται σε ειδικές δεξαμενές, τους εξαμμωτές, με την δημιουργία κατάλληλων συνθηκών ροής που ευνοούν την καθίζηση και την απομάκρυνση της άμμου και των ανόργανων σωματιδίων. Η εξάμμωση συνήθως συνδυάζεται με διάταξη λιποσυλλέκτη να έπεται αυτής, διάταξη που χρησιμεύει για την συγκράτηση των επιπλεόντων ουσιών, κυρίως λιπών και ελαίων. Τελευταία έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται νέοι αεριζόμενοι εξαμμωτές, οι οποίοι έχουν το πλεονέκτημα της επίτευξης σχεδόν 100 % απομάκρυνσης άμμου απαλλαγμένης από οργανικές ουσίες Πρωτοβάθμια επεξεργασία Σκοπός της πρωτοβάθμιας επεξεργασίας είναι η απομάκρυνση των αιωρούμενων στερεών με χημική επεξεργασία και καθίζηση. Δεν είναι σπάνιο το φαινόμενο που η πρωτοβάθμια (μαζί με την προεπεξεργασία) είναι το μοναδικό είδος επεξεργασίας που γίνεται, ενώ σε αρκετές περιπτώσεις, ανάλογα με το είδος επεξεργασίας που ακολουθεί, η πρωτοβάθμια επεξεργασία μπορεί και να παραληφθεί. Οι δεξαμενές καθίζησης έχουν πρακτικά σταθερή στάθμη νερού, που εξασφαλίζεται από μεγάλου μήκους υπερχειλιστή εξόδου. Ομοιόμορφα διανεμημένη και ήρεμη (κατά το δυνατόν) εκροή επιτυγχάνεται με κατάλληλο διάφραγμα. Το νερό διαρρέει τη δεξαμενή μέχρι τον υπερχειλιστή εξόδου ενώ μέρος των αιωρούμενων στερεών καθιζάνει στον πυθμένα της δεξαμενής. Η ιλύς που συγκεντρώνεται στον πυθμένα των δεξαμενών σαρώνεται από μηχανικούς σαρωτές προς το φρεάτιο ιλύος. 1. Καθίζηση - Επίπλευση: Σκοπός της είναι η απομάκρυνση των αιωρούμενων οργανικών και ανόργανων στερεών μεγέθους mm. Η απομάκρυνση που επιτυγχάνεται συνήθως είναι % για το οργανικό φορτίο (ΒOD) και % για τα αιωρούμενα στερεά (SS). Η πρωτοβάθμια καθίζηση γίνεται σε δεξαμενές όπου τα στερεά καθιζάνουν σε συνθήκες ηρεμίας με την επίδραση της βαρύτητας. Η επίπλευση γίνεται σε 16

17 δεξαμενές όπου τα στερεά παρασύρονται προς την επιφάνεια από φυσαλίδες αέρα που διοχετεύονται στη μάζα των αποβλήτων με κατάλληλη διάταξη. Τα καθιζάνοντα ή επιπλέοντα στερεά (ιλύς), αν και μικρού όγκου, περιέχουν μεγάλο ρυπαντικό φορτίο και επομένως είναι απαραίτητο να υποστούν επεξεργασία πριν διατεθούν στο περιβάλλον, οπότε οδηγούνται στη γραμμή επεξεργασίας ιλύος. 2. Χημική επεξεργασία και καθίζηση: Σκοπός της είναι η απομάκρυνση των αιωρούμενων και κολλοειδών στερεών που δεν απομακρύνονται με απλή καθίζηση. Η διαδικασία στοχεύει στη μείωση των ολικών στερεών, στη βελτίωση της απόδοσης της πρωτοβάθμιας καθίζησης και στην απομάκρυνση του φωσφόρου Δευτεροβάθμια επεξεργασία Σε αυτό το στάδιο γίνεται απομάκρυνση των οργανικών ουσιών των αποβλήτων, με βιολογικές διεργασίες στις οποίες χρησιμοποιούνται μικροοργανισμοί που καταναλώνουν τις οργανικές ουσίες. Στη συνέχεια οι μικροοργανισμοί απομακρύνονται από τα απόβλητα με καθίζηση ή κάποια άλλη διαδικασία. Η βιολογική επεξεργασία γίνεται με διάφορες μεθόδους που χωρίζονται σε δύο γενικές κατηγορίες, ανάλογα με το αν οι μικροοργανισμοί βρίσκονται σε αιώρηση μέσα στα απόβλητα (ενεργός ιλύς, λίμνες) ή προσκολλημένοι σε κάποια επιφάνεια (βιολογικά φίλτρα, βιολογικοί δίσκοι). Η πιο διαδεδομένη βιολογική επεξεργασία είναι αυτή της ενεργού ιλύος η οποία όμως θα αναλυθεί εκτενώς σε παρακάτω κεφάλαιο Νιτροποίηση: Η νιτροποίηση λαμβάνει χώρα στη δευτεροβάθμια επεξεργασία. Κατά τη νιτροποίηση μετατρέπεται το οργανικό και το αμμωνιακό άζωτο σε νιτρώδη με τα βακτήρια nitrobacter και στη συνέχεια τα νιτρώδη σε νιτρικά με τη βοήθεια των βακτηρίων nitrosomonas. Απαραίτητος είναι ο επαρκής αερισμός, αφού όταν αυτός είναι ανεπαρκής τα απονιτρωτικά βακτήρια καταναλώνουν το οξυγόνο των νιτρικών απελευθερώνοντας άζωτο, το οποίο με τη μορφή φυσαλίδων εγκλωβίζεται στη λάσπη και την ελαφρύνει, προκαλώντας το πρόβλημα της επιπλέουσας λάσπης που υποβαθμίζει την ποιότητα της εκροής Τριτοβάθμια επεξεργασία Σκοπός της τριτοβάθμιας ή προχωρημένης επεξεργασίας αποβλήτων, είναι η απομάκρυνση ορισμένων ρυπαντικών ουσιών που δεν απομακρύνονται στα προηγούμενα στάδια επεξεργασίας όπως διάφορες ανόργανες ουσίες (χλωριούχα, θειικά κ.α.), ιχνοστοιχείων, ρυπαντών προτεραιότητας (priority pollutants) και πτητικών ενώσεων (VOC). Πολλές από τις ενώσεις αυτές είναι τοξικές στον 17

18 άνθρωπο και στο υδρόβιο περιβάλλον. Έτσι αποκτούν ιδιαίτερη σημασία όταν περιέχονται σε επεξεργασμένα απόβλητα που διατίθενται σε επιφανειακά ή υπόγεια νερά που μπορεί στη συνέχεια να εισέλθει στο δίκτυο του πόσιμου νερού. Η απομάκρυνση αυτή αποσκοπεί στην προστασία του υδάτινου περιβάλλοντος από ορισμένες ουσίες ή στην προετοιμασία των αποβλήτων για επαναχρησιμοποίηση. Η τριτοβάθμια επεξεργασία των αστικών αποβλήτων περιλαμβάνει την απονιτροποίηση (απομάκρυνση νιτρικών) και την αφαίρεση φωσφόρου Απονιτροποίηση: Η απονιτροποίηση πραγματοποιείται με προσθήκη μεθανόλης σε ανοξικό (χωρίς παρουσία οξυγόνου) αντιδραστήρα, με βραχύ αερισμό για πλήρη απομάκρυνση του αζώτου και δεξαμενή τριτοβάθμιας καθίζησης από την οποία ανακυκλοφορείται ιλύς στον ανοξικό αντιδραστήρα. Είναι δυνατόν όμως να κατασκευασθεί και μονοβάθμιο σύστημα απομάκρυνσης αζώτου με συνδυασμένη απομάκρυνση οργανικής ύλης, νιτροποίηση και απονιτροποίηση σε κοινό αντιδραστήρα Απομάκρυνση φωσφόρου: Η απομάκρυνση του φωσφόρου συνήθως γίνεται με κροκίδωση και καθίζηση στην πιο πρόσφορη μορφή του, τα ορθοφωσφορικά, χρησιμοποιώντας υδροξείδιο του ασβεστίου ή άλατα του αργιλίου και του σιδήρου. Η προσθήκη ανάλογα με το κροκιδωτικό γίνεται ή στην πρωτοβάθμια καθίζηση ή σε διάφορες θέσεις της βιολογικής μονάδας. Είναι δυνατόν όμως (σπανιότερα), η κροκίδωση και καθίζηση να γίνουν σαν ξεχωριστή τριτοβάθμια επεξεργασία Απολύμανση: Η απολύμανση είναι το τελευταίο στάδιο επεξεργασίας, γίνεται με την χρήση χημικών ουσιών (χλώριο, όζον, βρώμιο) ή με φυσικά μέσα (ακτινοβολία, θερμότητα), και στοχεύει στην καταστροφή των παθογόνων μικροοργανισμών των αποβλήτων (αν και μερική απομάκρυνση ή καταστροφή τους γίνεται και στα άλλα στάδια επεξεργασίας), έτσι ώστε να εξαλείφεται ο κίνδυνος μετάδοσης ασθενειών μέσο του νερού στον αποδέκτη. Συνηθέστερο μέσο απολύμανσης είναι το χλώριο. Η χλωρίωση γίνεται μέσα σε ορθογώνιες δεξαμενές συνήθως μαιανδρικής μορφής, όπου οι μικροοργανισμοί έρχονται σε επαφή με το χλώριο και καταστρέφονται Επεξεργασία ιλύος: Η επεξεργασία της ιλύος αποτελείται από τα παρακάτω στάδια: 1. πύκνωση 2. σταθεροποίηση 18

19 3. απολύμανση 4. αφυδάτωση 5. τελική διάθεση Πύκνωση ιλύος: Η πύκνωση στοχεύει στη μείωση του όγκου της ιλύος, που επιτυγχάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης των στερεών της, απομακρύνοντας μέρος του νερού που περιέχει. Η μείωση του όγκου επιφέρει σημαντική μείωση του κόστους των επόμενων μονάδων επεξεργασίας (π.χ. αύξηση της συγκέντρωσης ιλύος από 1 σε 3% επιφέρει μείωση του όγκου της κατά το 1/3) και παράλληλα αυξάνει την απόδοση μερικών από αυτές. Η πύκνωση της ιλύος (ή πάχυνση) γίνεται με βαρύτητα, με επίπλευση με αέρα και με μηχανικά μέσα (φυγοκέντριση) Σταθεροποίηση ιλύος: Η σταθεροποίηση της ιλύος έχει στόχο τη μείωση των παθογόνων μικροοργανισμών, των οσμών και της δυνατότητας της ιλύος να γίνει σηπτική. Η σταθεροποίηση της ιλύος μπορεί να γίνει με την χημική ή τη βιολογική οξείδωση του οργανικού της μέρους και την δημιουργία συνθηκών ακατάλληλων για την επιβίωση των μικροοργανισμών. Οι κυριότερες μέθοδοι σταθεροποίησης είναι η αναερόβια και η αερόβια χώνευση ενώ ακόμα χρησιμοποιούνται οι λίμνες σταθεροποίησης, η επεξεργασία με ασβέστη ή χλώριο και η θερμική επεξεργασία Απολύμανση ιλύος: Η απολύμανση έχει στόχο την καταστροφή των παθογόνων μικροοργανισμών και την εξουδετέρωση της δυνατότητας τους να μολύνουν, ώστε να μην κινδυνεύει η δημόσια υγεία από την διάθεση της ιλύος. Η ανάγκη για απολύμανση της ιλύος ξεκινά από την δυνατότητα χρήσης της για διάφορους σκοπούς, όπως εμπλουτισμός του εδάφους, λίπασμα κλπ. Η απολύμανση επιτυγχάνεται με χημικά μέσα (χλώριο, ασβέστη, όζον κλπ), με παρατεταμένη αποθήκευση πάνω από 60 ημέρες για σταθεροποίηση ιλύος, με θερμική επεξεργασία, με λιπασματοποίηση και με ακτινοβολία υψηλής ενέργειας Αφυδάτωση ιλύος: Η αφυδάτωση είναι μια φυσική διαδικασία διαχωρισμού του νερού από τα στερεά της ιλύος με σκοπό τη μείωση του τελικού προϊόντος για διάθεση. Η διαφορά με την πύκνωση είναι ότι ενώ η πυκνωμένη ιλύς διατηρεί την υγρή κατάσταση, η αφυδατωμένη ιλύς έχει στερεά κατάσταση όπως αυτή του χώματος. Η αφυδατωμένη ιλύς είναι σε μη υγρή κατάσταση και με μειωμένο όγκο, γεγονός που κάνει την μεταφορά της φθηνότερη και ευκολότερη, μειώνει το κόστος της επεξεργασίας που τυχόν ακολουθεί (ιδιαίτερα της αποτέφρωσης) και δεν προκαλεί ρύπανση λόγω αποστράγγισης αν διατίθεται στο έδαφος. Η αφυδάτωση γίνεται είτε με φυσική εξάτμιση και αποστράγγιση του νερού της ιλύος σε κλίνες και λίμνες ξήρανσης ή με μηχανικά μέσα, όπως πρέσσες, φυγοκέντριση, φίλτρα. 19

20 Τελική διάθεση ιλύος: Η τελική διάθεση ιλύος είναι δυνατόν να γίνει στο έδαφος στη θάλασσα ή στον αέρα (σαν αέριο από καύση), με σκοπό τη χρήση της για κάποια ωφέλεια (λίπασμα, εμπλουτισμός εδάφους, παραγωγή ενέργειας, ανάκτηση χρήσιμων ουσιών κλπ) ή την απλή απόρριψη της. Σύμφωνα με τον τρόπο διάθεσης της ιλύος καθορίζονται τα απαιτούμενα στάδια επεξεργασίας της, ώστε η διάθεση να είναι περιβαλλοντικά ασφαλής και οικονομικά συμφέρουσα. 20

21 4 Ενεργός ιλύς 4.0 Εισαγωγή Η μέθοδος της ενεργού ιλύος είναι σήμερα η πιο διαδεδομένη μέθοδος βιολογικής επεξεργασίας των αστικών και βιομηχανικών υγρών αποβλήτων. Από την πρώτη εφαρμογή της μεθόδου σε μονάδα συνεχούς ροής (1913) μέχρι σήμερα, ένας σημαντικός αριθμός παραλλαγών της έχει αναπτυχθεί, προσδίδοντας ιδιαίτερη ευελιξία στη χρήση της. Η μέθοδος αυτή θα εξεταστεί εκτενώς παρακάτω γιατί η μονάδα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων η οποία εξετάζεται λειτουργεί με τη μέθοδο της ενεργού ιλύος και του παρατεταμένου αερισμού. Πρωταρχικοί στόχοι ενός συστήματος ενεργού ιλύος ήταν η απομάκρυνση των οργανικών ουσιών και τα λύματα και η μείωση της παθογένειας τους. Η διαπίστωση της συνεισφοράς των ενώσεων του αζώτου και φωσφόρου στο φαινόμενο του ευτροφισμού, οδήγησε στη χρήση συστημάτων που απομακρύνουν τους συγκεκριμένους ρύπους κατά τη διεργασία. Η σημερινή τάση για συνεπεξεργασία των αστικών και βιομηχανικών αποβλήτων έχει ως αποτέλεσμα τη συχνή παρουσία βαρέων μετάλλων σε μονάδες ενεργού ιλύος. Ιδιαίτερη προσπάθεια γίνεται τα τελευταία χρόνια πρώτον για να μελετηθούν οι παράγοντες που μειώνουν την επίδραση των μετάλλων στη διεργασία και δεύτερον για να κατανοηθούν οι μηχανισμοί που συμβάλλουν στη δέσμευση τους και στη μείωση της βιοδιαθεσημότητάς τους. 4.1 Επεξεργασία υγρών αποβλήτων με τη μέθοδο της ενεργού ιλύος Βασικές αρχές λειτουργίας Στην απλούστερη μορφή του, ένα σύστημα ενεργού ιλύος συνεχούς ροής αποτελείται από δύο δεξαμενές σε σειρά, τη δεξαμενή αερισμού και τη δεξαμενή καθίζησης (Σχήμα 1.1). Στη δεξαμενή αερισμού, τα εισερχόμενα λύματα έρχονται σε επαφή με αιωρούμενα συσσωματώματα μικροοργανισμών (βιοκροκίδες), υπό αερόβιες συνθήκες. Μέρος του οργανικού φορτίου οξειδώνεται σε απλά τελικά προϊόντα (CO 2, H 2 O, NO 3 ), ενώ το υπόλοιπο μετατρέπεται σε νέο κυτταρικό υλικό. Στη συνέχεια, το μείγμα το αποβλήτων και μικροβιακής μάζας (μικτό υγρό) οδηγείται στη δεξαμενή καθίζησης, όπου υπό συνθήκες ηρεμίας οι βιοκροκίδες διαχωρίζονται με καθίζηση (ιλύς). Μέρος της ιλύος ανακυκλοφορεί στη δεξαμενή αερισμού για τη διατήρηση επαρκούς συγκέντρωσης βιομάζας για την αποδόμηση των λυμάτων, ενώ το υπερκείμενο υγρό οδηγείται για περαιτέρω επεξεργασία ή καταλήγει στον τελικό αποδέκτη (Σχήμα 4.1). (Metcalf and Eddy, 1984). 21

