Οικοτοξικότητα ιλύος από εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων

Transcript

1 AΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΒΙΩΣΙΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Οικοτοξικότητα ιλύος από εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων ΣΑΚΑΒΕΛΗ Ν. ΦΩΤΕΙΝΗ Πτυχιούχος Γεωπόνος Θεσσαλονίκη, Νοέμβριος 2016

2 AΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΒΙΩΣΙΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Οικοτοξικότητα ιλύος από εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων ΣΑΚΑΒΕΛΗ Ν. ΦΩΤΕΙΝΗ Πτυχιούχος Γεωπόνος Θεσσαλονίκη, Νοέμβριος 2016 i

3 Περίληψη Κατά την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων, στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων, διαχωρίζονται τα στερεά από τα υγρά απόβλητα. Τα στερεά που απομακρύνονται κατά την διαδικασία της επεξεργασίας αποτελούν την ιλύ των υγρών αποβλήτων. Η κατάλληλη επεξεργασία της ιλύος οδηγεί στην παραγωγή των λεγόμενων βιοστερεών, τα οποία αποτελούν τα οργανικά κατάλοιπα της επεξεργασίας των αστικών υγρών αποβλήτων. Η διάθεση της ιλύος αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα περιβαλλοντικά προβλήματα των εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων, καθώς εμπεριέχει συστατικά τα οποία μπορεί να προκαλέσουν σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις κατά την διάθεσή της. Ο στόχος της παρούσας μελέτης είναι να μελετηθούν οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την διάθεση ιλύος στο έδαφος. Για το σκοπό αυτό, φυσικοχημικές αναλύσεις, δοκιμές έκπλυσης και βιολογικές δοκιμασίες εφαρμόστηκαν σε δείγματα ιλύος από δύο διαφορετικές μονάδες επεξεργασίας αστικών λυμάτων. Οι ιλύες από τις δύο μονάδες επεξεργασίας αστικών λυμάτων είχαν διαφορετική περιεκτικότητα σε οργανική ύλη. Τα πειράματα περιλάμβαναν α) προσδιορισμό των φυσικοχημικών παραμέτρων των δειγμάτων ιλύος, εκτέλεση β) εκτέλεση της δοκιμής έκπλυσης ενός σταδίου ΕΝ , γ) της δοκιμής διαθεσιμότητας NEN 7341 και δ) της δοκιμής ανοδικής διήθησης EN Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις των δειγμάτων ιλύος μελετήθηκαν με εφαρμογή του πειράματος φυτοτοξικότητας σε τρείς ανώτερους φυτικούς οργανισμούς σε διάφορες αναλογίες μίγματος ιλύος/ εδάφους (2,5, 5, 10, 15, 25%). Η δοκιμή φυτοτοξικότητας εφαρμόστηκε επίσης και με τα υγρά έκπλυσης της μεθόδου NEN Τα οικοτοξικολογικά χαρακτηρίστηκα των εκπλυμάτων, προσδιορίστηκε με εφαρμογή βιοδοκιμών, στους υδρόβιους οργανισμούς, φωτοβακτήριο Vibrio fischeri και καρκινοειδές Daphnia magna. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το δείγμα με την υψηλή περιεκτικότητα σε οργανική ουσία παρουσίασε μια σαφή τοξική επίδραση. Παρατηρήθηκε ότι η τοξικότητα των δειγμάτων εξαρτάται από την συγκέντρωση της ιλύος. Τέλος υπήρξαν περιπτώσεις, όπου τα υγρά έκπλυσης των μεθόδων ΕΝ και NEN 7341 προκάλεσαν διέγερση στην ανάπτυξη των φυτών και στην φωταύγεια του Vibrio fischeri. Σε αντίθεση με τα των υγρά έκπλυσης της δοκιμής ανοδικής διήθησης EN 14405, όπου η επίδρασή τους στον οργανισμό Vibrio fischeri ήταν σημαντικά τοξική. Λαμβάνοντας υπόψη τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης, διαπιστώθηκε ότι είναι σημαντικό να υπάρχει συνδυασμός των φυσικοχημικών παραμέτρων, των διαδικασιών έκπλυσης και δοκιμών τοξικότητας, προκειμένου να εκτιμηθεί η επικινδυνότητα που προκαλείται από την εφαρμογή της ιλύος στο έδαφος. ii

4 Abstract During the biological wastewater treatment, the wastewater is purified to a high degree. The solid particles that are removed during the process constitute the sludge of the wastewater. The disposal of the sludge is one of the major environmental issues in the effluents' processing facilities, due to the fact that it includes constituents that can cause significant adverse environmental effects during its disposal. The objective of this study is to evaluate the environmental impact of the application of sewage sludge on land. To this aim, physicochemical analyses, leaching tests and ecotoxicity tests were applied to sludge samples taken from two different processing facilities' units. The sludges from the two wastewater treatment plants contained different organic matter concentration. The experiments included: a) the determination of physicochemical parameters of the sludges, b) the performance of the leaching test EN , c) the conduction of the availability test NEN 7341 and d) the performance of the up-flow percolation test EN The environmental impact of the sludges was examined by applying the phytotoxicity test on three higher plant organisms at various dried sludge/soil mixture ratios (2.5, 5, 10, 15, 25%). Phytotoxicity testing was also applied to the leachates of the NEN 7341 method. The ecotoxicological characteristics of the leachates, were determined by the appliance of ecotoxicity test on aquatic organisms, the photobacterium Vibrio fischeri and the crustacean Daphnia Magna. The results showed that the sample with the high organic content presented a clear toxic effect. It was observed that the toxicity of the samples depended on the concentration of the sludge. Finally, there have been occasions where the leaching test EN and availability test NEN 7341 caused stimulation in plant growth and the luminescence of the Vibrio fischeri. Contrary to the up-flow percolation test EN 14405, where their effect on the organism Vibrio fischeri was significantly toxic. Taking into account the results of the present study, it was found that it is important to apply a combination of physicochemical parameters, leaching procedures and toxicity tests, in order to estimate the hazardousness caused by the application of the sludge on the land. iii

5 Πρόλογος Στα πλαίσια των υποχρεώσεων του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, πραγματοποιήθηκε η διπλωματική εργασία με τίτλο Φυτοτοξικότητα ιλύος από εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Τεχνικής και Σχεδιασμού Περιβάλλοντος του τομέα Υδραυλικής και Τεχνικής Περιβάλλοντος του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, με επιβλέποντα τον Καθηγητή κ. Ευθύμιο Νταρακά, τον οποίο θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε και την ευκαιρία που μου έδωσε να ασχοληθώ με το συγκεκριμένο θέμα. Ένα πολύ μεγάλο ευχαριστώ θα ήθελα να εκφράσω στη Δρ. Χημικό Μηχανικό του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης κα. Μαρία Πεταλά και στο Δρ. Χημικό Μηχανικό του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης κ. Βασίλειο Τσιρίδη. Για την επιστημονική επίβλεψη, για τις υποδείξεις τους κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, τις πολύτιμες συμβουλές τους, τη συστηματική παρακολούθηση αλλά και τη συμβολή τους τόσο κατά την διάρκεια των πειραμάτων όσο και κατά τη συγγραφή της μεταπτυχιακής διπλωματικής μου εργασίας. Κυρίως όμως θα ήθελα να τους ευχαριστήσω για την ευγένεια, την πρόθυμη συμμετοχή τους και τον πολύτιμο χρόνο που αφιέρωσαν για να φτάσουμε έως εδώ. Θεωρώ χρέος μου να ευχαριστήσω την φίλη μου Θεοδώρα Πατσακίδου και τους εργαζόμενους των εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων από όπου λήφθηκαν δείγματα ιλύος, χωρίς τη βοήθεια των οποίων δε θα ήταν δυνατή η διεξαγωγή της έρευνας. Την Νικολέτα Πανταζή για τη συμβολή της στην επιλογή του θέματος και την πολύτιμη υποστήριξή της κατά την συγγραφή της εργασίας. Τους Καθηγητές κ. Κούγκολο Αθανάσιο και κ. Υφαντή Ιωάννη για την ευγενική συμμετοχή τους στην εξεταστική επιτροπή. Τελειώνοντας των κύκλο των μεταπτυχιακών μου σπουδών ένα μεγάλο ευχαριστώ οφείλω στον Καθηγητή του Αριστοτέλειου Πανεπιστήμιου Θεσσαλονίκης, της Σχολής Γεωπονίας Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος του Τμήματος Γεωπονίας κ. Νικόλαο Α. Νικολάου, για την καθοδήγηση και την υποστήριξη του, από τις προπτυχιακές μου σπουδές ακόμη, χάρη στα οποία έφτασα έως εδώ. Τέλος, θα ήθελα να απευθύνω ένα μεγάλο ευχαριστώ στους γονείς μου Μαρία και Νίκο και στα αδέρφια μου Μανώλη, Βασίλη και Μαρίνο για την ηθική και υλική υποστήριξη που μου προσέφεραν καθ όλη την διάρκεια των σπουδών μου, τη συμπαράσταση και τη βοήθειά τους στις δυσκολίες κατά τη διάρκεια εκπόνησης της εργασίας, κυρίως όμως που βρίσκονται στο πλευρό μου σε κάθε μου προσπάθεια. iv

6 Περιεχόμενα 1 Εισαγωγή Θεωρητικό μέρος Η σημασία της επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων Ιστορική αναδρομή Σημερινές συνθήκες και μελλοντικές τάσεις Υγρά απόβλητα Ποιοτικά χαρακτηριστικά υγρών αποβλήτων Στάδια επεξεργασίας υγρών αποβλήτων Ιλύς Ορισμός ιλύος Επεξεργασία ιλύος σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων Πρωτοβάθμια ιλύς (primary sludge) Δευτεροβάθμια ιλύς (secondary sludge) Χημική ιλύς (Chemical sludge) Μικτή ιλύς (mixed sludge) Χωνεμένη ιλύς βιοστερεά (digested sludge biosolids) Σηπτική ιλύς (septic sludge) Ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά της ιλύος Ποιοτικά χαρακτηριστικά της ιλύος Βαρέα μέταλλα Κύριες κατηγορίες παθογόνων μικροοργανισμών ιλύος Επεξεργασία ιλύος Άντληση ιλύος Προκαταρκτικές διεργασίες Προετοιμασία Πάχυνση Σταθεροποίηση (stabilization) v

7 3.4.6 Αφυδάτωση (dewatering) Θερμική επεξεργασία ιλύος Διάθεση και αξιοποίηση ιλύος Απόφαση τρόπου διάθεσης ιλύος Διάθεση ιλύος σε επιφανειακά νερά και τη θάλασσα (sea disposal) Δεξαμενισμός (lagooning) Απόρριψη (dumping) Υγειονομική ταφή (sanitary landfill) Εφαρμογή στο έδαφος (land application) Χρήση της ιλύος στην παραγωγή Περιορισμοί για τις διαφορετικές στρατηγικές διαχείρισης Εκτίμηση της ρύπανσης από την διάθεση ιλύος Δοκιμές έκπλυσης Οικοτοξικολογικές αναλύσεις Επισκόπηση κοινοτικής νομοθεσίας σχετικά με τη διαχείριση των αστικών λυμάτων, στην Ευρωπαϊκή ένωση και την Ελλάδα Θεσμικό πλαίσιο - Ευρωπαϊκή Ένωση ΟΔΗΓΙΑ 91/271/ΕΟΚ ΟΔΗΓΙΑ 91/156/ΕΟΚ ΟΔΗΓΙΑ 86/278/ΕΟΚ - ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΕΣ ΝΟΜΟΘΕΣΙΕΣ ΤΩΝ ΚΡΑΤΩΝ- ΜΕΛΩΝ Θεσμικό πλαίσιο Ελλάδα Πειραματικό μέρος Μονάδες επεξεργασίας Ε.Ε.Λ. Γρεβενών Ε.Ε.Λ. Κιλκίς Φυσικές και χημικές παράμετροι ιλύος Υγρασία Πτητικά Στερεά (volatile solids) ph, Ενεργός οξύτητα vi

8 5.2.4 Ηλεκτρική αγωγιμότητα Οργανική ουσία Ολικός οργανικός άνθρακας (TOC) Διαδικασίες έκπλυσης Δοκιμή έκπλυσης ενός σταδίου ΕΝ Δοκιμή διαθεσιμότητας NEN Δυναμική δοκιμή (ΕΝ 14405) Οικοτοξικολογικές αναλύσεις Δοκιμασία ακινητοποίησης με το καρκινοειδές Daphnia magna (Daphtoxkit F) Προσδιορισμός της αναστολής φωταύγειας του βακτηρίου Vibrio fischeri (δοκιμή Microtox) Πείραμα φυτοτοξικότητας (Phytotoxkit Microbiotest) Αποτελέσματα και σχολιασμός Αποτελέσματα φυσικοχημικών παράμετρών δειγμάτων ιλύος Αποτελέσματα φυσικοχημικών χαρακτηριστικών υγρών έκπλυσης της δοκιμής ΕΝ Αποτελέσματα φυσικοχημικών χαρακτηριστικών υγρών έκπλυσης δοκιμής διαθεσιμότητας ΝΕΝ Αποτελέσματα φυσικοχημικών χαρακτηριστικών υγρών έκπλυσης της δοκιμής δυναμικής δοκιμής ΕΝ Αποτελέσματα επίδρασης τοξικότητας δειγμάτων ιλύος, σε φυτικούς οργανισμούς Lepidium sativum Sinapis alba Sorghum saccharatum Αποτελέσματα επίδρασης τοξικότητας υγρών έκπλυσης, σε υδρόβιους και φυτικούς οργανισμούς Αποτελέσματα τοξικότητας υγρών έκπλυσης της δοκιμής ΕΝ , σε V.fischeri και D.magna vii

9 6.6.2 Αποτελέσματα τοξικότητας υγρών έκπλυσης της δοκιμής NEN 7341, σε V.fischeri και D. magna Αποτελέσματα τοξικότητας υγρών έκπλυσης της δοκιμής EN 14405, σε V.fischeri Αποτελέσματα τοξικότητας υγρών έκπλυσης της δοκιμής NEN 734, σε φυτικούς οργανισμούς Συμπεράσματα - Προτάσεις ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ viii

10 Κατάλογος Πινάκων Πίνακας 3.1 Παραγωγή ιλύος στις διάφορες διαδικασίες επεξεργασίας (Προσαρμοσμένο από: Andreoli et al., 2007) Πίνακας 3.2 Χημική σύνθεση μη επεξεργασμένης ιλύος και χωνεμένων βιοστερεών (προσαρμοσμένο από Metcalf and Eddy, 2007) Πίνακας 3.3 Μέγιστες επιτρεπόμενες συγκεντρώσεις μετάλλων στην ιλύ για εδαφική εφαρμογή (ΚΥΑ Ε.103/2011) Πίνακας 3.4 Παθογόνοι μικροοργανισμοί ιλύος εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων Πίνακας 3.5 Μέθοδοι επεξεργασίας της ιλύος Πίνακας 3.6 Σχετικός βαθμός ελέγχου στις διάφορες διεργασίες σταθεροποίησης της ιλύος [Προσαρμοσμένο από (WEF, 1998)] Πίνακας 3.7 Τυπική σύσταση ιλύος πριν και μετά από επεξεργασία (Πηγή : U.S. EPA, Βαβίζος - Βιολογικός καθαρισμός) Πίνακας 3.8 Παραδείγματα συνθηκών που επηρεάζουν την απόφαση επιλογής μεθόδου αξιοποίησης της ιλύος (προσαρμοσμένο από Sludge Treatment and Disposal, Management Approaches and Experiences, 1999) Πίνακας 3.9 Ενδεικτική σύνθεση χημικών λιπασμάτων, κομπόστας, κοπριάς και ιλύος (Ανδρεαδάκης, 2009) Πίνακας 3.10 Οριακές ποσότητες βαρέων μετάλλων που μπορούν να εισάγονται κατά έτος στα καλλιεργήσιμα εδάφη [kg/ha έτος] Πίνακας 3.11 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των διαφόρων τρόπων διάθεσης της ιλύος στο έδαφος (Πηγή: EC, 2000) Πίνακας 3.12 Περιορισμοί για τις διαφορετικές στρατηγικές διαχείρισης (Πηγή: Fytili and Zabaniotou, 2008) Πίνακας 4.1 Βασική νομοθεσία σχετικά με τη διαχείριση αποβλήτων, βιολογικής ιλύος Πίνακας 5.1 Εισερχόμενα φορτία στην εγκατάσταση Πίνακας 5.2 Παροχή στην εγκατάσταση Πίνακας 5.3 Εισερχόμενα φορτία στην εγκατάσταση Πίνακας 5.4 Βασικά χαρακτηριστικά των δοκιμών έκπλυσης που εφαρμόστηκαν Πίνακας 5.5 Ταξινόμηση μίγματος Πίνακας 6.1 Αποτελέσματα φυσικοχημικών παράμετρών δειγμάτων ιλύος Πίνακας 6.2 Αποτελέσματα φυσικοχημικών παράμετρών υγρών έκπλυσης των δειγμάτων ιλύος από τη δοκιμή ΕΝ Πίνακας 6.3 Αποτελέσματα φυσικοχημικών παράμετρών υγρών έκπλυσης, των δειγμάτων ιλύος, της δοκιμής διαθεσιμότητας ΝΕΝ ix

11 Πίνακας 6.4 Αποτελέσματα φυσικοχημικών παράμετρών υγρών έκπλυσης, του δείγματος ιλύος ΙΓ, της δοκιμής διαθεσιμότητας ΕΝ Πίνακας 6.5 Αποτελέσματα φυσικοχημικών παράμετρών υγρών έκπλυσης, του δείγματος ιλύος ΙΚ, της δοκιμής διαθεσιμότητας ΕΝ Πίνακας 6.6 Αποτελέσματα φυσικοχημικών παράμετρών υγρών έκπλυσης, του πρότυπου εδάφους, της δοκιμής διαθεσιμότητας ΕΝ Πίνακας 6.7 Βαθμός τοξικότητας Πίνακας 6.8 Αναστολή φωταύγειας,στον οργανισμό V.fischeri από τα υγρά έκπλυσης, της δοκιμής ΕΝ Πίνακας 6.9 Συγκέντρωση δείγματος που προκαλούσε αναστολή της φωταύγειας στον οργανισμό V.fischeri κατά 50%, από τα υγρά έκπλυσης, της δοκιμής ΕΝ Πίνακας 6.10 Αναστολή κινητικότητας στον οργανισμό D.magna από τα υγρά έκπλυσης, της δοκιμής ΕΝ Πίνακας 6.11 Αναστολή φωταύγειας,στον οργανισμό V.fischeri από τα υγρά έκπλυσης, της δοκιμής NEN Πίνακας 6.12 Συγκέντρωση δείγματος που προκαλούσε αναστολή της φωταύγειας στον οργανισμό V.fischeri κατά 50%, από τα υγρά έκπλυσης, της δοκιμής NEN Πίνακας 6.13 Αναστολή κινητικότητας στον οργανισμό D.magna από τα υγρά έκπλυσης, της δοκιμής NEN Πίνακας 6.14 Αναστολή φωταύγειας,στον οργανισμό V.fischeri από τα κλάσματα του δείγματος ΙΓ Πίνακας 6.15 Αναστολή φωταύγειας.στον οργανισμό V.fischeri από τα κλάσματα του δείγματος ΙΚ Πίνακας 6.16 Αναστολή φωταύγειας.στον οργανισμό V.fischeri από τα κλάσματα του πρότυπου εδάφους Πίνακας 6.17 Αποτελέσματα φυτοτοξικότητας υγρών έκπλυσης, της δοκιμής NEN 7341 στο L. sativum Πίνακας 6.18 Αποτελέσματα φυτοτοξικότητας υγρών έκπλυσης, της δοκιμής NEN 7341 στο S. alba Πίνακας 6.19 Αποτελέσματα φυτοτοξικότητας υγρών έκπλυσης, της δοκιμής NEN 7341 στο S. saccharatum x

12 Κατάλογος Εικόνων Εικόνα 3.1Φθορισμός προετοιμασμένων κύτταρων Vibrio fischeri πηγή (Πηγή: microbewiki.kenyon.edu) Εικόνα 3.2 Εφίππια D. Magna Εικόνα 3.3 Lepidium sativum πηγή (Πηγή: wikimedia.org) Εικόνα 3.4 Sinapis alba πηγή (Πηγή: wikimedia.org) Εικόνα 3.5 Sorghum saccharatum (Πηγή: treccani.it/) Εικόνα 5.1 Δ.Ε.Υ.Α. - Γρεβενών Εικόνα 5.2 Αποδέκτης - Διάθεσης επεξεργασμένης εκροής Γρεβενών Εικόνα 5.3 Δ.Ε.Υ.Α. - Κιλκίς Εικόνα 5.4 Αποδέκτης - Διάθεσης επεξεργασμένης εκροής Κιλκίς Εικόνα 5.5 Δείγματα μετά την προσθήκη K 2Cr 2O7, H 2SO Εικόνα 5.6 Διαδικασία τιτλοδότησης Εικόνα 5.7 Διαδικασία περιστροφικής ανάδευσης Εικόνα 5.8 Δοκιμή διαθεσιμότητας NEN Εικόνα 5.9 Πειραματική διάταξη της μελέτης αλληλεπίδρασης των υγρών έκπλυσης της ιλύος με το έδαφος Εικόνα 5.10 Διαδικασία εφαρμογής των μικροοργανισμών D.magna στα πλαστικά δισκία.. 91 Εικόνα 5.11 Παρατήρηση κινητικότητας των μικροοργανισμών D. magna Εικόνα 5.12 Εργαστηριακός αναλυτής Microtox Εικόνα 5.13 Προετοιμασία πλακών δοκιμής Εικόνα 5.14 Πλάκα δοκιμής, σπόροι S. Saccharatum Εικόνα 5.15 S. alba συγκέντρωση ιλύος ΙΓ σε έδαφος OECD 5% Εικόνα 5.16 Καθορισμός κλίμακας xi

13 Κατάλογος Σχημάτων Σχήμα 2.1 Μορφές και συμβολισμοί των διαφόρων μορφών του αζώτου (Πηγή: Νταρακάς, 2016 Β)... 9 Σχήμα 2.2 Διάγραμμα μεθόδου ενεργού ιλύος σε Ε.Ε.Λ (Πηγή: Νταρακάς, 2010) Σχήμα 2.3 Πρωτοβάθμια ή μηχανική επεξεργασία αστικών λυμάτων (Πηγή: Νταρακάς, 2010) Σχήμα 2.4 Αερόβια βιολογική επεξεργασία (Πηγή: Νταρακάς, 2010) Σχήμα 3.1 Πηγές και τύποι ιλύων (προσαρμοσμένο από (E.C., 2001)) Σχήμα 3.2 Απεικόνιση της αναερόβιας διεργασίας (Πηγή: Νταρακάς, 2010) Σχήμα 3.3 Δένδρο λήψης απόφασης επεξεργασίας ιλύος (Sludge Treatment and Disposal, Management Approaches and Experiences, 1999) Σχήμα.6.1 Επίδραση μιγμάτων ιλύος/εδάφους στην ανάπτυξη των ριζών του Lepidium sativum Σχήμα 6.2 Επίδραση μιγμάτων ιλύος/εδάφους στην φύτρωση των σπόρων του Lepidium sativum Σχήμα 6.3 Επίδραση μιγμάτων ιλύος/εδάφους στην ανάπτυξη των βλαστών του Lepidium sativum Σχήμα 6.4 Επίδραση μιγμάτων ιλύος/εδάφους στην εμφάνιση των βλαστών του Lepidium sativum Σχήμα 6.5 Επίδραση μιγμάτων ιλύος / εδάφους στην ανάπτυξη των ριζών του Sinapis alba Σχήμα 6.6 Επίδραση μιγμάτων ιλύος / εδάφους στην φύτρωση των σπόρων του Sinapis alba Σχήμα 6.7 Επίδραση μιγμάτων ιλύος/εδάφους στην ανάπτυξη των βλαστών του Sinapis alba Σχήμα 6.8 Επίδραση μιγμάτων ιλύος/εδάφους στην εμφάνιση των βλαστών του Sinapis alba Σχήμα 6.9 Επίδραση μιγμάτων ιλύος / εδάφους στην ανάπτυξη των ριζών του Sorghum saccharatum Σχήμα 6.10 Επίδραση μιγμάτων ιλύος / εδάφους στην φύτρωση των σπόρων του Sorghum saccharatum Σχήμα 6.11 Επίδραση μιγμάτων ιλύος/εδάφους στην ανάπτυξη των βλαστών του Sorghum saccharatum Σχήμα 6.12 Επίδραση μιγμάτων ιλύος/εδάφους στην εμφάνιση των βλαστών του Sorghum saccharatum xii

14 Σχήμα 6.13 Επίδραση τοξικότητας των υγρών έκπλυσης, της δοκιμής ΕΝ , στους οργανισμούς V.fischeri και D.magna Σχήμα 6.14 Συγκέντρωση δείγματος ΙΚ που προκαλούσε αναστολή της φωταύγειας στον οργανισμό V.fischeri κατά 50%, της δοκιμής ΕΝ , για χρόνο έκθεσης 5 και 30 min Σχήμα 6.15 Επίδραση τοξικότητας των υγρών έκπλυσης (ΙΓ), της δοκιμής NEN 7341 στους οργανισμούς V.fischeri και D.magna Σχήμα 6.16 Επίδραση τοξικότητας των υγρών έκπλυσης (ΙΚ), της δοκιμής NEN 7341 στους οργανισμούς V.fischeri και D.magna Σχήμα 6.17 Αναστολή της φωταύγειας στον οργανισμό V.fischeri από τα κλάσματα L/S= 0,1-1 L/kg, για χρόνο έκθεσης 30 min Σχήμα 6.18 Αναστολή ανάπτυξης ρίζας των διαφορετικών φυτικών ειδών που εκτίθενται σε υγρά έκπλυσης αποξηραμένων δειγμάτων ιλύος, της δοκιμής NEN Σχήμα 6.19 Αναστολή ανάπτυξης ρίζας των διαφορετικών φυτικών ειδών που εκτίθενται σε υγρά έκπλυσης αποτεφρωμένων δειγμάτων ιλύος, της δοκιμής NEN Σχήμα 6.20 Αντίδραση των οργανισμών στην τοξικότητα των υγρών έκπλυσης των αποξηραμένων δειγμάτων, της δοκιμής ΝΕΝ 7341 (Πηγή: Sakaveli et al., 2016) Σχήμα 6.21 Αντίδραση των οργανισμών στην τοξικότητα των υγρών έκπλυσης των αποτεφρωμένων δειγμάτων, της δοκιμής ΝΕΝ 7341 (Πηγή: Sakaveli et al., 2016) xiii