22 Εισερ.απόβλητα Επεξεργασμένα Απόβλητα Δεξαμενή αερισμού Δ.Κ Ανακυκλοφορία ιλύος Αποβολή ιλύος Σχήμα 4.1 Σχηματικό διάγραμμα της διεργασίας της ενεργού ιλύος (Gray, 1990 ) Ιδιαίτερη σημασία για την ομαλή λειτουργία μιας μονάδας ενεργού ιλύος έχει η διατήρηση στη δεξαμενή αερισμού περιβαλλοντικών συνθηκών που ευνοούν την δράση των μικροοργανισμών. Τέτοιες συνθήκες είναι η επίτευξη συγκέντρωσης διαλυμένου οξυγόνου μεγαλύτερης του 1-2 mg/l, η διατήρηση της τιμής του ph σε επίπεδα μεταξύ και η ικανοποίησης του λόγου BOD: N: P ίσου με 100: 6 :1 (Gray, 1990). Σημαντική είναι επίσης η ικανοποίηση των τιμών μιας σειράς λειτουργικών παραμέτρων της μονάδας, οι σπουδαιότερες των οποίων είναι οι εξής (Crites and Tchobanoglous, 1998 ): Υδραυλικός χρόνος παραμονής των λυμάτων στη δεξαμενή αερισμού (θ), λαμβάνει τιμές από ώρες και εκφράζει τον μέσο χρόνο αερισμού των λυμάτων. Χρόνος παραμονής των μικροοργανισμών στο σύστημα (θ c ), λαμβάνει τιμές από 3 40 ημέρες και εκφράζει την ηλικία των μικροοργανισμών στο σύστημα. Μικρές ηλικίες ιλύος υποδεικνύουν υψηλούς ρυθμούς ανάπτυξης των μικροοργανισμών, ενώ υψηλές ηλικίες ιλύος υποδεικνύουν την επικράτηση αργά αναπτυσσόμενων μικροοργανισμών. Φορτίο ιλύος (F/M), λαμβάνει τιμές από kg BOD 5 ανά kg βιομάζας ανά ημέρα και εκφράζει το λόγο τροφής προς μικροοργανισμούς στη δεξαμενή αερισμού. Ογκομετρική φόρτιση (q o ), λαμβάνει τιμές από kg BOD 5 m -3 ημέρα -1 και εκφράζει το ποσό της οργανικής ύλης που εφαρμόζεται ανά ημέρα στη δεξαμενή αερισμού. Υδραυλικό φορτίο δεξαμενής καθίζησης (G υδρ.φορτ ), λαμβάνει τιμές από m 3 ημέρα -1 και εκφράζει τον όγκο των λυμάτων που εφαρμόζονται ανά ημέρα στη δεξαμενή καθίζησης. Φορτίο στερεών δεξαμενής καθίζησης (G φορτ.στερ ), λαμβάνει τιμές από kg m -2 ημέρα -1 και εκφράζει τα κιλά στερεών που εφαρμόζονται ανά ημέρα στη δεξαμενή καθίζησης. 4.2 Μικροβιολογία Ενεργού Ιλύος Η ενεργός ιλύ είναι ένα σύνθετο οικολογικό σύστημα, που αποτελείται από διάφορα είδη μικροοργανισμών, όπως βακτήρια (bacteria), μύκητες (fungi), πρωτόζωα (protozoa), τροχόζωα (rotifers) και νηματώδεις (nematodes). Η επιλογή των μικροοργανισμών που θα επικρατήσουν σε ένα σύστημα ενεργού ιλύος βασίζεται σε 22

23 τρία κύρια κριτήρια. Το πρώτο αφορά την ικανότητα των μικροοργανισμών να σχηματίζουν βιοκροκίδες. Με τον τρόπο αυτό οι μικροοργανισμοί παραμένουν στο σύστημα μέσω ανακυκλοφορίας ιλύος. Το δεύτερο αφορά την εμφάνιση ρυθμού ανάπτυξης μεγαλύτερου από τον ρυθμό απομάκρυνσης στερεών από τη μονάδα, ενώ το τρίτο στην προσαρμογή τους στις εκάστοτε περιβαλλοντικές συνθήκες (Jenkins et al, 1993). Τα κυριότερα είδη βακτηρίων που παρατηρούνται στην ενεργό ιλύ είναι αερόβια, ετεροτροφικά, ανήκουν στα γένη Pseudomonas, Flavobacterium, Arthrobacter, Acgromobacter, Alcaligenes, Zooglea και χαρακτηρίζονται ως βακρήρια που παρουσιάζουν την τάση σχηματισμού βιοκροκίδων (floc forming bacteria). Τα βακτήρια στην ενεργό ιλύ παρουσιάζονται επίσης ως ελεύθερα, διεσπαρμένα βακτήρια, (free swimming bacteria) και ως νηματοειδή βακτήρια (filamentous bacteria) (Bitton, 1999). Το είδος των βακτηρίων που θα επικρατήσει εξαρτάται από τη φύση των αποβλήτων, το ph, τη θερμοκρασία, τη συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου και θρεπτικών, καθώς και από το φορτίο και την ηλικία της ιλύος. Η ύπαρξη συνθηκών αφθονίας υποστρώματος ευνοεί την ανάπτυξη βακτηρίων με υψηλότερους ρυθμούς αύξησης (fast growing bacteria), ενώ εμποδίζει την επικράτηση μικροοργανισμών ανώτερων τροφικών επιπέδων (πρωτόζωα, τροχόζωα) ή βακτήρια με μικρότερους ρυθμούς αύξησης (slow growing bacteria), όπως είναι τα νιτροποιά βακτήρια Nitrosomonas και Nitrobacter. Οι μύκητες σπάνια εμφανίζονται ως κυρίαρχος οργανισμός σε μονάδες ενεργού ιλύος. Ανταγωνίζονται τα βακτήρια σε τιμές ph μικρότερες του 6 και η παρουσία τους στη διεργασία της ενεργού ιλύος αποτελεί δείκτη τοξικής φόρτισης. Τα κυριότερα είδη μυκήτων, που απαντώνται σε συστήματα ενεργού ιλύος, είναι τα Geotrichium candudum και Trichosporon. (Gray, 1990). Τα πρωτόζωα είναι μονοκύτταροι οργανισμοί, ετεροτροφικοί, αερόβιοι μικροοργανισμοί, μεγέθους μm και αποτελούν ένα σημαντικό ποσοστό της συνολικής βιομάζας σε ένα σύστημα ενεργού ιλύος. Επηρεάζουν την απόδοση της διεργασίας καθώς δρουν ως θηρευτές ελεύθερων βακτηρίων και αιωρούμενου οργανικού υλικού (Σχήμα 4.2), ενώ παράλληλα εκκρίνουν πολυσακχαρίτες που ευνοούν τον σχηματισμό των βιοκροκίδων (Curds, 1982). 23

24 Σχήμα 4.2 Χαρακτηριστικά ποιότητας επεξεργασμένων αποβλήτων, σε μονάδες ενεργού ιλύος που λειτουργούσαν απουσία ή παρουσία πρωτοζώων ( Gray, 1990 ) Οι κυριότερες κατηγορίες πρωτόζωων στην ενεργό ιλύ είναι τα μαστιγοφόρα (flagellates), οι αμοίβες (amoebae) και τα βλεφαριδοφόρα (ciliates), ελεύθερα ή προσκολλημένα. Η ύπαρξη ισόρροπης ανάπτυξης μεταξύ ελεύθερων και προσκολλημένων βλεφαριδοφόρων υποδεικνύει ικανοποιητική λειτουργία της διεργασίας. Αντίθετα, υπεραφθονία μαστιγοφόρων, αμοιβών, ελευθέρων βλεφαριδοφόρων ή υπεραφθονία προσκολλημένων βλεφαριδοφόρων υποδεικνύουν συνθήκες υψηλής και χαμηλής οργανικής φόρτισης, αντίστοιχα (Jenkins et al., 1993). Σημαντικός είναι επίσης ο ρόλος των πρωτόζωων, ως βίο δείκτες (bio indicators) σε περιπτώσεις παρουσίας τοξικών ουσιών στα εισερχόμενα λύματα. Η παρουσία τοξικών ουσιών επιβραδύνει αρχικά την κίνηση των βλεφάρων στα βλεφαριδοφόρα. Στη συνέχεια, η θέση τους στο οικοσύστημα της ενεργού ιλύος καταλαμβάνεται από μαστιγοφόρα και μικρά ελεύθερα βλεφαριδοφόρα, ενώ σε ακραίες περιπτώσεις επέρχεται θάνατος και λύση όλων των ειδών (Jenkins et al., 1993). Τα τροχόζωα και οι νηματώδεις είναι πιο σύνθετοι οργανισμοί από τους αναφερόμενους παραπάνω, με μέγεθος μm. Οι νηματώδεις εμφανίζουν χρόνους διπλασιασμού σημαντικά υψηλότερους από τις ηλικίες ιλύος συμβατικών μονάδων ενεργού ιλύος, με συνέπεια ο ρόλος τους στη βακτηριακή θήρευση και στην αποδόμηση της ενεργού ιλύος να είναι μικρός. Σε αντίθεση, τα τροχόζωα ανιχνεύονται πολύ πιο συχνά σε μονάδες ενεργού ιλύος. Συμβάλλουν στη θραύση των μεγάλων βιοκροκιδών και στη βελτίωση της ποιότητας των επεξεργασμένων αποβλήτων μέσω θήρευσης των ελεύθερων βακτηριδίων και έκκρισης κολλοειδών ουσιών που συνεισφέρουν στη βιοκροκίδωση (Gray, 1990). 4.3 Βιοκροκίδωση Στη δεξαμενή αερισμού οι μικροοργανισμοί παρουσιάζουν την τάση σχηματισμού αρνητικά φορτισμένων συσσωματωμάτων με τη βοήθεια κολλοειδών, οργανικών πολυμερών και κατιόντων, μέσω της διεργασίας της βιοκροκίδωσης (Li and 24

25 Ganczarczyk, 1990). Έχει αποδειχτεί ότι εξαιτίας του μεγάλου πορώδους των βιοκροκιδών, η ειδική επιφάνεια τους είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτήν που υπολογίζεται θεωρώντας τις βιοκροκίδες ομογενείς μάζες μικροοργανισμών (Andreadakis, 1993). Αύξηση του μεγέθους της βιοκροκίδας, δυσκολεύει τη διάχυση των θρεπτικών και διαλυμένου οξυγόνου μέσα σε αυτήν. Ως αποτέλεσμα, συχνά στον πυρήνα των μεγάλων βιοκροκιδών επικρατούν ανοξικές ή ακόμα και αναερόβιες συνθήκες και παρατηρείται η ανάπτυξη αυστηρά αναερόβιων βακτηρίων (Bitton, 1999). Επιπλέον, υπάρχει γραμμική σχέση μεταξύ ταχύτητας καθίζησης και διαμέτρου βιοκροκίδας (Li and Ganczarczyk, 1987). Από τα παραπάνω είναι προφανές ότι ο σωστός σχηματισμός βιοκροκιδών συμβάλει τόσο στην απομάκρυνση του οργανικού φορτίου στη δεξαμενή αερισμού, μέσω των διεργασιών της απορρόφησης και προσρόφησης, όσο και στο διαχωρισμό των αιωρούμενων στερεών από τα επεξεργασμένα απόβλητα στη δεξαμενή καθίζησης (Jenkins et al., 1997). Κατά καιρούς έχουν διατυπωθεί διάφορες θεωρίες για τον σχηματισμό των βιοκροκιδών. Αρχικά υποστηρίχτηκε ότι ο μικροοργανισμός Zooglea ramigera ήταν αποκλειστικά υπεύθυνος για τη δημιουργία τους. Αργότερα, με βάση την οπτική παρατήρηση, υποστηρίχθηκε ότι υπάρχουν δύο επίπεδα δομής των βιοκροκιδών, η μικρόδομή και η μακροδομή (Sezgin et al., 1978). Στις περιπτώσεις μικροδομής, ο σχηματισμός των βιοκροκιδών οφείλεται αποκλειστικά στη σύνδεση των βακτηρίων που παρουσιάζουν την τάση σχηματισμού βιοκροκιδών (floc forming bacteria) με τη βοήθεια εξωκυτταρικών πολυμερών. Ως αποτέλεσμα, οι βιοκροκίδες είναι μικρές σε μέγεθος (<75 μm), σφαιρικές και συμπαγείς. Η αποκλειστική εμφάνιση μικροδομής έχει ως συνέπεια σε περιπτώσεις υψηλής οργανικής φόρτισης, χαμηλών συγκεντρώσεων διαλυμένου οξυγόνου, χαμηλών τιμών ph, υψηλών θερμοκρασιών, ύπαρξης τοξικών ουσιών και δύσκολα βιοδιασπάσιμων ενώσεων στα εισερχόμενα απόβλητα τη διασπαρμένη ανάπτυξη των μικροοργανισμών (dispersed growth) και την υψηλή θολότητα των επεξεργασμένων αποβλήτων (Chao and Keinath, 1979). Επίσης, σε περιπτώσεις υψηλών ηλικιών ιλύος και χαμηλής οργανικής φόρτισης σχηματίζονται μικροσκοπικές βιοκροκίδες (pin point flocs), που διαφεύγουν από την υπερχείλιση της δεξαμενής καθίζησης καθιστώντας δύσκολη τη διατήρηση ικανοποιητικής συγκέντρωσης αιωρούμενων στερεών στο σύστημα. Αντίθετα με τη μικροδομή, η εμφάνιση μακροδομής οφείλεται στην ύπαρξη νηματοειδών βακτηρίων (filamentous bacteria). Οι συγκεκριμένοι μικροοργανισμοί σχηματίζουν ένα είδος πλέγματος σκελετού στο εσωτερικό της βιοκροκίδας, πάνω στον οποίο προσκολλούνται τα υπόλοιπα βακτήρια (Palm et al., 1980). Σε περιπτώσεις μακροδομής, οι βιοκροκίδες είναι σημαντικά μεγαλύτερες, ενώ το σχήμα τους είναι ακανόνιστο. Η υπεραφθονία νηματοειδών μικροοργανισμών έχει ως αποτέλεσμα τη διόγκωση της ιλύος (filamentous balking) ή την εμφάνιση αφρισμού (foaming) (Crites and Tchobanoglous, 1998). Κατά την πρώτη περίπτωση, νηματωειδείς μικροοργανισμοί όπως type 1701, Nostocoida limicola, type 021N, Sphaerotilus natans, συμβάλλουν στη δημιουργία χαλαρών βιοκροκιδών ή στη γεφύρωση των βιοκροκιδών, εμποδίζοντας μηχανικά την καλή καθιζησιμότητα και πύκνωση της ιλύος (Jenkins et al., 1993). Στη δεύτερη περίπτωση, ο αφρισμός στη δεξαμενή αερισμού ή στη δεξαμενή τελικής καθίζησης προκαλείται κυρίως λόγω της παρουσίας νηματοειδών που προέρχονται από τα γένη Nocardia spp., Microthrix parvicella, Rhodococcus, Gordona (Jenkins et al., 1993). Οι μικροοργανισμοί αυτοί παρουσιάζουν υδροφοβικές κυτταρικές επιφάνειες, καθιστώντας τις βιοκροκίδες 25

26 υδροφοβικές και πρόθυμες να προσκολληθούν στις φυσαλίδες αέρα (Soddell and Seviour, 1995). Μέχρι σήμερα έχει πραγματοποιηθεί εκτεταμένη έρευνα για τα είδη, τη μορφολογία, τις βιοχημικές ιδιότητες και τις αιτίες εμφάνισης των νηματοειδών μικροοργανισμών Πιθανές αιτίες για την υπεραφθονία νηματοειδών μικροοργανισμών σε ένα σύστημα ενεργού ιλύος είναι η χαμηλή συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου, χαμηλή οργανική φόρτιση, η ανεπάρκεια θρεπτικών και η ύπαρξη σηπτικών λυμάτων (Palm et al., 1980). Τo πλεονέκτημα των νηματοειδών έναντι των άλλων μικροοργανισμών είναι ο μεγάλος λόγος επιφάνειας προς όγκο, που τους ευνοεί σε συνθήκες περιορισμού υποστρώματος. Επιπλέον, προσδιορισμός των κινητικών τους παραμέτρων έδειξε ότι, ο μικροοργανισμός Z. ramigera (floc former) έχει μεγαλύτερο μέγιστο ειδικό ρυθμό αύξησης, μ m από το νηματοειδή μικροοργανισμό 021Ν, με συνέπεια να επικρατεί συνθήκες αφθονίας υποστρώματος. Επίσης, ο νηματοειδής 021Ν παρουσιάζει μικρότερο συντελεστή Monod, K s με αποτέλεσμα να ευνοείται η επικράτησή του σε συνθήκες μικρής συγκέντρωσης υποστρώματος (van Niekerk et al., 1987). Η ομαλή λειτουργία ενός συστήματος ενεργού ιλύος επιτυγχάνεται με την ταυτόχρονη εμφάνιση μικροδομής και μακροδομής και την ισόρροπη ανάπτυξη νηματοειδών και βακτηρίων που παρουσιάζουν την τάση σχηματισμού βιοκροκιδών. Σε ένα τέτοιο σύστημα, η πλειοψηφία των νηματοειδών παραμένουν εντός των βιοκροκίδων, προσδίδοντας σε αυτές ισχυρή δομή και επιτρέποντας την ικανοποιητική καθίζηση και πύκνωσή τους, Νεότερη θεωρία για τον σχηματισμό των βιοκροκιδών υποστηρίζει ότι υπάρχουν τρία δομικά επίπεδα, οι μίκρο-βιοκροκίδες, πρωταρχικά συσσωματώματα με μέγεθος < 2.5 μm, τα δευτεροβάθμια συσσωματώματα με μέγεθος < 13 μm και τα μεγαλύτερα συσσωματώματα με μέγεθος > 125 μm, που προκύπτουν από τη σύνδεση μικρότερων σωματιδίων με τα εξωκυτταρικά πολυμερή (Jorand et al., 1992). Προηγούμενες εργασίες έχουν δείξει ότι τόσο η μορφολογία όσο και το μέγεθος των βιοκροκίδων επηρεάζεται από τις συνθήκες λειτουργίας της μονάδας επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. Συγκεκριμένα, σε συστήματα χαμηλής οργανικής φόρτισης παρατηρούνται συμπαγείς βιοκροκίδες με σκοτεινότερο πυρήνα, που αποτελείται κυρίως από ανόργανη ύλη και μη βιοδιασπάσιμη οργανική ύλη. Οι εξωτερικές περιοχές αυτών των βιοκροκίδων αποτελούνται από ενεργούς μικροοργανισμούς. Ηλικίες ιλύος μικρότερες των 8 ημερών ευνοούν το σχηματισμό μικρών και χαλαρής δομής βιοκροκίδων, ενώ σε υψηλότερες ηλικίες μικροοργανισμών επικρατεί σχηματισμός μεγαλύτερων και πιο συμπαγών βιοκροκίδων (Knocke and Zentokovich, 1986; Jiwani et al., 1997). Η ύπαρξη συμπαγών και μεγαλύτερων βιοκροκίδων ευνοείται επίσης σε υψηλές συγκεντρώσεις διαλυμένου οξυγόνου (Wilen and Balmer, 1999).(Διερεύνηση τοξικότητας και μελέτη συμπεριφοράς χημικών μορφών μετάλλων σε συστήματα ενεργού ιλύος με έμφαση στο χρώμιο, Διδακτορική διατριβή Αθανάσιου Στασινάκη, 2002) 4.4 Προβλήματα Ενεργού Ιλύος Η πλέον διαδεδομένη δυσκολία που εμφανίζεται στην εφαρμογή της μεθόδου της ενεργού ιλύος είναι ο διαχωρισμός των στερεών από το καθαρό νερό στη δεξαμενή 26

27 καθίζησης. Η ικανότητα της ενεργού ιλύος στο διαχωρισμό των στερεών μετράται συνήθως με τη βοήθεια κάποιων δεικτών όπως ο ογκομετρικός δείκτης ιλύος, SVI (Sludge Volume Index), ο δείκτης SSVI (Stirred Sludge Volume Index), και ο δείκτης SDI (Sludge Density Index) από τους οποίους ευρύτερα διαδεδομένος είναι ο δείκτης SVI, που ορίζεται ως ο λόγος του όγκου που καταλαμβάνει η ιλύς, σε χιλιοστόλιτρα (ml) μετά από καθίζηση 30 λεπτών υπό συνθήκες ηρεμίας σε κύλινδρο 1 λίτρου, προς τη συγκέντρωση των στερεών της ιλύος σε γραμμάρια ανά λίτρο (gr/l). Όσο μικρότερος είναι ο δείκτης SVI, τόσο λιγότερα είναι τα προβλήματα καθιζησιμότητας της ιλύος (η ιλύς καθιζάνει ευκολότερα). Αντίθετα, όσο αυξάνει αυτός ο δείκτης, τόσο πιο έντονα γίνονται τα προβλήματα διαχωρισμού των στερεών από το υγρό (οριακά δε μπορεί και να μην παρατηρείται καθίζηση της ιλύος). Έτσι για τιμές του δείκτη SVI < ml/gr, η ιλύς θεωρείται ότι έχει καλή καθιζησιμότητα. Στις περιπτώσεις που ο δείκτης SVI ξεπερνά την τιμή 200 ml/gr, τότε η ιλύς έχει πολύ κακή καθιζησιμότητα. Συχνά, όταν ο δείκτης SVI είναι υψηλός μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένες εκτιμήσεις (π.χ. εξαιτίας του ανεπαρκούς διαχωρισμού της ιλύος από το υπερκείμενο υγρό, σε χρόνο 30 λεπτά). Για το λόγο αυτό τελευταία συνίσταται η χρήση του αραιωμένου δείκτη DSVI, ο οποίος προσδιορίζεται όπως ο SVI αλλά σε αραιωμένο δείγμα ιλύος. Τα προβλήματα διαχωρισμού, των στερεών στη δεξαμενή τελικής καθίζησης, χωρίζεται σε δύο βασικές κατηγορίες: α) Προβλήματα διαχωρισμού, που δεν οφείλονται στη διόγκωση της ιλύος (nonbulking problems) β) Προβλήματα διαχωρισμού που οφείλονται στη διόγκωση της ιλύος (bulking problems) Η πρώτη κατηγορία προβλημάτων αφορά την αδυναμία των μ/ο να σχηματίσουν κροκίδες, στην ύπαρξη μικρών, ασθενών κροκίδων, που δεν μπορούν να συσσωματωθούν (pin point floc), στην ανύψωση ενός στρώματος ιλύος προς την επιφάνεια της δεξαμενής τελικής καθίζησης και στη δημιουργία αφρού(foaming), αν και η τελευταία αυτή περίπτωση συνήθως σχετίζεται και παρατηρείται ταυτόχρονα με την διόγκωση της ιλύος. Η δεύτερη κατηγορία προβλημάτων αφορά τη διόγκωση της ιλύος και διαχωρίζεται σε περιπτώσεις, που η διόγκωση δεν οφείλεται στην ανάπτυξη των νηματοειδών οργανισμών (non-filamentous bulking) και στη διόγκωση της ιλύος που οφείλεται στην παρουσία των νηματοειδών οργανισμών (filamentous bulking). (Ανδρεαδάκης, 1995) Τα κυριότερα προβλήματα καθίζησης σε μια ΔΚ τα οποία δεν οφείλονται στη διόγκωση της ιλύος είναι τα ακόλουθα: α) Παρουσία κροκίδων βιομάζας πολύ μικρού μεγέθους (pin-point flocs), οι οποίες δεν καθιζάνουν εύκολα προκαλώντας τη θολότητα των επιφανειακών υγρών. 27

28 Αιτίες: i) η μικρή παραγωγή ορισμένων ενώσεων (π.χ. glycocalyx) από τα βακτηρίδια (που παρατηρείται σε συστήματα ΕΙ με μεγάλες ηλικίες λάσπης) ii) η πλήρη απουσία νηματοειδών (filamentous) βακτηριδίων, που σε μικρές συγκεντρώσεις βοηθούν την καθίζηση αποτελώντας τη «σπονδυλική στήλη» των κροκίδων, πάνω στην οποία προσκολλούνται οι κροκίδες μικρού μεγέθους ή iii) η διάσπαση των κροκίδων εξαιτίας των διατμητικών τάσεων που εξασκούνται σε αυτές από ακατάλληλες διατάξεις αερισμού ή ακατάλληλες αντλίες μεταφοράς της λάσπης.(βιολογικός καθαρισμός Αστικών Αποβλήτων, Α.Ι.Στάμου, 2004) Αποτελέσματα: Το συγκεκριμένο φαινόμενο συντελεί σε χαμηλό δείκτη καθιζησιμότητας της ιλύος (SVI) καθώς επίσης και θολή εκροή (λιγότερο θολή από ότι στην περίπτωση της διασπαρμένης ανάπτυξης). Επίσης παρατηρείται αποτυχία στη διατήρηση των MLSS της δεξαμενής αερισμού σε ικανοποιητικό επίπεδο.(jenkins et al, 1993) β) Ανύψωση της ιλύος που καθίζησε (rising sludge) επειδή οι κροκίδες της λάσπης έχουν μικρότερη πυκνότητα από αυτή του περιεχομένου (διαυγασμένα απόβλητα) της ΔΚ. Αιτίες: i) οι κροκίδες περιέχουν λάδια ή λίπη ii) η λάσπη εκλύει αέρια, που ανυψώνουν τις κροκίδες που καθιζάνουν. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα (που συναντάται σε συστήματα ΕΙ με μεγάλες ηλικίες λάσπης ή και σε απόβλητα με υψηλές θερμοκρασίες) είναι το φαινόμενο της ανεξέλεγκτης απονιτροποίησης κοντά στον πυθμένα μιας ΔΚ. Εκεί όπου δημιουργούνται κατάλληλες ανοξικές συνθήκες (έλλειψη DO, παρουσία νιτρικών και πηγής άνθρακα) με αποτέλεσμα την έκλυση αέριου αζώτου που ωθεί προς τη επιφάνεια τις κροκίδες της λάσπης και τη μείωση της απόδοσης του συστήματος (εξαιτίας της παρουσίας υψηλών συγκεντρώσεων SS και BOD στην εκροή). (Βιολογικός καθαρισμός Αστικών Αποβλήτων, Α.Ι.Στάμου, 2004) Αποτελέσματα: Ένα μικρό στρώμα ιλύος δημιουργείται στην επιφάνεια της δεξαμενής καθίζησης, το οποίο συχνά διαφεύγει με την εκροή. Κατά την ανύψωση του στρώματος της ιλύος παρουσιάζεται και πάλι θολερότητα στην τελική εκροή και υψηλή συγκέντρωση BOD 5. Τρόποι αντιμετώπισης: Μια λύση στο πρόβλημα της επίπλευσης της ιλύος αποτελεί η ελάττωση του χρόνου παραμονής της ιλύος στην δεξαμενή καθίζησης. 28

29 Η παρουσία των ελαίων και λιπών στις κροκίδες περιορίζεται με τη χρησιμοποίηση αποδοτικών διατάξεων απομάκρυνσης ελαίων και λιπών στις ΕΕΑΑ (π.χ. λιποσυλλέκτες), αλλά και με την απαγόρευση διοχέτευσης ελαίων και λιπών στο αποχετευτικό δίκτυο. Για την αποφυγή της ανεξέλεγκτης απονιτροποίησης απαιτείται η πραγματοποίησή της σε ελεγχόμενες συνθήκες. Η διαδικασία της απονιτροποίησης μαζί με τη διαδικασία της νιτροποίησης επιτυγχάνει τη βιολογική απομάκρυνση του αζώτου από τα απόβλητα. γ) Αφρισμός της ιλύος (sludge foaming), όπου εμφανίζονται στην επιφάνεια των ΔΑ και των ΔΚ ανοικτού χρώματος ελαφρείς αφροί ή σκούρου χρώματος (καφέ) πυκνοί αφροί. Αιτίες: Η πρώτη περίπτωση παρατηρείται συχνά κατά την περίοδο της αρχικής λειτουργίας της ΕΕΑΑ και οφείλεται συνήθως στην παρουσία απορρυπαντικού στη ΔΑ που δε διασπώνται βιολογικά. Οι αφροί αυτοί είναι ασταθείς με καταιονισμού νερού, χωρίς γενικά να αποτελούν πρόβλημα. Η δεύτερη περίπτωση οφείλεται στην παρουσία νηματοειδών βακτηρίων και ειδικότερα των Nocardia, αλλά και των Microthrix Parvicella, που αναπτύσσονται συνήθως σε μεγάλες ηλικίες λάσπης. Συνήθως, ευνοούνται και από την παρουσία λιπών και ελαίων και παράγουν αφρούς, που δε διαλύονται με τον καταιονισμό του νερού. Το πρόβλημα των αφρών εντείνεται και με την ανακυκλοφορία με την οποία ανακυκλοφορούνται στη ΔΑ νηματοειδείς μικροοργανισμοί, αλλά και αφροί. Αποτελέσματα: Ο σχηματισμός αφρού σε συστήματα ενεργού ιλύος μπορεί να επιφέρει μια σειρά προβλημάτων, όπως τη μεταφορά επιπλέον αφρού στην τελική εκροή της ενεργού ιλύος που συμβάλλει στην αύξηση των τιμών του BOD καθώς και στην παρουσία αιωρούμενων στερεών στην εκροή. Επιπλέον, ο σχηματισμός αφρού προκαλεί προβλήματα στους αναερόβιους χωνευτές και συμβάλλει στη δημιουργία ενοχλητικών οσμών ιδιαίτερα σε περιπτώσεις θερμών κλιμάτων. Τέλος μπορεί να προκαλέσει προβλήματα στην υγεία των ατόμων που εργάζονται στη μονάδα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, είτε διαφεύγοντας από την επιφάνεια των δεξαμενών προς τους διαδρόμους διάβασης, οπότε και δημιουργεί ένα στρώμα γλίτσας που είναι επικίνδυνο, είτε λόγω της εμφάνισης παθογόνων μικροοργανισμών όπως του Nocardia asteroids. Τρόποι αντιμετώπισης: Ο βασικότερος τρόπος αντιμετώπισης της ανάπτυξης των Nocardia είναι η μείωση της ηλικίας λάσπης, μέθοδος που φυσικά δεν μπορεί να εφαρμοστεί στα συστήματα παρατεταμένου αερισμού, όπου η μείωση της ηλικίας λάσπης μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή μη-σταθεροποιημένης λάσπης. Ως εναλλακτικοί μέθοδοι αντιμετώπισης θεωρούνται (α) η διοχέτευση χλωρίου επιλεκτικά στους αφρούς και σε συγκεντρώσεις mg/l και (β) η χρησιμοποίηση ΔΕΒ. (Βιολογικός καθαρισμός Αστικών Αποβλήτων, Α.Ι.Στάμου, 2004) 29