15 1 Εισαγωγή Η διαχείριση της ιλύος από μονάδες επεξεργασίας λυμάτων και διάθεση της είναι ένα σημαντικό πρόβλημα σε όλο τον κόσμο. Οι τρέχουσες πρακτικές διάθεσης περιλαμβάνουν την υγειονομική ταφή ενώ μόνο ένα μικρό ποσό χρησιμοποιείται στη γεωργία. Ωστόσο, λόγω των τεράστιων ποσοτήτων ιλύος που παράγονται καθημερινά μαζί με τη σημαντική έλλειψη χώρων υγειονομικής ταφής, η υγειονομική ταφή είναι μια δαπανηρή επιλογή και ακατάλληλη ως μακροπρόθεσμη εναλλακτική λύση (Wong et al., 1999). Επιπλέον, η γεωργική χρήση της είναι περιορισμένη, λόγω των βαρέων μετάλλων και του μικροβιακό περιεχόμενου. Η εφαρμογή της ιλύος σε γεωργικές και κηπευτικές εκτάσεις ήταν ανέκαθεν δύσκολη από την άποψη του συμβιβασμού μεταξύ θρέψης και οργανικών υλών και της μόλυνσης από βαρέα μέταλλα και των παθογόνους παράγοντες (Chaney, 1983, Robert,, Winkler, 1991, Wong et al., 1997, de Bertoldi et al., 1983) Η ιλύος που παράγεται από μονάδες επεξεργασίας λυμάτων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση του εδάφους ως οργανικό λίπασμα ή εδαφοβελτιωτικό. Εφαρμογή της ιλύος σε γεωργικές εκτάσεις μειώνει τις ποσότητες των χημικών λιπασμάτων που χρησιμοποιούνται, βελτιώνει τη γονιμότητα του εδάφους και ανακυκλώνει τα απόβλητα πίσω στον κύκλο του εδάφους και των φυτών. Ωστόσο, η απελευθερώνονται διαφόρα επιβλαβή συστατικά κατά τη διάρκεια εφαρμογής της τα οποία πρέπει να ληφθούν υπόψη (Oleszczuk, 2008), τέτοια συστατικά είναι τα βαρέα μέταλλα τα πολυχλωριωμένα διφαινύλια (PCBs), πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (PAHs) και άλλοι οργανικοί ρύποι. Αν και κομποστοποίηση ιλύος θα ήταν μια εφικτή προεπεξεργασία για να εξαλειφθούν τα παθογόνων και να σταθεροποιηθεί η οργανική ύλη μέσω της βιολογικής σταθεροποίησης (de Bertoldi et al, 1983., Inbar et al., 1993), οι υψηλές συγκεντρώσεις των βαρέων μετάλλων στο λίπασμα μπορεί να είναι επιβλαβείς για την μικροβιακή δράση στο έδαφος και την ανάπτυξη των φυτών. Επιπλέον, οι μεταβολές αυτές αποτελούν απειλή για την ανθρώπινη υγεία μέσω βιοσυσσώρευσης στα τρόφιμα και το περιβάλλον (Adriano, et al., 1982). Αυτά τα συστατικά μπορεί να επηρεάζει άμεσα είτε τα φυτά και τους χερσαίους οργανισμούς είτε τους οργανισμούς του υδάτινου περιβάλλοντος μέσω των στραγγισμάτων που παράγονται κατά τη διάρκεια της διάθεσης στη γη (Ramirez, et al, 2008, Carbonell et al, 2009). Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων, από τη χρήση της ιλύος από εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων ως λίπασμα ή εδαφοβελτιωτικό, χρησιμοποιώντας χημικές αναλύσεις είναι ένα περίπλοκο ζήτημα. Η περιπλοκότητα του οφείλεται σε ένα μεγάλο πλήθος στοιχείων που πρέπει να αναλυθούν (Fuentes et al., 2006). Επιπλέον, οι χημικές αναλύσεις δεν μπορούν να εκτιμήσουν με ακρίβεια την λιπασματική 1

16 αξία της ιλύος και την επίδραση των στραγγισμάτων που παράγονται κατά τη διάθεση της στο χερσαίο και στο υδάτινο περιβάλλον. Ο στόχος της παρούσας μελέτης είναι η αξιολόγηση της τοξικότητας ιλύος από δύο εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων. Εξετάστηκαν δείγματα ιλύος από δύο διαφορετικές μονάδες επεξεργασίας αστικών λυμάτων, ένα δείγμα ιλύος με σχετικά χαμηλή περιεκτικότητα σε οργανική ύλη από την εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων των Γρεβενών (δείγμα ΙΓ) και ενός με σχετικά υψηλή περιεκτικότητα σε οργανική ύλη, από την εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων του Κιλκίς (δείγμα ΙΚ). Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις της τοξικότητας προσεγγίζεται χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές: α) άμεση εφαρμογή της ιλύος στο έδαφος για την εκτίμηση του ποσοστού φύτρωσης των σπερμάτων και της ανάπτυξης της ρίζας και των βλαστών των τριών ανώτερων φυτικών ειδών (δοκιμή φυτοτοξικότητας): το μονοκοτυλήδονο Sorghum saccharatum και τα δύο δικοτυλήδονα Lepidium sativum και Sinapis alba, β) έκπλυση των δειγμάτων ιλύος και επακόλουθη της απόδοσης των δοκιμών τοξικότητας μετά από έκθεση των υγρών έκπλυσης σε υδρόβια ήδη δοκιμών, στο φωτοβακτήριο Vibrio fischeri και στο καρκινοειδές Daphnia magna. 2

17 2 Θεωρητικό μέρος 2.1 Η σημασία της επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων Με τη δημιουργία των πρώτων οργανωμένων κοινοτήτων των ανθρώπων, δημιουργήθηκε η ανάγκη να διευθετηθεί το πρόβλημα διάθεσης των υγρών και στερεών αποβλήτων, που παράγονταν από τι κοινωνίες αυτές. Μέχρι πρόσφατα η υγιεινή αποβλήτων εστιάζονταν στην ελαχιστοποίηση των κινδύνων υγείας, ενώ η μέριμνα για τις μολυσματικές ασθένειες ερχόταν δεύτερη. Η διαχείριση των αποβλήτων στην σημερινή εποχή, εστιάζει επίσης στο να αντιμετωπίσει τους χρόνιους κινδύνους υγείας καθώς και τις επιπτώσεις των ρύπων στο περιβάλλον Ιστορική αναδρομή Αρχαία εποχή Στους αρχαίους παγκόσμιους πολιτισμούς, αναπτύχθηκαν ποικίλες τεχνολογίες επεξεργασίας αποβλήτων. Οι παλαιότερες ίσως ενδείξεις για την ύπαρξη αποχετευτικού συστήματος των νερών είναι στην εποχή των Σουμερίων στην περιοχή της Μεσοποταμίας σε κλάδο του Ευφράτη. Μέχρι το π.χ. στην Αίγυπτο τα απόβλητα, σε ένα μέρος τους, απορρίπτονταν σε ποταμούς. Στην Ελλάδα, στο ανάκτορο της Κνωσού, είχε κατασκευαστεί σύστημα αποχέτευσης των βρόχινων και ακάθαρτων νερών (λουτρά). Από το 300 π.χ. μία από τις ευθύνες της πόλης κράτους, ήταν η διαχείριση των αποβλήτων. Ενώ η πρώτη γνωστή απαγόρευση, διάθεσης των αποβλήτων στους δρόμους έγινε στην Αθήνα το 320 π.χ. Οι πρώτοι που προσπάθησαν να δώσουν ολοκληρωτική λύση στο ζήτημα ήταν οι Ρωμαίοι. Οι Ρωμαίοι έμειναν στην ιστορία για την οικοδομική δραστηριότητα, έχοντας να επιδείξουν τα υδραγωγεία, τους δρόμους και τους υπονόμους τους. Η πρώτη τεχνική έκθεση για ύδρευση έχει συνταχθεί το 98 μ.χ. από τον επίτροπο υδρεύσεως της Ρώμης Sextus Julius Frentinus και αναφέρεται στα 9 υδραγωγεία της πόλης, μήκους από 15 έως 80 km και διατομής από 0,65 έως 4,70 m 2 με εκτιμώμενη συνολική παροχή 315 m 3 /ημ. περίπου. Μεσαίωνας Μετά την πτώση της Ρώμης, οι ανοιχτές τάφροι λυμάτων άρχισαν να ξανά χρησιμοποιούνται και η πρακτική διαχωρισμού του πόσιμου νερού από τα υγρά απόβλητα εγκαταλείφθηκε, με αποτέλεσμα την συνεχή μόλυνση των πηγαδιών. Τον 18 ο αιώνα, κάθε σπίτι στο Λονδίνο είχε έναν υποτυπώδη βόθρο, ο οποίος βρίσκονταν κάτω από το πάτωμα. Όταν οι βόθροι γέμιζαν και υπερχείλιζαν, τα απόβλητα διοχετεύονταν 3

18 σε ανοιχτούς υπονόμους στο μέσο των δρόμων και από εκεί χύνονταν στον Τάμεση. Σε αυτή την περίοδο ξέσπασαν σε όλη την Ευρώπη επιδημίες τύφου και χολέρας, με αμέτρητα θύματα Σύγχρονη εποχή Οι πρόοδοι έγιναν τον 19 ο αιώνα, με την ανακάλυψη της σηπτικής δεξαμενής το 1860 από τον Louis Moyreas και την ανάπτυξη της τεχνολογίας φίλτρων άμμου από τον Edward Frankland το Λόγω της συνεχούς αύξησης του πληθυσμού, άρα και των παραγόμενων αποβλήτων και της εξάπλωσης των ασθενειών, ωθήθηκε η ανάπτυξη των συστημάτων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. Στην σύγχρονη εποχή έχουν γίνει μεγάλα βήματα, σχετικά με την διαχείριση τους, χωρίς να έχουν βέβαια εξαλειφθεί όλα τα προβλήματα, αφού η απλή μεταφορά τους με αγωγούς και απόρριψη σε υδάτινους αποδέκτες όπως σε ποτάμια και στη θάλασσα, απλά μεταθέτει το πρόβλημα, ενώ μακροχρόνια εμπεριέχει σημαντική υποβάθμιση του περιβάλλοντος. Αυτό μας οδήγησε στις σημερινές μεθόδους επεξεργασίας, η οποία αποσκοπεί στην ασφαλή απόρριψη σε διάφορους υδάτινους αποδέκτες ή ακόμα και στην χρησιμοποίηση για άρδευση. Με αυτό τον τρόπο συμβάλλουν στην οικονομία του νερού, θέμα με σημαντικές διαστάσεις στις μέρες μας, ενώ στη περίπτωση της άρδευσης το νερό εμπεριέχει επίσης θρεπτικά συστατικά για τα φυτά, δρώντας έτσι ως μια επιπλέον μορφή λιπάσματος. Τα παραπροϊόντα της επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων μπορούν επίσης να αξιοποιηθούν σε σημαντικό βαθμό. Η λυματολάσπη μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αγροτικές καλλιέργειες ως βοηθητικό λίπασμα ενώ το βιοαέριο δύναται να αξιοποιηθεί ενεργειακά. Στην Ελλάδα, ακόμη και σήμερα, υπάρχουν μικροί οικισμοί, στους οποίους δεν εφαρμόζεται η επεξεργασία των αστικών υγρών αποβλήτων. Συνεπώς θα πρέπει να γίνει προσπάθεια ώστε να δημιουργηθούν συστήματα επεξεργασίας των αποβλήτων αυτών ακόμη και σε περιπτώσεις μικρών και απομονωμένων οικισμών Σημερινές συνθήκες και μελλοντικές τάσεις Προβλήματα Με την ανάπτυξη της βιομηχανίας, η αποτελεσματική επεξεργασία των υγρών αποβλήτων ξεκίνησε να γίνεται περισσότερο σύνθετη. Από τον 20 ο αιώνα έως σήμερα, οι νέες χημικές ουσίες, που έχουν παραχθεί καθώς και τα πολύ πυκνά απόβλητα, που παράγονται από ζωοτροφίες ή βιομηχανικές μονάδες, καθιστούν την αποτελεσματική επεξεργασία δυσκολότερη. Σχετικά με την πυκνότητα ορισμένων τύπων λυμάτων, ενδεικτικά αναφέρεται πως τα απόβλητα ενός χοιροτροφείου έχουν οργανικό φορτίο φορές μεγαλύτερο 4

19 από τα αστικά και ενός απλού ελαιοτριβείου μπορεί να είναι μέχρι και 100 φορές πυκνότερα από τα λύματα. Ιλύς Το πρόβλημα της επεξεργασίας και τελικής διαθέσεως της ιλύος καθίσταται σημαντικό σε μεγάλες μονάδες επεξεργασίας μητροπολιτικών πόλων. Σε αυτές απαντώνται μεγάλες ποσότητες λάσπης με δυσμενή ποιοτικά χαρακτηριστικά (βαριά μέταλλα και άλλες τοξικές ή ανεπιθύμητες ουσίες κυρίως από τις βιομηχανίες). Για το λόγο αυτό απαιτείται κατάλληλη επεξεργασία, αφυδάτωση και διάθεση με υγειονομική ταφή, καύση ή διάθεση σαν λίπασμα, αν απομακρυνθούν οι τοξικές ουσίες για το έδαφος και τις καλλιέργειες, προκειμένου να διασφαλιστεί η προστασία του περιβάλλοντος και η ανθρώπινη υγειά. Στις μικρές εγκαταστάσεις η διάθεση της λάσπης και των συμπυκνωμένων ρύπων δεν αποτελεί σοβαρό πρόβλημα. Η διαχείριση της αφορά, χώνευση, αφυδάτωση και διάθεση στους αγρούς ή μαζί με τα απορρίμματα). 2.2 Υγρά απόβλητα Οι εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων έχουν ως σκοπό των διαχωρισμό των αστικών αποβλήτων από τα από τα επιβλαβή συστατικά που περιέχουν, ώστε να μπορέσουν να εξαλειφθούν ή να μειωθούν σε αποδεκτό επίπεδο οι δυσμενείς για τον τελικό αποδεκτή συνέπειες. Ως επιβλαβή συστατικά θεωρούνται τα ογκώδη αντικείμενα, η άμμος, τα αιωρούμενα στερεά, τα οργανικά φυσικά συστατικά (π.χ. υδατάνθρακες, λίπη), οι παθογόνοι μικροοργανισμοί και τα θρεπτικά στοιχεία N και P. Τα συστατικά που αποτελούν το σύνολο των υγρών αποβλήτων εξαρτώνται από τον τύπο του συστήματος συλλογής τους και περιλαμβάνουν: 1. Αστικά υγρά απόβλητα: Αφορά τα υγρά απόβλητα που απομακρύνονται από πολυκατοικίες, καταστήματα ιδρύματα και παρόμοιες εγκαταστάσεις. Τα οποία αποτελούνται κυρίως από ανθρωπιά εκκρίματα και απόνερα οικιακής χρήσης. 2. Βιομηχανικά υγρά απόβλητα: Υγρά απόβλητα τα οποία προέρχονται από βιομηχανικές εγκαταστάσεις, δημιουργούνται κατά την παραγωγική διαδικασία και μπορεί να περιέχουν υπολείμματα των υλών που χρησιμοποιούνται. 3. Γεωργικά απόβλητα: Παράγονται από κάθε γεωργική δραστηριότητα και κατά κύριο λόγο περιλαμβάνουν τις απορροές των αρδευτικών συστημάτων. 4. Επιφανειακά νερά απορροής: Νερά βροχής μαζί με τα προϊόντα έκλυσης των δρόμων που καταλήγουν στο αποχετευτικό σύστημα. 5

20 5. Νερά διήθησης - εισροής: Τα δέχεται το αποχετευτικό σύστημα λόγω της μη απόλυτης στεγανότητάς του και προέρχονται από τον υδροφόρο ορίζοντα και τα νερά επιφανειακής απορροής. Ειδικότερα τα αστικά λύματα, εφόσον δεν περιέχουν μεγάλο ποσοστό βιομηχανικών αποβλήτων και είναι σχετικά σταθερής ποιότητας, μπορούν να υποβληθούν σε τυποποιημένες μεθόδους επεξεργασίας καθαρισμού με δοκιμασμένα ικανοποιητικά αποτελέσματα (Μπουζίανη, 2002). Προκειμένου να εξαλείφουν όσο το δυνατών περισσότερο οι δυσμενής επιπτώσεις στον φυσικό αποδέκτη όπου καταλήγουν τα υγρά απόβλητα και κατά συνέπεια οι επιπτώσεις στα έμβρυα όντα και στον άνθρωπο, κρίνεται απαραίτητη τόσο ή καλή γνώση των χαρακτηριστικών των υγρών αποβλήτων, της επίδρασής τους στο περιβάλλον και των μεθόδων επεξεργασίας τους. Η ολοκληρωμένη διαχείριση των υγρών αποβλήτων προβλέπει την επεξεργασία τους καθώς και την διάθεσή τους. Οι κατηγορίες συστημάτων αποχέτευσης στα οποία συλλέγονται τα υγρά απόβλητα είναι: Παντορροϊκό: Δέχεται όμβρια ύδατα Χωριστικό: Δεν δέχεται όμβρια ύδατα Μερικά χωριστικό: Όταν μέρος του δικτύου ύδρευσης δέχεται όμβρια ύδατα Μέσω του δικτύου αποχέτευσης και του κεντρικού αποχετευτικού αγωγού τα υγρά απόβλητα καταλήγουν στη Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων (Ε.Ε.Λ.) όπου και θα υποστούν επεξεργασία πριν την τελική τους διάθεση. Το βασικό τρίπτυχο που ενδιαφέρει την επεξεργασία τω υγρών αποβλήτων είναι οι μικροοργανισμοί, η περιεχόμενη οργανική ύλη που αποτελεί την τροφή των μικροοργανισμών και το οξυγόνο το οποίο είναι απαραίτητο για την ενέργεια και την επιβίωση των μικροοργανισμών. (Νταρακάς, 2010) Ποιοτικά χαρακτηριστικά υγρών αποβλήτων Η σύνθεση των βιολογικών αποβλήτων χαρακτηρίζεται από φυσικές ιδιότητες, χημικά βιολογικά χαρακτηριστικά. Πολλές από τις φυσικές ιδιότητες, τα χημικά και τα βιολογικά χαρακτηριστικά αλληλοσχετίζονται. Για παράδειγμα η θερμοκρασία επηρεάζει τόσο τις ποσότητες των διαλυμένων αερίων στα υγρά απόβλητα όσο και την βιολογική δραστηριότητα των υγρών αποβλήτων (Metcalf and Eddy, 2003). Γενικά όσο πιο συνθέτη είναι η σύσταση ενός υγρού αποβλήτου τόσο πιο τόσο πιο πολύπλοκη είναι η επεξεργασία του. Φυσικά χαρακτηριστικά υγρών αποβλήτων Θερμοκρασία: Είναι γενικά μεγαλύτερη από εκείνη του πόσιμου νερού γιατί επηρεάζεται από τα θερμά απόβλητα κατοικιών, βιομηχανιών. Συνήθως κυμαίνεται από 10 μέχρι 22 0 C. Είναι πολύ σπουδαία φυσική παράμετρος εξαιτίας της επίδρασής 6

21 της στο ρυθμό των βιοχημικών αντιδράσεων. Όλες οι βιοχημικές αντιδράσεις εκτελούνται με ταχύτερο ρυθμό σε υψηλές θερμοκρασίες. Ιδιαίτερα τονίζεται η σχέση της θερμοκρασίας με τη διαλυτότητα του οξυγόνου το οποίο περιέχεται στα απόβλητα κατά την αερόβια βιολογική επεξεργασία στις δεξαμενές ενεργού ιλύος. Η διάθεση τέλος θερμών υγρών αποβλήτων σε φυσικούς αποδέκτες επηρεάζει άμεσα το οικοσύστημα. Αγωγιμότητα: Η αγωγιμότητα, η οποία εκφράζεται σε S/cm, χρησιμοποιείται ως μέτρο της συγκέντρωσης των ολικών διαλυμένων στερεών (TDS) στα υγρά απόβλητα. Χρησιμοποιείται επίσης για την αξιολόγηση της ακαταλληλότητας των επεξεργασμένων αποβλήτων που προορίζονται για άρδευση και συνδέεται άμεσα με την αλατότητα. Χρώμα: Το χρώμα συνήθως χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της ηλικίας των υγρών αποβλήτων. Τα φρέσκα αστικά απόβλητα έχουν συνήθως ανοιχτό καφέ - γκρι χρώμα. Κάτω από αναερόβιες συνθήκες τα υγρά απόβλητα αλλάζουν διαδοχικά χρώμα από ανοιχτό καφέ - γκρι σε γκρι και τελικά μαύρο. Όταν το χρώμα των αποβλήτων είναι μαύρο, θεωρείται ότι αυτά έχουν υποστεί σήψη. Πολλές φορές το σκούρο γκρι και το μαύρο χρώμα των υγρών αποβλήτων οφείλεται στη δημιουργία σουλφιδίων μετάλλων, τα οποία σχηματίζονται όταν τα σουλφίδια που παράγονται σε αναερόβιες συνθήκες αντιδρούν με τα μέταλλα των υγρών αποβλήτων. Οσμή: Απόβλητα που δεν έχουν υποστεί σήψη έχουν ελαφριά δυσάρεστη οσμή, ενώ εκείνα που έχουν υποστεί σήψη έχουν πολύ ενοχλητική οσμή, που οφείλεται στη έκλυση υδρόθειου. Στη δημιουργία δυσάρεστων οσμών συμμετέχουν και ουσίες από βιομηχανικά απόβλητα, κυρίως οργανικές όπως φαινόλες και χλωροφαινόλες. Πυκνότητα: Του νερού ορίζεται ως η μάζα ανά μονάδα όγκου(kg/l). Η πυκνότητα είναι μια σημαντική παράμετρος των αποβλήτων διότι όταν αυτά φτάνουν σε σταθμούς επεξεργασίας η πυκνότητα μπορεί να επηρεάσει τη διαδικασία της καθίζησης (Κούγκολος, 2007). Θολότητα: Είναι μέτρο διαύγειας του νερού, πολλές φορές χρησιμοποιείται ως μέτρο ποιότητας των αποβλήτων που καταλήγουν σε φυσικούς αποδέκτες, κυρίως για τον περιορισμό κολλοειδών και υπολειμματικών αιρουμένων σωματιδίων. Στερεά: Είναι η ολική περιεκτικότητα στερεών σε υγρά απόβλητα, το στερεό υλικό που απομένει μετά από εξάτμιση σε C. Κάθε μία από τις κατηγορίες στερεών μπορεί να ταξινομηθεί περαιτέρω βάσει της πτητικότητάς της σε θερμοκρασίες 550 ± 50 0 C. Το οργανικό τμήμα οξειδώνεται και απομακρύνεται ως αέριο, ενώ το ανόργανο μέρος παραμένει σαν τέφρα. Στα στερεά των υγρών αποβλήτων ανήκουν τα ολικά στερεά (Τ.S.S.), τα οποία βρίσκονται αιωρούμενα (S.S.) ή διαλυμένα (D.S.S.) στα 7

22 απόβλητα. Τα στερεά αποτελούνται από οργανικά (πτητικά) στερεά (V.S.S.) και ανόργανα (αδρανή μη πτητικά, δηλαδή σταθερά) στερεά (F.S.S.). Χημικά χαρακτηριστικά υγρών αποβλήτων Σε αστικά λύματα, το 60-70% των αιωρούμενων συστατικών και το 40% των διηθήσιμων συστατικών είναι οργανικής φύσης. Ανόργανα χημικά χαρακτηριστικά των υγρών αποβλήτων Τα ανόργανα χημικά συστατικά των υγρών αποβλήτων περιλαμβάνουν τα θρεπτικά συστατικά (κυρίως άλατα του αζώτου και άλατα του φωσφόρου), τα αμέταλλα συστατικά, τα μέταλλα και διάφορα αέρια (Νταρακάς, 2016 Β). Συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου, ph (οξύτητα):ο όρος ph, εκφράζει την συγκέντρωση υδρογονιόντων, που περιέχει ένα δείγμα και ορίζεται ως η αρνητική λογαριθμική συγκέντρωση υδρογονιόντων, που περιέχει ένα διάλυμα (-log [H+]). Σε δεδομένη θερμοκρασία το ph δείχνει πόσο όξινο ή αλκαλικό είναι ένα διάλυμα ή τον βαθμό ιονισμού του διαλύματος. Επηρεάζει πολλές βιολογικές και χημικές αντιδράσεις και μπορεί να χρησιμεύσει ως δείκτης ρύπανσης βασισμένος στην ποσότητα ιόντων υδρογόνου (Η+). Στα νερά φυσικής προέλευσης, οι τιμές του ph κυμαίνονται συνήθως μεταξύ 6,5 8,5. Σε αυτά τα όρια, πρέπει να βρίσκεται και το ph των λυμάτων και αποβλήτων πριν τη διάθεσή τους στη θάλασσα, τα ρέματα και τους υπονόμους ώστε να μην μεταβάλλονται οι αντίστοιχες τιμές των φυσικών νερών. (Ζανάκη Κ., 2001). Χλωριούχα: Τα χλωριούχα ιόντα στα απόβλητα οφείλονται στην παρουσία των ιόντων αυτών στα νερά της περιοχής και επηρεάζουν την τελική χρήση των επεξεργασμένων αποβλήτων. Οι κύριες πηγές χλωριούχων είναι τα γεωργικά και αστικά απόβλητα. Αλκαλικότητα: Η αλκαλικότητα των υγρών αποβλήτων οφείλεται κυρίως στην 2- παρουσία των ανθρακικών (CO 3 )και των όξινων ανθρακικών ιόντων (HCO 3- ), των υδροξειδίων (OH - ) και στοιχείων όπως το ασβέστιο (Ca), το μαγνήσιο (Mg), το κάλιο (K) και το νάτριο (Na). Η αλκαλικότητα είναι πολύ σημαντική παράμετρος γιατί συνεισφέρει στην αντίσταση στις αλλαγές του ph οι οποίες προκαλούνται από την προσθήκη οξέων. Οι χημικές και οι βιολογικές διεργασίες επεξεργασίας συμπεριλαμβανομένης και της βιολογικής απομάκρυνσης των θρεπτικών συστατικών (Ν, Ρ), προϋποθέτουν γνώση της αλκαλικότητας των υγρών αποβλήτων. Η 2- αλκαλικότητα εκφράζεται χημικά ως [HCO 3- ] + [CO 3 ] + [OH - ] [H + ] σε μονάδες συγκέντρωσης (mg/l) ανθρακικού ασβεστίου (CaCO 3). 8

23 Άζωτο (Ν): Οι γνώσεις για τη μορφή με την οποία βρίσκεται στα απόβλητα καθώς επίσης και οι συγκεντρώσεις του σε οποιαδήποτε μορφή, είναι απαραίτητες για τη διαδικασία αξιολόγησης της αποτελεσματικότητας των βιολογικών διεργασιών επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων. Στο Σχήμα 2.1 εμφανίζονται πληροφορίες για όλους τους συμβολισμούς και τις μορφές του αζώτου. Σχήμα 2.1 Μορφές και συμβολισμοί των διαφόρων μορφών του αζώτου (Πηγή: Νταρακάς, 2016 Β) Το οργανικό κλάσμα του αζώτου το οποίο βρίσκεται στα απόβλητα σε διαλυτή ή σωματιδιακή μορφή, αποτελείται κυρίως από αμινοξέα, αμινοσακχαρίτες, πρωτεΐνες και ουρία (ΝΗ 2CONH 2). Σε απόβλητα με χαμηλό ph κυριαρχεί το άζωτο με τη μορφή των αμμωνιακών ιόντων (NH 4+ ), ενώ σε υψηλότερες τιμές ph κυριαρχεί η αμμωνία (ΝΗ 3). Το αζωτούχο (ΤΚΝ) ρυπαντικό φορτίο των φρέσκων ανεπεξέργαστων αστικών λυμάτων κυμαίνεται από mg/l ή 10 gr/κατ. ημ. Οι ευαίσθητοι φυσικοί αποδέκτες επεξεργασμένων εκροών απαιτούν πάντα την απομάκρυνση του αζώτου από τα υγρά απόβλητα (δηλαδή Ν Tot< 3,0 mg/l), επειδή το άζωτο όπως και ο φώσφορος σαν θρεπτικά συστατικά, προκαλούν το πρόβλημα του ευτροφισμού και τελικά της αποξυγόνωσης των φυσικών νερών. Ο ευτροφισμός συνίσταται στην υπερβολική αύξηση της πρωτογενούς παραγωγικότητας μιας υδάτινης μάζας, με δυσμενή αποτελέσματα στα φυσικοχημικά και βιολογικά χαρακτηριστικά των νερών και της χρήσης της. Φώσφορος (P): Η συγκέντρωση του φωσφόρου (Ρ) στα φρέσκα ανεπεξέργαστα αστικά λύματα κυμαίνεται από 5 30 mg/l. Το φορτίο επιβάρυνσης των λυμάτων με φώσφορο υπολογίζεται συνήθως με τιμές περίπου 2 4 gr/κατ. ημ. Ένα ποσοστό της τάξης του 10 % έως 30 % της εισερχόμενης ποσότητας φωσφόρου απομακρύνεται 9