30 Τα κυριότερα προβλήματα καθίζησης σε μια ΔΚ τα οποία οφείλονται στη διόγκωση της ιλύος είναι τα παρακάτω: α) Διόγκωση ιλύος (sludge bulking) που οφείλεται στην ανάπτυξη νηματοειδών οργανισμών. Είναι η περίπτωση διόγκωσης της ιλύος η οποία εμφανίζεται στις περισσότερες περιπτώσεις διόγκωσης ιλύος που έχουν παρατηρηθεί παγκόσμια, αλλά και στην Ελλάδα. Σε αυτή την περίπτωση η λάσπη έχει μεγάλες τιμές SVI και καταλαμβάνει έτσι μεγάλο όγκο στις ΔΑ ή ΑΟΔ ή στις ΔΚ χωρίς να μπορεί να καθιζήσει σε εύλογο χρονικό διάστημα. Αιτίες: Η παρουσία και ανάπτυξη των νηματοειδών βακτηριδίων ευνοείται σύμφωνα με τους Jenkins et al από (α) χαμηλές συγκεντρώσεις DO (Type 1701 και Microthrix Parvicella), (β) μεγάλες ηλικίες λάσπης ή μικρούς λόγους F/M (Thiotrix, Microthrix Parvicella και Type 1701), που παρατηρούνται στα συστήματα παρατεταμένου αερισμού, (γ) παρουσία ενώσεων θείου σε υψηλές συγκεντρώσεις, π.χ. από βοθρολύματα (Thiotrix), (δ) έλλειψη θρεπτικών συστατικών (αζώτου και φωσφόρου) και (ε) μικρές τιμές ph (Type 1701). Αποτελέσματα: Μειώνεται η ταχύτητα καθίζησης. Σε σοβαρές περιπτώσεις, ουσιαστικά δεν υπάρχει διαχωρισμός των στερεών από το υγρό, με αποτέλεσμα την υπερχείλιση στρώματος κροκίδων από την δεξαμενή καθίζησης. Μερικές φορές εμφανίζεται και παχύρρευστος αφρός στην επιφάνεια της δεξαμενής. Τρόποι αντιμετώπισης: Η αντιμετώπιση του προβλήματος της διόγκωσης της λάσπης εξαιτίας της παρουσίας νηματοειδών βακτηριδίων μπορεί να γίνει κατά το σχεδιασμό, αλλά και κατά τη λειτουργία μιας ΕΕΑΑ. Κατά το σχεδιασμό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας ΒΑ, που προηγείται των κυρίως ΒΑ, στον οποίο οι συνθήκες που επικρατούν αποθαρρύνουν και εμποδίζουν την ανάπτυξη των νηματοειδών βακτηριδίων (Δεξαμενή Επιλογής Βακτηριδίων, ΔΕΒ). Οι ΔΕΒ δεν είναι γενικά αποτελεσματικές για τον έλεγχο της Microthrix Parvicella. Κατά τη λειτουργία μπορεί να αντιμετωπιστεί δραστικά με τη διοχέτευση χλωρίου ή υπεροξειδίου του υδρογόνου, που δρουν τοξικά καταστρέφοντας τα κύτταρα των νηματοειδών βακτηριδίων. Η χρησιμοποίηση χλωρίου είναι περισσότερο οικονομική από αυτή του υπεροξειδίου του υδρογόνου, αλλά η δεύτερη είναι περισσότερο αποτελεσματική στις περιπτώσεις που η ανάπτυξη των νηματοειδών μικροοργανισμοί που δημιουργούν το πρόβλημα της διόγκωσης οφείλεται σε χαμηλές συγκεντρώσεις DO. Επίσης, ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στις εφαρμοζόμενες συγκεντρώσεις του χλωρίου, γιατί όταν αυτές είναι μεγάλες μπορεί να καταστρέψουν όχι μόνο τους νηματοειδείς μικροοργανισμοί, άλλα και τους μικροοργανισμοί οι οποίοι δημιουργούν τις κροκίδες της βιομάζας. Η 30

31 χρησιμοποίηση του χλωρίου είναι περισσότερο αποτελεσματική για τον έλεγχο της Thiotrix και λιγότερο της Microthrix Parvicella. Η διοχέτευση των χημικών μπορεί να γίνει σε κατάλληλες θέσεις, όπως π.χ. στη γραμμή ανακυκλοφορίας της λάσπης ή του ανάμικτου υγρού σε φρεάτια, σε υπερχειλιστές ή και σε άλλες θέσεις. Τονίζεται πάντως, το μειονέκτημα του χλωρίου να δημιουργεί ενώσεις με τα οργανικά συστατικά των αποβλήτων, οι οποίες είναι τοξικές. (Βιολογικός καθαρισμός Αστικών Αποβλήτων, Α.Ι.Στάμου, 2004) β) Διόγκωση ιλύος που δεν οφείλεται στην ανάπτυξη νηματοειδών οργανισμών ή ιξώδης διόγκωση. Σε αυτές τις περιπτώσεις η διόγκωση της λάσπης μπορεί να οφείλεται στην έκλυση από τα βακτηρίδια της βιομάζας μεγάλων ποσοτήτων εξωκυτταρικού πρωτοπλάσματος που έχει την ιδιότητα να κατακρατεί μεγάλες ποσότητες νερού με αποτέλεσμα η βιομάζα να είναι υδαρής (hydrous) και να μην καθιζάνει εύκολα (hydrous ή viscous ή non-filamentous bulking Αιτίες: (α) μικρές ηλικίες λάσπης, (β) παροχή αερισμού μεγαλύτερης της αναγκαίας και (γ) παρουσία τοξικών. Αποτελέσματα: Υψηλός δείκτης SVI.Πολύ καθαρή εκροή, χαμηλές συγκεντρώσεις της ιλύος στον πυθμένα της δεξαμενής τελικής καθίζησης.σε σοβαρές περιπτώσεις, το στρώμα της ιλύος υπερχειλίζει από την δεξαμενή τελικής καθίζησης. Συμπερασματικά και με βάση όσα αναφέρθηκαν προηγουμένως για την εξασφάλιση καλής καθίζησης της παραγόμενης λάσπης συνιστάται κατά το σχεδιασμό μιας ΕΕΑΑ να λαμβάνονται τα απαραίτητα μέτρα για την αποφυγή, πρόληψη και αντιμετώπιση των προβλημάτων που αναφέρθηκαν. Τα μέτρα αυτά είναι συνοπτικά τα ακόλουθα: (α) Χρησιμοποίηση αποτελεσματικών διατάξεων λιποσυλλογής. (β) Χρησιμοποίηση κατάλληλων συστημάτων αερισμού και άντλησης της λάσπης. (γ) Πραγματοποίηση ελεγχόμενης απονιτροποίησης και (δ) Χρησιμοποίηση ΔΕΒ για τον εμποδισμό της ανάπτυξης των νηματοειδών βακτηριδίων. (Βιολογικός καθαρισμός Αστικών Αποβλήτων, Α.Ι.Στάμου, 2004) Ειδικότερα στην περίπτωση που πρέπει να αντιμετωπιστούν οι συνέπειες που προκαλεί το πρόβλημα της νηματοειδούς διόγκωσης, είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν τρεις μέθοδοι. 1. Χειρισμός ιλύος ανακυκλοφορίας (RAS). Η διόγκωση της ιλύος προκαλεί μείωση των αιωρούμενων στερεών στην ιλύ της ανακυκλοφορίας. Για να διατηρηθεί η συγκέντρωση τους σε ικανοποιητικά επίπεδα αυξάνεται ο ρυθμός επιστροφής της ιλύος. 31

32 2. Προσθήκη χημικών για βελτίωση της καθίζησης. Χρησιμοποιούνται συνθετικά πολυμερή υψηλού μοριακού βάρους (κυρίως άλατα σιδήρου και αργιλίου) που δεν ευνοούν τη γεφύρωση μεταξύ των βιοκροκίδων καθώς και τη διάχυτη χαλαρή δομή αυτών. Η χρήση των συνθετικών πολυμερών δεν αυξάνει σημαντικά τη μάζα της ιλύος. Τα πολυμερή προστίθενται στο ανάμεικτο υγρό καθώς αυτό κατευθύνεται προς τη δεξαμενή καθίζησης ή στο μέσο της δεξαμενής αερισμού. 3. Χρήση χημικών για επιλεκτική εξόντωση των νηματοειδών μικροοργανισμών Στην περίπτωση αυτή, χρησιμοποιείται κυρίως χλώριο ή υπεροξείδιο του υδρογόνου. Οι νηματοειδείς μικροοργανισμοί, για το λόγο ότι εκτείνονται και εκτός των βιοκροκίδων, είναι περισσότερο εκτεθειμένοι σε τοξικά χημικά από τους μικροοργανισμούς που βρίσκονται επάνω ή εντός των βιοκροκίδων. Η προσθήκη χλωρίου γίνεται είτε απευθείας στη δεξαμενή αερισμού, είτε στην ιλύ της ανακυκλοφορίας. (Gray, 1990) 4.5 Βιολογική Απομάκρυνση Θρεπτικών Η παρουσία ενώσεων αζώτου και φωσφόρου στα εισερχόμενα λύματα και η συμβολή τους στο φαινόμενο του ευτροφισμού, καθιστούν συχνά αναγκαία την απομάκρυνση τους κατά την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων. Από τις διαδεδομένες μεθόδους απομάκρυνσης των ενώσεων του αζώτου σε μονάδες ενεργού ιλύος είναι η βιολογική νιτροποίηση και απονιτροποίησή τους, που επιτυγχάνεται με την εναλλαγή αερόβιων και ανοξικών συνθηκών. Σε ότι αφορά στις ενώσεις του φωσφόρου, συχνή είναι η βιολογική απομάκρυνσή τους σε συστήματα που περιλαμβάνουν και αναερόβιες δεξαμενές Άζωτο Στο αποχετευτικό δίκτυο το οργανικό άζωτο γρήγορα μετατρέπεται σε ουρία και αυτή με την σειρά της υδρολύεται σε αμμωνία. Στις μονάδες ενεργού ιλύος, η αμμωνία σε ένα μικρό ποσοστό χρησιμοποιείται στη σύνθεση των ετερότροφων μικροοργανισμών, ενώ το υπόλοιπο τμήμα της οξειδώνεται από τα αυτότροφα νιτροποιά βακτήρια μέσω της διεργασίας της νιτροποίησης (Σχήμα 4.3). 32

33 Σχήμα 4.3 Απεικόνιση μετατροπής των ενώσεων του αζώτου, σε σύστημα ενεργού ιλύος που πραγματοποιεί νιτροποίηση απονιτροποίηση (Crites and Tchobanoglous, 1998) Η μικροβιακή οξείδωση της αμμωνίας πραγματοποιείται σε δύο στάδια. Σε καθένα από αυτά εμπλέκονται διαφορετικά είδη χημειοαυτότροφων νιτροποιητών, που χρησιμοποιούν το CO 2 ως πηγή άνθρακα για τη βιοσύνθεση και την οξείδωση των ενώσεων του αζώτου ως πηγή ενέργειας. Κατά το πρώτο στάδιο, που καταλύεται από το γένος Nitrosomonas, συντελείται οξείδωση των αμμωνιακών ιόντων σε νιτρώδη. NH O 2 NO H + + H 2 O (4.1) Κατά το δεύτερο στάδιο, που καταλύεται από το γένος Nitrobacter, τα νιτρώδη οξειδώνονται σε νιτρικά: ΝΟ Ο 2 ΝΟ 3 - (4.2) Οι νιτροποιητές είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι μικροοργανισμοί με συνέπεια η νιτροποίηση να επηρεάζεται από μια σειρά παραγόντων, όπως τη συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου, την ηλικία της ιλύος, τις τιμές της θερμοκρασίας και του ph, την ύπαρξη τοξικών ουσιών στα απόβλητα (Gray, 1990). Συγκεκριμένα, το διαλυμένο οξυγόνο χρησιμοποιείται ως τελικός δέκτης ηλεκτρονίων από τους νιτροποιητές, με συνέπεια συγκεντρώσεις διαλυμένου οξυγόνου μικρότερες του 1 mg l -1 να αναχαιτίζουν τη νιτροποίηση (Crites and Tchobanoglou, 1998). Σε ότι αφορά στην επίδραση της θερμοκρασίας έχει αναφερθεί ότι η μέγιστη ειδική ταχύτητα αύξησης των βακτηρίων Nitrosomonas αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, στο εύρος τιμών C (Antoniou et al., 1990). Επίσης, μέγιστη ταχύτητα νιτροποίησης επιτυγχάνεται σε τιμές ph μεταξύ (Crites and Tchobanoglous, 1998). Επειδή 33

34 οι νιτροποιητές παρουσιάζουν χαμηλούς ρυθμούς αύξησης, αύξηση της ηλικίας της ιλύος αυξάνει και το ποσοστό νιτροποίησης (Dincer and Kargi, 2000). Τέλος εξαιτίας της μεγαλύτερης ευαισθησίας των νιτροποιητών στην παρουσία τοξικών ουσιών σε σχέση με τους ετερότροφους οργανισμούς, η νιτροποίηση αποτελεί συχνά την πρώτη βιολογική διεργασία που αναχαιτίζεται σε περιπτώσεις συνεπεξεργασίας αστικών και βιομηχανικών αποβλήτων. Μέσω της διεργασίας της νιτροποίησης που περιγράφηκε παραπάνω, η αμμωνία μετατρέπεται σε νιτρικά. Η μετατροπή των νιτρικών σε αέριο άζωτο επιτυγχάνεται μέσω της διεργασίας της απονιτροποίησης (Σχήμα 4.3). Ως απονιτροποίηση ορίζεται η αναγωγή των νιτρικών σε αέριο άζωτο, διεργασία που ακολουθεί τέσσερα στάδια (Paynes, 1973): NO 3 - NO 2 - NO N 2 O N 2 (4.3) Στη συγκεκριμένη διεργασία που πραγματοποιείται από ετερότροφα, απονιτροποιά βακτήρια, η διάσπαση των οργανικών ενώσεων ακολουθεί τις ίδιες βιοχημικές αντιδράσεις με την αερόβια αναπνοή με τη διαφορά ότι τελικός αποδέκτης των ηλεκτρονίων είναι το νιτρικό άζωτο. Τα απονιτροποιά βακτήρια αποκτούν την απαραίτητη ενέργεια για την αύξησή τους από την αναγωγή των νιτρικών, ενώ παράλληλα χρησιμοποιούν μια πηγή άνθρακα για την σύνθεση των κυττάρων τους (Crites and Tchobanoglous, 1998). Για την μετατροπή των νιτρικών σε αέριο άζωτο, κατασκευάζονται συνήθως ανοξικοί αντιδραστήρες στην αρχή των μονάδων ενεργού ιλύος. Σε μονάδες που δεν υπάρχουν οι συγκεκριμένοι αντιδραστήρες, απονιτροποίηση είναι πιθανόν να πραγματοποιείται στον πυθμένα των δεξαμενών καθίζησης. Ως αποτέλεσμα, αέριο άζωτο απελευθερώνεται και εισέρχεται στις βιοκροκίδες, αναγκάζοντάς αυτές να ανυψωθούν στην επιφάνεια των δεξαμενών καθίζησης. Οι κυριότεροι παράγοντες που καθορίζουν την ανύψωση ή όχι της ιλύος είναι ο ρυθμός απονιτροποίησης και ο υδραυλικός χρόνος παραμονής στη δεξαμενή καθίζησης. Η κρίσιμη συγκέντρωση νιτρικών πάνω από την οποία συνδυασμό με τους παραπάνω παράγοντες είναι πιθανή η εμφάνιση του φαινομένου της επίπλευσης της ιλύος είναι 6 8 mg NO 3 N l -1 για θερμοκρασία 20 0 C Φώσφορος Ο φώσφορος στα εισερχόμενα απόβλητα εμφανίζεται κυρίως ως ανόργανος φώσφορος (πολυφωσφορικές ρίζες). Η βιολογική απομάκρυνση του ανόργανου φωσφόρου επιτυγχάνεται με τη διαδοχή αναερόβιων αερόβιων συνθηκών, που υποβοηθά την ανάπτυξη αερόβιων βακτηρίων με μεγαλύτερη ικανότητα ενδοκυτταρικής αποθήκευσης φωσφόρου (πολυφωσφορικά βακτήρια). Τα συγκεκριμένα βακτήρια, υπό αναερόβιες συνθήκες, προσροφούν απλές οργανικές ενώσεις και τις αποθηκεύουν ενδοκυτταρικά. Η ενέργεια που απαιτείται για την προσρόφηση και αποθήκευση των συγκεκριμένων οργανικών ενώσεων παρέχεται από υδρόλυση των πολυφωσφορικών ενώσεων σε ορθοφωσφορικές. Όταν βρεθούν σε αερόβιες συνθήκες, τα πολυφωσφορικά βακτήρια παράγουν ενέργεια για τη σύνθεση νέας βιομάζας και για την προσρόφηση των ορθοφωσφορικών ενώσεων (Pitt, 1988). 34