24 από τους μικροοργανισμούς κατά τη διάρκεια της βιολογικής επεξεργασίας στις δεξαμενές αερισμού, ενώ το σύνολο σχεδόν των φωσφορικών ενώσεων μετατρέπεται σε διαλυτά ορθοφωσφορικά ιόντα. Λόγω των φαινομένων ευτροφισμού που δημιουργεί ο φώσφορος στα επιφανειακά νερά πρέπει να απομακρυνθεί από τα υγρά απόβλητα. 2- Θείο (S): Τα θειικά ιόντα (SO 4 ) ανάγονται βιολογικά σε αναερόβιες συνθήκες σε θειούχα (S 2- ), τα οποία στη συνέχεια σχηματίζουν υδρόθειο (H 2S). Το υδρόθειο εκτός του ότι είναι τοξικό, είναι και επικίνδυνο γιατί οξειδώνεται σε θειικό οξύ (H 2SO 4) το οποίο ευθύνεται για τη διάβρωση των αγωγών αποχέτευσης. Μέταλλα: Τα μέταλλα (K, Na, Ca, Mg, Zn, Fe, Mn, Sn, Pb, Cr κ.λπ.) σε ίχνη είναι απαραίτητα για όλα τα έμβια όντα, είναι όμως τοξικά σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις. Πολλά από αυτά χαρακτηρίζονται ως ρύποι προτεραιότητας. Αέρια: Τα αέρια τα οποία συνδέονται με την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων είναι κυρίως το οξυγόνο (Ο 2) το οποίο είναι απαραίτητο για την αναπνοή των αερόβιων μικροοργανισμών, η αμμωνία (ΝΗ 3), το υδρόθειο (H 2S), το μεθάνιο (CH 4) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2). Οργανικά χημικά χαρακτηριστικά των υγρών αποβλήτων C-BOD, (Biochemical Oxygen Demand), Βιοχημικά Απαιτούμενο Οξυγόνο: το οξυγόνο που απαιτείται για την βιολογική αποικοδόμηση των ανθρακούχων οργανικών ενώσεων των υγρών αποβλήτων. Ν-BOD, Βιοχημικά Απαιτούμενο Οξυγόνο: Το οξυγόνο που απαιτείται για τη βιολογική αποικοδόμηση των αζωτούχων οργανικών ενώσεων των υγρών αποβλήτων. COD, (Chemical Oxygen Demand), Χημικά Απαιτούμενο Οξυγόνο: Το οξυγόνο που απαιτείται για τη χημική οξείδωση των οργανικών ενώσεων των υγρών αποβλήτων. TOC, (Total Organic Carbon), Ολικός Οργανικός Άνθρακας: Χρησιμοποιείται συμπληρωματικά με το BOD, αλλά πολύ σπάνια επειδή αφορά μέτρηση με πολύ μεγάλη ευαισθησία, δηλαδή πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις οργανικής ύλης. Βιολογικά χαρακτηριστικά των υγρών αποβλήτων Η σπουδαιότητα των βιολογικών χαρακτηριστικών των υγρών αποβλήτων φορούν την προστασία της ανθρώπινης υγείας από τους παθογόνους μικροοργανισμούς και την σημασία των βακτηριδίων καθώς και άλλων μικροοργανισμών όσον αφορά την αποικοδόμηση και την σταθεροποίηση της οργανικής ύλης. Οι κατηγορίες των παθογόνων μικροοργανισμών που συναντιόνται είναι: 10

25 Βακτήρια Πρωτόζωα Έλμινθες Ιοί Στα βιολογικά χαρακτηριστικά των υγρών αποβλήτων κατατάσσονται και τα πειράματα προσδιορισμού τοξικότητας. Ολικά Κολοβακτηριοειδή, (Total Coliforms, TC) και Κολοβακτηριοειδή Κοπράνων, (Fecal Coliforms, FC): Για την εκτίμηση της παρουσίας παθογόνων μικροοργανισμών και την αποτελεσματικότητα της απολύμανσης των υγρών αποβλήτων. Ειδικοί μικροοργανισμοί, (Βακτήρια, Ιοί, Πρωτόζωα, Έλμινθες): Για την εκτίμηση της παρουσίας των συγκεκριμένων μικροοργανισμών που συνδέονται με την λειτουργία της Ε.Ε.Λ. και την επαναχρησιμοποίηση της εκροής. Τοξικότητα, Οξεία (άμεση) Τοξικότητα (TUA), Χρόνια Τοξικότητα (TUC): Για την εκτίμηση της τοξικότητας των υγρών αποβλήτων Στάδια επεξεργασίας υγρών αποβλήτων Τα κύρια στάδια απορρύπανσης των υγρών αποβλήτων είναι, Σχήμα 2.2: Προεπεξεργασία Πρωτοβάθμια επεξεργασία Δευτεροβάθμια επεξεργασία Τριτοβάθμια επεξεργασία Σχήμα 2.2 Διάγραμμα μεθόδου ενεργού ιλύος σε Ε.Ε.Λ (Πηγή: Νταρακάς, 2010) 11

26 Προεπεξεργασία Ο σκοπός της προεπεξεργασίας είναι να προετοιμάσει τα υγρά απόβλητα για την περαιτέρω επεξεργασία που θα υποστούνε στη συνέχεια. Κατά την φάση αυτή απομακρύνονται τεμάχια ξύλου και πλαστικού, χαλίκια, άμμος, υφάσματα κ.α. τα οποία είναι υλικά που μπορούν να προκαλέσουν προβλήματα στον μηχανολογικό εξοπλισμό καθώς και στη λειτουργία της Ε.Ε.Λ Πρωτοβάθμια ή μηχανική επεξεργασία Κατά τη πρωτοβάθμια επεξεργασία απομακρύνεται μέρος των αιωρούμενων στερεών, των οργανικών ουσιών, μέρος του BOD, καθώς και ένα μέρος των θρεπτικών συστατικών αζώτου και φωσφόρου και καθιζάνουν αυτές που επιπλέουν. Τα στάδια τα οποία περιλαμβάνονται στην πρωτοβάθμια επεξεργασία είναι, Σχήμα 2.3: Σχήμα 2.3 Πρωτοβάθμια ή μηχανική επεξεργασία αστικών λυμάτων (Πηγή: Νταρακάς, 2010) Εσχάρωση Εξάμμωση Τα ευμεγέθη στερεά που εισέρχονται στην Ε.Ε.Λ. με την βοήθεια σχαρών απομακρύνονται προκειμένου να αποφευχθούν τυχών βλάβες στις εγκαταστάσεις της επεξεργασίας των λυμάτων. Η απόδοση του εσχαρισμού εξαρτάται από το μέγεθος των ανοιγμάτων των σχαρών καθώς και από την κατανομή των σωματιδίων στα απόβλητα. Με την ολοκλήρωση της διαδικασίας έχουμε: Μείωση αιωρούμενων σωματιδίων (TSS) κατά 5-10% Μείωση του οργανικού φορτίου ως BOD 5 κατά 0-10% Προκειμένου να οδηγηθούν τα εσχαρίσματα σε χώρους υγειονομικής ταφής θα πρέπει να υποστούν συμπίεση και αφυδάτωση (Νταρακάς, 2010). 12

27 Αμμοσυλλογή Λιποσυλλογή: Βασίζεται στην βαρυτική και φυγόκεντρο δύναμη προκειμένου να απομακρυνθεί από την μονάδα η άμμος η οποία εισέρχεται και μπορεί με την καθίζησή της να προκαλέσει προβλήματα στην λειτουργία της εγκατάστασης. Η άμμος συνήθως απομακρύνεται με ξέστρα ή αντλίες και πριν την τελική της διάθεση πλένεται και αφυδατώνεται. Τα λίπη με την σειρά τους δημιουργούν προβλήματα στο επόμενο στάδιο που ακολουθεί δηλαδή σε αυτό της βιολογικής επεξεργασίας. Λόγω της ικανότητας τους να επιπλέουν στην επιφάνεια των υγρών αποβλήτων, τα λίπη απομακρύνονται με την βοήθεια ξέστρων από την επιφάνεια ή με αναρρόφηση. Πρωτοβάθμια καθίζηση Είναι μία απλή μέθοδος με μικρό κόστος η οποία βασίζεται στο φυσικό φαινόμενο της βαρύτητας, και έχει ως σκοπό της την απομάκρυνση διαφόρων στερεών που καθιζάνουν λόγω του μεγαλύτερου μοριακού τους βάρους από το νερό. Η ιλύς που καθιζάνει απομακρύνεται με την βοήθεια ενός ξέστρου προς τον κώνο συγκέντρωσης της δεξαμενής. Πέρα από το μεγάλο ποσοστό των ανόργανων ουσιών που περιέχονται στην ιλύς που προκύπτει εξαιτίας της έλλειψης της βιολογικής επεξεργασίας κατά το στάδιο αυτό υπάρχουν μεγάλες συγκεντρώσεις οργανικών ενώσεων σε αυτή, οπότε απαιτείται σταθεροποίηση πριν την τελική της διάθεση. Απόδοση πρωτοβάθμιας καθίζησης: Μείωση αιωρούμενων σωματιδίων (TSS) κατά % Μείωση οργανικού φορτίου ως BOD 5 κατά % Τελικά τα παραπροϊόντα της πρωτογενούς επεξεργασίας είναι µία πρωτογενή λάσπη η οποία πρέπει να παχυνθεί (αύξηση της συγκέντρωσης των αιωρούμενων σε 5%) να σταθεροποιηθεί ή/και να αξιοποιηθεί ενεργειακά µε διεργασίες αναερόβιας ή αερόβιας χώνευσης (κομπόστες, βιοαέριο) και τελικά να διατεθεί αν δεν περιέχει τοξικότητες σε χώρους υγειονομικής ταφής Δευτεροβάθμια ή βιολογική επεξεργασία Ακολουθεί την μηχανική επεξεργασία και αποτελεί την ουσιαστική επεξεργασία καθώς με τεχνικές οξείδωσης και σταθεροποίησης απομακρύνει το μεγαλύτερο μέρος του διαλυτού οργανικού φορτίου BOD μέρος των θρεπτικών, αζωτούχων (N) και φωσφορικών (P) ενώσεων, και των αιωρούμενων στερεών (S.S.). Η δευτεροβάθμια επεξεργασία στηρίζεται στην βιοχημική αποικοδόμηση του οργανικού φορτίου που υπάρχει σε μεγάλο ποσοστό στα υγρά απόβλητα και για τον λόγο αυτό παρέχεται οξυγόνο στους μικροοργανισμούς ώστε 13

28 αυτοί να οξειδώσουν τον οργανικό άνθρακα σε CO 2 μέσω της διαδικασίας της αναπνοής ενώ ταυτόχρονα τα αμμωνιακά (NH 4+ ) οξειδώνονται σε νιτρώδη (ΝΟ 2- ) και στη συνέχεια σε νιτρικά (ΝΟ 3- ). Στο τμήμα του αντιδραστήρα όπου η συγκέντρωση του οξυγόνου (Ο 2) είναι μηδενική τα νιτρικά μετατρέπονται σε αέριο άζωτο (Ν 2) το οποίο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα ενώ τα συσσωματώματα που δημιουργούνται απομακρύνονται με καθίζηση. Ανάλογα με τους μικροοργανισμούς που είναι υπεύθυνοι για την διάσπαση και σταθεροποίηση των οργανικών ουσιών η δευτεροβάθμια επεξεργασία διακρίνεται σε: Αερόβια: κατά την οποία επιτυγχάνεται διάσπαση και σταθεροποίηση από αερόβιους και επαμφοτερίζοντες μικροοργανισμούς Αναερόβια: κατά την οποία επιτυγχάνεται διάσπαση και σταθεροποίηση από αναερόβιους και επαμφοτερίζοντες μικροοργανισμούς Αερόβια-αναερόβια: κατά την οποία επιτυγχάνεται διάσπαση και σταθεροποίηση και από τα τρία είδη των οργανισμών (αερόβιοι, αναερόβιοι και επαμφοτερίζοντες) Επειδή η αναερόβια χώνευση αναπτύσσεται, λόγω έλλειψης οξυγόνου, σε φτωχά ενεργειακά υποστρώματα ο ανταγωνισμός επιβίωσης που αναπτύσσεται μεταξύ των βακτηρίων είναι σκληρός και έτσι καθίσταται όλη η διεργασία της αναερόβιας χώνευσης δύσκολα ελεγχόμενη. Γι αυτό και η αερόβια βιολογική επεξεργασία, επειδή είναι πολύ σταθερότερη της αναερόβιας, εφαρμόζεται σχεδόν κατά αποκλειστικότητα στην δευτερογενή επεξεργασία υγρών αποβλήτων. Η αναερόβια χώνευση εφαρμόζεται συνήθως σε υγρά απόβλητα µε υψηλό ρυπαντικό φορτίο και χαμηλή τοξικότητα. (Βλυσίδης,2006). Τα στάδια της δευτεροβάθμιας επεξεργασίας είναι, Σχήμα 2.4: Σχήμα 2.4 Αερόβια βιολογική επεξεργασία (Πηγή: Νταρακάς, 2010) 14

29 Αερισμός Στην δεξαμενή αερισμού ή δεξαμενή ενεργού ιλύος ή δεξαμενή βιοανιδραστήρα γίνεται ανάμειξη και αερισμός την εισερχόμενων αποβλήτων με αποτέλεσμα η ενεργός βιομάζα να αυξάνεται συνεχώς, ενώ οι μικροοργανισμοί προσροφώντας τις διαλυμένες οργανικές ενώσεις τις οξειδώνουν και τις απομακρύνουν από το σύνολο των αποβλήτων. Δευτεροβάθμια καθίζηση Οι οργανικές ενώσεις που δεν οξειδώθηκαν αλλά μετατράπηκαν σε βακτηριακή μάζα καθιζάνουν. Μέρος αυτής απομακρύνεται από το σύστημα ενώ ένα άλλο μέρος της επανακυκλοφορεί προς την δεξαμενή ενεργού ιλύος Επανακυκλοφορία ενεργού ιλύος Έχει ως σκοπό να παραμένει υψηλό το ποσοστό της ενεργούς ιλύος στην δεξαμενή αερισμού προκειμένου να επιτυγχάνεται ψηλή συγκέντρωση μικροοργανισμών ικανή να αποικοδομήσει το εισερχόμενο οργανικό φορτίο. Η απόδοση της μεθόδου της ενεργού ιλύος είναι η εξής: Μείωση οργανικής ύλης ως BOD5 : % Μείωση αιωρούμενων στερεών : % Μείωση βακτηρίων : % Τριτοβάθμια επεξεργασία Στη τριτοβάθμια επεξεργασία απομακρύνονται όσοι από τους μολυντές έχουν διαφύγει από την δευτεροβάθμια επεξεργασία, όπως ενώσεις αζώτου (N), φωσφόρου (P) και οι παθογόνοι μικροοργανισμοί. Ώστε να μπορέσουν να διατεθούν τα απόβλητα στο περιβάλλον σύμφωνα με τις απαιτήσεις του νόμου. Οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται είναι: Διήθηση Με διάφορους συνδυασμούς διηθητικών μέσων όπως η άμμος, ο ανθρακίτης και διάφορες συνθετικές ίνες και μεμβράνες. Αποσκοπεί στην απομάκρυνση αιωρούμενων στερεών τα οποία έχουν διαφύγει από την προηγούμενη επεξεργασία. Αντίστροφη ώσμωση (RO) Αποσκοπεί στην πλήρη απομάκρυνση διαλυτών αλάτων και οργανικών μικρορυπαντών από το νερό. 15

30 Χημική επεξεργασία Ο στόχος της είναι η οξείδωση ουσιών οι οποίες δεν αποικοδομούνται βιολογικά. Οι βασικές χημικές διεργασίες στην επεξεργασία των υγρών αποβλήτων είναι η εξουδετέρωση, η χημική κατακρήμνιση, η κροκίδωση και η χημική απολύμανση. Προσρόφηση Κατά κύριο λόγο χρησιμοποιείται ενεργός άνθρακας προκειμένου να συσσωρευτούν και να απομακρυνθούν τα διαλυμένα οργανικά συστατικά. Ιοντοεναλλαγή Με σκοπό την ελάττωση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας και την απομάκρυνση βαρέων μετάλλων που παρέμειναν από την δευτερογενή επεξεργασία. Απογύμνωση αερίου Εφαρμόζεται κυρίως για την απομάκρυνση αερίων όπως το υδρόθειο (H2S), η αμμωνία (NH3) και οι πτητικές οργανικές ενώσεις. Προϊόντα της τριτοβάθμιας επεξεργασίας είναι ανόργανες λάσπες και παραγωγή βιομάζας. Οι λάσπες αυτές αν δεν περιέχουν βαρέα μέταλλα μπορούν να διατεθούν στους χώρους υγειονομικής ταφής ενώ η βιομάζα μπορεί να αξιοποιηθεί ενεργειακά Απολύμανση Πραγματοποιείται προκειμένου να προστατευτεί η δημόσια υγεία μέσω της καταστροφής των παθογόνων μικροοργανισμών. Οι μέθοδοι απολύμανσης που συναντώνται με κύρια μέθοδο την χλωρίωση είναι οι εξής: Χλωρίωση Οζόνωση Απολύμανση με υπεριώδη ακτινοβολία 16

31 3 Ιλύς 3.1 Ορισμός ιλύος Κατά την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων, όπως αυτή έχει περιγραφεί, διαχωρίζονται τα στερεά από τα υγρά απόβλητα. Τα υγρά απορρίπτονται στο υδατικό περιβάλλον, ενώ τα στερεά απομακρύνονται για περαιτέρω επεξεργασία και τελική διάθεση. Τα στερεά αυτά περιλαμβάνουν εσχαρίσματα, άμμο, ξαφρίσματα, καθώς και τα απομακρυνόμενα στερεά από τις δεξαμενές πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας καθίζησης (Wang et al., 2008). Τα στερεά που απομακρύνονται κατά την διαδικασία της πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας καθίζησης αποτελούν την ιλύ των υγρών αποβλήτων. Η ιλύς είναι ένα υδαρές παραπροϊόν, με τυπική περιεκτικότητα σε στερεά 0,25 7% κ.β. Ανάλογα από το στάδιο στο οποίο συναντάμε την ιλύ κατά την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων, η ιλύς διακρίνεται σε (Turovskiy, Mathai, 2006) πρωτοβάθμια (primary sludge) δευτεροβάθμια (secondary sludge) ανακυκλοφορούμενη ενεργό ιλύ (return activated sludge) απορριπτόμενη ενεργό ιλύ (waste activated sludge) Η κατάλληλη επεξεργασία της ιλύος οδηγεί στην παραγωγή των λεγόμενων βιοστερεών ή οργανικών στερεών (biosolids). Τα βιοστερεά, αποτελούν τα οργανικά κατάλοιπα της επεξεργασίας των αστικών υγρών αποβλήτων που είναι κατάλληλα για ανακύκλωση μέσω διάφορων ωφέλιμων χρήσεων (Turovskiy, Mathai, 2006, Wang et al., 2008). Το κόστος διαχείρισης της ιλύος ανέρχεται σε ποσοστό 40 50% του συνολικού κόστους μιας τυπικής Ε.Ε.Λ. Αυτό οφείλεται κατά κύριο λόγο σε δύο παράγοντες. Αρχικά η επεξεργασία της ιλύος απαιτεί πιο πολύπλοκο εξοπλισμό συγκριτικά με αυτό της επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων. Καθώς επίσης είναι περισσότερο χρονοβόρα διαδικασία αφού οι διεργασίες που σχετίζονται με την παραγωγή και διάθεση της παραγόμενης ιλύος πραγματοποιούνται σε χρονικό διάστημα μερικών ημερών ή και εβδομάδων σε αντίθεση με την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων διαρκεί μερικές ώρες. Κατά συνέπεια κρίνεται απαραίτητο να εφαρμόζεται η μέθοδος της ανάλυσης κόστουςοφέλους, να ακολουθείται το νομοθετικό πλαίσιο καθώς και να λαμβάνονται υπόψιν οι κοινωνικές ανάγκες, προκειμένου να ληφθούν οι σχετικές αποφάσεις για την παραγωγή, επαναχρησιμοποίηση και τελική διάθεση των βιοστερεών. 17

32 3.2 Επεξεργασία ιλύος σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων Μετά την ολοκλήρωση των σύνθετων διεργασιών στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων το τελικό προϊόν το οποίο προκύπτει είναι επεξεργασμένα (καθαρά) λύματα και βασικό παραπροϊόν τα διαχωριζόμενα υδαρή μίγματα (ιλύς). Πριν από την τελική διάθεση της ιλύος απαιτείται περεταίρω επεξεργασία, λόγω της μεγάλης περιεκτικότητάς της σε νερό και παθογόνους μικροοργανισμούς, προκειμένου να μην υπάρξουν προβλήματα ρύπανσης. Κύριοι στόχοι είναι: 1. Να μειωθεί η περιεχόμενη της υγρασία 2. Να σταθεροποιηθεί η οργανική της ύλη 3. Να μειωθεί ο όγκος και η συνολική της μάζα 4. Να μειωθεί η συγκέντρωση των παθογόνων μικροοργανισμών (υγειονοποίηση). Το ποσοστό των οργανικών συστατικών της ακατέργαστης ιλύος ανέρχεται σε 70% και των ανόργανων σε 30% ενώ αντίστοιχα μετά την αδρανοποίηση τα ποσοστά αυτά μεταβάλλονται σε 45% οργανικά συστατικά και 55% ανόργανα συστατικά. Με την αφυδάτωση της ιλύος περιορίζεται ο όγκος της λάσπης, με αποτέλεσμα να μειώνεται σημαντικά το κόστος μεταφοράς της στα τελικά σημεία εναπόθεσης. Η σταθεροποίηση της οργανικής ύλης προλαμβάνει την ανάπτυξη ανεπιθύμητων οσμών και ελαττώνει τον αριθμό των παθογόνων μικροοργανισμών κυρίως των εντερικών παρασίτων και των ιών, οι οποίοι υπάρχουν σε μεγάλες συγκεντρώσεις στη λάσπη. Ανάλογα με το στάδιο προέλευσης της ιλύος διαφέρει η σύστασή της συνεπώς και ο βαθμός ευκολίας της αφυδάτωσής της. Η ιλύς που προέρχεται από τη: Πρωτοβάθμια καθίζηση: είναι αρκετά πυκνή με περιεκτικότητα σε στερεά της τάξης του 3 8 %, αφυδατώνεται σχετικά εύκολα και μυρίζει πολύ έντονα. Περιέχει ανόργανα και οργανικά συστατικά. Δευτεροβάθμια καθίζηση: είναι πλούσια σε οργανικά συστατικά (> 90 %), περιέχει ελάχιστα στερεά της τάξης του 0,5 1,5 %, είναι ογκώδης και μέτρια έως δύσκολα αφυδατούμενη. Χημική επεξεργασία: η οποία περιέχει κυρίως ανόργανα συστατικά και η ευκολία αφυδάτωσής της εξαρτάται από το είδος των χημικών που χρησιμοποιήθηκαν. Μεικτή ιλύς: Η πρωτοβάθμια και η δευτεροβάθμια ιλύς που περιεγράφηκαν προηγουμένως μπορεί να αναμειχτούν δημιουργώντας έτσι ένα καινούργιο τύπο ιλύος η οποία αναφέρεται ως «μεικτή ιλύς». Κατ αντίστοιχο τρόπο, η ιλύς που προέρχεται από τους βιολογικούς καθαρισμούς μπορεί να διακριθεί γενικά σε πρωτοβάθμια, δευτεροβάθμια (βιολογική) και χημική. Περιέχει καθιζάνοντα (settleable) στερεά όπως κοπρανώδη υλικά, νηματώδη ύλη (fibers), άμμο, 18

33 απόβλητα τροφίμων, βιοκροκίδες, οργανικές χημικές ενώσεις, ανόργανες ενώσεις που περιλαμβάνουν βαρέα μέταλλα, ίχνη άλλων μετάλλων, κλπ. Προεπεξεργασία Πρωτοβάθμια καθίζηση Βιολογική επεξεργασία Δευτεροβάθμια καθίζηση Αποφωσφόρωση Πρωτοβάθμια ιλύς Δευτεροβάθμια ιλύς Τριτοβάθμια ιλύς Μικτή ιλύς Επεξεργασία ιλύος ΧΥΤΑ Διάθεση ιλύος Σχήμα 3.1 Πηγές και τύποι ιλύων (προσαρμοσμένο από (E.C., 2001)) Πρωτοβάθμια ιλύς (primary sludge) Παράγεται κατά την πρωτοβάθμια επεξεργασία στις δεξαμενές πρωτοβάθμιας καθίζησης. Χαρακτηριστικά: αποτελείται κυρίως από τα καθιζήσιμα αιωρούμενα στερεά φαιόχρωμη και γλοιώδης δυσάρεστη οσμή αποσυντίθεται πολύ εύκολα μικροβιολογία: περισσότερα από 100 διαφορετικά είδη αναερόβιων επαμφοτεριζόντων και παθογόνων μικροοργανισμών, σκουλήκια, αυγά μυγών, κλπ. Σε μια τυπική ΕΕΛ που περιλαμβάνει πρωτοβάθμια καθίζηση και συμβατική δευτεροβάθμια επεξεργασία ενεργού ιλύος, το βάρος της πρωτοβάθμιας ιλύος αποτελεί περίπου το 50% κ.β. (επί ξηρού) της συνολικά παραγόμενης ιλύος. Η συγκέντρωση των ολικών στερεών στην ανεπεξέργαστη πρωτοβάθμια ιλύ, κυμαίνεται μεταξύ 2 και 7% (Turovskiy, Mathai, 2006). 19

34 3.2.2 Δευτεροβάθμια ιλύς (secondary sludge) Η δευτεροβάθμια ιλύς παράγεται κατά τις διεργασίες της βιολογικής, επεξεργασίας από τη χρήση ειδικών αποσυνθετικών μικροοργανισμών οι οποίοι διασπούν το παραμένων οργανικό υλικό των λυμάτων μετά τη πρωτοβάθμια επεξεργασία. Οι ποσότητες και τα χαρακτηριστικά της δευτεροβάθμιας ιλύς ποικίλλει ανάλογα με το μεταβολισμό και την ταχύτητα ανάπτυξης των διάφορων μικροοργανισμών που περιέχει. Χαρακτηριστικά: περιλαμβάνει στερεά τα οποία δεν απομακρύνθηκαν κατά την πρωτοβάθμια επεξεργασία, υπολείμματα της δράσης των μικροοργανισμών χρώμα καστανό γήινη οσμή αποσυντίθεται πολύ γρήγορα Τυπικά, η ιλύς των βιολογικών καθαρισμών ενεργού ιλύος περιέχει στερεά σε συγκέντρωση (επί ξηρού) 0,4 1,5% κ.β. η δευτεροβάθμια ιλύς είναι πιο δύσκολο να αφυδατωθεί και να παχυνθεί σε σχέση με την πρωτοβάθμια, εξαιτίας των ελαφρών βιοκροκίδων που ενυπάρχουν σε αυτή (Turovskiy, Mathai, 2006) Χημική ιλύς (Chemical sludge) Σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, μπορεί να γίνει προσθήκη ασβέστη ή μεταλλικών αλάτων σε διάφορα σημεία. Ανάλογα με το ακριβές σημείο εφαρμογής των χημικών, στην πρωτοβάθμια ή τελική καθίζηση, μπορεί να παρατηρηθούν αυξημένες ποσότητες πρωτοβάθμιας ή βιολογικής ιλύος. Η προσθήκη ασβέστη στα λύματα μπορεί να επιφέρει αύξηση των στερεών της ιλύος μέχρι και 200%, ενώ η προσθήκη μεταλλικών αλάτων γενικά προκαλεί πολύ χαμηλότερες αυξήσεις της τάξεως του 25 έως 50%. Χαρακτηριστικά: ιλύς ασβέστου, καφέ-γκρι χρώμα η επιφάνειά της μπορεί να είναι κόκκινη όταν περιέχει σίδηρο ιλύς με μεταλλικά άλατα, σκούρο χρώμα δυσάρεστη οσμή γλοιώδης ο ρυθμός αποσύνθεσης είναι μικρότερος από αυτό της πρωτοβάθμιας ιλύος (Metcalf and Eddy, 2007) Μικτή ιλύς (mixed sludge) H πρωτοβάθμια και η δευτεροβάθμια ιλύς μπορεί να αναμιχθούν, παράγοντας έτσι έναν νέο τύπο ιλύος την «Μικτή ιλύ». 20

35 3.2.5 Χωνεμένη ιλύς βιοστερεά (digested sludge biosolids) Παράγεται κατά τις πρόσθετες επεξεργασίες που εφαρμόζουμε στην ιλύ. (Metcalf and Eddy, 2007) Χαρακτηριστικά αερόβιων χωνεμένων βιοστερεών: καφέ-σκούρο καφέ χρώμα μορφή κροκίδων οσμή μούχλας αφυδατώνεται εύκολα σε κλίνες ξήρανσης Χαρακτηριστικά αναερόβιων χωνεμένων βιοστερεών: σκούρο καφέ προς μαύρο χρώμα περιέχουν μεγάλες ποσότητες αερίου οσμή ζεστής πίσσας ξηραίνονται εύκολα Σηπτική ιλύς (septic sludge) Προέρχεται από την επεξεργασία λυμάτων σηπτικών βόθρων. Ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας των σηπτικών βόθρων, έχουμε: Βοθρολύματα στεγανών δεξαμενών: σχετικά αραιά μικρό ρυπαντικό φορτίο Βοθρολύματα σηπτικών δεξαμενών: σηπτικές ιλύες μεγάλη περιεκτικότητα σε στερεά υψηλό ρυπαντικό φορτίο Τα πυκνά όμως βοθρολύματα ή σηπτικές ιλύες παρουσιάζουν ανάλογη συμπεριφορά με αυτή των ιλύων. Ένας συνηθισμένος τρόπος χειρισμού τους είναι η συμπύκνωσή τους με προσθήκη ασβέστη και η τροφοδοσία τους στη συνέχεια προς τις δεξαμενές χώνευσης και αφυδάτωσης της ιλύος που προκύπτει από τα αστικά λύματα (Δεληαργύρης και Παπαγγελής, 2008) Στον Πίνακα 3.1 φαίνεται η παραγωγή ιλύος στις διάφορες διαδικασίες επεξεργασίας. Οι τιμές προκύπτουν με τις υποθέσεις ότι τα λύματα περιέχουν 0,01 kg COD/κατ d, 0,06 Kg SS/κατ d, η πυκνότητα της ιλύος είναι 1 kg/l, η πυκνότητα της αφυδατωμένης ιλύος είναι 1,05 kg/l και η παραγωγή στερεών της πρωτοβάθμιας ιλύος είναι 0,35-0,45 kg SS/kg COD (εφαρμοζόμενου), η ικανότητα συγκράτησης των στερεών (solids capture) σε κάθε στάδιο επεξεργασίας θεωρήθηκε 100%, ενώ στην πραγματικότητα κάποια στερεά εμφανίζονται ως επιπολή και επανακυκλοφορούν προς επεξεργασία στην εγκατάσταση (Andreoli et al., 2007). 21

36 Πίνακας 3.1 Παραγωγή ιλύος στις διάφορες διαδικασίες επεξεργασίας (Προσαρμοσμένο από: Andreoli et al., 2007). 22

37 3.3 Ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά της ιλύος Τα ποσοτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά των υγρών αποβλήτων και της παραγόμενης ιλύος διαφέρουν από μονάδα σε μονάδα. Αφού οι εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων πέρα από τα οικιακά λύματα, διαχειρίζονται και τα υγρά απόβλητα των εμπορικών και βιομηχανικών δραστηριοτήτων, της περιοχής, που προσομοιάζουν με τα οικιακά. Τα ποσοτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά αποτελούν απαραίτητο στοιχείο για τον καθορισμό ενός σχεδίου διαχείρισης της ιλύος, καθώς επηρεάζουν σημαντικά τις εναλλακτικές μεθόδους διάθεσης και επαναχρησιμοποίησης της. Τα χαρακτηριστικά καθορίζονται κυρίως από το σημείο και τη διαδικασία δημιουργίας των στερεών. Σε γενικές γραμμές, η παραγόμενη βιολογική ιλύς αποτελείται κατά 10 30% από ανόργανες ουσίες, 20 50% από βιομάζα και 20 40% από άλλα οργανικά (E.C., 2007) Ποιοτικά χαρακτηριστικά της ιλύος Χρώμα: Ακατέργαστη ιλύς: γκρίζο έως κιτρινωπό Αδρανοποιηθείσα αναερόβια: μαύρο Αδρανοποιηθείσα αερόβια: καφέ Οσμή: Ακατέργαστη ιλύς: πολύ δύσοσμη Αδρανοποιηθείσα αναερόβια: οσμή πίσσας Αδρανοποιηθείσα αερόβια: οσμή χώματος Συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου, ph (οξύτητα): Αποτελεί έναν πολύ καλό δείκτη για την παρακολούθηση της ζύμωσης της ιλύος στους αντιδραστήρες. Πτητικά οξέα: Χρησιμεύουν σαν ενδεικτική παράμετρος για να εκτιμηθεί εάν η ζύμωση είναι όξινη, αλκαλική ή κανονική. Οργανικός άνθρακας, οργανική ύλη :Βοηθούν στην εκτίμηση της ποσότητας του βιοαερίου που θα παραχθεί κατά τη ζύμωση της ιλύος. Υγρασία: Πρόκειται για παράμετρο πρωταρχικής σημασίας η οποία προσδιορίζεται με τη μέτρηση της απώλειας του βάρους της ιλύος μετά από ξήρανση στους C. Υπόλειμμα καύσης: Προσδιορίζεται το ποσοστό των ανόργανων συστατικών της ιλύος. Θερμαντική ικανότητα: Η καύση της ιλύος παράγει θερμότητα η οποία συνυπολογίζεται στις εγκαταστάσεις καύσης της ιλύος. Γι αυτό προσδιορίζεται η θερμική ενέργεια που παράγεται κατά την καύση της. Αναλογία C:N:P: Οι βιολογικές δραστηριότητες βελτιστοποιούνται όταν στην τροφή των βακτηρίων της ιλύος υπάρχει σωστή αναλογία μεταξύ των στοιχείων C, N και Ρ. Ικανότητα αφυδάτωσης: Πρόκειται για σημαντική παράμετρο με την οποία προσδιορίζεται η ευχέρεια με την οποία αφυδατώνεται η ιλύς. 23

38 Ικανότητα βιοαποικοδόμησης: Εξάγονται συμπεράσματα σχετικά με την ταχύτητα με την οποία αποικοδομούνται οι οργανικές ουσίες της ιλύος. Ενδεικτικό στοιχείο για την πρόοδο των βιολογικών διεργασιών είναι η ποσότητα του παραγόμενου βιοαερίου. Παθογόνοι και παρασιτικοί οργανισμοί: Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης και ιδιαίτερα της αλκαλικής οι περισσότεροι απ αυτούς καταστρέφονται. Το ίδιο συμβαίνει και με τα ωάρια των παρασιτικών οργανισμών. Παρ όλα αυτά η χρησιμοποίηση του προϊόντος των εγκαταστάσεων επεξεργασίας ιλύος στη γεωργία δεν είναι δυνατόν να γίνει χωρίς κάποια πρόσθετα μέτρα ασφάλειας. Τέτοια μέτρα είναι η παστερίωση του προϊόντος στους 70 0 C ή η ξήρανσή του σε θερμοκρασία C. Χημική σύσταση: Όσο αναφορά την χημική σύσταση της μη επεξεργασμένης ιλύος και των χωνεμένων βιοστερεών, αυτή παρουσιάζεται στον Πίνακα 3.2. Σχετικά με τα ποσοτικά χαρακτηριστικά σε μία τυπική Ε.Ε.Λ. για την παραγωγή στερεών μπορούμε να εφαρμόσουμε τον εμπειρικό κανόνα των 0,24 kg/m 3 (WEF, 1998). Για ακριβέστερους υπολογισμούς πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι επιδράσεις στα χαρακτηριστικά των υγρών αποβλήτων από την παρουσία βιομηχανικών αποβλήτων, όμβριων υδάτων αλλά και τη θερμοκρασία τους. Η πιο συνηθισμένη προσέγγιση του ρυθμού παραγωγής στερεών στην πρωτοβάθμια ιλύ πραγματοποιείται με τον υπολογισμό της ποσότητας των εισερχόμενων αιωρούμενων στερεών στην εγκατάσταση και την υπόθεση ενός συγκεκριμένου ρυθμού απομάκρυνσής τους, στις περισσότερες περιπτώσεις χρησιμοποιείται στους υπολογισμούς μια τυπική απόδοση απομάκρυνσής 60%. 24

39 Πίνακας 3.2 Χημική σύνθεση μη επεξεργασμένης ιλύος και χωνεμένων βιοστερεών (προσαρμοσμένο από Metcalf and Eddy, 2007) Συστατικό Ανεπεξέργαστη πρωτοβάθμια ιλύς Διακύμανση Τυπική τιμή Χωνεμένη πρωτοβάθμια ιλύς Διακύμανση Τυπική τιμή Ανεπεξέργαστη ενεργός ιλύς Διακύμανση Ολικά ξηρά στερεά (TS), % 4 0,8-1,2 Πτητικά στερεά (% των TS) Λίπη και έλαια (% των TS) Διαλυτά στον αιθέρα Απόσταγμα αιθέρα Πρωτεΐνη (% των TS) Άζωτο (Ν, % των TS) 1,5-4 2,5 1, ,4-5 Φώσφορος (P2O5, % των TS) 0,8-2,8 1,6 1,5-4 2,5 2,8-11 Κάλιο (Κ 2Ο, % των TS) 0-1 0, ,5-0,7 Κυτταρίνη (% των TS) Σίδηρος(όχι θειώδης) 2-4 2, Διοξείδιο του πυριτίου (SiO2, % των TS) ph ,5-7,5 7 6,5-8 Αλκαλικότητα (mg/l ως CaCO 3) Οργανικά οξέα (mg/l ως HAc) Θερμογόνος ισχύς, kj/kg TS

40 3.3.2 Βαρέα μέταλλα Κατά τις διαδικασίες επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων, τα βαρέα μέταλλα απομακρύνονται κατά ένα μεγάλο ποσοστό, μέχρι 90% από το υδατικό ρεύμα, αλλά δεν καταστρέφονται στο σύνολό τους. Συγκεντρώνονται ως επί το πλείστων στην διαχωριζόμενη ιλύ. Το ποσοστό στο οποίο επιτυγχάνεται η απομάκρυνση είναι συνάρτηση του είδους του μετάλλου και της χημικής του μορφής. Τα μέταλλα συναντώνται στην ιλύ κυρίως με την μορφή αδιάλυτων θειούχων και ανθρακικών αλάτων ή συμπλοκών ιόντων ή είναι ενσωματωμένα σε μικροοργανισμούς. Η συγκέντρωση των βαρέων μετάλλων καθορίζει την διάρκεια και τον βαθμό εφαρμογής της ιλύος στο έδαφος. Η υψηλή περιεκτικότητα τους στην ιλύ αποτελεί αποφασιστικό περιοριστικό παράγοντα στην χρήση της στην γεωργία (ή ως εδαφοβελτιωτικού γενικότερα), δεδομένου ότι μπορούν να προκαλέσουν βλάβη στα φυτά, και, μέσω της τροφικής αλυσίδας, σε ζώα και τον άνθρωπο. Οι μέγιστες επιτρεπόμενες συγκεντρώσεις μετάλλων στην ιλύ για εδαφική εφαρμογή φαίνονται στον Πίνακα 3.3 Πίνακας 3.3 Μέγιστες επιτρεπόμενες συγκεντρώσεις μετάλλων στην ιλύ για εδαφική εφαρμογή (ΚΥΑ Ε.103/2011) Παράμετρος Μέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση (mg/kg ξηράς ουσίας) Cd 5 Cr (ολικό) 500 Cu 800 Hg 5 Ni 200 Pb 500 Zn 2500 Η βιοσυσσώρευση επηρεάζεται κατά πολύ από το ph των εδαφών, δεδομένου ότι τα μέταλλα επαναδιαλυτοποιούνται, σε όξινες συνθήκες. Αν το ph του εδάφους διατηρείται σε επίπεδα άνω του 6,5 η διαλυτοποίηση και απορρόφηση των μετάλλων από τα φυτά είναι μηδαμινή. Επισημαίνεται ότι η οξύτητα των εδαφών αυξάνει με την χρήση αζωτούχων λιπασμάτων, ενώ η προσθήκη ιλύος βοηθά στην διατήρηση του ph τους σε υψηλά επίπεδα. Δευτερεύουσα πηγή βαρέων μετάλλων στο ρεύμα της ιλύος αποτελεί η χημική κατεργασία της με μεταλλικά άλατα ή πολυ-ηλεκτρολύτες κατά την προετοιμασία της για μηχανική αφυδάτωση. 26

41 3.3.3 Κύριες κατηγορίες παθογόνων μικροοργανισμών ιλύος Οι ιλύες που παράγονται στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων ποικίλουν μεταξύ τους. Τόσο στην ποιότητα όσο και στην ποσότητα του οργανικού και ανόργανου περιεχομένου τους, αλλά και στον αριθμό και τον τύπο των παθογόνων μικροοργανισμών, τα οποία είναι κυρίως ανθρώπινης προέλευσης, που περιέχονται σε αυτή ποικίλει. Η φύση, η ποικιλία και οι συγκεντρώσεις των παθογόνων στα λύματα εξαρτώνται από την υγεία και το μέγεθος του πληθυσμού που εξυπηρετείται από το δίκτυο αποχέτευσης και από την βιομηχανική δραστηριότητα της περιοχής. Στην ιλύ των επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων συναντάμε πέντε κύριες κατηγορίες παθογόνων μικροοργανισμών: Βακτήρια, ιοί, μύκητες και ζύμη, παρασιτικά σκουλήκια - ελθμίνες και πρωτόζωα. Πίνακας 3.4 Παθογόνοι μικροοργανισμοί ιλύος εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων Ιοί Βακτήρια Σκώληκες Poliovirus Salmonella spp. Taenia saginata Coxsackie virus Entamoeba histolytica Taenia solium Echovirus Shigella sp. Diphyllobothrium latum New enterovirus Escherichia coli Echinococcus gramulosus Adenovirus Pseudomonas aeruginosa Ascaris lumbricoides Reovirus Yersinia enterolitica Ancylostoma duodenale Hepatitis A-virus Clostridium perfringens Toxocara canis Rotavirus Clostridium botulinum Streptococcus Toxocaracati Astrovirus Bacillus anthracis Trichuris trichura Calicivirus Listeria monocytogenes Coronavirus Vibrio cholera Norwalk-like calicivirus Mycobacterium spp. Small round viruses Leptospira spp. Parvovirus Campylobacter spp. Adenoassociated viruses Influenza virus Πρωτόζωα Ζύμες Μύκητες Entamoeba histolytica Candida albicans Aspergillus spp. Giardia lambia Candida krusi Aspergillus fumigatus Toxoplasma gondii Candida tropicalis Phialophora richardsii Sarcocystis Candida guillermondii Trichophυton spp. Cryptococcus neoformans Epidermophyton spp Trichosporon 27

42 3.4 Επεξεργασία ιλύος Οι διάφοροι μέθοδοι επεξεργασίας με τους οποίους μπορούν να επιτευχθούν οι στόχοι που αναφέρονται στην παρούσα ενότητα φαίνονται στον Πίνακα 3.5. Πίνακας 3.5 Μέθοδοι επεξεργασίας της ιλύος Διεργασία Τρόπος επεξεργασίας Στόχος Προετοιμασία ιλύος προετοιμασία (conditioning) Πάχυνση Χημική Προετοιμασία Θερμική προετοιμασία Πάχυνση με βαρύτητα Μηχανική πάχυνση Επίπλευση με αέρα Βελτίωση της δομής της ιλύος, για διευκόλυνση των διεργασιών που θα ακολουθήσουν Εξασφάλιση ικανοποιητικής πυκνότητας, στερεότητας και στερεού περιεχομένου της ιλύος έτσι ώστε να είναι δυνατή η μεταφορά της κατά την απόθεση Μείωση περιεκτικότητας της ιλύος σε νερό Μείωση της παραγωγής οσμών Μείωση των παθογόνων μικροοργανισμών Σταθεροποίηση Βιολογική επεξεργασία: και/ή Αναερόβια χώνευση απολύμανση Αερόβια χώνευση Μακράς διάρκειας αποθήκευση Κομποστοποίηση Χημική επεξεργασία: Επεξεργασία με ασβέστη Φυσική επεξεργασία: Θερμική ξήρανση Παστερίωση Αφυδάτωση Κλίνες ξήρανσης Μείωση περιεκτικότητας της ιλύος Ταινιοφιλτρόπρεσα σε νερό Φυγοκέντριση Φιλτρόπρεσα Ξήρανση Ξηραντής Μεγάλη μείωση περιεκτικότητας της ιλύος σε νερό Άντληση ιλύος Η άντληση της ιλύος εντός αλλά και εκτός των ΕΕΛ γίνεται με διάφορα είδη αντλιών, όπως εμβολοφόρος, φυγοκεντρική, στροβιλισμού, διαφράγματος, προοδευτικής κοιλότητας, κλπ. Η επιλογή βασίζεται στο είδος της ιλύος, την υδαρότητά της, κοκ. 28

43 3.4.2 Προκαταρκτικές διεργασίες Οι διεργασίες αυτές είναι απαραίτητες για την παροχή συνεχούς και ομοιογενούς τροφοδοσίας στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας που ακολουθούν. Οι κυριότερες από αυτές είναι: Τεμαχισμός Εσχάρωση Εξάμμωση Ανάμιξη Αποθήκευση Προετοιμασία Χημική προετοιμασία: πραγματοποιείται με προσθήκη χημικών στην ιλύ, προκαλώντας έτσι συσσωμάτωση των στερών της, διευκολύνοντας τον διαχωρισμό του νερού, ενώ ταυτόχρονα δεν υπόκειται σε καμία μεταβολή της λιπασματικής της αξίας. Θερμική προετοιμασία: αφορά θέρμανση της ιλύος και επιτυγχάνεται τους C για 30 με 60 min. Προσφέρει απολύμανση και μικρές ποσότητες τελικού προϊόντος Πάχυνση Η πάχυνση πραγματοποιείται πριν από την αφυδάτωση και την σταθεροποίηση. Είναι το πρώτο στάδιο το οποίο αποσκοπεί στην μείωση της περιεκτικότητάς της λάσπης σε νερό και στην αύξηση της περιεκτικότητας της σε στερεά, βελτιώνοντας έτσι τα χαρακτηριστικά της και καθιστώντας αποτελεσματικότερες τις μεθόδους επεξεργασίας που ακολουθούν. Οι τρόποι επεξεργασίας με τους οποίους επιτυγχάνεται η πάχυνση είναι: Πάχυνση με βαρύτητα (gravity thickening): Όπως αναμένεται η διεργασία βασίζεται στην βαρυτική δύναμη λόγο της οποίας η παχυμένη ιλύς καθιζάνει στη βάση της δεξαμενής από όπου και απομακρύνεται, ενώ τα επιπολάζοντα οδηγούνται στο δίκτυο στραγγισμάτων της εγκατάστασης. Η διεργασία αυτή μπορεί να επιτύχει πάχυνση της ιλύος 2 με 8 φορές, αυξάνοντας τη συγκέντρωσή της από μερικά γραμμάρια το λίτρο σε μερικές δεκάδες γραμμάρια το λίτρο. Πάχυνση με μηχανικά μέσα (mechanical thickening): Η διεργασία πραγματοποιείται είτε με φυγοκεντρητές, είτε με περιστροφικά τύμπανα είτε με τράπεζες πάχυνσης οι οποίες επιτυγχάνουν υψηλή ανάκτηση στερεών. Πάχυνση με επίπλευση (flotation thickening): Κατά την επίπλευση με αέρα, στα σωματίδια που αιωρούνται μέσα στην υγρή μάζα προσκολλώνται μικροσκοπικές 29

44 φυσαλίδες αέρα και με τον τρόπο αυτό η βαρυτική τους δύναμη ελαττώνεται και έτσι λόγω της αυξημένης άνωσης επιτυγχάνεται η άνοδός τους στην επιφάνεια Σταθεροποίηση (stabilization) Είναι μία βιολογική διαδικασία η οποία αποσκοπεί στη μετατροπή του προϊόντος σε σταθερότερη μορφή για οποιαδήποτε χρήση ή διάθεση (Δεληαργύρης και Παπαγγελής, 2008). Λόγω της μεγάλης συγκέντρωσης της ιλύος σε παθογόνους μικροοργανισμούς, οι οποίοι με τις κατάλληλες συνθήκες πολλαπλασιάζονται ταχύτατα, με αποτέλεσμα να προκαλείται σήψη και να απελευθερώνονται δυσάρεστες οσμές, ο στόχος της διαδικασίας είναι να επιτευχθεί: Μείωση των παθογόνων Μείωση των δυσάρεστων οσμών Παρεμπόδιση, μείωση ή εξάλειψη του δυναμικού σήψης Πέρα από τους λόγους που αφορούν την υγεία και την αισθητική, η σταθεροποίηση εφαρμόζεται για τη μείωση του όγκου της ιλύος, για την παραγωγή βιοαερίου και για την βελτίωση της ικανότητας αφυδάτωσής της (Νταρακάς, 2010). Οι βασικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τη σταθεροποίηση της ιλύος είναι οι: Αλκαλική σταθεροποίηση (alkaline stabilization): Κατά την εφαρμογή της μεθόδου γίνεται προσπάθεια να δημιουργηθούν οι κατάλληλες συνθήκες ώστε η ιλύς να μετατραπεί σε ακατάλληλο υπόστρωμα για την ανάπτυξη και την επιβίωση των παθογόνων μικροοργανισμών. Για να επιτευχθεί αυτό συχνά ως μέσο χρησιμοποιείται η άσβεστος (CaO) με στόχο την αύξηση του ph στο 12 καταστρέφοντας ή αναστέλλοντας με αυτό τον τρόπο τη δράση της βιομάζας που είναι υπεύθυνη για τη διάσπαση των οργανικών συστατικών της ιλύος. Παράλληλα, με την επεξεργασία με ασβέστη επιτυγχάνεται απολύμανση της ιλύος και αυξάνεται η περιεκτικότητά της σε ξηρά ύλη, με αποτέλεσμα το τελικό προϊόν να μπορεί να διαχειριστεί πιο εύκολα (Metcalf and Eddy, 2007). Αναερόβια χώνευση (anaerobic digestion): Είναι η βιολογική μετατροπή της οργανικής ύλης της ιλύος. Πραγματοποιείται σε πλήρη έλλειψη οξυγόνου, με συνεχή ανάμιξη που επιτελείται με ανακυκλοφορία (εμφύσηση βιοαερίου ή μηχανική ανάμιξη) και με συνεχή έλεγχο της θερμοκρασίας, του ph και των αιωρούμενων στερεών. Η βέλτιστη θερμοκρασία που πρέπει να διατηρείται είναι C. Η διάρκεια της επεξεργασίας κυμαίνεται μεταξύ 10 έως 20 ημερών, ενώ παράλληλα παράγεται μεθάνιο το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την θέρμανση των χωνευτών ενώ η περίσσειά του οδηγείται προς καύση, σε πυρσό, ή ενεργειακή αξιοποίηση. Τα στάδια που λαμβάνουν χώρα στις δεξαμενές αναερόβιας χώνευσης φαίνονται στο Σχήμα

45 Σχήμα 3.2 Απεικόνιση της αναερόβιας διεργασίας (Πηγή: Νταρακάς, 2010) Αερόβια χώνευση (aerobic digestion): Πραγματοποιείται με έντονη οξυγόνωση - ανάδευση της ιλύος, σε ανοιχτές δεξαμενές βάθους 3-6 μέτρων, οπότε αποικοδομείται το 40-60% των πτητικών στερεών και παράγεται σχετικά σταθεροποιημένη ιλύς. Στο σχήμα περιγράφεται το διάγραμμα ροής της αερόβιας σταθεροποίησης ιλύος. Σχήμα 3.3 Διάγραμμα ροής αερόβιας σταθεροποίησης ιλύος (Νταρακάς, 2010) 31

46 Κομποστοποίηση (composting): Η κομποστοποίηση είναι μια αεροβική διεργασία, είναι ίο-οξείδωση ετερογενών οργανικών υλικών, από ετερογενείς και κυρίως ετερότροφους οργανισμούς (βακτήρια, μύκητες κτλ.). Σκοπός της είναι η μετατροπή της ιλύος σε ένα σταθερό και σχετικά ασφαλές τελικό προϊόν. Το προϊόν της διεργασίας (compost) έχει μεγάλη γεωργική αξία, βρίσκεται σε ένα ικανοποιητικό επίπεδο απολύμανσης και είναι σταθεροποιημένο, μειώνοντας έτσι σημαντικά τις οσμές απαλλαγμένο από παθογόνους μικροοργανισμούς. Πίνακας 3.6 Σχετικός βαθμός ελέγχου στις διάφορες διεργασίες σταθεροποίησης της ιλύος [Προσαρμοσμένο από (WEF, 1998)] Διεργασία Βαθμός ελέγχου Παθογόνοι Σήψη Δυναμικό οσμών Αλκαλική σταθεροποίηση Αναερόβια χώνευση Αερόβια χώνευση Κομποστοποίηση /++ + Φτωχός ++ Μέτριος +++ Καλός ++++ Εξαιρετικός Αφυδάτωση (dewatering) Η αφυδάτωση γίνεται με φυσική εξάτμιση και αποστράγγιση του νερού της ιλύος ή με διάφορα μηχανικά μέσα. Επιτυγχάνει την περαιτέρω ελάττωση του όγκου της ιλύος με επιπλέον μείωση της περιεκτικότητας της σε νερό, με αποτέλεσμα να είναι πιο εύκολη η διακίνηση, μεταφορά και τελική διάθεση της σταθεροποιημένης ιλύος. η αφυδάτωσης επιτυγχάνεται με: Κλίνες ξήρανσης (drying beds) Ταινιοφιλτρόπρεσες (belt filters press) / Φιλτρόπρεσες (filters press) Αφυδάτωση με μηχανικά μέσα (mechanical dewatering) φυγοκέντρηση Θερμική επεξεργασία ιλύος Η θερμική επεξεργασία μπορεί να πραγματοποιηθεί με τρεις διαφορετικούς τρόπους. Την θερμική ξήρανση, την θερμική σταθεροποίηση και την αποτέφρωση. Θερμική ξήρανση (thermal drying): Η θερμικά ξηραμένη ιλύς είναι αποστειρωμένη και μπορεί να διοχετευτεί εύκολα στην αγορά για γεωργική χρήση ή για την επαναχρησιμοποίηση του τελικού προϊόντος, αφού ο χειρισμός της είναι ασφαλής και οικονομικός (Αγγελάκης κ.α., 2005). 32

47 Αποτέφρωση (incineration): Η αποτέφρωση ή καύση αποτελεί προέκταση της θερμικής ξήρανσης και οξειδώνει πλήρως τα οργανικά συστατικά της λάσπης, με τελικό προϊόν CO 2, H 2O και αδρανή τέφρα (στάχτη) σε περιορισμένη ποσότητα. Στον πίνακα 3.7 φαίνεται η τυπική σύσταση και τα χαρακτηριστικά της ιλύος πριν και μετά από τις διάφορες επεξεργασίες. Πίνακας 3.7 Τυπική σύσταση ιλύος πριν και μετά από επεξεργασία (Πηγή : U.S. EPA, Βαβίζος - Βιολογικός καθαρισμός) Τύπος ιλύος Μίγμα ανεπεξέργαστης Πρωτοβάθμιας/Δευτεροβάθμιας επεξεργασίας Στερεά (%) Οργανικά στερεά (% DS) Ολικό Ν (% Ν) + Ν-ΝΗ 4 (% Ν) C/N < Ανεπεξέργαστη Δευτεροβάθμια από εγκ/ση τύπου παρατεταμένου αερισμού Αναερόβια χώνευση Αερόβια σταθεροποίηση Αφυδάτωση σε κλίνες ξήρανσης < Μηχανική αφυδάτωση με 2-6 προσθήκη χημικών <