35 Αύξηση στο ποσό του διαθέσιμου υποστρώματος για τα πολυφωσφορικά βακτήρια έχει θετική επίδραση στη βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου, διότι συμβάλλει στην παραγωγή υψηλότερου αριθμού πολυφωσφορικών βακτηρίων και κατά συνέπεια αυξάνει το ολικό περιεχόμενο του φωσφόρου στη βιομάζα. Σύμφωνα με τους Marais et al. (1983), για να πραγματοποιηθεί απελευθέρωση του φωσφόρου στην αναερόβια ζώνη απαιτείται ελάχιστη συγκέντρωση 25 mg l -1 εύκολα βιοδιασπάσιμου υποστρώματος. Η εισαγωγή νιτρικών, νιτρωδών ή οξυγόνου στην αναερόβια ζώνη έχει αρνητική επίδραση στην απομάκρυνση του φωσφόρου, διότι μειώνει το ποσό του διαθέσιμου εύκολα βιοδιασπάσιμου COD στα πολυφωσφορικά βακτήρια (Pitman et al 1983). Η ηλικία ιλύος (θ c ) δεν φαίνεται να έχει σημαντική επίδραση στη βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου, σε συστήματα που δεν νιτροποιούν και λειτουργούν με ηλικίες ιλύος μεγαλύτερες των 2.9 ημερών. Σε χαμηλότερες όμως ηλικίες ιλύος, η ικανότητα βιολογικής απομάκρυνσης του φωσφόρου μπορεί να χαθεί (Mamais, 1991). Η σχέση της θερμοκρασίας με τις μέγιστες ταχύτητες αναερόβιας πρόσληψης διαλυτών οργανικών ενώσεων, αναερόβιας απελευθέρωσης διαλυτού φωσφόρου και αερόβιας απομάκρυνσης διαλυτού φωσφόρου περιγράφεται από την εξίσωση Arrhenius για τις θερμοκρασίες μεταξύ C. Μέγιστη ταχύτητα απομάκρυνσης διαλυτού φωσφόρου παρατηρείται σε θερμοκρασίες μεταξύ C (Mamais, 1991). 4.6 Γενικά χαρακτηριστικά του παρατεταμένου αερισμού(πα) Η μέθοδος του παρατεταμένου αερισμού (ΠΑ) αποτελεί μια παραλλαγή του συστήματος της ΕΙ, όπου οι μικροοργανισμοί βρίσκονται στη φάση της ενδογενούς αναπνοής. Η μέθοδος του ΠΑ παρουσιάζει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά. 1) Οι μικροοργανισμοί βρίσκονται σε μεγάλες σχετικά συγκεντρώσεις στη ΔΑ. Συνήθως Τ=3-6 kg/m 3 2) Οι ρυθμοί κατανάλωσης των οργανικών ουσιών (Β) από τους μικροοργανισμοί είναι πολύ αργοί, δηλαδή οι μικροοργανισμοί έχουν παραμείνει για μεγάλο χρονικό διάστημα στη ΔΑ (έχουν μεγάλες ηλικίες λάσπης) και υπάρχουν μικρές ποσότητες τροφής διαθέσιμες στη μάζα των μικροοργανισμοί με αποτέλεσμα την αργή τους ανάπτυξη. Οι αργοί ρυθμοί κατανάλωσης των οργανικών από τους μικροοργανισμοί και οι αργοί ρυθμοί ανάπτυξης των μικροοργανισμοί αντιστοιχούν σε μικρές τιμές οργανικής φόρτισης (ΟΦ) δηλαδή από ( kg BOD 5 /m 3 ΔΑ), μικρές τιμές F/M ( kg BOD 5 /kg MLVSS d) και με μεγάλες ηλικίες λάσπης 3) Οι μικρές τιμές των ΟΦ και F/M επιτυγχάνονται με την εφαρμογή μεγάλων όγκων ΔΑ (V ΔΑ ), οι οποίοι οδηγούν σε υψηλές τιμές υδραυλικών χρόνων παραμονής (18-36 ώρες). Οι μεγάλες τιμές όγκων έχουν ως αποτέλεσμα την αύξηση (α) του κόστους κατασκευής των ΔΑ, (β) του κόστους των διατάξεων αερισμού και (γ) του κόστους λειτουργίας (αερισμού). Παράλληλα όμως, υπάρχει μεγάλη ανθεκτικότητα του συστήματος σε μεταβολές των χαρακτηριστικών των αποβλήτων (παροχή και ρυπαντικά φορτία), εξαιτίας των μεγάλων όγκων. (4) Εξαιτίας των μεγάλων ηλικιών λάσπης (α) πραγματοποιείται πλήρης νιτροποίηση στη ΔΑ, (β) οι παραγόμενες ποσότητες λάσπης είναι πολύ μικρές και (γ) η περίσσεια λάσπης είναι σταθεροποιημένη και απαιτεί μόνο πάχυνση και αφυφάτωση. 35

36 (5) Η πραγματοποίηση πλήρους νιτροποίησης στη ΔΑ οδηγεί συχνά στη δημιουργία ανοξικών συνθηκών στη ΔΚ, όπου μπορεί να πραγματοποιηθεί ανεξέλεγκτη απονιτροποίηση δηλαδή έκλυση αερίου αζώτου με αποτέλεσμα την ανύψωση της λάσπης. Για να αποφευχθεί αυτό απαιτείται η πραγματοποίηση απονιτροποίησης σε ελεγχόμενες συνθήκες. (6) Έχει παρατηρηθεί συχνά στα συστήματα ΠΑ το φαινόμενο της διόγκωσης της λάσπης, που δυσχεραίνει την καθίζηση της βιομάζας στη ΔΔΚ. Για την αντιμετώπιση του πιθανού να εμφανιστεί φαινομένου αυτού, απαιτείται συχνά η χρησιμοποίηση δεξαμενής επιλογής βακτηριδίων (ΔΕΒ), αλλά και ο σχεδιασμός των ΔΚ με συντηρητικά κριτήρια, που οδηγούν σε μεγάλες σχετικά επιφάνειες και βάθη. (7) Εξαιτίας των υψηλών ηλικιών λάσπης, η απόδοση των συστημάτων ΠΑ αναμένεται συνήθως να είναι πολύ υψηλή. Η απομάκρυνση του BOD φτάνει συχνά το 98% και του αζώτου (με νιτροποίηση-απονιτροποίηση) το 90%. Παράλληλα, υπάρχει και η δυνατότητα βιολογικής απομάκρυνσης του φωσφόρου σε υψηλά ποσοστά.( Βιολογικός Καθαρισμός Αστικών Αποβλήτων, Α.Ι.Στάμου, 2004) 36

37 5 Μονάδα επεξεργασίας λυμάτων της πόλης της Μυτιλήνης 5.1 Το δίκτυο της πόλης Σύστημα αποχέτευσης της πόλης Τα συστήματα αποχέτευσης όμβριων και ακαθάρτων Διακρίνονται σε: 1. Χωριστικό σύστημα. Περιλαμβάνει ξεχωριστό δίκτυο αγωγών συλλογής και μεταφοράς των ακάθαρτων στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας (ή τον αποδέκτη) και ξεχωριστό δίκτυο συλλογής και μεταφοράς των όμβριων. 2. Παντορροικό σύστημα. Περιλαμβάνει κοινό δίκτυο όμβριων και ακάθαρτων. 3. Μικτό σύστημα. Μέρος της αποχετευμένης περιοχής εξυπηρετείται με χωριστικό και μέρος με παντορροικό. Το δίκτυο της πόλης της Μυτιλήνης είναι μικτό ή παντορροικό, αλλά μετά τα μελλοντικά έργα που θα κατασκευαστούν το δίκτυο πρόκειται να γίνει χωριστικό στο μεγαλύτερο τμήμα του. Τα λύματα τμήματος της πόλης διοχετεύονται προς τον κεντρικό συλλεκτήρα της οδού Ελ. Βενιζέλου που καταλήγει στο αντλιοστάσιο του Πάρκου (Καραπαναγιώτη). Από εκεί τα λύματα με καταθλιπτικό αγωγό διοχετεύονται προς τον κεντρικό συλλεκτήρα των οδών Π.Βοστάνη Καβέτσου Π.Κουντουριώτη, ο οποίος και καταλήγει στο αντλιοστάσιο Λιμένος. Από το σημείο αυτό τα λύματα διοχετεύονται προς τον Κεντρικό Αποχετευτικό Αγωγό (Κ.Α.Α.), ο οποίος έχει μήκος 385μ. και καταλήγει στο αντλιοστάσιο της ΔΕΗ. Τα λύματα στη συνέχεια διοχετεύονται στη Μ.Ε.Λ. με καταθλιπτικό αγωγό μήκους 1320 μ. Και διαμέτρου Φ600. Ακόμη, στο φρεάτιο εισόδου της Μ.Ε.Λ. εκτός από τον καταθλιπτικό αγωγό της πόλης της Μυτιλήνη, καταλήγουν και δύο καταθλιπτικοί αγωγοί Φ150 ο καθένας από τα δημοτικά διαμερίσματα Μόριας, Παμφίλων, Αφάλωνα και Παναγιούδας, καθώς και οι καταθλιπτικοί αγωγοί από τα βοθρολύματα και τα στραγγίδια. Τα λύματα που φθάνουν στη συγκεκριμένη Μ.Ε.Λ. είναι αστικά και δεν αναμιγνύονται με βιομηχανικά λύματα. Επίσης εκτός από τα αστικά λύματα η Μ.Ε.Λ. Μυτιλήνης δέχεται και μικρή ποσότητα βοθρολυμάτων, η οποία ανέρχεται περίπου σε 150m 3 / ημέρα Κάλυψη αποχετευτικού δικτύου Μυτιλήνης Το 60% της πόλης της Μυτιλήνης έχει κατασκευασμένο αποχετευτικό δίκτυο. Όμως τα λύματα του 50% της πόλης οδηγούνται για επεξεργασία στη μονάδα επεξεργασίας λυμάτων της πόλης της Μυτιλήνης. Τα λύματα του υπόλοιπου 10% της πόλης οδηγούνται στο δίκτυο όμβριων. Κάποια ποσότητα από τα τελευταία οδηγείται στη μονάδα επεξεργασίας λυμάτων ενώ κάποια στο θαλάσσιο αποδέκτη. 37

38 Σχήμα 5.1: Στην παραπάνω κάτοψη η περιοχή που εκτελείται από δίκτυα χωριστικού τύπου είναι χρωματισμένη με το ανοικτό και σκούρο κίτρινο χρώμα. 38

39 Πίνακας 5.1 Κάλυψη δικτύων Δ.Ε.Υ.Α. Μυτιλήνης ΕΚΤΑΣΗ ΠΟΛΗΣ ΕΚΤΕΛΕΣΜΕΝΑ ΔΙΚΤΥΑ ΑΝΕΚΤΕΛΕΣΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΕΚΤΑΡΙΑ ΕΚΤΑΡΙΑ ΠΟΣΟΣΤΟ ΕΚΤΑΡΙΑ ΠΟΣΟΣΤΟ % % ΚΑΛΥΨΗ ΔΙΚΤΥΩΝ Δ.Ε.ΥΑ. ΜΥΤΙΛΗΝΗΣ ΚΑΛΥΨΗ ΕΚΤΕΛΕΣΜΕΝΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ 40% 60% ΕΚΤΕΛΕΣΜΕΝΑ ΔΙΚΤΥΑ ΑΝΕΚΤΕΛΕΣΤΑ ΔΙΚΤΥΑ 80% 20% ΜΟΠ ΤΑΜΕΙΟ ΣΥΝΟΧΗΣ I,II Σχήμα 5.2: ποσοστό κάλυψης Δ.Ε.Υ.Α. Μυτιλήνης Σχήμα 5.3: ποσοστό κάλυψης εκτελεσμένων δικτύων από Κοινοτικά χρηματοδοτικά Προγράμματα ΜΟΠ (Μεσογειακά ολοκληρωμένα Προγράμματα) 39

40 5.2 Γενικά στοιχεία της Μ.Ε.Λ. Μυτιλήνης Η Μ.Ε.Λ. Μυτιλήνης έχει κατασκευαστεί στη θέση Μαυροβουνίου (Καρά Τεπέ) του Δήμου Μυτιλήνης της νήσου Λέσβου. Η περιοχή αυτή βρίσκεται βόρεια της Μυτιλήνης σε απόσταση 1,5 χλμ. από τα όρια της πόλης και σε απόσταση 170 μ. Από την εθνική οδό Μυτιλήνης Θερμής. Το Μάιο του1994 εκδόθηκε από τη διεύθυνση περιβάλλοντος του Υπουργείου Περιβάλλοντος Χωροταξίας και Δημοσίων Έργων (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.) η προέγκριση χωροθέτησης για το έργο αυτό. Το 1995 εκδόθηκε κοινή απόφαση από το Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. και το Υπουργείο Εσωτερικών, που όριζε τους περιβαλλοντικούς όρους για το έργο της Μ.Ε.Λ. Μυτιλήνης. Η σύμβαση για την κατασκευή του έργου υπογράφηκε το 1997 και η λειτουργία του ξεκίνησε το Οι εγκαταστάσεις επεξεργασίας και διάθεσης λυμάτων χρηματοδοτήθηκαν από το Ταμείο Συνοχής ως τμήμα του έργου «Ύδρευση Αποχέτευση και εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων στο Δήμο Μυτιλήνης». Η Μ.Ε.Λ. Μυτιλήνης σχεδιάστηκε ώστε να εξυπηρετεί συγκεκριμένο αριθμό κατοίκων και τα επεξεργασμένα λύματα να έχουν τα παρακάτω χαρακτηριστικά. Πίνακας 5.2 (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε, 1994.) Αρχική φάση Τελική φάση Χειμώνας Καλοκαίρι Χειμώνας Καλοκαίρι Εξυπηρετούμενος πληθυσμός Παροχή m 3 /d BOD kg/d SS kg/d Ολικό άζωτο kg/d Ολικός φώσφορος kg/d Ως αποδέκτης των επεξεργασμένων λυμάτων ορίζεται η θαλάσσια περιοχή του «Στενού Μυτιλήνης». Η θαλάσσια αυτή περιοχή εκτείνεται μεταξύ των χώρων κατασκευής του έργου και του Ακρωτηρίου Ασφάλη ανοικτά του όρμου, ιδιοκτησίας Ν.Σάλτα και 52 0 ως προς το Βορρά. Για τον επαρκή έλεγχο των χαρακτηριστικών των επεξεργασμένων λυμάτων υπάρχει φρεάτιο δειγματοληψίας πριν από την είσοδο των λυμάτων στον υποθαλάσσιο αγωγό. Η διάθεση των επεξεργασμένων λυμάτων στη θάλασσα γίνεται κατά κανόνα με διαχυτήρες, που τοποθετούνται σε κατάλληλο βάθος και απόσταση από την ακτή. Με κατάλληλο σχεδιασμό και πάντα σε σχέση με τα χαρακτηριστικά του αποδέκτη, επιτυγχάνεται υψηλός βαθμός αραίωσης των επεξεργασμένων λυμάτων. Η κύρια παράμετρος κατά το σχεδιασμό έργων διάθεσης σε θαλάσσιους αποδέκτες είναι ο προσδιορισμός της επιθυμητής ποιοτικής σύστασης του συγκεκριμένου αποδέκτη. Τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του αποδέκτη καθορίζονται με βάση τις χρήσεις που προβλέπονται από την περιοχή διάθεσης και τις κοντινές ακτές. Οι ακτές στην 40

41 ευρύτερη περιοχή χρησιμοποιούνται κύρια για σκοπούς αναψυχής, γι αυτό θεωρήθηκε σκόπιμο το έργο διάθεσης να εξασφαλίζει: 1. Της διατήρηση μιας αισθητικά αποδεκτής κατάστασης που επιτρέπει στη χρήση της περιοχής για ψυχαγωγικούς σκοπούς και δεν επηρεάζει τον τουρισμό. 2. Τη διατήρηση ενός ικανοποιητικού επιπέδου ιχθυοπαραγωγής. Η Κοινοτική οδηγία 91/271 αναφέρεται στις απαιτήσεις εκροής από εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων και κάνει διάκριση μεταξύ «ευαίσθητων» και «λιγότερο ευαίσθητων» περιοχών. Στις ευαίσθητες περιοχές πέραν της αφαίρεσης οργανικού φορτίου προδιαγράφει και την απομάκρυνση των θρεπτικών. Κρίθηκε εύλογο ότι η θαλάσσια περιοχή εκβολής του Στενού Μυτιλήνης να καταλήγει στις ευαίσθητες περιοχές και πλέον του οργανικού φορτίου να σχεδιαστεί και για αφαίρεση θρεπτικών. Η Κοινοτική οδηγία προδιαγράφει τις παρακάτω απαιτήσεις, καθώς και τους όρους δειγματοληψίας και ελέγχου των απαιτήσεων. Πίνακας 5.3 Παράμετρος Συγκέντρωση (mg/l) BOD 20 COD 80 SS 25 Ολικό άζωτο 10 Αμμωνιακό άζωτο 2 Ολικός φώσφορος 5 Θεωρώντας ότι η ποιότητα των νερών στην περιοχή διάθεσης θα πρέπει να είναι κατάλληλη για κολύμβηση, οι εκροές πρέπει να ικανοποιούν τις απαιτήσεις της Υπουργικής απόφασης 46399/1352 (ΦΕΚ/Β/438-3/7/1986), που φαίνονται παρακάτω: 41

42 Πίνακας 5.4 Παράμετροι Επιθυμητό Όριο Ανώτατο επιτρεπόμενο όριο Σύνολο κoλοβακτηριοειδών ανά 100 ml Κολοβακτηρίδια ανά 100 ml Εντερόκκοκοι ανά 100 ml Σαλμονέλες ανά 100 ml - 0 Εντεροιοί ανά 10 l - 0 ph μονάδες - 6,6-8,5 ( * ) Χρώμα Όχι ασυνήθιστη μεταβολή χρώματος (*) Ορυκτά Έλαια, mg/l 0,3 Χωρίς ορατή μεμβράνη στην επιφάνεια του νερού και χωρίς οσμή Επιφανειακά ενεργές ουσίες που αντιδρούν με κυανού του μεθυλίου mg/l LAS 0,3 Αφρός που δεν διαρκεί Φαινόλες / δείκτης φαινόλης mg/l 0,005 0,05 CSH5OH Διαφάνεια, m 5 2 (*) Διαλυμένο οξυγόνο, % συγκέντρωσης κορεσμού Ο 2 Πισσώδη κατάλοιπα και επιπλέοντα υλικά απουσία Με την υπάρχουσα σχετική απόφαση Νομάρχη Λέσβου, όπως αυτή έχει τροποποιηθεί και ισχύει σήμερα, για τα θαλάσσια ύδατα του Στενού της Μυτιλήνης (από την περιοχή Κουτσουμπάρα και μέχρι τον όρμο της Θερμής), καθορίζεται ότι αυτά θα πρέπει να είναι της ανώτερης προδιαγραφόμενης ποιοτικής τάξης, δηλ. κατάλληλα για αλιεία οστρακόδερμων και για κάθε άλλη χρήση. Με την απόφαση αυτή καθορίζονται και οι απαιτήσεις για την ποιότητα των διατιθέμενων λυμάτων και βιομηχανικών αποβλήτων, οι οποίες γενικά ακολουθούν την Κοινοτική οδηγία 91/271. Κατ αρχήν θα πρέπει να τονιστεί ότι η χρήση νερών του αποδέκτη για αλιεία οστρακόδερμων σε περιοχή διάθεσης σημαντικών παροχών λυμάτων θα πρέπει ν αποκλειστεί για λόγους ασφαλείας, ανεξάρτητα από βαθμό επεξεργασίες αυτών. Συνεκτιμώντας το υφιστάμενο νομικό καθεστώς, τις χρήσεις του αποδέκτη, τα ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά των λυμάτων τα απαιτούμενα χαρακτηριστικά των επεξεργασμένων λυμάτων για διάθεση στο στενό Στενό Μυτιλήνης θα πρέπει να είναι τα παρακάτω: 42

43 Πίνακας 5.4 Παράμετροι BOD 5 COD Ολικά αιωρούμενα στερεά Ολικό άζωτο Ολικό φώσφορός Κολοβακτηρίδια Συγκέντρωση 25 mg/l 125 mg/l 35 mg/l 15 mg/l 5 mg/l 500/100 ml Η μορφολογία της περιοχής επιτρέπει την κατασκευή αγωγού διάθεσης ολικού μήκους 742 μ. εκ των οποίων τα 150 μ. αποτελούν το επίγειο τμήμα του. Το κατάντι τμήμα του αγωγού διαμορφώνεται σε διαχυτήρα και εκβάλλει δε σε βάθος 15.0 μ, εξασφαλίζοντας υψηλές τιμές τελικών διαλύσεων. Επιμήκυνση του αγωγού σε μεγαλύτερα βάθη δεν κρίνεται σκόπιμη αφού η ποιότητα εκροής των επεξεργασμένων λυμάτων είναι εξαιρετικά υψηλή και η εξασφάλιση των υψηλών διαλύσεων δεν αποτελεί την κύρια παράμετρο σχεδιασμού του έργου. Επιπλέον η επιμήκυνση του αγωγού πέραν της αύξησης της δαπάνης θα δημιουργούσε και τεχνικά προβλήματα από το μεγαλύτερο βάθος τοποθέτησης του. Κατασκευή βραχύτερου υποθαλάσσιου αγωγού θα περιόριζε ελάχιστα την δαπάνη κατασκευής του, θα ελάττωνε όμως και πολύ τις διαλύσεις στον αποδέκτη με αποτέλεσμα το έργο διάθεσης να μην μπορεί να λειτουργήσει και σαν έργο ασφάλειας του όλου έργου. 5.2 Περιγραφή της λειτουργίας της Μ.Ε.Λ. της πόλης της Μυτιλήνης Σύστημα επεξεργασίας Στη Μ.Ε.Λ. της πόλης της Μυτιλήνης η μέθοδος επεξεργασίας είναι αυτή της ενεργού ιλύος με παρατεταμένο αερισμό και ταυτόχρονη απομάκρυνση αζώτου και φωσφόρου. Η μέθοδος αυτή επιτυγχάνει υψηλό βαθμό απομάκρυνσης των ρυπαντικών φορτίων και έχει ευελιξία και αντοχή στις διακυμάνσεις υδραυλικών και ρυπαντικών φορτίων. Επιπρόσθετα, στη Μ.Ε.Λ. Μυτιλήνης πραγματοποιείται βιολογική απομάκρυνση του αζώτου και του φωσφόρου με παράλληλη αερόβια σταθεροποίηση της παραγόμενης ιλύος Στις περισσότερες περιπτώσεις άμεσης διάθεσης επεξεργασμένων λυμάτων σε θαλάσσιους αποδέκτες μέσω υποβρυχίων αγωγών, δίνεται προτεραιότητα στην απομάκρυνση του αζώτου και πρόβλεψη μελλοντικής απομάκρυνσης φωσφόρου. Η ιεράρχηση αυτή είναι δικαιολογημένη δεδομένου ότι κατά κανόνα σε θαλάσσιες περιοχές περιοριστικός παράγοντας του ευτροφισμού είναι το άζωτο, γεγονός που καθιστά την απομάκρυνσή του πιο άμεσης προτεραιότητας από την απομάκρυνση του φωσφόρου. 43

44 Ως μέθοδος απομάκρυνσης του φωσφόρου επιλέχθηκε η μέθοδος της βιολογικής απομάκρυνσης η οποία αποτελεί την λειτουργικά οικονομικότερη και περιβαλλοντικά ορθότερη (απουσία χημικών προσθέτων) διαδικασία. Η μέθοδος της χημικής απομάκρυνσης φωσφόρου έχει μεν χαμηλό αρχικό κόστος κατασκευής χαρακτηρίζεται όμως, όταν αποτελεί την αποκλειστική μέθοδο απομάκρυνσης φωσφόρου, από ιδιαίτερα υψηλές λειτουργικές δαπάνες λόγω του υψηλού κόστους των χημικών. Επισημαίνεται ότι λόγω της απουσίας αναερόβιας χώνευσης και της επιλογής μηχανικής πάχυνσης ιλύος στις προσφερόμενες εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων η μέθοδος της βιολογικής απομάκρυνσης του φωσφόρου έχει τη δυνατότητα επίτευξης πολύ υψηλού βαθμού απόδοσης (85 90 %) με συνέπεια τη δυνατότητα διατήρησης της συγκέντρωσης φωσφόρου στην εκροή σε επίπεδα μικρότερα των 3mg/l. Η απομάκρυνση του φωσφόρου επιτυγχάνεται σε αναερόβια δεξαμενή ανάντι των βιολογικών αντιδραστηρίων, χωρισμένη σε 4 διαμερίσματα. Η δεξαμενή λειτουργεί και ως δεξαμενή βιοεπιλογής για την απάλειψη του φαινομένου διόγκωσης της ιλύος στην τελική καθίζηση. Κατά τον τρόπο αυτό δημιουργείται υψηλή φόρτιση στη δεξαμενή φωσφόρου που εξασφαλίζει την εξαίρεση των νηματοειδών βακτηριδίων που είναι υπεύθυνα για την διόγκωση της ιλύος. Για την εύρυθμη λειτουργία του έργου έχουν κατασκευασθεί 2 ανεξάρτητες δεξαμενές βιολογικής επεξεργασίας που καλύπτουν όλες τις περιόδους της Α φάσης με τον βέλτιστο αριθμό δεξαμενών σε λειτουργία και τη μικρότερη συντήρηση και την ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας. Η κάθε δεξαμενή βιολογικής επεξεργασίας αποτελείται από 5 διακεκριμένες ζώνες. Οι δύο πρώτες ζώνες αποτελούν την αναερόβια ζώνη που επιτυγχάνεται η αναγωγή των νιτρικών σε αέριο άζωτο, ενώ οι τρεις τελευταίες αποτελούν την αερόβια ζώνη για την διάσπαση του οργανικού φορτίου και τη σταθεροποίηση της ιλύος. Ο διαχωρισμός των παραπάνω ζωνών κρίθηκε απαραίτητος για την επίτευξη των υψηλών αποδόσεων στην απομάκρυνση του αζώτου και BOD 5 και την καλύτερη ρύθμιση της εσωτερικής ανακυκλοφορίας του ανάμεικτου υγρού. Επί πλέον των ανωτέρω παρέχεται ανάδευση κάθε ζώνης με ιδιαίτερους αργόστροφους αναδευτήρες. Ο αερισμός των λυμάτων επιτυγχάνεται με διαχυτήρες λεπτής φυσαλίδας, διασκορπισμένους στον πυθμένα της αερόβιας ζώνης. Οι διαχυτές είναι του τύπου κυκλικού δίσκου ελαστικής μεμβράνης λεπτή φυσαλίδας. Η ελαστική μεμβράνη είναι κατασκευασμένη με τη μέθοδο της ομοιόμορφης έγχυσης ελαστομερούς υλικού σε καλούπια έτσι ώστε να διασφαλίζεται η ομοιογενής κατανομή των μορίων του ελαστομερούς σε όλη τη μάζα της μεμβράνης. Η μεμβράνη είναι ειδικά κατασκευασμένη ώστε να μη χάνει τις αρχικές ελαστικές της ιδιότητες ακόμα και μετά από πολλά χρόνια εντατικής λειτουργίας. Το υλικό της έχει επίσης υψηλή χημική ανθεκτικότητα σε προσβολή από το διαβρωτικό περιβάλλον των προς επεξεργασία υγρών αποβλήτων. 44

45 Το πάχος του υλικού της μεμβράνης μεταβάλλεται από 2mm στην περιφέρεια σε 3mm προς το κέντρο ώστε να διασφαλίζεται ότι κατά την λειτουργία το άνοιγμα των οπών της μεμβράνης θα είναι το ίδιο τόσο στην περιφέρεια όσο και στο κέντρο γεγονός που διασφαλίζει την κατά το δυνατό σταθερή απόδοση μεταφοράς οξυγόνου σε όλο το εύρος παροχών της συνήθους λειτουργίας. Οι οπές της μεμβράνης έχουν σχήμα Ι που έχει μελετηθεί ειδικά τόσο για την μεγιστοποίηση της απόδοσης σε μεταφορά οξυγόνου όσο και για το πλήρες κλείσιμο της οπής κατά την παύση λειτουργίας ώστε αφενός να μην εισέρχεται νερό προς τα πίσω στο εσωτερικό του διαχυτή και των σωληνώσεων παροχής αέρα, αφ ετέρου δε να μην επιτρέπει επικάθηση ακαθαρσιών στο εσωτερικό της οπής του διαχυτή. Ο διαχυτής είναι έτσι αυτοκαθαριζόμενου τύπου ικανός για διακοπτόμενη λειτουργία ( τουλάχιστον 50 κύκλοι/ ημέρα) δεδομένου ότι με το άνοιγμα της οπής κατά την έναρξη της διέλευσης του αέρα τυχόν ακαθαρσίες απομακρύνονται αυτόματα χωρίς να βουλώνουν οι οπές. Επίσης για την εξοικονόμηση ενέργειας έχουν εγκατασταθεί φυσητήρες με σύστημα συνεχούς μεταβολής παροχής αέρα που λαμβάνουν σήματα από μετρητές D.O που είναι τοποθετημένα σε δύο αντιπροσωπευτικά σημεία της αερόβιας ζώνης. Για την απολύμανση των λυμάτων χρησιμοποιείται διάλυμα υποχλωριώδους νατρίου (χλωρίωση), ενώ τα λύματα θα αποχλωριώνονται με διάλυμα θειώδους νατρίου (αποχλωρίωση) πριν την έξοδό τους προς τη θάλασσα. Τέλος, έχει δοθεί ιδιαίτερη βαρύτητα στην περιβαλλοντική προστασία της περιοχής καθόσον προσφέρονται κτιριακά έργα εναρμονισμένα με το χαρακτήρα της περιοχής (επικλινείς κεραμμοσκεπείς στέγες), υπόγειες δεξαμενές, συστήματα απόσμησης και ηχοπροστασία κτιρίων φυσητήρων Συνοπτική περιγραφή του συστήματος επεξεργασίας Έργα εισόδου και επεξεργασίας Τα έργα εισόδου και προεπεξεργασίας περιλαμβάνουν την εγκατάσταση υποδοχής των βοθρολυμάτων, το φρεάτιο άφιξης του ΚΑΑ, το φρεάτιο εισόδου, την εσχάρωση, την εξάμμωση και τον μετρητή παροχής. Το φρεάτιο εισόδου, η εσχάρωση και ο εξαμμωτής είναι τοποθετημένα σε κλειστό κτίριο προεπεξεργασίας εφοδιασμένο με σύστημα μηχανικού εξαερισμού και απόσμησης. Σε ιδιαίτερο κλειστό χώρο πλήρως ηχομονωμένο του ίδιου κτιρίου είναι τοποθετημένοι οι αεροσυμπιεστές εξαμμωτή και δεξαμενής βοθρολυμάτων. Επίσης η δεξαμενή βοθρολυμάτων είναι κλειστή και εφοδιασμένη με σύστημα αεραγωγών που μεταφέρουν τον αέρα για απόσμηση στο κτίριο εσχάρωσης. α. Εγκατάσταση υποδοχής βοθρολυμάτων: Κοντά στην είσοδο των ΕΕΛ και σε ειδικά διαμορφωμένο γήπεδο εκκένωσης τα βυτιοφόρα εκκενώνουν σε ειδικό κλειστό κανάλι εκκένωσης εφοδιασμένο με δύο ειδικές αεροστεγείς υποδοχές. Από το κανάλι εκκένωσης τα βοθρολύματα 45

46 οδηγούνται σε κλειστή δεξαμενή συγκέντρωσης εξισορρόπησης απ όπου αντλούνται στο φρεάτιο εισόδου. Στη δεξαμενή τα βοθρολύματα αερίζονται με δίκτυο διαχυτήρων και διατηρούνται σε αιώρηση με τη βοήθεια χημικών αναδευτήρων. β. Φρεάτιο άφιξης ΚΑΑ: Στο φρεάτιο άφιξης ΚΑΑ καταλήγει ο Κεντρικός Αποχετευτικός Αγωγός (ΚΑΑ) της Μυτιλήνης. Από το φρεάτιο άφιξης τα λύματα οδηγούνται με βαρύτητα στο φρεάτιο εισόδου στο κτίριο προεπεξεργασίας. γ. Φρεάτιο εισόδου: Στο φρεάτιο εισόδου καταλήγουν τα λύματα της Μυτιλήνης, τα βοθρολύματα και τα στραγγίδια των ΕΕΛ. Το φρεάτιο έχει διπλό θάλαμο του οποίου τα δύο τμήματα μπορούν να απομονωθούν εναλλάξ με χειροκίνητα θυροφράγματα. δ. Εσχάρωση: Η εσχάρωση αποτελείται από μια μηχανική εσχάρα και μια χειροκαθαριζόμενη. Τα εσχαρίσματα απομακρύνονται με συσκευή μεταφοράς συμπίεσης και συγκεντρώνονται σε κάδους συλλογής. ε. Εξάμμωση: Η αφαίρεση της άμμου από τα λύματα γίνεται με δίδυμο αεριζόμενο εξαμμωτή στον οποίο υπάρχουν επιμήκεις χώροι ηρεμίας για την συγκράτηση των λυπών. Η απομάκρυνση της άμμου θα γίνεται με κινούμενες παλινδρομικές γέφυρες και επιφανειακά ξέστρα για τα λύπη. Η άμμος καθιζάνει στους πυθμένες των διαμερισμάτων και αντλείται σε ειδικό κεκλιμένο κοχλία πλύσης και διαχωρισμού του μείγματος άμμου/ νερού και καταλήγει σε κάδους συλλογής. στ. Μέτρηση παροχής λυμάτων: Η μέτρηση της παροχής πραγματοποιείται με την μέτρηση Venturi, σε ανοικτά κανάλια και σε δύο θέσεις. Ένας μετρητής εγκαθίσταται ανάντι του αναερόβιου αντιδραστήρα και ο δεύτερος ανάντι της δεξαμενής επαφής Έργα βιολογικής επεξεργασίας Τα έργα της βιολογικής επεξεργασίας σχεδιάστηκαν για να καλύψουν τις ανάγκες της Α φάσης και αποτελούνται από φρεάτια διανομής, μια αναερόβια δεξαμενή, δυο βιολογικές δεξαμενές, κτίριο αεροσυμπιεστών, δύο δεξαμενές καθίζησης και αντλιοστάσια ανακυκλοφορίας ανάμικτου υγρού και ιλύος. Το κτίριο των αεροσυμπιεστών και τα φρεάτια διανομής καλύπτουν τις ανάγκες της Α φάσης για τον ΗΛΜ εξοπλισμό και της Β φάσης για τα έργα Π.Μ. 46