48 3.5 Διάθεση και αξιοποίηση ιλύος Η ιλύς συντίθεται από υποπροϊόντα τα οποία συλλέγονται στα διάφορα στάδια της επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων. Η ιλύς που παράγεται από τις μονάδες επεξεργασίας αποβλήτων έχει μεγάλη υγρασία (75-85%), μικρή συνοχή (δεν επιτρέπει την απόθεση σε μεγάλους σωρούς) και χαρακτηρίζεται από δυσάρεστη οσμή. Περιέχει μεγάλης αξίας βιοχημικές ενώσεις για τις αγροτικές καλλιέργειες, που αποτελούνται από οργανική ύλη, άζωτο, φώσφορο, κάλιο και σε μικρότερο βαθμό ασβέστιο, θείο και μαγνήσιο, αλλά και ρυπαντές, οι οποίοι συνήθως περιλαμβάνουν βαρέα μέταλλα (κατά περιοχές), οργανικούς ρυπαντές και παθογόνα. Η διαχείριση της ιλύος περιλαμβάνει τη συλλογή, μεταφορά, επεξεργασία και διάθεση αυτής με στόχο την ελάττωση του όγκου, την αποδόμηση των οργανικών ουσιών, τη μείωση των παθογόνων μικροοργανισμών και την προστασία του περιβάλλοντος. Η χρησιμοποίηση της ιλύος θα πρέπει γίνεται με τρόπο που να ελαχιστοποιεί τον κίνδυνο αρνητικών επιπτώσεων στην υγεία των ανθρώπων, ζώων και φυτών, στην ποιότητα των επιφανειακών και υπογείων υδάτων, στην μακροχρόνια ποιότητα του εδάφους και στη βιοποικιλότητα των μικροοργανισμών του εδάφους. Ο τρόπος τελικής διάθεσης της ιλύος από τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων καθορίζει σε μεγάλο βαθμό και την απαιτούμενη επεξεργασία της λάσπης. Η διάθεση του τελικού προϊόντος μπορεί να γίνει στην ξηρά ή τη θάλασσα. Οι κυριότερες μέθοδοι διάθεσης της ιλύος στις διάφορες χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης είναι σήμερα η γεωργική αξιοποίηση, η καύση και η υγειονομική ταφή. Σε μικρότερο ποσοστό η επεξεργασμένη ιλύς μπορεί να διατεθεί σε δάση, σε κήπους αλλά και για την αποκατάσταση εδαφών. Ενώ απαγορεύεται η εδαφική διάθεση της ιλύος σε παγωμένα εδάφη, εδάφη καλυμμένα με χιόνι και πλημμυρισμένα εδάφη η κορεσμένα με νερό. Πιο συγκεκριμένα, οι εναλλακτικές λύσεις διάθεσης των παραγόμενων βιοστερεών είναι: Διάθεση σε επιφανειακά νερά και τη θάλασσα Δεξαμενισμός Απόρριψη Υγειονομική ταφή Εφαρμογή στο έδαφος i. Γεωργικούς σκοπούς ii. Χρήση σε δασικές εκτάσεις iii. Ανάπλαση περιοχών Χρήση της ιλύος στην παραγωγή 34

49 3.5.1 Απόφαση τρόπου διάθεσης ιλύος Πριν από την διάθεση της ιλύος θα πρέπει να ερευνηθούν οι δυνατές εναλλακτικές. Όπως έχει αναφερθεί είναι μία διαδικασία η οποία πρέπει να έχει ως πρωταρχική της μέριμνα την προστασία του περιβάλλοντος. Τα κριτήρια για τη λήψη απόφασης της διάθεσης της ιλύος είναι περιβαλλοντικά, οικονομικά και κοινωνικά. Ενώ ταυτόχρονα υπάρχει και το νομοθετικό πλαίσιο και οι παράμετροι που τίθενται από αυτό, κομμάτι το οποίο θα εξεταστεί στη συνέχεια. Η νομοθεσία έχει τις εξής επιπτώσεις: Υπάρχουν διατάξεις ως προς την δυνατότητα διάθεσης της ιλύος. Οι οποίες καθορίζουν αν η ιλύς θα διατεθεί ως εδαφοβελτιωτικό σε γεωργικές εκτάσεις, αν θα αποτεθεί σε δασικές εκτάσεις ή αν θα σταλεί για υγειονομική ταφή. Διατάξεων ως προς τα πρότυπα εκπομπών που πρέπει να πληρούνται από τους αποτεφρωτήρες ιλύος. Διατάξεων αναφορικά με την λειτουργία και την ποιότητα των εγκαταστάσεων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, και πώς αυτά επηρεάζουν την ποσότητα και η ποιότητα της παραγόμενης ιλύος. Το κόστος είναι ένα σημαντικό στοιχείο στη λήψη απόφασης της επεξεργασίας της ιλύος. Ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό, ανάλογα με τις τοπικές συνθήκες και το μέγεθος της εγκατάστασης επεξεργασίας. Προκειμένου να επιτευχθεί η κατάλληλη σύγκριση των διαφορετικών επιλογών επεξεργασίας και διάθεσης της ιλύος, είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη οι συνολικές ετήσιες δαπάνες για την λειτουργία και συντήρηση, καθώς επίσης και τα τυχόν έσοδα από την επαναχρησιμοποίηση των παραπροϊόντων επεξεργασίας. Ακόμη κατά την οικονομική αξιολόγηση θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη όλες οι δαπάνες για την κατασκευή και λειτουργία των μονάδων επεξεργασίας της ιλύος που είναι απαραίτητες κατά περίπτωση, καθώς επίσης και οι δαπάνες για την μεταφορά, αποθήκευση κ.τ.λ. της ιλύος. Όλες οι παραπάνω δαπάνες δημιουργούνται κατά τη διαδικασία επεξεργασίας της ιλύος ή περαιτέρω στην διαδικασία. Εάν η επεξεργασία της ιλύος δεν πραγματοποιείται στην ίδια την εγκατάσταση επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων, το κόστος μεταφοράς και το κόστος της αποθήκευσης δεν μπορεί να αγνοηθεί. Επιπλέον θα πρέπει να γίνονται συγκρίσεις μεταξύ του κόστους που απαιτείται ανάλογα με την μέθοδο διάθεσης. Αφού το κόστος προεπεξεργασίας μπορεί να διαφέρει από την μία μέθοδο στην άλλη. Για παράδειγμα στο κόστος χρησιμοποίησης στην γεωργία θα πρέπει να συνυπολογιστεί το κόστος της εξυγίανσης, που είναι μία διαδικασία που πρέπει να πραγματοποιηθεί οπωσδήποτε σε αυτή την περίπτωση ενώ αντίθετα αν η ιλύς οδηγούνταν προς καύση για παραγωγή ενέργειας η διαδικασία της εξυγίανσης δεν θα πραγματοποιούνταν. Τέλος για την δυνατές επιλογές θα πρέπει να γίνεται ενημέρωση του κοινού κα των φορέων, να παρουσιάζονται οι επιπτώσεις και τα μέτρα που λαμβάνονται, τα 35

50 δικαιώματα και οι υποχρεώσεις των εμπλεκόμενων φορέων ώστε να εξασφαλίζεται η κοινωνική αποδοχή. Με βάση τα παραπάνω, προτείνονται ένα ή περισσότερα εναλλακτικά σενάρια, τα οποία εφόσον αποκτήσουν την κοινωνική αποδοχή μπορεί να υλοποιηθούν. Στην λήψη απόφασης της κατάλληλης μεθόδου επεξεργασίας και διάθεσης της ιλύος μπορεί να βοηθήσει ένα δένδρο λήψης αποφάσεων, σχήμα 3.4. Ένα δέντρο αποφάσεων θα πρέπει να δείχνει τις διαφορετικές μεθόδους επεξεργασίας και διάθεσης της σταθεροποιημένης ιλύς. Ανάλογα με τις συνθήκες αποφασίζεται ποια από τις αριθμημένους οδούς θα ακολουθήσουμε. Οι λόγοι που αντιπροσωπεύονται από τις οδούς επεξηγούνται στον πίνακα που ακολουθεί. Ο πίνακας αυτός έχει δημιουργηθεί μόνο για επεξηγηματικούς σκοπούς, χωρίς να εξαντλεί όλες τις πιθανές οδούς. Σχήμα 3.3 Δένδρο λήψης απόφασης επεξεργασίας ιλύος (Sludge Treatment and Disposal, Management Approaches and Experiences, 1999) 36

51 Πίνακας 3.8 Παραδείγματα συνθηκών που επηρεάζουν την απόφαση επιλογής μεθόδου αξιοποίησης της ιλύος (προσαρμοσμένο από Sludge Treatment and Disposal, Management Approaches and Experiences, 1999) Αριθμός Παραδείγματα συνθηκών που επηρεάζουν την απόφαση επιλογής μεθόδου 1 Δυνατότητα αξιοποίησης στην γεωργία αξιοποίησης 2 Δεν επιτρέπεται η χρήση στη γεωργία / πολύ ως ξηρά κοκκώδης ιλύς 3 Βελτίωση μηχανικών ιδιοτήτων για ενδιάμεση αποθήκευση, μεταφορά ή υγειονομική ταφή 4 Μη επιθυμητή υγειονομική ταφή 5 Αποτέφρωση σε μονάδα αποτέφρωσης αποβλήτων, έλεγχος περιεκτικότητας σε ξηρά ουσία μετά την αφυδάτωση 6 Διοχέτευση Κοκκώδους ιλύος στη γεωργία, λόγω εποχιακής αποθεματοποίησης αποξηραμένης ιλύος ή μη αποδοχής άλλων τύπων ιλύος από τους αγρότες 7 Αξιοποίηση της λυματολάσπης ως καύσιμο ή διάθεση των πλεοναζόντων αποθεμάτων ιλύος ή ανάμειξη ιλύος με αφυδατωμένης ιλύος, προκειμένου να φτάσουν τα όρια εισόδου ξηρής ουσίας για τον κλίβανο 8 Εφαρμογή μη-αφυδατωμένης ιλύος στη γεωργία 9 Πράσινα απόβλητα από κήπους ή άλλα λιπασματοποιήσιμα απόβλητα είναι διαθέσιμα για ανάμειξη με τη λυματολάσπη. Αξιοποίηση του κομπόστ, π.χ. ως βελτιωτικό εδάφους 10 Βελτίωση μηχανικών ιδιοτήτων για ενδιάμεση αποθήκευση, μεταφορά ή εφαρμογή στη γεωργία. Υγειονομική ταφή των πλεονασμάτων ιλύος 11 Αξιοποίηση της αποξηραμένης λυματολάσπης ως καύσιμο ή ανάμειξη αποξηραμένης ιλύος με αφυδατωμένη ιλύς, προκειμένου να επιτευχθούν τα όρια εισόδου ξηρής ουσίας για τον κλίβανο Διάθεση ιλύος σε επιφανειακά νερά και τη θάλασσα (sea disposal) Αυτή είναι μία οικονομική, αλλά όχι κοινή μέθοδος, διότι εξαρτάται από τη φέρουσα ικανότητα του υδάτινου αποδέκτη. Σε ορισμένες παραθαλάσσιες ζώνες, ιλύς είτε με υποβρύχιο αγωγό, είτε με ειδικές φορτηγίδες, είτε μαζί με την τελική απορροή μεταφέρονται στη θάλασσα η οποία αποτελεί το σημείο απόθεσης. Η απόθεση γίνεται σε βαθιά νερά ώστε να αποτραπούν τυχόν αρνητικές συνέπειες κατά μήκος της ακτής. Στην περίπτωση που επιλεχθεί αυτή η μέθοδος διάθεσης της ιλύος, πρέπει προηγούμενα να μελετηθούν τα ωκεανογραφικά χαρακτηριστικά της εκάστοτε περιοχής, αλλά και τα 37

52 χαρακτηριστικά της άμεσης και ευρύτερης περιοχής, ώστε να προσαρμοσθεί κατάλληλα το σύστημα διασκορπισμού της ιλύος. Εάν δεν ληφθούν υπόψιν τα χαρακτηριστικά αυτά το αποτέλεσμα θα είναι η σημαντική διαταραχή των χημικών και βιολογικών χαρακτηριστικών του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Εξαιτίας, λοιπόν, των δυνητικών περιβαλλοντικών επιπτώσεων και των κοινωνικών αντιδράσεων, η μέθοδος αυτή δεν θεωρείται σήμερα αξιόπιστη και βιώσιμη εναλλακτική λύση για τη διάθεση της ιλύος, ενώ η νομοθεσία των περισσότερων κρατών σε παγκόσμια κλίμακα την απαγορεύει (Andreoli et al., 2007) Δεξαμενισμός (lagooning) Η μέθοδος αυτή αφορά χωμάτινες δεξαμενές στις οποίες επιτυγχάνεται αφυδάτωση 20-80% της χωνεμένης ιλύος, με παράλληλη αναερόβια σταθεροποίηση. Περιλαμβάνουν φρεάτια για την αφαίρεση και απομάκρυνση του διαχωριζόμενου επιφανειακού υγρού. Οι υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος που επικρατούν στην Ελλάδα ευνοούν την εφαρμογή των λιμνών ιλύος, ως λύση τελικής συμπύκνωσης και σταθεροποίησης, τουλάχιστον σε μικρές (μη εντασσόμενες) εγκαταστάσεις (ΥΠΕΧΩΔΕ, 2001) Απόρριψη (dumping) Στην περίπτωση που η ιλύς είναι πλήρως σταθεροποιημένη, υπό κάποιες βέβαια προϋποθέσεις νομικές και περιβαλλοντικές μπορεί να γίνει απόρριψη. Σήμερα, η μέθοδος αυτή έχει ουσιαστικά αντικατασταθεί από την υγειονομική ταφή Υγειονομική ταφή (sanitary landfill) Μέχρι σήμερα η Υγειονομική Ταφή αποτελεί την κύρια μέθοδο διάθεσης της ιλύος από Ε.Ε.Λ στην Ελλάδα. Θα πρέπει να πρέπει να υπάρξει περιορισμός της διάθεσης της ιλύος σε ΧΥΤΑ, εξαιτίας της εφαρμογής της Οδηγίας σχετικά με την Υγειονομική ταφή αποβλήτων (Οδηγία 1999/31/ΕC). Η λύση της Υγειονομικής Ταφής μπορεί να επιλέγεται μόνο όταν δεν υπάρχει άλλος εναλλακτικός τρόπος διάθεσης. Η υγειονομική ταφή της ιλύος προκαλεί σημαντική ρύπανση τόσο με τα οχήματα μεταφοράς της ιλύος όσο και με τα διάφορα ανεπιθύμητα παράγωγα όπως το διήθημα και το βιοαέριο. Όταν το βιοαέριο παράγεται σε σημαντική και σχετικά σταθερή ποσότητα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παραγωγή ενέργειας. Υπάρχουν δύο επιλογές για την υγειονομική ταφή της ιλύος: i. H διάθεση σε ΧΥΤΑ που χρησιμοποιούνται αποκλειστικά για την υγειονομική ταφή βιολογικής ιλύος. 38

53 ii. H διάθεση σε ΧΥΤΑ που χρησιμοποιούνται και για την απόθεση αστικών στερεών αποβλήτων Εφαρμογή στο έδαφος (land application) Διάθεση στο έδαφος για γεωργικούς σκοπούς Η ιλύς αστικών λυμάτων είναι ένα οργανικό υλικό, η διάθεση της στο έδαφος είναι μια μέθοδος ανακύκλωσης των συστατικών της ιλύος με γεωργική αξία. Επομένως θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως λίπασμα για διάφορες καλλιέργειες και ταυτόχρονα ως εδαφοβελτιωτικό εξαιτίας της οργανικής της φύσης. Η ιλύς περιέχει πολλά στοιχεία απαραίτητα για την ανάπτυξη των φυτών, όπως άζωτο, φώσφορο, κάλιο, και, επιπλέον, ίχνη θρεπτικών που θεωρούνται περισσότερο ή λιγότερο απαραίτητα για την ανάπτυξη των φυτών, όπως βόριο, ασβέστιο, χαλκό, σίδηρο, μαγνήσιο, μαγγανίου, θείου, και ο ψευδάργυρος. Η ιλύς μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη γεωργία αντικαθιστώντας, σε κάποιο βαθμό, τα βιομηχανικά λιπάσματα, χωρίς να υπάρχει ο κίνδυνος ρύπανσης και μόλυνσης του εδάφους, του υπόγειου υδροφορέα και των καλλιεργειών. Οι βασικές διαφορές μεταξύ της ιλύος και των βιομηχανικών λιπασμάτων είναι: Η ιλύς αποτελεί και πηγή οργανικής ύλης. Τα βιομηχανικά λιπάσματα που είναι συνήθως υδατοδιαλυτά και επομένως τα θρεπτικά συστατικά είναι άμεσα αφομοιώσιμα από τα φυτά. Τα θρεπτικά συστατικά της ιλύος βρίσκονται σε μορφή μη διαλυτή στο νερό και η ελευθέρωση τους είναι μια αργή διαδικασία. Στην ιλύ, το άζωτο, ο φωσφόρος και το κάλιο που αποτελούν την βασική λίπανση των φυτών, είναι ενωμένα με το οργανικό κλάσμα και συναντώνται σε μικρότερες συγκεντρώσεις. Έτσι, είναι αφομοιώσιμα από τα φυτά μόνο μετά την αποικοδόμηση των οργανικών από τους μικροοργανισμούς του εδάφους. Εκτός από την προσκόμιση θρεπτικών, ωφελεί το έδαφος αυξάνοντας την ικανότητα συγκράτησης νερού και βοηθά στην διαδικασία του οργώματος, καθιστώντας έτσι τα βαρέα εδάφη κατάλληλά για καλλιέργεια. Μειώνει επίσης τη διάβρωση του εδάφους. Η αγρονομική αξία της ιλύος αναφορικά με το περιεχόμενο άζωτο εξαρτάται από τη χημική μορφή αυτού και τη «διαθεσιμότητά» του. Γενικά, για τη διαθεσιμότητα του N ισχύει: Κομποστοποιημένη ιλύς < Αναερόβια χωνεμένη ιλύς < Αερόβια χωνεμένη ιλύς. 39

54 Πίνακας 3.9 Ενδεικτική σύνθεση χημικών λιπασμάτων, κομπόστας, κοπριάς και ιλύος (Ανδρεαδάκης, 2009) Είδος εδαφοβελτιωτικού TSS (%) VSS (% TSS) Ν (% TSS) P (% TSS) K (% TSS) Αφυδατωμένη ιλύς ,5 2 0,2 Κομπόστα ,8 0,5 0,2 Κοπριά ,2 0,8 1,5 Χημικά λιπάσματα Με τη διάθεση ιλύος υπάρχει αναπόφευκτα και διάθεση των παθογόνων μικροοργανισμών αλλά και τοξικών ουσιών όπως τα βαρέα μέταλλα και πλήθος συνθετικών οργανικών ενώσεων. Προκειμένου να αποφευχθεί αυτό στον βαθμό που είναι δυνατό θα πρέπει η ιλύς να είναι σταθεροποιημένη και απολυμασμένη. Στην σταθεροποίηση της ιλύος μπορεί να βοηθήσει η ανάμιξη της ιλύος με άλλα υλικά, όπως υλικά φυτικής προέλευσης, ή άλλα προϊόντα οργανικής προέλευσης) με αποτέλεσμα το τελικό προϊόν να μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη γεωργία ως λίπασμα. Ιδιαίτερη μέριμνα πρέπει να δοθεί στην παρουσία βαρέων μετάλλων στην ιλύ που σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να φθάσει μέχρι και 2% DS και ίσως το 5 6 % σε ακραίες περιπτώσεις, δημιουργώντας σημαντικά εμπόδια στη χρήση της ιλύος σε γεωργικά εδάφη (Νταρακάς, 2010). Για τον λόγο αυτό θα πρέπει να καθοριστεί η ποιότητα της ιλύος που προορίζεται για χρήση σε γεωργικές εκτάσεις βάση τις συγκέντρωσης τις σε βαρέα μέταλλα. Πίνακας 3.10 Οριακές ποσότητες βαρέων μετάλλων που μπορούν να εισάγονται κατά έτος στα καλλιεργήσιμα εδάφη [kg/ha έτος] Μέταλλο ΚΥΑ 80568/4225/91 Αναθεώρηση Οδηγίας 86/278/ΕC Cd 0,15 0,03 Cr 5 3 Cu 12 3 Ni 3 0,9 Pb 15 2 Hg 0,10 0,03 Zn 30 7,5 Λόγω του ότι η γεωργική εφαρμογή είναι εποχιακή θα πρέπει να παρέχεται η δυνατότητα αποθήκευσης της ιλύος στην Ε.Ε.Λ. ή στο αγρόκτημα για μια διάρκεια της τάξης των 6 μηνών. Η αποθήκευση της ιλύος στον αγρό είναι θα πρέπει να γίνεται σε στερεά μορφή και 40

55 καλά σταθεροποιημένη, ώστε να μειώνεται ο κίνδυνος από τις διηθήσεις. Η υγρή ιλύς πρέπει να αποθηκεύεται σε δεξαμενές από σκυρόδεμα ή σε λίμνες (lagoons) και η μεταφορά της μπορεί να γίνεται με άντληση. Η ημι-στερεή ιλύς μπορεί να αποθηκεύεται σε δεξαμενές, ενώ για την διαχείρισή της είναι απαραίτητη η χρήση μεταφορικών διατάξεων, οχημάτων και τρακτέρ. Η στερεά ιλύς μπορεί να αποθηκεύεται σε σωρούς, ενώ η ξηραμένη ιλύς δεν παρουσιάζει δυσκολίες, όσον αφορά την αποθήκευση και μεταφορά της. Η μεταφορά είναι το πιο δαπανηρό τμήμα αυτής της μεθόδου διάθεσης της ιλύος. Μπορεί να χρησιμοποιούνται βυτιοφόρα (για τη μεταφορά της υγρής ιλύος) ή ρυμουλκούμενα φορτηγά οχήματα για την μεταφορά των άλλων ειδών ιλύος. Οι πλατφόρμες πρέπει να είναι υδατοστεγείς με δυνατότητα κάλυψης της ιλύος. Η ξηραμένη ιλύς μπορεί να διατίθεται με τον ίδιο εξοπλισμό που χρησιμοποιείται για τα ανόργανα λιπάσματα. Το είδος της καλλιέργειας, η έκταση που καταλαμβάνεται, η πρόσβαση στον αγρό και οι μετεωρολογικές συνθήκες επηρεάζουν την εφαρμογή στο έδαφος. Γενικά, η διάθεση της ιλύος μπορεί να γίνεται δύο φορές τον χρόνο: μετά την συγκομιδή ή πριν το όργωμα και την σπορά. Σε συνεκτικά εδάφη καλό είναι η εφαρμογή της επεξεργασμένης ιλύος να πραγματοποιείται την περίοδο μεταξύ Απριλίου - Οκτωβρίου. Για καλά στραγγιζόμενα εδάφη η εφαρμογή μπορεί να πραγματοποιηθεί οποιαδήποτε εποχή, εκτός αμέσως μετά από καταιγίδες. Οι ποσότητες εφαρμογής της επεξεργασμένης ιλύος πρέπει να εκτιμώνται λαμβάνοντας υπόψη τη σύνθεση της ιλύος, εδαφολογικά χαρακτηριστικά, θρεπτικές ανάγκες των καλλιεργειών και συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων στην ιλύ. Γενικά υπάρχουν τρεις τρόποι προσδιορισμού των ποσοτήτων εφαρμογής επεξεργασμένης ιλύος: 1 ος τρόπος: Οι ποσότητες υπολογίζονται από τις ανάγκες της καλλιέργειας σε θρεπτικά συστατικά. Οι ποσότητες που έχουν υπολογισθεί με αυτό τον τρόπο πρέπει να ελέγχονται για να διασφαλισθεί ότι οι συγκεντρώσεις των βαρέων μετάλλων είναι χαμηλότερες από τις οριακές τιμές που ορίζει η νομοθεσία. 2 ος τρόπος: Οι δόσεις ιλύος προσδιορίζονται με βάση το ανώτατο επιτρεπόμενο φορτίο βαρέων μετάλλων. 3 ος τρόπος: Οι ποσότητες της επεξεργασμένης ιλύος υπολογίζονται έτσι ώστε να επαρκούν για την ικανοποίηση των αναγκών σε φωσφόρο και να μην υπερβαίνουν τις οριακές τιμές συγκέντρωσης βαρέων μετάλλων. 41

56 Περιορισμοί διάθεσης στο έδαφος για γεωργικούς σκοπούς Σύμφωνα με την ελληνική νομοθεσία (ΚΥΑ 80568/4225/1991, Άρθρο 5), η γεωργική χρήση της ιλύος απαγορεύεται στις παρακάτω περιπτώσεις: 1. Σε λειμώνες ή εκτάσεις που καλλιεργούνται ζωοτροφές, εφόσον οι λειμώνες πρόκειται να χρησιμοποιηθούν για βοσκή ή η συγκομιδή των ζωοτροφών πραγματοποιηθεί πριν από την πάροδο ενός ορισμένου χρονικού διαστήματος. Για τον καθορισμό του χρονικού αυτού διαστήματος πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η γεωγραφική και κλιματολογική κατάσταση της περιοχής και δεν μπορεί να είναι μικρότερο από τρεις βδομάδες 2. Σε καλλιέργειες οπωροκηπευτικών κατά την περίοδο της βλάστησης με εξαίρεση τις καλλιέργειες των οπωροφόρων δένδρων 3. Σε εδάφη που προορίζονται για καλλιέργειες οπωροκηπευτικών, τα οποία βρίσκονται σε άμεση επαφή με το έδαφος και κανονικά καταναλίσκονται σε νωπή κατάσταση για περίοδο δέκα μηνών από την συγκομιδή και κατά την διάρκεια της συγκομιδής. Εξάλλου για την διάθεση της ιλύος στην γεωργία θα πρέπει να εξασφαλίζονται: περιορισμένη εισαγωγή βαρέων μετάλλων στην αγροτική γη, χαμηλή συγκέντρωση συνθετικών οργανικών ενώσεων στην ιλύ, ελάχιστη έως μηδενική έκθεση σε παθογενείς μικροοργανισμούς προστασία των υπογείων και επιφανειακών υδάτων από την διασπορά της ιλύος στην επιφάνεια και η μη δημιουργία ενοχλητικών συνθηκών, όπως είναι τα οσμοαέρια Ανόργανα στοιχεία και φυτά Τα ανόργανα στοιχεία διακρίνονται σε θεμελιώδη και μη θεμελιώδη. Ένα στοιχείο θεωρείται θεμελιώδες, όταν χωρίς αυτό το φυτό δεν μπορεί α ολοκληρώσει τον βιολογικό του κύκλο και όταν το στοιχείο αυτό αποτελεί μέρος ενός συστατικού του φυτού(π.χ. Mg στην χλωροφύλλη). Τα ανόργανα στοιχεία διακρίνονται σε απαραίτητα σε μεγάλες συγκεντρώσεις και καλούνται μακροστοιχεία (N, P, K, Ca, Mg, S, C, H, O) και σε αυτά που καλούνται ιχνοστοιχεία (Fe, Mn, Zn, B, Cu, Cl, Mo). Είναι σαφές ότι τα στοιχεία που αφομοιώνονται συγχρόνως από τα φυτά επιδρούν με διαφορετικό τρόπο σ αυτό, σε σχέση με την επίδραση που θα είχαν αν προσλαμβάνονταν ένα. Η χημική ισορροπία μεταξύ των στοιχείων είναι καθοριστική για την ανάπτυξη και τις σωστές λειτουργίες του φυτού. Έτσι, οι συγκεντρώσεις των διάφορων στοιχείων στο έδαφος και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους επηρεάζουν άμεσα την εξέλιξη του φυτού. Συνηθέστερα, η επεξεργασμένη ιλύς από εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων 42