47 Στο φρεάτιο εισόδου της αναερόβιας δεξαμενής έχει τοποθετηθεί χειροκίνητο θυρόφραγμα και αγωγός παράκαμψής της. Ο αγωγός καταλήγει στο φρεάτιο εκροής της ίδιας δεξαμενής, που είναι συγχρόνως το φρεάτιο διανομής αερισμού. Επίσης στο φρεάτιο διανομής αερισμού έχει τοποθετηθεί χειροκίνητο θυρόφραγμα με αγωγό για την παράκαμψη του αερισμού, της καθίζησης και της απολύμανσης. Ο αγωγός θα καταλήγει στο θάλαμο εκροής του μεταερισμού. α. Αναερόβια δεξαμενή: Η αναερόβια δεξαμενή η οποία χρησιμοποιείται για την βιολογική αφαίρεση του φωσφόρου χωρίζεται σε 4 διαμερίσματα και έχει εγκατασταθεί ανάντι του αερισμού. Η δεξαμενή λειτουργεί και ως δεξαμενή επιλογής για τον έλεγχο της πιθανής διόγκωσης της ιλύος. Η ανάμιξη του ανάμικτου υγρού στα επιμέρους διαμερίσματα θα γίνεται με αργόστροφους μηχανικούς αναμικτήρες. Από την αναερόβια δεξαμενή τα λύματα οδηγούνται στο φρεάτιο διανομής αερισμού απ όπου και ισοκατανέμεται προς τους δυο βιολογικούς αντιδραστήρες. β. Βιολογικές δεξαμενές (ανοξικές αερισμού): Οι δυο γραμμές βιολογικής επεξεργασίας περιλαμβάνουν τις ανοξικές δεξαμενές όπου απομακρύνονται τα νιτρικά αναγόμενα σε αέριο άζωτο (απονιτροποίηση) και τις δεξαμενές αερισμού όπου απομακρύνονται οι οργανικές ουσίες και οξειδώνονται η αμμωνία σε νιτρικά (νιτροποίηση). Ανάντι της εκροής της αερόβιας ζώνης των δεξαμενών αερισμού βρίσκεται και το αντλιοστάσιο ανακυκλοφορίας ανάμικτου υγρού, που καταθλίβει τα λύματα στις ανοξικές ζώνες για να πραγματοποιείται η απονιτροποίηση. Από τις βιολογικές δεξαμενές τα λύματα υπερχειλίζουν και οδηγούνται στο φρεάτιο διανομής καθίζησης απ όπου ισοκατανέμονται προς τις δύο δεξαμενές καθίζησης. Η παροχή οξυγόνου στις δεξαμενές γίνεται με εμφύσηση αέρα στο ανάμικτο υγρό και η ανάμιξη στις δεξαμενές (αερισμού ανοξικές ) γίνεται με αργόστροφους μηχανικούς αναδευτήρες. Λόγω της εφαρμοσμένης μεθόδου του παρατεταμένου αερισμού η ηλικία της ιλύος είναι αρκετά μεγάλη ούτως ώστε η παραγόμενη ιλύς να είναι πλήρως σταθεροποιημένη και να μπορεί να παχυνθεί και να αφυδατωθεί χωρίς να απαιτείται περαιτέρω σταθεροποίηση. γ. Δεξαμενές Καθίζησης : Οι δεξαμενές καθίζησης είναι κυκλικές και το ανάμικτο υγρό οδηγείται από το φρεάτιο διανομής στο τύμπανο ηρεμίας κάθε δεξαμενής. Στην περιφέρεια της δεξαμενής υπάρχει οδοντωτός υπερχειλιστής από τον οποίο υπερχειλίζουν τα επεξεργασμένα λύματα και από το περιμετρικό κανάλι καταλήγουν στη μονάδα απολύμανσης. Η ενεργός ιλύς καθιζάνει στον πυθμένα της δεξαμενής απ όπου ειδικά σχεδιασμένο σύστημα σάρωσης την ωθεί προς το κεντρικό κώνο συλλογής. Από τον κώνο η 47

48 καθήμενη ιλύς απομακρύνεται με βαρύτητα στο αντλιοστάσιο ανακυκλοφορίας ιλύος. Στην επιφάνεια κάθε δεξαμενής ανέρχονται οι επιπλέουσες ουσίες οι οποίες συγκρατούνται από μεταλλικό φράγμα και ωθούνται από επιφανειακό αποξεστήρα προς την ειδική χοάνη συλλογής απ όπου καταλήγουν στα φρεάτια αφρών. δ. Αντλιοστάσιο ανακυκλοφορίας ιλύος: Στο αντλιοστάσιο ιλύος καταλήγει με βαρύτητα η ιλύς που συλλέγεται από τον πυθμένα των δεξαμενών καθίζησης. Το μεγαλύτερο ποσοστό ιλύος αντλείται στην αναερόβια δεξαμενή για να διατηρείται σταθερή η συγκέντρωση των μικροοργανισμών στις βιολογικές δεξαμενές. Η περίσσεια ιλύς απομακρύνεται από τη βιολογική επεξεργασία κατά τακτά χρονικά διαστήματα προς τη μονάδα μηχανικής πάχυνσης Έργα απολύμανσης Τα έργα της μονάδας απολύμανσης είναι σχεδιασμένα για την τελική Β φάση λειτουργίας και αποτελούνται από τον μετρητή παροχής, τη δεξαμενή χλωρίωσης, το φρεάτιο μεταερισμού και το συγκρότημα δοσομέτρησης χλωρίου και θειώδους νατρίου εγκατεστημένα στο κτίριο χλωρίωσης. α. Μέτρηση παροχής απολύμανσης: Τα επεξεργασμένα λύματα από τις δεξαμενές καθίζησης καταλήγουν με βαρύτητα σε ανοικτό κανάλι όπου είναι εγκατεστημένος μετρητής Venturi. β. Δεξαμενή χλωρίωσης: Από το μετρητή παροχής τα επεξεργασμένα λύματα καταλήγουν σε φρεάτιο ανάμιξης στο οποίο γίνεται προσθήκη υποχλωριώδους νατρίου και ισοκατανέμεται προς τα δύο διαμερίσματα χλωρίωσης που έχουν μαιανδρική μορφή. Από τη δεξαμενή τα επεξεργασμένα λύματα οδηγούνται στο φρεάτιο μεταερισμού. γ. Συγκρότημα δοσομέτρησης χλωρίου: Το συγκρότημα δοσομέτρησης χλωρίου βρίσκεται εγκατεστημένο στο κτίριο χλωρίωσης κα περιλαμβάνει αντλίες δοσομέτρησης, δεξαμενή ημερήσιας κατανάλωσης και δεξαμενή αποθήκευσης. δ. Συγκρότημα δοσομέτρησης θειώδους νατρίου: Το συγκρότημα αποχλωρίωσης βρίσκεται εγκατεστημένο σε ξεχωριστό θάλαμο του οικίσκου χλωρίωσης και περιλαμβάνει δοσομετρικές αντλίες και δοχεία αποθήκευσής και τροφοδοσίας διαλύματος θειώδους νατρίου. 48

49 ε. Φρεάτιο μεταερισμού: Τα επεξεργασμένα και απολυμασμένα λύματα οδηγούνται σε κλειστό φρεάτιο μεταερισμού όπου το υγρό εμπλουτίζεται σε διαλυμένο οξυγόνο με αλλεπάλληλες υδραυλικές πτώσεις σε κλίμακα οξυγόνωσης. Από το φρεάτιο τα επεξεργασμένα λύματα οδηγούνται στο φρεάτιο φόρτισης του υποθαλάσσιου αγωγού. Στο φρεάτιο καταλήγει και ο αγωγός παράκαμψης της βιολογικής επεξεργασίας Έργα διάθεσης λυμάτων στη θάλασσα Η διάθεση των επεξεργασμένων λυμάτων γίνεται στη θάλασσα. Στο φρεάτιο διάθεσης καταλήγει ο αγωγός επεξεργασμένων λυμάτων τα οποία διοχετεύονται από τον θάλαμο κανονικής λειτουργίας στον αγωγό διάθεσης και μέσω αυτού στο φρεάτιο εκτόνωσης του υποθαλάσσιου αγωγού. Σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης έχει προβλεφθεί αυτόματη υπερχείλιση των επεξεργασμένων λυμάτων στο θάλαμο υπερχείλισης και διοχέτευση αυτών στον αγωγό παράκαμψης του αγωγού διάθεσης. Ο αγωγός διάθεσης όπως αναφέρθηκε παραπάνω αποτελείται από το επίγειο τμήμα μήκους 145 m και το υποθαλάσσιο τμήμα μήκους 592 m εκ των οποίων τα τελευταία 42 m διαμορφώνονται σε διαχυτήρα. Ο διαχυτήρας εκβάλλει σε βάθος 15 m Έργα επεξεργασίας ιλύος Η περίσσεια της ιλύος αντλείται με το αντλιοστάσιο περίσσειας ιλύος που βρίσκεται στο κτίριο ιλύος σε ενιαίο συγκρότημα τράπεζας πάχυνσης ταινιοφιλτρόπρεσσας για να μειωθεί περαιτέρω ο όγκος της πριν την τελική διάθεσή της. Το κτίριο ιλύος είναι εφοδιασμένο με σύστημα μηχανικού εξαερισμού και απόσμησης. Η εγκατάσταση πάχυνσης και αφυδάτωσης της ιλύος καλύπτει τις ανάγκες της Α φάσης για τον ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισμό. Πριν την είσοδο στην τράπεζα πάχυνσης η ιλύς αναμιγνύεται με διάλυμα πολυηλεκτρολύτη σε δεξαμενή κροκίδωσης. Το συγκρότημα δοσομέτρησης του πολυηλεκτρολύτη λειτουργεί αυτόματα. Η αφυδατωμένη ιλύς περιέχει τουλάχιστον 20% ολικά στερεά και μεταφέρεται με σύστημα μεταφορικών κοχλιών σε στεγασμένο κλειστό χώρο αποθήκευσης ιλύος Μονάδα ανακύκλωσης νερού Έχει κατασκευασθεί μονάδα διύλισης σε αμμοδιυλιστήριο με U.V. δυναμικότητας 1200 m 3 / ημ. Η εκροή συγκεντρώνεται σε δεξαμενή αποθήκευσης και χρησιμοποιείται για την ικανοποίηση των εσωτερικών αναγκών σε βιομηχανικό νερό και νερό ύδρευσης. 49

50 Εικ.1: Δεξαμενή καθίζησης της Μ.Ε.Λ. Μυτιλήνης Εικ.3:Δεξαμενή χλωρίωσης Μ.Ε.Λ. Μυτιλήνης Εικ.2:Έξοδος λυμάτων από δεξαμενή καθίζησης Εικ.4: Φρεάτιο μεταερισμού με κλίμακα οξυγόνωσης της Μ.Ε.Λ. Μυτιλήνης 50

51 ΜΕΡΟΣ Β: ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 1 Σημεία και τρόπος δειγματοληψίας Για την παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκαν 92 δειγματοληψίες στο χρονικό διάστημα από 3/5/2004 έως 13/8/2004. Αναλυτικότερα πραγματοποιούνταν 7 δειγματοληψίες κάθε εβδομάδα. Τα δείγματα λαμβάνονταν από 4 σημεία δειγματοληψίας. Κάθε εβδομάδα εξετάζονταν δύο δείγματα απο το πρώτο σημείο δειγματοληψίας, δύο από το δεύτερο σημείο δειγματοληψίας δύο από το τρίτο σημείο δειγματοληψίας και τέλος ένα από το τέταρτο σημείο δειγματοληψίας. Το πρώτο σημείο δειγματοληψίας (Σ.Δ. 1) βρίσκονταν στο φρεάτιο άφιξης του κεντρικού αποχετευτικού αγωγού. Σε εκείνο το σημείο ανά τακτά χρονικά διαστήματα διοχετεύονταν ποσότητα βοθρολυμάτων. Το δεύτερο σημείο δειγματοληψίας (Σ.Δ. 2) βρίσκονταν στο μεριστή παροχής καθίζησης. Το τρίτο σημείο δειγματοληψίας (Σ.Δ. 3) βρίσκονταν στο κανάλι, το οποίο οδηγεί το λύμα από τη δεξαμενή καθίζησης (αφού υπερχειλίσει) στις εγκαταστάσεις χλωρίωσης. Το τέταρτο σημείο δειγματοληψίας(σ.δ. 4) ήταν στο τέλος της μαιανδρικής διαδρομής του λύματος στη δεξαμενή χλωρίωσης, πριν αυτό εισέλθει στο κλειστό φρεάτιο μεταερισμού. Στις τέσσερις πρώτες δειγματοληψίες κάθε εβδομάδας λαμβάνονταν δείγμα από τα σημεία δειγματοληψίας 1 και 2. Στο πρώτο σημείο δειγματοληψίας είχε τοποθετηθεί δειγματολήπτης ο οποίος έπαιρνε δείγμα των 50 ml κάθε μισή ώρα. Ο δειγματολήπτης προγραμματίζονταν για 24 ώρες οπότε το δείγμα εισόδου ήταν 24ωρο δείγμα.o δειγματολήπτης στο Σ.Δ.1 προγραμματίζονταν την πρώτη μέρα της εβδομάδας δηλαδή κάθε Δευτέρα πρωί και το πρώτο δείγμα εισόδου εξετάζονταν κάθε Τρίτη πρωί.το δεύτερο δείγμα από το Σ.Δ. 1 επίσης 24ωρο εξετάζονταν κάθε Τετάρτη πρωί. Τα δείγματα του Σ.Δ. 1 χρησιμοποιούνταν για την εξέταση χημικών χαρακτηριστικών όπως είναι το αμμωνιακό άζωτο, το νιτρικό άζωτο, το PH, η αγωγιμότητα, τοbod και το COD καθώς και φυσικών χαρακτηριστικών όπως τα αιωρούμενα στερεά. Από το δεύτερο σημείο δειγματοληψίας λαμβάνονταν στιγμιαίο δείγμα δύο φορές την εβδομάδα και μετρούνταν τα αιωρούμενα στερεά ανάμικτου υγρού καθώς και ο δείκτης καθιζησιμότητας της ιλύος. Από το τρίτο σημείο δειγματοληψίας λαμβάνονταν 24ωρο δείγμα (με δειγματολήπτη) δύο φορές την εβδομάδα για την μέτρηση χημικών χαρακτηριστικών όπως είναι το αμμωνιακό άζωτο, το νιτρικό άζωτο, ο φώσφορος, το PH, η αγωγιμότητα, τοbod και το COD καθώς και φυσικών χαρακτηριστικών όπως τα αιωρούμενα στερεά. Το δείγμα εξόδου λαμβάνονταν κάθε Πέμπτη και Παρασκευή. Ο λόγος για τον οποίο λαμβάνονταν δείγμα εξόδου δύο μέρες μετά το δείγμα εισόδου είναι ότι ο χρόνος παρακράτησης των λυμάτων στη μονάδα (μετά από υπολογισμό) είναι περίπου 48 ώρες. Από το τέταρτο σημείο δειγματοληψίας λαμβάνονταν ένα στιγμιαίο δείγμα μία φορά την εβδομάδα, κυρίως μεσημεριανές ώρες, το οποίο προορίζονταν για μικροβιολογικές αναλύσεις, κυρίως για εξέταση ολικών και κοπρανώδων κολοβακτηριδίων. 51

52 Τέλος τον μήνα Ιούλιο πραγματοποιήθηκαν κάποιες μικροσκοπικές παρατηρήσεις που αφορούσαν το είδος και το μέγεθος των βιοκροκίδων που επικρατούν στη δεξαμενή καθίζησης, έτσι ώστε σε συνδυασμό με τη μέτρηση του δείκτη καθιζησιμότητας να εξεταστεί αν υπάρχει πρόβλημα διόγκωσης της ιλύος, πρόβλημα κοινό σε μονάδες επεξεργασίας λυμάτων που λειτουργούν με το σύστημα της ενεργού ιλύος και του παρατεταμένου αερισμού. Το δείγμα γι αυτές τις παρατηρήσεις λαμβάνονταν απο το δεύτερο σημείο δειγματοληψίας. Εικ.1: Σημείο δειγματοληψίας 1: είσοδος λυμάτων Εικ.2: Σημείο δειγματοληψίας 2: μεριστής παροχής καθίζησης Εικ 3: Σημείο δειγματοληψίας 3: κανάλι που οδηγεί το λύμα στις εγκαταστάσεις χλωρίωσης Εικ 4: Σημείο δειγματοληψίας 4: τέλος της μαιανδρικής διαδρομής του λύματος στις δεξαμενές χλωρίωσης 52

53 2 Μέθοδοι δειγματοληψίας 2.1 Χημικές αναλύσεις Μέτρηση του PH, θερμοκρασίας και αγωγιμότητας Η μέτρηση τους πραγματοποιούνταν με ηλεκτρομετρική μέθοδο και ειδικότερα, χρήση πεχάμετρου τύπου Denver 250 A.Ειδικότερα, μετά από καλή ανάδευση του δείγματος εμβαπτίζόταν το ηλεκτρόδιο του πεχάμετρου και το ηλεκτρόδιο που μετρά την αγωγιμότητα περίπου 4 cm μέσα σε ποσότητα δείγματος και σημειώνονταν η ένδειξη του οργάνου. Η θερμοκρασία μετρούνταν με το ενσωματωμένο θερμόμετρο που διαθέτει το πεχάμετρο τύπου Denver 250 A με τον ίδιο τρόπο. Τα ηλεκτρόδια του πεχάμετρου όσο δε χρησιμοποιούνται βρίσκονται εμβαπτισμένα σε ελαφρά όξινο διάλυμα (ρυθιστικό). Τα ηλεκτρόδια αυτά πριν και μετά από κάθε χρήση ξεπλένονταν καλά με απιονισμένο νερό. Εικ 5: Πεχάμετρο, αγωγιμόμετρο με ενσωματωμένο θερμόμετρο του εργαστηρίου της Μ.Ε.Λ Μέτρηση του BOD Η μέτρηση του BOD πραγματοποιείτο έμμεσα με μανομετρική μέθοδο και ειδικότερα με τη συσκευή Lovibond της εταιρίας Tintometer GmbH. Μετά από καλή ανάδευση ογκομετρείται ποσότητα δείγματος ανάλογα με τις αναμενόμενες τιμές BOD. Έτσι τα δείγματα εισόδου έχουν τιμές BOD από 0 έως 400 mg/l οπότε για την ανάλυσή τους ογκομετρείται ποσότητα 157ml.Τα δείγματα πριν την χλωρίωση έχουν τιμές BOD από 0 έως 40 mg/l, οπότε για την ανάλυση τους ογκομετρείται ποσότητα 428 ml. Η ποσότητα δείγματος που ογκομετρήθηκε μεταφέρεται σε σκουρόχρωμη φιάλη στην 53

54 οποία προσαρμόζονται οι σένσορες της συσκευής Lovibond. Εντός της φιάλης αναμένεται να πραγματοποιηθούν οι παρακάτω διεργασίες: 1) Οργανικός άνθρακας του δείγματος + Ο 2 CO 2 + ανόργανα άλατα 2) NH 4 + ½ O 2 NO ½O 2 NO 3 - Για να αποτραπεί η νιτροποίηση προστίθεται στο δείγμα ποσότητα αντιδραστηρίου ATH της Lovibond. Η ποσότητα αντιδραστηρίου ATH εξαρτάται από την ποσότητα του δείγματος.έτσι για τα δείγματα που ογκομετρείται ποσότητα 157ml προστίθενται 5 σταγόνες ATH ενώ για τα δείγματα που ογκομετρείται ποσότητα 428 ml προστίθενται 10 σταγόνες ATH. Στη συνέχεια τοποθετείται μέσα σε κάθε σκουρόχρωμη φιάλη από ένας μαγνήτης ώστε να εξασφαλίζεται η διαρκής ανάδευση του δείγματος κατά την επώαση. Ακόμα η κατανάλωση του αέριου οξυγόνου που πραγματοποιείται επιφέρει μείωση της πίεσης η οποία ανιχνεύεται από τους ηλεκτρονικούς σένσορες, που υπάρχουν στα πώματα των φιαλών. Για να δεσμευτεί το παραγόμενο διοξείδιο του άνθρακα το οποίο επηρεάζει την πίεση προστίθεται πάνω από το πλαστικό κάλυμμα με οπές δύο σταγόνες KOH. Στη συνέχεια εφαρμόζεται από ένα καπάκι με σένσορα σε κάθε σκουρόχρωμη φιάλη και κάθε φιάλη καταχωρείται σε ηλεκτρονικό σύστημα της Lovibond, μέσω ασύρματης επικοινωνίας μεταξύ του σένσορα και του τηλεχειριστηρίου. Στη συνέχεια οι φιάλες τοποθετούνται σε σκοτεινό θάλαμο επώασης,όπου παραμένουν 5 ημέρες σε θερμοκρασία 20 0 C. Μετά την παρέλευση των 5 ημερών λαμβάνονται μέσω ασύρματης επικοινωνίας τα δεδομένα,από τους σένσορες. Εικ.6:Σκουρόχρωμες φιάλες πωματισμένες με σένσορες πίεσης μέσα σε σκοτεινό θάλαμο επώασης των 20 0 C της συσευής Lovibond. 54

55 2.1.3 Μέτρηση του COD Ο προσδιορισμός του χημικά απαιτούμενου οξυγόνου πραγματοποιούνταν με την φασματοφωτομετρική μέθοδο. Μετά από καλή ανάμειξη του δείγματος λαμβάνονταν με προχοίδα 2 ml δείγματος και τοποθετούνταν στο δοκιμαστικό σωλήνα που περιείχε το αντιδραστήριο. Έπειτα ο δοκιμαστικός σωλήνας τοποθετούνταν στη συσκευη COD όπου και θερμαίνονταν για 2 ώρες στους 150 ο C.Στη συνέχεια αφήνονταν να κρυώσει και τοποθετούνταν στη φασματοφωτομετρική συσκευή Hach DR /400U (Spectophotometer) για να μετρηθεί. Εικ.7: Συσκευή (Hach) θέρμανσης COD Μέτρηση νιτρικών, αμμωνιακών και φωσφορικών ιόντων Οι μετρήσεις των νιτρικών,αμμωνιακών και φωσφορικών ιόντων πραγματοποιούνταν με την φασματοφωτομετρική μέθοδο και μετρούνταν στη φασματοφωτομετρική συσκευή Hach DR /400U Μέτρηση του δείκτη καθιζησημότητας της ιλύος Ο δείκτης καθιζησιμότητας προσδιορίστηκε σύμφωνα με το Standard Method,μέθοδος 213C. Συγκεκριμένα, 1λίτρο μικτού υγρού μεταφέρονταν από τον μεριστή παροχής καθίζησης σε βαθμονομημένο κύλινδρο και η ιλύς αφήνονταν να καθιζάνει για 30 λεπτά, υπό συνθήκες ηρεμίας. Η τιμή του SVI υπολογιζόταν με τη βοήθεια του τύπου: SVI= Όγκος της ιλύος που καθίζησε(mg/l) 1000 /αιωρούμενα στερεά (mg/l) 55

56 2.1.6 Μέτρηση αιωρούμενων στερεών Η μέτρηση των αιωρούμενων στερεών εισόδου εξόδου καθώς και των στερεών ανάμικτου υγρού πραγματοποιούνταν ως εξής: 100 ml δείγματος διηθούνταν με συσκευή διήθησης με αντλία κενού. Η διήθηση πραγματοποιούνταν με φίλτρα Whatman GF/A των 90mm(αφού αυτά είχαν ζυγιστεί σε ζυγαριά ακριβείας). Έπειτα το φίλτρο με το διηθημένο δείγμα τοποθετούνταν σε κλίβανο ξήρανσης όπου θερμαίνονταν στους 105 ο C μέχρι αποκτήσεως σταθερού βάρους. Στη συνέχεια το φίλτρο τοποθετούνταν στον ξηραντήρα και μετά γίνονταν η ζύγιση. Έπειτα ο υπολογισμός τους γίνονταν με τον εξής τύπο: Αιωρούμενα στερεά,mg/l= (Α-Β)* 1000/ml δείγματος Όπου Α= το βάρος του φίλτρου μετά τη διήθηση Β= το βάρος του φίλτρου πριν τη διήθηση Εικ.8: Διάταξη διήθησης με αντλία κενού Εικ.9: Ξηραντήρας και ζυγαριά ακριβείας 56

57 2.2 Μικροβιολογικές αναλύσεις Μέθοδος ανίχνευσης και καταμέτρησης ολικών κολλοβακτηριοειδών Για την μέτρηση των ολικών κολοβακτηριδίων λαμβάνονταν 100ml δείγματος από το Σ.Δ.4. Το δείγμα αραιώνονταν με απιονισμένο νερο μέχρι όγκου 1 λίτρου. Το αραιωμένο πλέον δείγμα ανακινούνταν καλά μέσα στη ογκομετρική φιάλη του ενός λίτρου που είχε τοποθετηθεί. Έπειτα γίνονταν διήθηση δείγματος100ml από το αραιωμένο δείγμα με τη συσκευή διήθησης με αντλία κενού. Οι διηθήσεις πραγματοποιούνταν με αποστειρωμένη μεμβράνη, πόρων διαμέτρου 0,45 μm, της εταιρίας Pall Corporation. Όλα τα εργαλεία που χρησιμοποιούνταν (π.χ λαβίδα ) ήταν αποστειρωμένα. Στη συνέχεια το διηθημένο φίλτρο τοποθετούνταν σε τριβλίο με λαβίδα, το οποίο είχε θρεπτικό υλικό: m- Endo Broth Ampules 2 ml το οποίο περιείχε λακτόζη, απιονισμένο νερό και ερυθρό δείκτη της φαινόλης. Έπειτα ακολουθούσε η επώαση των τριβλίων σε κλίβανο στους 37 ο C για 24 ώρες. Τέλος την επόμενη μέρα καταμετρώνταν στα τριβλία οι αποικίες σκουρόχρωμου χρώματος Μέθοδος ανίχνευσης και καταμέτρησης κοπρανώδων κολοβακτηριδίων Η μέτρηση και ανίχνευση των κοπρανώδων κολοβακτηριδίων γίνεται με τον ίδιο τρόπο που χρησιμοποιήθηκε για την ανίχνευση των ολικών κολοβακτηριδίων με τη διαφορά ότι το θρεπτικό υλικό διαφέρει και είναι Fecal, m FC Broth Ampules το οποίο περιέχει λακτόζη και απιονισμένο νερό. Ακόμα αυτή τη φορά το τριβλίο τοποθετείται σε κλίβανο επώασης στους 44 ο C για 24 ώρες. Εικ 10:κλίβανος επώασης στους 44 ο C Εικ11:Αποικίες κολοβακτηριριοειδών 57

58 2.3 Μικροσκοπικές παρατηρήσεις Το κύριο όργανο που χρησιμοποιείται για τη μικροσκοπική παρατήρηση είναι το μικροσκόπιο. Το μικροσκόπιο που χρησιμοποιήθηκε είναι το ορθό μικροσκόπιο Leica DMLS με αντίθεση φάσης και οι παρατηρήσεις έγιναν με μεγέθυνση 100Χ, 200Χ, 400Χ και1000χ σε φωτεινό πεδίο Διαδικασία μικροσκοπικής παρατήρησης Για την παρατήρηση δείγματος στο μικροσκόπιο ακολουθείται η διαδικασία που περιγράφεται στη συνέχεια. Με τη βοήθεια μιας πιπέτας τοποθετείται μια σταγόνα δείγματος (που έχει ληφθεί από το μεριστή παροχής καθίζησης) που είναι ήδη πολύ καλά ανανεμιγμένο, πάνω στην αντικειμενοφόρο πλάκα και πάνω από αυτή τοποθετείται μία καλυπτρίδα η οποία πιέζεται ελαφρά ώστε να απομακρυνθούν οι φυσαλίδες αέρα που τυχόν υπάρχουν. Αρχικά η παρατήρηση του δείγματος γίνεται σε μεγέθυνση 100Χ και εξετάζονται τα χαρακτηριστικά που αναφέρονται στη συνέχεια: 1) Το γενικό μέγεθος και σχήμα των βιοκροκίδων: Οι βιοκροκίδες με βάση το μέγεθος κατατάσσονται σε μικρές, μεσαίες και μεγάλες και με βάση το σχήμα εξετάζεται αν είναι σφαιρικές ή έχουν ακανόνιστο σχήμα 2) Η παρουσία και τα είδη πρωτόζωων ή άλλων μικροοργανισμών που παρατηρούνται για παράδειγμα νηματοειδή. 3) Η παρουσία ανόργανων μορίων. 4) Η παρουσία και η επίδραση νηματοειδών μικροοργανισμών στη δομή των βιοκροκίδων: o Ελάχιστη ή καμία επίδραση o «Γεφύρωση», στην οποία οι νηματοειδείς που εκτείνονται από την άκρη των βιοκροκίδων δημιουργούν ένα είδος γέφυρας μεταξύ των βιοκροκίδων. o Ανοιχτή δομή βιοκροκίδων, όπου οι βιοκροκίδες προσκολλώνται στους νηματοειδείς και μεγαλώνουν γύρω από αυτούς σε ακανόνιστα μεγέθη και σχήματα. 5) Η αφθονία των νηματοειδών: Οι νηματοειδής μικροοργανισμοί παρατηρούνται αρχικά σε μεγέθυνση 100Χ και στη συνέχεια εξετάζεται και στις υπόλοιπες μεγεθύνσεις. Η αφθονία τους μετριέται σε μια κλίμακα που ξεκινάει από το ένα μέχρι το έξη και αναλύεται στον παρακάτω πίνακα. 58

59 Πίνακας 2.1 Εκτίμηση αφθονίας νηματοειδών μικροοργανισμών Τιμή Παρουσία νηματοειδών 0 Δεν παρατηρούνται νηματοειδείς 1 Οι νηματοειδείς παρατηρούνται περιστασιακά 2 Οι νηματοειδείς παρατηρούνται συχνα αλλά όχι παντού Οι νηματοειδείς παρατηρούνται σε όλες τις βιοκροκίδες σε μικρή πυκνότητα (1-5 ανά βιοκροκίδα) Οι νηματοειδείς παρατηρούνται σε όλες τις βιοκροκίδες σε μεσαία πυκνότητα ( 5-20 ανά βιοκροκίδα ) Οι νηματοειδείς παρατηρούνται σε όλες τις βιοκροκίδες σε μεγάλη πυκνότητα ( > 20 ανά βιοκροκίδα) Οι νηματοειδείς αναπτύσσονται και έξω από τις βιοκροκίδες. Παρατηρούνται περισσότεροι νηματοειδείς από βιοκροκίδες (Jenkins D, Richard G.M and Daigger T.G., 1993) 59

60 3 Αποτελέσματα αναλύσεων 3.1 Αποτελέσματα μικροβιολογικών παρατηρήσεων Πίνακας 3.1 Ημερομηνία 2/6/2004 9/6/ /6/ /6/2004 Ολικά κολοβακτηριοειδή/100ml Κοπρανώδη κολοβακτηριοειδή/100ml Πίνακας 3.2 Ημερομηνία 1/7/2004 8/7/ /7/ /7/2004 Ολικά κολοβακτηριοειδή/100ml Κοπρανώδη κολοβακτηριοειδή/100ml Αποτελέσματα μικροσκοπικών παρατηρήσεων Οι μικροσκοπικές παρατηρήσεις απέδειξαν την ύπαρξη νηματοειδούς διόγκωσης στην ιλύ. Οι παρατηρήσεις που έγιναν έδειξαν ότι οι βιοκροκίδες είχαν τα παρακάτω χαρακτηριστικά : 1) Οι βιοκροκίδες είχαν ακανόνιστο σχήμα 2) Παρατηρήθηκαν μικροοργανισμοί όπως νηματοειδής 3) Παρατηρήθηκαν ανόργανα μόρια 4) Παρατηρήθηκε η παρουσία νιτροποιών βακτηρίων 5) Παρατηρήθηκε η παρουσία των νηματοειδών μικροοργανισμών σε όλες τις βιοκροκίδες σε μεγάλη πυκνότητα. Δηλαδή σύμφωνα με τη κλίμακα οι νηματοειδής κατατάσσονται στην τιμή 5 ίσως και έξη επειδή πολλές φορές οι νηματοειδής παρατηρούνται και εκτός των βιοκροκίδων 60

61 Εικ.12: Οι νηματοειδής παρατηρούνται αναπτύσσονται σε αφθονία και έξω από τις βιοκροκίδες. ( μεγέθυνση 100Xσε φωτεινό πεδίο) Εικ.13: Νηματώδης μικροοργανισμός (παρατήρηση σε μεγέθυνση 100X ) Εικ.14: Εμφάνιση νιτροποιών βακτηρίων (παρατήρηση σε μεγάθυνση 400Χ ) Εικ.15: Παρουσία νηματοειδών μικροοργανισμών πιθανώς Nocardia και Nostocoida limicola (παρατήρηση σε μεγέθυνση 400Χ ) 61