57 περιέχει τις ίδιες ποσότητες φωσφόρου και αζώτου, ενώ οι ανάγκες των καλλιεργειών σε άζωτο είναι περίπου 2 έως 5 φορές μεγαλύτερες από τις ανάγκες σε φωσφόρο. Επομένως, μια συντηρητική προσέγγιση στον υπολογισμό των ετήσιων ποσοτήτων ιλύος αποτελεί η εφαρμογή επεξεργασμένης ιλύος με σκοπό την ικανοποίηση των αναγκών σε φωσφόρο, παρά σε άζωτο. Με αυτό τον τρόπο, ελαχιστοποιούνται οι ποσότητες των θρεπτικών που απομακρύνονται με την επιφανειακή απορροή ή που κατεισδύουν προς τον υπόγειο υδροφορέα. Οι αγρότες, όμως, θα χρειασθεί να πραγματοποιήσουν πρόσθετη λίπανση σε άζωτο και κάλιο για να επιτύχουν τις αναμενόμενες αποδόσεις των καλλιεργειών. Άζωτο (Ν) Το άζωτο (Ν) θεωρείται ως το πλέον αναγκαίο στοιχείο για την ανόργανη θρέψη των φυτών, καθώς αποτελεί συνήθως το 1-6% επί ξηρού των φυτικών ιστών. Έλλειψη αζώτου Περιορισμένη βλαστική ανάπτυξη Έντονο κιτρίνισμα των φύλλων της βάσης Περιορισμένη χλώρωση και μικροφυλλία των φύλλων της κορυφής Μείωση του αριθμού και του βάρους των καρπών Περίσσεια αζώτου Έντονη βλαστική ανάπτυξη Καθυστέρηση της καρπόδεσης και της ωρίμανσης των καρπών Μείωση της απόδοσης Έντονο πράσινο χρώμα, μικροφυλλία και συστροφή των φύλλων της κορυφής Φωσφόρος (Ρ) Κυρίαρχη επίδραση στην ανάπτυξη του ριζικού συστήματος. Καλύτερη αξιοποίηση του νερού και των θρεπτικών στοιχείων Επάρκεια κατά την εγκατάσταση των φυτών Απαιτείται σε μικρές ποσότητες Έντονη προσρόφηση στα κολλοειδή του εδάφους Έλλειψη φωσφόρου Περιορισμένη βλαστική ανάπτυξη Σκούρο πράσινο χρώμα φύλλων Ιώδης χρωματισμός στα φύλλα Περίσσεια φωσφόρου Περιορισμένα προβλήματα Μείωση διαθεσιμότητας Fe, Zn, Mn και Cu ιδιαίτερα σε υψηλά ph 43

58 Κάλιο (Κ) Κυρίαρχη επίδραση στην απόδοση και την ποιότητα των καρπών Πρώιμη ανθοφορία και καρπόδεση Αυξημένη απόδοση Έντονο χρώμα Πλούσια γεύση (σάκχαρα, οξύτητα) Απαιτείται σε πολύ μεγάλες ποσότητες Εύκολη έκπλυση, ιδιαίτερα στα αμμώδη εδάφη Έλλειψη καλίου Περιφερειακή νέκρωση των φύλλων Μεσονεύρια χλώρωση και βραχυγονάτωση Τα συμπτώματα εμφανίζονται πρώτα στα φύλλα της βάσης Ανομοιομορφία χρωματισμού κατά την ωρίμανση των καρπών Περίσσεια καλίου Περιορισμένα προβλήματα Μείωση διαθεσιμότητας Mg ιδιαίτερα σε υψηλά ph Αναλογία Κ:Mg 2: Διάθεση σε δασικές εκτάσεις Η χρήση της ιλύος από την επεξεργασία λυμάτων σε δασικές εκτάσεις μοιάζει να είναι μία εναλλακτική της επαναχρησιμοποίησης στη γεωργία, ωστόσο υπάρχουν σημαντικές διαφορές, οι οποίες οφείλονται μεταξύ άλλων παραγόντων και στην ιδιαιτερότητα των ειδών που αναπτύσσονται σε κάθε περίπτωση. Από οικονομική άποψη, η μέθοδος αυτή είναι δελεαστική στην περίπτωση που υπάρχουν διαθέσιμες εκτάσεις πλησίον της εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων. Επισημαίνεται πάντως, ότι είναι σχετικά μικρές οι ποσότητες της ιλύος που μπορούν να εφαρμοστούν με μέσο ρυθμό εφαρμογής 3t DS/ha/έτος (Αγγελάκης κ.α., 2005). Σε δασικές εκτάσεις, μετά την εφαρμογή ιλύος από την επεξεργασία των λυμάτων, έχει παρατηρηθεί βελτίωση της απόδοσης. Γενικά παρατηρείται μία αύξηση στο ύψος, διάμετρο και στην επιφάνεια κάλυψης των δένδρων. Ωστόσο τα αποτελέσματα εξαρτώνται από τα είδη καθώς και από τις τοπικές συνθήκες. Ένα επιπλέον όφελος, είναι η βελτίωση της σύστασης του εδάφους (ειδικά σε Ca, Mg, S και λοιπά ιχνοστοιχεία), η οποία είναι ιδιαίτερου ενδιαφέροντος συγκριτικά με την εφαρμογή στην γεωργία, αφού τα δασικά εδάφη είναι συχνά ιδιαίτερα φτωχά σε τέτοια συστατικά. Η χρήση της ιλύος σε δασικές εκτάσεις ωστόσο παρουσιάζει και μειονεκτήματα. Για παράδειγμα, μεγάλος ρυθμός εφαρμογής υγρής ιλύος μπορεί να οδηγήσει στην δημιουργία πυκνού, χωρίς πόρους εδαφικού στρώματος που μπορεί να δημιουργήσει αναερόβιες 44

59 συνθήκες στο έδαφος. Ως συνέπεια αυτού, μπορεί να παρατηρηθεί αποσύνθεση του ανώτερου εδαφικού στρώματος και μείωση της μικροβιακής δραστηριότητας. Εξάλλου όταν η ιλύς εφαρμόζεται σε νέες φυτείες, παρατηρήθηκε ότι μπορεί να προκύψει ανταγωνισμός με άλλα είδη φυτών, μειώνοντας την πρόσληψη συστατικών θρεπτικής αξίας από τα νέα δένδρα. Όταν εξετάζεται ο κίνδυνος στην ανθρώπινη υγεία, που σχετίζεται με τα βαρέα μέταλλα στη βιολογική ιλύ, ο κίνδυνος αυτός είναι μικρότερος στην περίπτωση διάθεσης στα δάση από την περίπτωση διάθεσης της ιλύος στις γεωργικές καλλιέργειες, αφού τα δασικά προϊόντα αφορούν σε ένα μικρό ποσοστό την ανθρώπινη διατροφή. Παρ όλα αυτά, υπάρχουν κάποιοι κίνδυνοι εξ αιτίας της μεταφοράς των βαρέων μετάλλων στα εδώδιμα είδη των μανιταριών και γενικότερα στην άγρια χλωρίδα και πανίδα Ανάπλαση περιοχών Η διάθεση της ιλύος για ανάπλαση περιοχών/εδαφοβελτίωση και για την ανάπτυξη βλάστησης, στοχεύει στην αποκατάσταση εγκαταλελειμμένης γης ή στην προστασία του εδάφους από τη διάβρωση και την αύξηση της φυτικής κάλυψης. Στόχο επίσης μπορεί να αποτελέσει η ανάπλαση περιοχών βιομηχανικών εγκαταστάσεων, όπου το επιφανειακό στρώμα του εδάφους έχει απομακρυνθεί ή έχει καταστραφεί. Ενδιαφέρουσα εναλλακτική λύση μπορεί να είναι επίσης σε μερικές περιπτώσεις η χρήση της ιλύος για αποκατάσταση λατομείων. Όταν ο σκοπός της διάθεσης είναι η αύξηση της ποσότητας του εδάφους στην περιοχή, δύο τεχνικές είναι γνωστές: η ιλύς είτε μπορεί να εφαρμοσθεί απ ευθείας πριν την μίξη με το υφιστάμενο έδαφος ή να γίνει μίξη με το χώμα πριν την εφαρμογή της. Η ποσότητα της ιλύος που συνήθως εφαρμόζεται στις περιπτώσεις αυτές είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτήν στην περίπτωση της γεωργικής χρήσης. Γενικά, οι κίνδυνοι από την διάθεση της ιλύος για την ανάκτηση εδαφών είναι μικρότεροι από αυτούς που αναμένονται στην περίπτωση χρήση της ιλύος στη γεωργία, αφού η εφαρμογή στο έδαφος δεν είναι συνδεδεμένη άμεσα με την τροφική αλυσίδα. Επειδή όμως η ποσότητα της ιλύος που εφαρμόζεται είναι μεγαλύτερη από αυτή για γεωργική χρήση, μπορεί να προκύψουν πρόσθετοι κίνδυνοι λόγω της μεγαλύτερης ποσότητας διαφόρων ρυπαντών ή αζώτου που διατίθενται. Σε κάθε περίπτωση, η ιλύς που χρησιμοποιείται για την ανάκτηση εδαφών πρέπει να είναι επαρκώς επεξεργασμένη, ώστε να διασφαλισθεί επαρκής απολύμανση και περιορισμός των οσμών. Συνοψίζοντας τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των διαφόρων τρόπων διάθεσης της ιλύος στο έδαφος αναφέρονται στον Πίνακα

60 Πίνακας 3.11 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των διαφόρων τρόπων διάθεσης της ιλύος στο έδαφος (Πηγή: EC, 2000) Επιλογές Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Γεωργία Θρεπτικά στοιχεία Χρειάζεται η συναίνεση Δασοκομία Οργανική ύλη των αποδεκτών Εδαφοβελτίωση Χαμηλό κόστος Μεταβαλλόμενη ζήτηση Ανάπλαση περιοχών Χαμηλή τεχνολογία Απορρόφηση μεγάλων ποσοτήτων ιλύος Ερωτηματικά ως προς την ποιότητα Υψηλό κόστος μεταφοράς Χρήση της ιλύος στην παραγωγή Η επαναχρησιμοποίηση της ιλύος με «χρήση της ιλύος στην παραγωγή» περιλαμβάνει (ΥΠΕΧΩΔΕ, 2004, Meeroff and Bloetscher, 1999, Κουλουμπής, 2007, Fytili and Zabaniotou, 2008): Παραγωγή «βιολογικών χωμάτων»: μετά από ανάμιξη επεξεργασμένης ιλύος με διάφορα υλικά όπως π.χ. φυτικά υπολείμματα, οργανικά στερεά απόβλητα και χρήση σε εδάφη στα οποία απαγορεύεται η καλλιέργεια εδώδιμων προϊόντων. Ανάκτηση οργανικής ύλης, φωσφόρου, αζώτου (από το νερό της ιλύος). Παραγωγή φωσφορικών λιπασμάτων, κατόπιν θερμικής επεξεργασίας, από ιλύ αστικών λυμάτων. Παραγωγή άνθρακα. Παραγωγή κροκιδωτικών (αργίλιο, σίδηρος). Παραγωγή κατασκευαστικών υλικών από την τέφρα των βιοστερεών, όπως τούβλα, κεραμικά υλικά, κλπ. Τα παραγόμενα προϊόντα έχουν βελτιωμένες κεραμικές ιδιότητες και αντοχές. Παραγωγή δομικών υλικών από αφυδατωμένες ιλύες. Τέτοια υλικά είναι ασφαλτικά μίγματα, τσιμέντο, υλικά υπόβασης στην οδοποιία, κ.ο.κ. Παραγωγή βιο-καυσίμων. Το παραγόμενο βιο-έλαιο έχει θερμογόνο δύναμη ίση περίπου με το 90% του ντίζελ και μπορεί να πωληθεί σε εξωτερικούς χρήστες ή διυλιστήρια. Παραγωγή Υδρογόνου Η υγρή ιλύς θεωρείται μία από τις πιο γνωστές πρώτες ύλες στην παρασκευή αέριου υδρογόνου διεθνώς. Το μικτό αέριο που παράγεται τελικά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί και ως καύσιμο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με απόδοση μέχρι 30%. 46

61 3.5.8 Περιορισμοί για τις διαφορετικές στρατηγικές διαχείρισης Σύμφωνα με τις αρχές της βιωσιμότητας θα πρέπει να επιβληθούν μερικοί περιορισμοί πάνω στην υλοποίηση των μεθόδων διάθεσης και διαχείρισης της ιλύος που αναπτύχθηκαν στις προηγούμενες παραγράφους. Οι περιορισμοί αυτοί συγκεντρώνονται στο παρακάτω Πίνακα 3.12 με βάση για τους βασικούς τρόπους διάθεσης της ιλύος. Πίνακας 3.12 Περιορισμοί για τις διαφορετικές στρατηγικές διαχείρισης (Πηγή: Fytili and Zabaniotou, 2008) Μέθοδος διάθεσης Περιορισμοί που σχετίζονται με τη μέθοδο Χρήση για γεωργικούς σκοπούς Συστατικά της ιλύος (μέταλλα, τοξικά οργανικά, (παρόμοιοι περιορισμοί για τη παθογόνοι μικροοργανισμοί χρήση στη δασοκομία και τη Οι ποσότητες των θρεπτικών και των μετάλλων δασοπονία) που αποτίθενται στο έδαφος Αποδοχή από τις βιομηχανίες τροφίμων αλλά και από το κοινό Τεχνικοί περιορισμοί (χειρισμός των μεγάλων ποσοτήτων της ιλύος, μεταφορά κ.α.) Διάθεση στο έδαφος (ταφή, Μέγιστο οργανικό περιεχόμενο της ιλύος αποκατάσταση εδαφών) Κόστη που βασίζονται στα ολοένα αυξανόμενα ενοίκια για τους Χ.Υ.Τ.Α. Λίγοι διαθέσιμοι χώροι Έκδοση αδειών για νέους Χ.Υ.Τ.Α. Τεστ τοξικότητας Παραγωγή ή ανάκτηση προϊόντων από την ιλύ (τεχνολογίες καύσηςκομποστοποίησης) Αποδοχή από τους χρήστες των προϊόντων της ιλύος (αποδοχή από την αγορά) Κατανάλωση πόρων για την ανάκτηση προϊόντων (χημικά, καύσιμα, κόστη κ.α.) Περιορισμοί λόγω τεχνικών προβλημάτων 47

62 3.6 Εκτίμηση της ρύπανσης από την διάθεση ιλύος Εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων που μπορεί αν προκύψουν από την από τη διάθεση και την αξιοποίηση της ιλύος περιλαμβάνει τις διάφορες δοκιμές έκπλυσης. Οι δοκιμές έκπλυσης βρίσκουν εφαρμογή σε όλο και περσότερα πεδία μελέτης, όπως για παράδειγμα στην καύση των στερεών αποβλήτων αλλά και στην ανακύκλωση τους κ.α.. Διακρίνονται σε διάφορες κατηγορίες, οι οποίες περιλαμβάνουν στατικές και δυναμικές δοκιμές έκπλυσης, καθώς και δοκιμές έκπλυσης σε όξυνες συνθήκες (van der Sloot, 1996) Δοκιμές έκπλυσης Κατά την επαφή της ιλύος, όπως ισχύει για τα στερεά υλικά, με κάποιο υγρό μέσο, ορισμένα από τα συστατικά της διαλύονται. Οι δοκιμές έκπλυσης γίνονται με τέτοιο τρόπο, είτε φυσικές συνθήκες διήθησης ή κατείσδυσης του νερού είτε στο εργαστήριο με την εφαρμογή στατικών ή και δυναμικών δοκιμών έκπλυσης, ώστε να ανταποκρίνονται τις συνθήκες έκθεσης στο περιβάλλον. Σχετικά με την διαδικασία εφαρμογής μίας τεχνικής έκπλυσης υπάρχουν διάφορα διεθνή πρότυπα δοκιμών (π.χ. ISO, SEN) που μπορούν να εφαρμοστούν χωρίς αυτό να περιορίζει την προσαρμογή σε συγκεκριμένο πεδίο. Πολλές από τις δοκιμές στηρίζονται, με μικρές διαφοροποιήσεις στις ίδιες βασικές αρχές. Οι δοκιμές έκπλυσης ανάλογα με τα βασικά τους χαρακτηριστικά ταξινομούνται στις παρακάτω κατηγορίες (van der Sloot, 1996). Δοκιμές έκπλυσης με ισορροπία ή μερική ισορροπία Δυναμικές δοκιμές έκπλυσης Ειδικές δοκιμές που εστιάζουν σε θέματα χημικής φύσης των συστατικών που περιέχονται στα στερεά απόβλητα Τα αποτελέσματα των δοκιμών έκπλυσης εκφράζονται ως συγκέντρωση ενός συστατικού στο υγρό έκπλυσης (mg/l στερεού υλικού), προκειμένου να είναι δυνατή η σύγκριση της διαλυτότητας των συστατικών που ανταποκρίνονται στη χημική τους φάση και στις συνθήκες του υγρού έκπλυσης. Η ποσότητα του υγρού μέσου έκπλυσης που χρησιμοποιείται για την έκπλυσης συγκεκριμένης μάζας στερεού αποβλήτου, σε σχέση με τη μάζα, σε σχέση με την μάζα του συστατικού που είναι διαθέσιμη για έκπλυση, επηρεάζουν σημαντικά την συγκέντρωση του συστατικού του υγρού έκπλυσης. Αυτή η σχέση καθορίζεται από την αναλογία υγρού (Liquid L) προς στερεού (Solid S), αναφερόμενη ως αναλογία (L/S). Σε χαμηλές αναλογίες υγρού/στερεού L/S τα συστατικά χαμηλής διαλυτότητας εμφανίζουν χαμηλές συγκεντρώσεις ενώ το αντίθετο συμβαίνει για τα συστατικά υψηλής διαλυτότητας (Τσιρίδης, 2011). Γενικά η 48

63 αθροιστική ποσότητα ενός συστατικού που μεταφέρεται από την στερεή στην υγρή φάση αυξάνεται με την αύξηση της αναλογίας L/S (van der Sloot, 1996). Στις στατικές δοκιμές έκπλυσης, το υγρό μέσο έκπλυσης που έρχεται σε επαφή με την ποσότητα του στερεού, χωρίς να ανανεώνεται. Οι βασικότερες στατικές δοκιμές που εφαρμόζονται για την διερεύνηση της μεταφοράς συστατικών από την υγρή στην στερεή φάση είναι: Δοκιμή συμμόρφωσης για κοκκώδη στερεά απόβλητα και λάσπες (ΕΝ 12547/1-4) Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP) Δοκιμή διαθεσιμότητας (ΝΕΝ 7341) Δοκιμή επίδρασης του ph στην έκπλυση (ΕΝ 14927, ΕΝ 14997) Δυναμική δοκιμή (ΝΕΝ 7343, ΕΝ 14405) Δοκιμή συμμόρφωσης για κοκκώδη στερεά απόβλητα και λάσπες (ΕΝ 12547/1-4) Οι δοκιμές εφαρμόζονται με περιστροφική ανάδευση του μίγματος υγρού/στερεού για 24 ώρες. Το ph του υγρού έκπλυσης καθορίζεται από το ίδιο το δείγμα, χωρίς την προσθήκη οξέος ή βάσεως. Τα αποτελέσματα των δοκιμών έκπλυσης εκφράζονται συνήθως ως μάζα συστατικού που ανιχνεύτηκε στο υγρό έκπλυσης ανά μάζα στερεού δείγματος (mg/kg) (Τσιρίδης, 2011). Στην παρούσα μελέτη έγινε εφαρμογή της μεθόδου ΕΝ , η οποία είναι δοκιμή διήθησης ενός σταδίου σε αναλογία υγρού στερεού 10 L/kg για υλικά με μέγεθος σωματιδίων μικρότερο από 4 mm (με ή χωρίς μείωση του μεγέθους των σωματιδίων) Δοκιμή διαθεσιμότητας (ΝΕΝ 7341) Αποτελεί μία μέθοδο έκπλυσης που εφαρμόζεται σε δύο στάδια με ανάδευση και συνεχή έλεγχο του ph και αναλογία υγρού/στερεού 50 L/kg. Κατά το πρώτο στάδιο το μίγμα υγρού/στερεού αναδεύεται για 3 ώρες σε ph 7 και στην συνέχεια διαχωρίζεται το στερεό από το υγρό και ακολουθεί έκπλυση του στερεού για άλλες 3 ώρες σε ph 4. Το ph και στα δύο στάδια έκπλυσης ρυθμίζεται με την προσθήκη διαλύματος νιτρικού οξέος 1 ή 0,1 Ν, ανάλογα με την αλκαλικότητα του στερεού δείγματος. Τα δύο υγρά έκπλυσης αναμιγνύονται για να προκύψει ένα υγρό έκπλυσης που αντιστοιχεί σε συνολική αναλογία υγρού/στερεού L/kg. Η μέθοδος εφαρμόζεται για την διερεύνηση της μέγιστης ποσότητας των ανόργανων συστατικών που μπορεί να μεταφερθούν από την στερεή στην υγρή φάση (διαθεσιμότητα ανόργανων συστατικών) (Τσιρίδης, 2011). 49

64 Παράγοντες που επηρεάζουν την έκπλυση στερεών αποβλήτων Οι παράγοντες που μπορεί να επηρεάσουν την μεταφορά συστατικών από την υγρή στην στερεή φάση διαφέρουν ανάλογα με το είδος του στερεού αποβλήτου και τη μέθοδο έκπλυσης που χρησιμοποιείται. A. Φυσικοί παράγοντες που επηρεάζουν την έκπλυση Το μέγεθος των σωματιδίων Η ομοιογένεια και η ανομοιογένεια του στερεού υλικού όσον αφορά τις ορυκτολογικές φάσεις Ο χρόνος έκπλυσης Η ογκομετρική παροχή του υγρού μέσου έκπλυσης Η θερμοκρασία κατά την διάρκεια της έκπλυσης Το πορώδες της στερεής ύλης Το γεωμετρικό σχήμα και το μέγεθος των υλικών από τα οποία η έκπλυση ελέγχεται από διεγέρσεις διάχυσης Η διαπερατότητα του υλικού κατά την διάρκεια της εργαστηριακής δοκιμής πεδίου Οι υδρολογικές συνθήκες κατά τη διάρκεια δοκιμής πεδίου B. Χημικοί παράγοντες που επηρεάζουν την έκπλυση Οι χημικοί παράγοντες που επηρεάζουν την έκπλυση σχετίζονται κυρίως με τις διεργασίες που ελέγχουν τη διαλυτότητα των συστατικών που περιέχονται στο στερεό υλικό, όπως: Η επίδραση το ph στον έλεγχο της διαλυτότητας συγκεκριμένων χημικών φάσεων Η επίδραση των διαλυτών ανόργανων και οργανικών συστατικών που έχουν συμπλοκοποιητικές ιδιότητες στην διαλυτοποίηση και κατακρήμνιση διαφόρων συστατικών Ο ρόλος του δυναμικού οξειδοαναγωγής στην αλλαγή της διαλυτότητας διαφόρων συστατικών Οι διεργασίες επανακατακρήμνισης ή οι διεργασίες προσρόφησης, κατά τις οποίες αρχικά διαλυμένα συστατικά επιστρέφουν στην στερεή ύλη 50

65 Δυναμική δοκιμή (ΕΝ 14405) Αυτή η τεχνική περιγράφει μια μέθοδο με σκοπό τον προσδιορισμό της απελευθέρωσης συστατικών από τα απόβλητα, με ή χωρίς μείωση του μεγέθους και εφαρμόζεται συνήθως σε στήλες διαμέτρου 5 cm. Πραγματοποιείται συνεχής ανοδική ροή, με διαλύτη έκπλυσης ο οποίος είναι αποσταγμένο νερό, έτσι ώστε η στήλη να βρίσκεται σε κορεσμό. Προστίθεται ποσότητα δείγματος τουλάχιστον 4 φορές μεγαλύτερο, από την διάμετρο της στήλης. Μέχρι την ολοκλήρωση της δοκιμής συνήθως μεσολαβούν τρείς εβδομάδες. Μετά το τέλος της δοκιμής η συνολική ποσότητα υγρού που θα έχει διαπεράσει την στήλη θα πρέπει να είναι 10 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του στερεού δείγματος. Τα κλάσματα έκπλυσης αντιστοιχούν σε αναλογία υγρού/στερεού L/S= 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 5, 10 και 20 L/kg και λαμβάνονται σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα από την πάνω έξοδο της στήλης. Στόχος της δοκιμής είναι η προσομοίωση της έκπλυσης των στερεών αποβλήτων από το νερό της βροχής κατά τη διάθεσή τους στο περιβάλλον Οικοτοξικολογικές αναλύσεις Η οικοτοξικολογία μελετά την επίδραση των διαφόρων φυσικοχημικών παραμέτρων σε ζωντανούς οργανισμούς οι ανόργανες και οι οργανικές ουσίες που απορρίπτονται στο περιβάλλον μέσω των βιομηχανικών και άλλων ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, όταν είναι σε σχετικά αυξημένες συγκεντρώσεις, μπορεί να προκαλέσουν δυσμενείς επιδράσεις στις διάφορες βιολογικές διεργασίες. Αυτές οι επιδράσεις μπορεί να είναι άμεσες (οξεία αντίδραση) ή μακροχρόνιες (επίδραση μακράς περιόδου). Πολλές από της τοξικές ουσίες συσσωρεύονται στους ζωντανούς οργανισμούς και μπορεί να έχουν επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία μέσω της τροφικής αλυσίδας (Κούγκολος, 2007). Η τοξικότητα των υγρών έκπλυσης εξαρτάται από τη ν βιοδιαθεσιμότητα των συστατικών αι το είδος του ζωντανού οργανισμού που προσβάλουν (Ferrari et al., 1999, Vaajasaari, 2005). Κατά την εφαρμογή των οικοτοξικολογικών αναλύσεων θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τρείς σημαντικοί παράμετροι: 1. Το είδος των οργανισμών 2. Το είδος το δείγματος που εξετάζεται 3. Τα μετρούμενα χαρακτηριστικά όπως θνησιμότητα, αναπαραγωγή ή άλλες δραστηριότητες που χρησιμοποιούνται ως μετρούμενα χαρακτηριστικά (Vaajasaari, 2005). Γενικά τα αποτελέσματα των μετρήσεων τοξικότητας, υδατικής και στερεής φάσης εκφράζονται ως τιμές EC 50, LC 50 Ή IC 50. ΟΙ τιμές αυτές αντιστοιχούν στην συγκέντρωση της εξεταζόμενης φάσης η οποία προκαλεί 50% θνησιμότητα ή επίδραση στη φυσιολογική λειτουργεία του οργανισμού (Κούγκολος, 2007). 51

66 Παράγοντες που επηρεάζουν την τοξική δράση των ουσών Οι παράγοντες που επηρεάζουν την τοξική δράση των ρύπων είναι (Landis and Yu, 1999): Φυσικοχημικές ιδιώτες ρύπων Χρόνος και τρόπος έκθεσης Περιβαλλοντικοί παράγοντες Συνδυαστική δράση ρύπων Βιολογικοί παράγοντες Θρεπτικοί παράγοντες Κατηγορίες οικοτοξικολογικών αναλύσεων Ορισμένα από τα πλέον διαδεδομένα πειράματα ελέγχου τοξικότητας είναι (Κούγκολος, 2007, Newman and Unger, 2002) : Αναστολή της φωταύγειας του φωτοβακτηρίου Vibrio fischeri (Microtox) Ανάπτυξη μικροφυκών πχ Chlorella ellipsoidea Το πείραμα ακινησίας του καρκινοειδούς Daphnia Αναπαραγωγή των βραγχιόποδων Ceriodaphnia dubia Πειράματα με ψάρια, με το πλεονέκτημα ότι χρησιμοποιούνται οργανισμοί πολύ πιο κοντά στον άνθρωπο Πειράματα με καλλιεργημένα κύτταρα ψαριών Πειράματα με μύκητες Μεταλλαξιγένεσης των βακτηρίων Salmonella typhimurium Πειράματα με φυτικούς οργανισμούς 52

67 Δοκιμή τοξικότητας με το βακτήριο εκπομπής φωτός Vibrio fischeri Η δοκιμή χρησιμοποιεί το γένος του θαλάσσιου φωτοβακτηρίου Vibrio fischeri NRRL B το οποίο διατίθεται σε λυοφλιωμένη μορφή σε φιαλίδια. Το γένος B επιλέχθηκε λόγω της υψηλής του ευαισθησίας σε πολλές χημικές ουσίες. Οι ποσότητες του δείγματος και των διαφόρων διαλυτών που χρησιμοποιούνται στη δοκιμή Microtox είναι σχετικά χαμηλές. Τα πειράματα διεξάγονται σε γυάλινες κυψελίδες σε ποσότητες της τάξεως 1 2 ml. Μία γυάλινη κυψελίδα μπορεί να περιέχει ενεργοποιημένα φωτοβακτήρια, διάλυμα αραίωσης και το δείγμα. Σε δείγματα που δεν έχουν αλατότητα (π.χ. υγρά έκπλυσης) γίνεται διόρθωση της ωσμωτικής τους πίεσης με προσθήκη συμπυκνωμένου διαλύματος NaCl. Για την συντήρηση των φωτοβακτηρίων στα δείγματα και τη μέτρηση της φωταύγειας για χρόνους έκθεσης συνήθως 5 έως 30 λεπτών, χρησιμοποιείται ο εργαστηριακός αναλυτής, Microtox Model 500. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων βασίζονται στην μέτρηση της φωταύγειας που παράγεται από τα βακτήρια. Η ποσότητα της φωταύγειας που παραμένει στο δείγμα μετά από την έκθεση αποτελεί το μέτρο τοξικότητας του δείγματος, εκφράζεται ως % IC 50 μείωση της φωταύγειας των βακτηρίων με αντίστοιχα 95 % διαστήματα εμπιστοσύνης. Εικόνα 3.1Φθορισμός προετοιμασμένων κύτταρων Vibrio fischeri πηγή (Πηγή: microbewiki.kenyon.edu) 53

68 Δοκιμές τοξικότητας με τα καρκινοειδή Daphnia Τα είδη που χρησιμοποιούνται κυρίως είναι D. magna και D. Pulex. Το πείραμα με Daphnia γίνεται σε γυάλινα ποτήρια ή σε κυψελίδες και συνήθως περιλαμβάνουν διάφορες επαναλήψεις, καθώς και έλεγχο βασικών παραμέτρων των δειγμάτων όπως ph διαλυμένο οξυγόνο, αγωγιμότητα. Η μέτρηση διαρκεί 24 ή 48 ώρες και προσδιορίζεται η τιμή EC 50 που εκφράζει την συγκέντρωση του δείγματος που προκαλεί 50% αναστολή στην κινητικότητα των οργανισμών. Πλεονεκτήματα του πειράματος είναι η απλότητα του, η μικρή διάρκεια, αλλά και η ευαισθησία των οργανισμών και ο υψηλός βαθμός πιστοποίησης της μεθόδου (Jonczyk and Gilron, 2005). Εικόνα 3.2 Εφίππια D. Magna Δοκιμές τοξικότητας σε φυτικούς οργανισμούς Παρά το γεγονός ότι τα ανώτερα φυτά αποτελούν ουσιαστικό μέρος ενός υγειούς και ισορροπημένου χερσαίου οικοσυστήματος, απαραίτητοι πρωτογενείς παραγωγοί, η χρήση τους για την αξιολόγηση του περιβαλλοντικού κινδύνου έχει κερδίσει την προσοχή τις τελευταίες δεκαετίες. Οι περισσότερες από τις τρέχουσες μεθόδους αξιολόγησης της φυτοτοξικότητας έχουν αναπτυχθεί μόλις από το Οι βιολογικές δοκιμές φυτοτοξικότητας ανώτερων φυτών βασίζονται στην βλάστηση των σπόρων, την επιμήκυνση της ρίζας, και σε μετρήσεις ανάπτυξης των σποριόφυτων. Διάφορα ανώτερα φυτά έχουν χρησιμοποιηθεί για τη αξιολογηθούν οι φυτοτοξικές επιδράσεις των εμπορικών χημικών ουσιών (Gunther and Pestemer, W.,1990), βιομηχανικών και αστικών λυμάτων, επικίνδυνων απόβλητων, εκπλυμάτων (Wang and Williams, 1988, Vasseur et al., 1998, Filidei et al., 2003) και μολυσμένων εδαφών ή ιζημάτων (Olajire et al., 2005). 54

69 Μέχρι στιγμής, οι δοκιμές φυτοτοξικότητας έχουν διεξαχθεί κυρίως για την κάλυψη των κανονιστικών απαιτήσεων για τις εμπορικές χημικές ουσίες (κυρίως παρασιτοκτόνα), καθώς και για την παρακολούθηση της οικοτοξικότητας των ρυπασμένων εδαφών κατά τις διεργασίες βιοαποκατάστασης. Ωστόσο, η χρήση αυτών των δοκιμών σιγά-σιγά αυξάνεται λόγω της οικολογικής σημασίας των φυτών, της υψηλής ευαισθησίας τους και του αυξανόμενου αριθμού των περιβαλλοντικών κανονισμών που απαιτούν τη χρήση τους. Επιπλέον, η απόδοση και η ποιότητα των καλλιεργειών είναι σημαντικά κριτήριο για την επιτυχία στον τομέα της γεωργίας. Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να εντοπιστούν οι δυνητικές φυτοτοξίνες και να κατανοηθεί το μέγεθος των επιπτώσεών τους στο οικοσύστημα (Schowanek et al., 2004). Οι φυτοτοξικές επιδράσεις που παράγονται από οργανικά απόβλητα είναι το αποτέλεσμα ενός συνδυασμού πολλών παραγόντων. Αυτοί οι παράγοντες περιλαμβάνουν την παρουσία βαρέων μετάλλων, αμμωνίας, αλάτων και μικρού μοριακού βάρους οργανικών οξέων, τα οποία όλα έχουν δειχθεί ότι έχουν ανασταλτικές επιδράσεις (Zucconi et al., 1985, Hoekstra et al., 2002, Wollan et al., 1978, Wong et al., 1978). Η αξιολόγηση της τοξικότητας της ιλύος μέσω χημικού χαρακτηρισμού και βιολογικών δοκιμών είναι εξαιρετικά σημαντική για την εξέταση της καταλληλόλητας της ιλύος για την εφαρμογή της στη γη. Βιολογική δοκιμή φυτοτοξικότητας ανώτερων φυτών. Η βιολογική δοκιμή φυτοτοξικότητας στην παρούσα μελέτη έγινε με την χρήση του Phytotoxkit Microbiotest. Η Phytotoxkit Microbiotest μετρά την μείωση (ή την απουσία) των φύτρωσης των σπόρων και της αύξησης των νεαρών ριζών μετά από μερικές ημέρες από την έκθεση των σπόρων, των επιλεγμένων ανώτερων φυτών σε τοξικές ουσίες ή σε μολυσμένα εδάφη σε σύγκριση με πρότυπο έδαφος. Εκτός από την αξιολόγηση της τοξικότητας των μολυσμένων εδαφών, το Phytotoxkit είναι επίσης κατάλληλο για λάσπες, ιζήματα, κομπόστ και λύματα για άρδευση. Το Phytotoxkit χρησιμοποιεί πλάκες δοκιμής που αποτελούνται από δύο διαμερίσματα, το ένα από τα οποία περιέχει έδαφος κορεσμένο με νερό. Οι σπόροι των επιλεγμένων φυτών τοποθετούνται σε ίση απόσταση κοντά στη μέση της πλάκας δοκιμής και ένα μαύρο απορροφητικό χαρτί τοποθετείται πάνω από το ενυδατωμένο χώμα. Μετά το κλείσιμο των πλακών δοκιμής με το διαφανές κάλυμμα τους, οι πλάκες δοκιμής τοποθετούνται κατακόρυφα σε θάλαμο σταθερής θερμοκρασίας 25 0 C απουσία φωτός (Phytotoxkit, 2004). 55

70 Περιγραφή φυτικών ειδών Lepidium sativum Βοτανικό όνομα: Lepidium sativum L. Οικογένεια: Brassicaceae = Crucifera Κοινή ονομασία: Κάρδαμο Φυτό που είναι κατάλληλο για όλα τα εδάφη και κλίματα, αν και δεν ανέχεται παγετούς. Στις εύκρατες συνθήκες, έχει ένα πολύ γρήγορο ρυθμό ανάπτυξης. Φύεται κοντά σε καλλιέργειες ή ανθρώπινους οικισμούς. Συναντάται κυρίως στις ανατολικές περιοχές. Είναι ένα ετήσιο, ποώδες φυτό, που μεγαλώνει έως 50 cm. Τα βασικά φύλλα πτεροειδή, ενώ τα ανώτερα φύλλα είναι ολόκληρα. Οι ταξιανθίες είναι πυκνά τσαμπιά. Κάρδαμο ανθίζει μεταξύ Μαρτίου και Ιουνίου. Εικόνα 3.3 Lepidium sativum πηγή (Πηγή: wikimedia.org) 56

71 Sinapis alba Βοτανικό όνομα: Sinapis alba, L. Οικογένεια: Brassicaceae = Crucifera Κοινή ονομασία: Σινάπι το λευκό Απαντάται σε καλλιεργούμενα και χέρσα χωράφια με αυξημένο ασβέστιο σε ολόκληρη την Ελλάδα, όπως και στις παρυφές των δρόμων και σε χαλάσματα μέχρι 800 μέτρα. Ετήσιο φυτό με ύψος εκ. και διακλαδισμένο βλαστό με τρίχες. Τα άνθη είναι κίτρινα με 4 πέταλα, 6 στήμονες και σχηματίζουν ταξιανθία βότρυ. Ο καρπός είναι κέρας, με λευκές τρίχες, και ράμφος μακρύ και πλατύ. Ανθίζει Μάρτιο έως Ιούλιο. Τα φύλλα και οι σπόροι του φυτού είναι εδώδιμα. Εικόνα 3.4 Sinapis alba πηγή (Πηγή: wikimedia.org) 57

72 Sorghum saccharatum Βοτανικό όνομα: Sorghum saccharatum, L. Οικογένεια: Poaceae Κοινή ονομασία: Σόργο Είναι ένα θερμόφιλο φυτό, ανθεκτικό στην ξηρασία. Μπορεί να αντέξει τη θερμότητα και ξηρούς ανέμους. Οι βλαστοί του είναι ευαίσθητοι στους παγετούς. Καλλιεργείται ακόμη και σε αλατούχα εδάφη, αν και προτιμά γόνιμα, αρκετά ζεστά, εύθρυπτα, μη ελώδη εδάφη. Προς την αρχή της ανάπτυξής του, αναπτύσσεται αργά και δεν ανέχεται τα ζιζάνια. ψηλό μονοετές φυτό με ισχυρό πλήρη (όχι κοίλο) βλαστό ύψους 0,5 ως 4,5 μέτρων, που αναγνωρίζεται εύκολα από τις πυκνές επάρκειες ταξιανθίες του, οι οποίες είναι φόβες, και από τα πλατιά επίπεδα φύλλα τους μήκους 75 και πλάτους 5 εκατοστών. Εικόνα 3.5 Sorghum saccharatum (Πηγή: treccani.it/) 58

73 4 Επισκόπηση κοινοτικής νομοθεσίας σχετικά με τη διαχείριση των αστικών λυμάτων, στην Ευρωπαϊκή ένωση και την Ελλάδα Η Ευρωπαϊκή Κοινότητα καθορίζει τις υποχρεώσεις των φορέων που σχετίζονται με τη λειτουργία, τον έλεγχο και την παρακολούθηση των μονάδων επεξεργασίας αστικών λυμάτων, μέσα από ένα σύνολο Οδηγιών και Αποφάσεων προς όλα τα κράτη-μέλη, προκειμένου να υπάρχει μία ενιαία προσέγγιση και να μην παρατηρούνται διαφοροποιήσεις ως προς τις διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα. Σύμφωνα με την ανάλυση της υπάρχουσας ευρωπαϊκής νομοθεσίας που σχετίζεται με τη διαχείριση της ιλύος και αφορά την επεξεργασία και ανακύκλωση της, για την πλειοψηφία των κρατών μελών, αυτή εστιάζεται κυρίως στη χρήση της ιλύος στη γεωργία. Για την αγρονομική χρησιμοποίηση ιλύος θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι θρεπτικές ανάγκες των φυτών, χωρίς αυτό να γίνεται σε βάρος της ποιότητας του εδάφους και των υδάτων, επιφανειακών και υπόγειων. Η ιλύς μπορεί να χρησιμοποιείται στη γεωργία υπό τον όρο το εκάστοτε κράτος-μέλος θα έχει θεσπίσει νομοθετικά εργαλεία που ρυθμίζουν τη χρήση της ιλύος. Η διάθεση της ιλύος σε χώρους υγειονομικής ταφής υπόκειται σε μια πιο γενική νομοθεσία για τη διαχείριση των στερεών αποβλήτων. Οι ευρωπαϊκοί κανονισμοί εστιάζουν κυρίως στην ιλύ που προέρχεται από τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας των αστικών λυμάτων, καθώς η κάλυψη του εδάφους από ιλύ βιομηχανικής προέλευσης υπεισέρχεται σε κανονισμούς που αφορούν την ταφή αποβλήτων και γενικά το στρατηγικό σχέδιο διαχείρισης των στερεών αποβλήτων κάθε χώρας. Στον Πίνακα 4.1 γίνεται σύνοψη της σχετικής νομοθεσίας της ΕΕ και της αντίστοιχης ελληνικής εναρμόνισης. Πίνακας 4.1 Βασική νομοθεσία σχετικά με τη διαχείριση αποβλήτων, βιολογικής ιλύος Κοινοτική Οδηγία Τίτλος Ελληνική νομοθεσία Τίτλος 86/278/ΕΟΚ Σχετικά με την ΚΥΑ 80568/4225/91 Μέθοδοι, όροι και (L181/ ) προστασία του (ΦΕΚ6641/Β/ ) περιορισμοί για τη περιβάλλοντος και χρησιμοποίηση στη ιδίως του εδάφους γεωργία της ιλύος κατά την που προέρχεται από χρησιμοποίηση της επεξεργασία οικιακών 59

74 Κοινοτική Οδηγία Τίτλος Ελληνική νομοθεσία Τίτλος 91/156/ΕΟΚ (L78/ ) 91/676/EΟΚ (L375/ ) 91/271/ΕΟΚ (L135/ ) 99/31/ΕΚ (L182/ ) ιλύος καθαρισμού λυμάτων στην γεωργία Τροποποίηση της ΚΥΑ /97 οδηγίας 75/442/ΕΟΚ (ΦΕΚ1016/Β/ περί των στερεών ) αποβλήτων»» ΚΥΑ 50910/2727/03 (ΦΕΚ1909/Β/ ) Για την προστασία ΚΥΑ 16190/1335/97 των νερών από την (ΦΕΚ519/Β/ ) νιτρορρύπανση γεωργικής προέλευσης Για την επεξεργασία ΚΥΑ 5673/400/97 των αστικών (ΦΕΚ192/Β/ ) λυμάτων Περί υγειονομικής ΚΥΑ 29407/3508/02 ταφής των (ΦΕΚ1572/Β/ αποβλήτων )»» KYA 4641/232/06 (ΦΕΚ168Β/ ) και αστικών λυμάτων Κατάρτιση πλαισίου προδιαγραφών και γενικών προγραμμάτων διαχείρισης στερεών αποβλήτων Μέτρα και όροι για την διαχείριση Στερεών Αποβλήτων. Εθνικός και Περιφερειακός Σχεδιασμός Διαχείρισης. Μέτρα και όροι για την προστασία των νερών από την νιτρορρύπανση γεωργικής προέλευσης Μέτρα και όροι για την επεξεργασία των αστικών λυμάτων «Μέτρα και όροι για την Υγειονομική Ταφή των Αποβλήτων» Καθορισμός τεχνικών προδιαγραφών μικρών χώρων υγειονομικής ταφής αποβλήτων σε νησιά και απομονωμένους οικισμούς, κατ 60

75 Κοινοτική Οδηγία Τίτλος Ελληνική νομοθεσία Τίτλος εφαρμογή του άρθρου 3 (παρ. 4) σε συνδυασμό με το άρθρο 20 (παράρτημα Ι) της υπ αριθ /3508/2002 ΚΥΑ «Μέτρα και όροι για υγειονομική ταφή των αποβλήτων» (ΦΕΚ1572Β)» 2000/76/ΕΚ Για την αποτέφρωση ΚΥΑ 22912/1117/05 Μέτρα, όροι (L332/ των αποβλήτων (ΦΕΚ759/B/ ) πρόληψης, ) περιορισμού της ρύπανσης περιβάλλοντος από αποτέφρωση των αποβλήτων Απόφαση Σχετικά με τον 2001/118/ΕΚ Ευρωπαϊκό (L47/ ) Κατάλογο Αποβλήτων (ΕΚΑ) Απόφαση Για τον καθορισμό 2003/33/ΕΚ κριτηρίων και (L 11/ ) διαδικασιών αποδοχής των αποβλήτων στους χώρους υγειονομικής ταφής σύμφωνα με το άρθρο 16 και το παράρτημα II της οδηγίας 1999/31/ΕΟΚ 61

76 Κοινοτική Οδηγία Τίτλος Ελληνική νομοθεσία Τίτλος 2006/12/ΕΚ (L114/ ) 2008/1/ΕΚ (L24/ ) Περί των στερεών αποβλήτων Σχετικά με την ολοκληρωμένη πρόληψη και έλεγχο της ρύπανσης (νέα οδηγία IPPC) Στα παραπάνω νομοθετήματα πρέπει να συμπεριληφθεί και όλο το θεσμικό πλαίσιο της περιβαλλοντικής αδειοδότησης που βασίζεται στο Ν. 1650/86, όπως τροποποιήθηκε από το Ν. 3010/02 (ΦΕΚ 91Α/ ) «Εναρμόνιση του Ν.1650/1986 με τις Οδηγίες 97/11/ΕΕ και 96/61/ΕΕ, κλπ.», την ΚΥΑ ΗΠ 15393/2332/02 (ΦΕΚ 1022Β/5-8-02) «Κατάταξη δημόσιων και ιδιωτικών έργων και δραστηριοτήτων σε κατηγορίες, κλπ.» και την ΚΥΑ ΗΠ 11014/703/Φ104/03 (ΦΕΚ332/Β/ ) «Διαδικασία Προκαταρκτικής Περιβαλλοντικής Εκτίμησης και Αξιολόγησης (Π.Π.Ε.Α.) και Έγκρισης Περιβαλλοντικών Όρων (Ε.Π.Ο.), κ.λπ.). 4.1 Θεσμικό πλαίσιο - Ευρωπαϊκή Ένωση Οι σημαντικότερες οδηγίες στην διαχείριση της ιλύος θεωρούνται οι 86/278/ΕΟΚ και οι 91/271/ΕΟΚ. Πιο συγκεκριμένα, οι απαιτήσεις που τίθενται από την 86/278/ΕΟΚ είναι κρίσιμες για την επεξεργασία της ιλύος που παράγεται στις χώρες-µέλη. Το μοναδικό νομοθετικό κείμενο που αφορά αποκλειστικά στη διαχείριση της ιλύος είναι η Οδηγία 86/278/ΕΟΚ που ενσωματώθηκε στο εθνικό δίκαιο με την έκδοση της ΚΥΑ 80568/4225/ ΟΔΗΓΙΑ 91/271/ΕΟΚ Σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή Οδηγία για την επεξεργασία λυμάτων 91/271/ΕΟΚ, η συλλογή και επεξεργασία των λυμάτων καθίσταται υποχρεωτική σε όλες τις χώρες της ΕΕ για οικισμούς μεγαλύτερους των κατοίκων. Η συνολική παραγωγή ιλύος από ΕΕΛ στις χώρες της ΕΕ εκτιμάται σε 9 εκ. τόνους ξηρών στερεών για το έτος 2005 και αναμένεται ότι θα αυξάνεται συνεχώς στα επόμενα χρόνια (Zambrzycki, 2008). Η μεγαλύτερη αύξηση αναμένεται σε χώρες όπως η Ελλάδα, στις οποίες η επεξεργασία λυμάτων έχει αναπτυχθεί πρόσφατα και κατά συνέπεια διαπιστώνονται και οι μεγαλύτερες ελλείψεις στην επεξεργασία της ιλύος. Όσον αφορά τη διαχείριση της λυματολάσπης ενθαρρύνεται η 62

77 επαναχρησιμοποίησή της, όπου αυτό είναι εφικτό, ενώ θεσπίζεται η απαγόρευση της τελικής διάθεσής της σε επιφανειακά ύδατα μετά τις Παράλληλα, η πολιτική της Ευρωπαϊκής Ένωσης για τη διαχείριση των στερεών αποβλήτων, όπως εκφράζεται από την ισχύουσα και την υπό θέσπιση νομοθεσία, δίνει έμφαση στην αξιοποίηση των στερεών αποβλήτων (για την υποκατάσταση πρώτων υλών, καυσίμων, λιπασμάτων, κ.α.), ενώ υποδεικνύεται ότι η απόρριψη ταφή θα πρέπει να εξετάζεται ως έσχατη λύση. Πιο συγκεκριμένα, το άρθρο 3 παράγραφος 1 της Οδηγίας 94/3/ΕΟΚ της ορίζει ότι τα κράτη μέλη πρέπει να λαμβάνουν τα ενδεδειγμένα μέτρα για: 1. Την πρόληψη ή τη μείωση της παραγωγής και της βλαπτικότητας των αποβλήτων. 2. Την αξιοποίηση των αποβλήτων με ανακύκλωση, επαναχρησιμοποίηση ή ανάκτηση ή οποιαδήποτε άλλη ενέργεια που έχει στόχο την παραγωγή δευτερογενών πρώτων υλών ή τη χρησιμοποίηση των αποβλήτων ως πηγή ενέργειας ΟΔΗΓΙΑ 91/156/ΕΟΚ Η Οδηγία 91/156/ΕΟΚ ορίζει με σαφήνεια τον όρο «απόβλητα». Δύο χρόνια αργότερα ακολούθησε ο ευρωπαϊκός κατάλογος απορριμμάτων (European Waste Catalogue 94/3/ΕΟΚ) κατόπιν σχετικής απαίτησης της 91/156, ο οποίος τροποποιήθηκε με την Απόφαση 2001/118/ΕΚ. Η απόφαση αυτή, που ενσωματώθηκε στο εθνικό δίκαιο με την ΚΥΑ 50910/2727/03, ταξινομεί τη βιολογική ιλύ από εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων στα μη επικίνδυνα απόβλητα στο κεφάλαιο 19 «Απόβλητα από τις μονάδες διαχείρισης αποβλήτων, εγκαταστάσεις επεξεργασίας αποβλήτων υδάτων εκτός σημείου παραγωγής και υδάτων βιομηχανικής χρήσεως», στο γενικό κωδικό «Απόβλητα από εγκαταστάσεις επεξεργασίας υγρών αποβλήτων μη προδιαγραφόμενα άλλως» και την ειδικότερη κατηγορία «Λάσπες από την επεξεργασία αστικών λυμάτων». Τα εσχαρίσματα και προϊόντα εξάμμωσης τα συναντούμε στους κωδικούς και , αντίστοιχα. Η σηπτική ιλύς αναφέρεται στο κεφάλαιο 20 «Δημοτικά απόβλητα», στο γενικό κωδικό «Άλλα δημοτικά απόβλητα» και την ειδικότερη κατηγορία «Λάσπη σηπτικής δεξαμενής». Τα υπόλοιπα παραπροϊόντα εντάσσονται στον κωδικό «Απόβλητα από καθαρισμό λυμάτων». Μέχρι σήμερα, η μοναδική περίπτωση ωφέλιμης χρήσης των βιοστερεών που καλύπτει με συγκεκριμένες προδιαγραφές, όρους και προϋποθέσεις η Κοινοτική Νομοθεσία είναι η εφαρμογή για γεωργικούς σκοπούς. Όλες οι άλλες εναλλακτικές λύσεις ακολουθούν απλά γενικούς όρους περιβαλλοντικής προστασίας που αφορούν στερεά και υγρά απόβλητα. Από την άλλη πλευρά, η Οδηγία 99/31/ΕΚ θέτει περιορισμούς και ποσοτικούς στόχους στα βιοαποικοδομήσιμα αστικά απόβλητα που προορίζονται για διάθεση σε ΧΥΤΑ, ως εξής: 63

78 16 Ιουλίου 2010 στο 75% 16 Ιουλίου 2013 στο 50% 16 Ιουλίου 2020 στο 35% Οι παραπάνω στόχοι αφορούν στο σύνολο των ζυμώσιμων αστικών απορριμμάτων και όχι μόνο στην ιλύ από ΕΕΛ. Είναι, όμως, φανερό, ότι στην πράξη η παραγόμενη λυματολάσπη πρέπει να πληροί κατ ελάχιστον τις παραπάνω προϋποθέσεις, λαμβάνοντας υπόψη τις πολύ μεγαλύτερες ποσότητες ιλύος που παράγονται σε σχέση με το 1995 λόγω ιδιαίτερα της αναγκαιότητας κατασκευής βιολογικών καθαρισμών που επέβαλε η Οδηγία 91/271/ΕΟΚ αλλά και της διαρκούς αύξησης των συνολικά παραγόμενων στερεών αποβλήτων (πληθυσμιακή αύξηση, άνοδος βιοτικού επιπέδου, καταναλωτικά πρότυπα, κλπ.). Οι στόχοι αυτοί υιοθετήθηκαν πλήρως και από την ελληνική πολιτεία με την ΚΥΑ 29407/3508/ ΟΔΗΓΙΑ 86/278/ΕΟΚ - ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΕΣ ΝΟΜΟΘΕΣΙΕΣ ΤΩΝ ΚΡΑΤΩΝ-ΜΕΛΩΝ Η Οδηγία 86/278/ΕΟΚ προβλέπει οριακές τιμές συγκέντρωσης βαρέων μετάλλων στο έδαφος και στην ιλύ καθώς και οριακές τιμές για τις ποσότητες βαρέων μετάλλων που μπορούν να εισάγονται στο έδαφος σε ετήσια βάση. Γι αυτό, η χρησιμοποίηση ιλύος απαγορεύεται όταν η συγκέντρωση ενός ή περισσοτέρων βαρέων μετάλλων στο έδαφος υπερβαίνει τις οριακές τιμές του Παρατήματος ΙΑ της Οδηγίας. Τα κράτη μέλη οφείλουν σε μία τέτοια περίπτωση να λαμβάνουν κατάλληλα μέτρα ώστε να μη σημειώνεται υπέρβαση των εν λόγω οριακών τιμών εξαιτίας της χρησιμοποίησης ιλύος. Προτού χρησιμοποιηθεί στη γεωργία, η ιλύς πρέπει να υποβάλλεται σε επεξεργασία. Τα κράτη μέλη έχουν όμως τη δυνατότητα να εγκρίνουν τη χρησιμοποίηση μη επεξεργασμένης ιλύος, εάν η ιλύς αυτή εγχέεται ή παραχώνεται στο έδαφος. Σύμφωνα με το άρθρο 7 της εν λόγω Οδηγίας, απαγορεύεται η χρήση ιλύος: Σε χορτολιβαδικές εκτάσεις που χρησιμοποιούνται ως βοσκότοποι ή σε καλλιέργειες ζωοτροφών προτού παρέλθει ορισμένη προθεσμία που καθορίζουν τα κράτη μέλη και που δεν μπορεί να είναι μικρότερη από 3 εβδομάδες. Σε καλλιέργειες οπωροκηπευτικών κατά την περίοδο της βλάστησης (εξαιρούνται οι καλλιέργειες οπωροφόρων δέντρων). Σε εδάφη προοριζόμενα για καλλιέργειες οπωροκηπευτικών που βρίσκονται σε άμεση επαφή με το έδαφος και που συνήθως καταναλώνονται ωμά, επί 10 μήνες πριν αρχίσει η συγκομιδή και κατά τη συγκομιδή. Η ιλύς και τα εδάφη επί των οποίων χρησιμοποιείται, υποβάλλονται σε δειγματοληψία και ανάλυση. Τα κράτη μέλη οφείλουν να τηρούν μητρώα στα οποία παρουσιάζονται: 64

79 Οι παραγόμενες ποσότητες ιλύος και οι ποσότητες που χρησιμοποιούνται στη γεωργία. Η σύνθεση και τα χαρακτηριστικά της ιλύος. Η επεξεργασία που εφαρμόζεται. Τα ονόματα και οι διευθύνσεις των παραληπτών της ιλύος καθώς και τόποι χρησιμοποίησης αυτής. Τα κράτη μέλη μπορούν να θεσπίζουν μέτρα αυστηρότερα από τα προβλεπόμενα στην Οδηγία 86/278/ΕΟΚ. Κάθε τέσσερα χρόνια, τα κράτη μέλη οφείλουν να συντάσσουν μια συγκεντρωτική έκθεση σχετικά με τη χρησιμοποίηση ιλύος στη γεωργία, όπου αναφέρονται οι ποσότητες που χρησιμοποιήθηκαν, τα κριτήρια που εφαρμόστηκαν και τα προβλήματα που αντιμετωπίστηκαν. Η έκθεση αποστέλλεται στην Επιτροπή, η οποία και δημοσιεύει το περιεχόμενο της. Η Επιτροπή σε πρόσφατη Έκθεσή της (2002) κρίνει ότι είναι δύσκολο, υπό τις σημερινές συνθήκες, να συναχθούν οριστικά συμπεράσματα, αφού όχι μόνο δεν έχουν υποβληθεί εκθέσεις από αρκετά κράτη μέλη, αλλά και μερικές από όσες έχουν υποβληθεί δεν είναι πλήρεις. Πιστεύεται ωστόσο, ότι η Οδηγία καλώς ενεργοποιήθηκε σε ότι αφορά τις ανεκτές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων σε ιλύ αξιοποιούμενη στη γεωργία, αφού η στάθμη είναι κατά κανόνα χαμηλότερη από τις οριακές τιμές που καθορίζονται στο παράρτημα Β της Οδηγίας. Σύμφωνα με την Έκθεση της ΕΕ, οι εθνικές νομοθεσίες αρκετών μελών είναι πιο αυστηρές από τις απαιτήσεις της 86/278. Έτσι, τα όρια συγκέντρωσης βαρέων μετάλλων στην ιλύ είναι χαμηλότερα από τα όρια της Οδηγίας σε πέντε κράτη-μέλη (Βέλγιο, Δανία, Φινλανδία, Ολλανδία και Σουηδία). Αντίθετα, έξι μέλη (Ελλάδα, Ιρλανδία, Ιταλία, Λουξεμβούργο, Πορτογαλία και Ισπανία) έχουν υιοθετήσει τα ίδια όρια συγκέντρωσης βαρέων μετάλλων με το Παράρτημα IB της Οδηγίας 86/278/ΕΟΚ. Σχετικά με τις οργανικές ενώσεις σε αρκετές χώρες, όπως η Αυστρία, το Βέλγιο, η Δανία, η Γαλλία, η Γερμανία και η Σουηδία, θεσπίζονται όρια, που όμως δεν συμφωνούν μεταξύ τους ως προς το είδος των χημικών και τα όρια των συγκεντρώσεων. Διάφορες ευρωπαϊκές χώρες εισήγαγαν κανονισμούς στην εθνική νομοθεσία σχετικά με τις οργανικές ουσίες στην ιλύ, με αποτέλεσμα την επιτυχή μείωση των ρυπαντών σε ανεκτά όρια. Θα πρέπει παρόλα αυτά να αναφερθεί ότι στη Μ. Βρετανία και στη Σουηδία έχουν υπογραφεί συμφωνητικά που περιλαμβάνουν προδιαγραφές για τη χρήση ιλύος στη γεωργία, αυστηρότερες από αυτές των εθνικών τους νομοθεσιών, είτε ως προς τα όρια ρύπανσης στην ιλύ είτε ως προς την επεξεργασία της. Εκτός από τις απαιτήσεις του άρθρου 7 της Κοινοτικής Οδηγίας 86/278/ΕΚ για τις εκτάσεις 65

80 που μπορεί να διασπαρθεί η ιλύ (είδος εκτάσεων, χρόνος εφαρμογής, κλπ.), οι περισσότερες χώρες έχουν εισαγάγει επιπρόσθετους περιορισμούς για τη χρήση της ιλύος σε χιονισμένες εκτάσεις, κοντά σε επιφανειακά νερά, κλπ., για την αποφυγή τυχόν δυσμενών συνεπειών από τη διάβρωση, την απορροή, την κατείσδυση στους υπόγειους υδροφορείς, κλπ. Κάποιες χώρες έχουν καθορίσει και μέγιστες ποσότητες ιλύων που μπορούν διασπαρθούν ανά εκτάριο σε ορισμένη χρονική περίοδο, σε σχέση και με τα ποιοτικά χαρακτηριστικά της ιλύος. 4.2 Θεσμικό πλαίσιο Ελλάδα Σχετικά με τις εξειδικεύσεις που αφορούν το ελληνικό νομοθετικό πλαίσιο, υπάρχει η ΚΥΑ /97 στην οποία καθορίζονται Τεχνικές Προδιαγραφές διαχείρισης της ιλύος από εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων. Ειδικότερα: Πάχυνση ιλύος Βιολογική χώνευση Βελτίωση ιλύος Αφυδάτωση και ξήρανση ιλύος Καύση λάσπης Συν-κομματοποίηση ιλύος Στην ΚΥΑ /97 γίνεται εκτενής αναφορά στα «προχωρημένα» συστήματα επεξεργασίας της ιλύος, όπως η θερμική ξήρανση και η καύση, προκειμένου να αποτελέσουν βραχυπρόθεσμους στόχους της διαχείρισης της ιλύος στη χώρα μας. Όσον αφορά στη διάθεση της ιλύος από εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων προδιαγράφεται μόνο η διάθεση της ιλύος στη γεωργία, παραπέμποντας πρακτικά στην ΚΥΑ 80568/4225/91. Με την ΚΥΑ 50910/2727/2003 εντάσσεται στη ελληνική νομοθεσία ο Ευρωπαϊκός Κατάλογος Αποβλήτων (ΕΚΑ). Με την ίδια ΚΥΑ καθορίζεται ο Εθνικός Σχεδιασμός Διαχείρισης των μη επικίνδυνων αποβλήτων στα οποία περιλαμβάνεται και η ιλύς από ΕΕΛ. Κύριος στόχος του Εθνικού Σχεδιασμού για την ιλύ από ΕΕΛ είναι η επίτευξη υψηλού ποσοστού αξιοποίησης με αντίστοιχη μείωση του ποσοστού τελικής διάθεσης. Οι δράσεις μέσω των οποίων μπορεί να γίνει η αξιοποίηση της ιλύος είναι: 1. Απευθείας χρήση σε αγροτικές εφαρμογές, σύμφωνα με τους περιορισμούς της ΚΥΑ 80568/4225/ Επανένταξη στο φυσικό περιβάλλον «τραυματισμένων» φυσικών ανάγλυφων, υπό την προϋπόθεση ότι η ιλύς θα είναι σταθεροποιημένη ή θα έχει υποστεί συνεπεξεργασία με άλλα μη επικίνδυνα βιοαποικοδομήσιμα απόβλητα, όπως το οργανικό κλάσμα των αστικών αποβλήτων. 66

81 3. Ξήρανση της ιλύος και χρήση αυτής ως καυσίμου ύλης. Όσον αφορά στις ελληνικές προτάσεις για τις βέλτιστες διαθέσιμες τεχνικές (ΒΔΤ) στον κλάδο της διαχείρισης αποβλήτων, σε εφαρμογή της Κοινοτικής Οδηγίας 96/61/ΕΚ(IPPC) για την ολοκληρωμένη πρόληψη και περιορισμό της ρύπανσης, εντοπίζονται δυο υποψήφιες τεχνικές-πρακτικές πρόληψης της ρύπανσης πριν την έναρξη των επεξεργασιών (παραγωγική διαδικασία): Ο έλεγχος ποιότητας εισροών στο αποχετευτικό δίκτυο. Τα συστήματα παρατεταμένου αερισμού σε ΣτΕΛ. Η πρώτη προσβλέπει σε ποιοτικά καλύτερη ιλύ, ενώ η δεύτερη σε μείωση της παραγωγής της (ΥΠΕΧΩΔΕ, 2001). Κατά το στάδιο της παραγωγικής διαδικασίας, αναφέρονται οι γνωστές τεχνολογίες, οι οποίες μπορεί να εφαρμόζονται εναλλακτικά ή συμπληρωματικά, σύμφωνα με τα επιθυμητά τελικά χαρακτηριστικά της ιλύος και την επιλεγείσα λύση τελικής διάθεσης. Σ αυτές περιλαμβάνεται και η σταθεροποίηση με γαιοσκώληκες, η οποία δεν έχει προαναφερθεί. Κατά τη μέθοδο αυτή, η ιλύς τροφοδοτείται ως θρεπτικό υλικό κοινωνιών γαιοσκωλήκων τα εκκρίματα των οποίων αποτελούν το τελικό σταθεροποιημένο υλικό. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται μείωση του αρχικού όγκου κατά 70% περίπου, μικροβιακή σταθεροποίηση, βελτίωση του λόγου C/N εδαφοβελτιωτικών ιδιοτήτων και ενδεχόμενη μείωση (υπό διερεύνηση) των βαρέων μετάλλων και μικροοργανικών κατά τη διέλευσή τους από τον οργανισμό των σκωλήκων. Εφαρμογές συναντούμε σε ΗΠΑ και Αυστραλία. Συνιστώμενη βέλτιστη πρακτική (Best Environmental Option) τελικής διάθεσης της ιλύος αποτελεί η εφαρμογή της στο έδαφος για εμπλουτισμό του με θρεπτικά συστατικά. Η επιλογή αυτή είναι δε δυνατόν - και ενδείκνυται - να υλοποιείται με συνκομποστοποίηση σταθεροποιημένης, αφυδατωμένης ιλύος με αστικά απόβλητα. Σε περιπτώσεις που η επεξεργασμένη ιλύς δεν πληροί τις ισχύουσες προϋποθέσεις ποιότητας, εξετάζονται οι πρακτικές της καύσης και της αποτέφρωσης. 67

82 5 Πειραματικό μέρος 5.1 Μονάδες επεξεργασίας Τα τελευταία χρόνια στην χώρα μας σε μία προσπάθεια να εφαρμοστεί η οδηγία 91/271/ΕΟΚ και να περιοριστεί η υδατική ρύπανση, έχει πραγματοποιηθεί κατασκευή εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων που ξεπερνούν τις 230. Για την παρούσα μελέτη λήφθηκαν δείγματα ιλύος από δύο εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων, του γεωγραφικού διαμερίσματος της Μακεδονίας. Η πρώτη εγκατάσταση ήταν αυτή των Γρεβενών ενώ η δεύτερη της περιοχής του Κιλκίς. Στην συνέχεια γίνεται σύντομη αναφορά σχετικά με την λειτουργία της εκάστοτε εγκατάστασης. Τα στοιχεία έχουν ληφθεί από την Γενική Γραμματεία Υδάτων, μέσω της βάσης δεδομένων παρακολούθησης και λειτουργίας των εγκαταστάσεων επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων, καθώς και από τους αρμόδιους φορείς. Σε εφαρμογή των διατάξεων του άρθρου 15 της Οδηγίας υποβάλλονται ανά διετία στην Ευρωπαϊκή Επιτροπή (Ε.Ε.) όλες οι απαραίτητες πληροφορίες σχετικά με την εφαρμογή της Οδηγίας 91/271/ΕΟΚ στη χώρα μας (συλλογή, επεξεργασία και διάθεση των επεξεργασμένων αστικών λυμάτων), αλλά και στα υπόλοιπα Κράτη Μέλη. Επίσης, βάσει του άρθρου 16 της Οδηγίας, τα κράτη μέλη είναι υποχρεωμένα να μεριμνούν για την ανά διετία δημοσίευση δεδομένων σε Έκθεση Αναφοράς (Situation Report), σχετικά με την κατάσταση της διάθεσης των αστικών λυμάτων τους και της παραγόμενης ιλύος (λυματολάσπης), με στόχο τον έλεγχο συμμόρφωσής τους με την Οδηγία, αλλά και την ευρύτερη ενημέρωση των πολιτών για θέματα περιβάλλοντος. Η Ελλάδα έχει δημοσιεύσει για το 2009 την σχετική έκθεση αναφοράς. Στο πλαίσιο των απαιτήσεων της Οδηγίας, ολοκληρώθηκε και λειτουργεί η Εθνική Βάση Δεδομένων, για την δια μέσω διαδικτύου εισαγωγή των αποτελεσμάτων παρακολούθησης της λειτουργίας των Εγκαταστάσεων Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) και την άμεση παρακολούθηση της πορείας εφαρμογής της Οδηγίας 91/271/ΕΟΚ στην Ελλάδα. Η καταχώρηση όλων των στοιχείων και λειτουργικών δεδομένων των ΕΕΛ έχει ήδη ξεκινήσει και πραγματοποιείται απευθείας από τους αρμόδιους φορείς λειτουργίας τους ( Στη βάση καταχωρούνται και είναι διαθέσιμα στο κοινό τεχνικά και λειτουργικά δεδομένα των εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων στην Ελλάδα, πληροφορίες για τον τρόπο διάθεσης ή επαναχρησιμοποίησης των λυμάτων και της ιλύος και οι περιβαλλοντικοί όροι για κάθε εγκατάσταση. Τα λειτουργικά δεδομένα αξιολογούνται και ελέγχονται για κάθε εγκατάσταση η συμμόρφωση με τις επιταγές της νομοθεσίας περί επεξεργασίας και διάθεσης αστικών λυμάτων ( 68

83 5.1.1 Ε.Ε.Λ. Γρεβενών Φορέας: Δ.Ε.Υ.Α. - ΓΡΕΒΕΝΩΝ Πρόγραμμα χρηματοδότησης κατασκευής - Π/Υ: ΤΑΜΕΙΟ ΣΥΝΟΧΗΣ ΙΙ ,45 Ημ/νία ολοκλήρωσης κατασκευής: 1/12/2006 Ημ/νία έναρξης λειτουργίας: 8/12/2006 Ημ/νία λήξης Περιβαλλοντικών Όρων: 31/12/2021 Δυναμικότητα κατασκευασμένης εγκατάστασης: ι.κ. Εικόνα 5.1 Δ.Ε.Υ.Α. - Γρεβενών Οικισμοί που εξυπηρετούνται από τον βιολογικό καθαρισμό μέσω δικτύου αποχέτευσης: Οικισμός: ΓΡΕΒΕΝΑ Κωδικός: GR Πληθ. Αιχμής (Μ.Ι.Π.): Ποσοστό % Δ.Α.: 99 Τύπος δικτύου: Χωριστικό Συνδεδεμένες βιομηχανίες. Σύμφωνα με τον υπεύθυνο της εγκατάστασης, ο βιολογικός καθαρισμός δεν δέχεται και δεν επεξεργάζεται βιομηχανικά λύματα. Πίνακας 5.1 Εισερχόμενα φορτία στην εγκατάσταση Μέσο (Ετήσιος Μέσος Όρος) Μέγιστο Συνολικό εισερχόμενο φορτίο στην Ε.Ε.Λ. (Kg BOD 5/day) Εισερχόμενο φορτίο από λύματα (Kg BOD 5/day) Εισερχόμενο φορτίο από βοθρολύματα (Kg

84 BOD 5/day): Πίνακας 5.2 Παροχή στην εγκατάσταση Μέσο (Ετήσιος Μέσος Όρος) Μέγιστο Συνολική εισερχόμενη παροχή στην Ε.Ε.Λ (m 3 /day): Εισερχόμενη παροχή λυμάτων (m 3 /day): Εισερχόμενη παροχή βοθρολυμάτων (m 3 /day): - - Γραμμή επεξεργασίας λυμάτων Γραμμή επεξεργασίας ιλύος Προεπεξεργασία Πάχυνση Πρωτοβάθμια Αφυδάτωση Δευτεροβάθμια Απομάκρυνση Αζώτου Απομάκρυνση φωσφόρου o Βιολογική Απολύμανση o Χλωρίωση Περαιτέρω επεξεργασία o Φίλτρα άμμου Διάθεση επεξεργασμένης εκροής Αποδέκτης Κωδικός: GR Ονομασία: Παραπόταμος Γρεβενίτης Κατηγορία: Ποτάμι Χαρακτηρισμός: Ευαίσθητος Εικόνα 5.2 Αποδέκτης - Διάθεσης επεξεργασμένης εκροής Γρεβενών 70

85 5.1.2 Ε.Ε.Λ. Κιλκίς Φορέας: Δ.Ε.Υ.Α. - Κιλκίς Πρόγραμμα χρηματοδότησης κατασκευής - Π/Υ: ΠΕΠ Κεντρικής Μακεδονίας Αριθμός ΟΠΣ Ημ/νία ολοκλήρωσης κατασκευής: 1/11/2005 Ημ/νία έναρξης λειτουργίας: 1/11/2005 Ημ/νία λήξης Περιβαλλοντικών Όρων: 3/1/2017 Δυναμικότητα κατασκευασμένης εγκατάστασης: ι.κ. Εικόνα 5.3 Δ.Ε.Υ.Α. - Κιλκίς Οικισμοί που εξυπηρετούνται από τον βιολογικό καθαρισμό μέσω δικτύου αποχέτευσης. Οικισμός: Κιλκίς Κωδικός: GR Πληθ. Αιχμής (Μ.Ι.Π.): Ποσοστό % Δ.Α.: 100 Τύπος δικτύου: Χωριστικό Τα βοθρολύματα από τους παρακάτω οικισμούς μεταφέρονται στο βιολογικό καθαρισμό με βυτιοφόρα. Οικισμός: Οικισμοί Δήμου Κιλκίς (πλην της πόλης του Κιλκίς) Πληθ. Αιχμής (Μ.Ι.Π.): 3900 Συνδεδεμένες βιομηχανίες. Σύμφωνα με τον υπεύθυνο της εγκατάστασης, ο βιολογικός καθαρισμός δεν δέχεται και δεν επεξεργάζεται βιομηχανικά λύματα. 71

86 Πίνακας 5.3 Εισερχόμενα φορτία στην εγκατάσταση Συνολικό εισερχόμενο φορτίο στην Ε.Ε.Λ. (Kg BOD5/day): Εισερχόμενο φορτίο από λύματα (Kg BOD5/day): Εισερχόμενο φορτίο από βοθρολύματα (Kg BOD5/day): Μέσο (Ετήσιος Μέσος Μέγιστο Όρος) Γραμμή επεξεργασίας λυμάτων Γραμμή επεξεργασίας ιλύος Δευτεροβάθμια Πάχυνση Απομάκρυνση Αζώτου Σταθεροποίηση Απομάκρυνση φωσφόρου Αφυδάτωση o Βιολογική o Χημική Απολύμανση o Χλωρίωση o UV Περαιτέρω επεξεργασία o Μικροδιύλιση Διάθεση επεξεργασμένης εκροής Αποδέκτης Κωδικός: GR Ονομασία: Ρέμα Σαχταρίνας Κατηγορία: Ρέμα Χαρακτηρισμός: Κανονικός Εικόνα 5.4 Αποδέκτης - Διάθεσης επεξεργασμένης εκροής Κιλκίς 72

87 Επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων Παροχή (m 3 /έτος) Σύνολο: Άρδευση: - Βιομηχανία: Άλλη μέθοδος: - Διάθεση παραγόμενης λυματολάσπης Ξηρά Στερεά (Kg DS/έτος) Σύνολο: Γεωργία - Έδαφος: - Διάθεση σε ΧΥΤΑ: Καύση: - Άλλη μέθοδος: - Ποσοστό στερεών της αφυδατωμένης λάσπης (%): - Όπως αναφέρθηκε στα πλαίσια της ερευνητικής αυτής εργασίας, λήφθηκαν δείγματα ιλύος από δύο εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων, των Γρεβενών (ΙΓ) και του Κιλκίς (ΙΚ). Η προετοιμασία των δειγμάτων αλλά και οι αναλύσεις αυτών πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο Τεχνικής και Σχεδιασμού Περιβάλλοντος του τομέα Υδραυλικής και Τεχνικής Περιβάλλοντος του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Στα δείγματα έγιναν μόνο οι έλεγχοι οι οποίοι ήταν δυνατόν να γίνουν στο εργαστήριο του τμήματος, εξαιτίας της δυσκολίας των μεθόδων και της έλλειψης του απαραίτητου εξοπλισμού. 73

88 5.2 Φυσικές και χημικές παράμετροι ιλύος Υγρασία Η υγρασία ποικίλει ανάλογα το στάδιο επεξεργασίας της ιλύος και σε ορισμένες περιπτώσεις ποικίλει ανάλογα το χρόνο. Για τον προσδιορισμό της υγρασίας χρησιμοποιήθηκαν δύο δείγματα και ακολουθήθηκαν τα εξής βήματα: 1. Καλά αναμεμειγμένο δείγμα ιλύος τοποθετήθηκε σε ποτήρι ζέσεως 2. Μετρήθηκε το βάρος της ιλύος σε ζυγό ακριβείας 3. Τα δείγματα τοποθετήθηκαν σε κλίβανο και ξηράθηκαν σε θερμοκρασία C για 24 ώρες 4. Μετά την απομάκρυνσή τους από τον κλίβανο τοποθετήθηκαν σε ξηραντήρα προκειμένου να έρθουν σε θερμοκρασία δωματίου και να αποφευχθεί τυχών επαφή με την ατμοσφαιρική υγρασία 5. Ζυγιστικέ το μειωμένο βάρος του δείγματος 6. Υπολογίστηκε η διαφορά βάρους πριν και μετά την ξήρανση 7. Εκφράστηκε η επί της % υγρασία του δείγματος Πτητικά Στερεά (volatile solids) Ο προσδιορισμός των στερεών έγινε σε συνέχεια της μέτρησης της υγρασίας του δείγματος. Η διαδικασία έχει ως εξής: 1. Το υπόλειμμα από την διαδικασία προσδιορισμού της υγρασίας, αφέθηκε να ψυχθεί 2. Μετρήθηκε το αρχικό βάρος σε ζυγό ακριβείας 3. Τοποθετήθηκε το δείγμα σε αποτεφρωτικό κλίβανο στους C για 4 ώρες 4. Μετά την απομάκρυνσή τους από τον κλίβανο τοποθετήθηκαν σε ξηραντήρα προκειμένου να έρθουν σε θερμοκρασία δωματίου και να αποφευχθεί τυχών επαφή με την ατμοσφαιρική υγρασία 5. Υπολογίστηκε η διαφορά βάρους πριν και μετά την αποτέφρωση 6. Προσδιορίστηκαν τα πτητικά στερεά από την απώλεια βάρους μετά την αποτέφρωση Ολικά στερεά (Total Solids) είναι ο όρος που απευθύνεται στο υπολειμματικό υλικό που αφήνεται στο δοχείο μετά από εξάτμιση ενός δείγματος και την επακόλουθη ξήρανση του σε κλίβανο σε μια καθορισμένη θερμοκρασία. Τα στερεά που απομένουν μετά την εξάτμιση στους C, όπως έχει αναφερθεί ζυγίστηκαν και, στη συνέχεια αποτεφρώθηκαν. Η απώλεια βάρους στους C είναι ένα μέτρο των πτητικών στερεών (volatile solids), τα οποία κατάσσονται ως οργανική ύλη. Τα υπόλοιπα στερεά είναι τα σταθερά στερεά (fixed solids), τα οποία θεωρούνται ως ανόργανη ύλη. Τα αιωρούμενα στερεά (suspended solids) που σχετίζονται με το πτητικό κλάσμα που 74

89 ονομάζεται πτητικά αιωρούμενα στερεά (VSS) και τα αιωρούμενα στερεά που συνδέονται με το ορυκτό κλάσμα, ονομάζονται σταθερά αιωρούμενα στερεά (FSS). Τα ολικά (TSS), σταθερά (FSS)και πτητικά στερεά (VSS) προσδιορίζονται με σύγκριση της μάζας του δείγματος πριν και μετά από κάθε στάδιο ξήρανσης. Ανάλυση δεδομένων και υπολογισμοί TSS, FSS, VSS Στη συνέχεια δίνονται οι τύποι με τους οποίους υπολογίστηκαν τα στερεά. % total solids = W total Wdish W sample Wdish 100 (5.1) Όπου: Wdish Βάρος του δοχείου (g) Wsample : Βάρος του υγρού δείγματος και του δοχείου (g) Wtotal : Βάρος ξηρού υπολείμματος και δοχείου (g) Όπου: % fixed solids = Wdish : Βάρος του δοχείου (g) W volatile Wdish W total Wdish Wtotal : Βάρος ξηρού υπολείμματος και δοχείου (g) 100 (5.2) Wvolatile : Βάρος του υπολείμματος και του δοχείου μετά την αποτέφρωση (g) % volatile solids = W total Wvolatile W total Wdish 100 (5.3) Όπου: Wdish : Βάρος του δοχείου (g) Wtotal : Βάρος ξηρού υπολείμματος και δοχείου (g) Wvolatile : Βάρος του υπολείμματος και του δοχείου μετά την αποτέφρωση (g) 75

90 5.2.3 ph, Ενεργός οξύτητα Το ph μπορεί να προσδιορισθεί στο εκχύλισμα κορεσμού ή σε πάστα κορεσμού ή σε αιωρήματα με αναλογία εδάφους προς νερό (1:1, 1:2, 1:5) γνωρίζοντας ότι όσο μεγαλύτερη είναι η αραίωση του αιωρήματος, τόσο πιο μακριά από την πραγματική θα είναι η προσδιοριζόμενη τιμή. Η πλέον διαδεδομένη μέθοδος είναι αυτή της δημιουργίας αιωρήματος δια της ανάμιξης με νερό σε αναλογία βάρους (έδαφος/νερό) 1:1. Ακολουθείται λοιπόν η παρακάτω διαδικασία: 1. Ζυγίζουμε 20 g εδαφικού δείγματος και τα τοποθετούμε σε ποτήρι ζέσεως των 50 ml. 2. Προσθέτουμε 20 ml αποσταγμένου νερού 3. Αναδεύουμε με μία ράβδο ανάδευσης για μισή ώρα περίπου 4. Το αιώρημα αφήνεται να καθιζάνει για μία ώρα 5. Μετράμε το ph του αιωρήματος με ψηφιακό πεχάμετρο (Basic 20+, Crison), το οποίο προηγούμενα θα πρέπει να έχει ρυθμιστεί σε μία περιοχή τιμών από 4 ως 9 όπου βρίσκονται συνήθως τα περισσότερα εδαφικά δείγματα. Συνήθως χρησιμοποιούνται δύο ή τρία ρυθμιστικά διαλύματα με τιμές 4, 7 και Ηλεκτρική αγωγιμότητα Η ηλεκτρική αγωγιμότητατης ιλύος, αποτελεί δείκτη της αλατότητας της, αφού μπορεί να δώσει μια κατά προσέγγιση ποσοτική εκτίμηση του συνόλου των υδατοδιαλυτών αλάτων της. Η διαφοροποίηση των τιμών στην αλατότητας οφείλεται αρχικά στον διαφορετικό τρόπο λειτουργίας της εκάστοτε εγκατάστασης, αλλά και στην διαφορετική σύσταση των λυμάτων, για παράδειγμα η ύπαρξη βιομηχανικών αποβλήτων στον όγκο των λυμάτων. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα προσδιορίστηκε στα ίδια διαλύματα που χρησιμοποιήθηκαν κατά την μέτρηση του ph (APHA, 1992, FCQAO, 1994) με τη βοήθεια ψηφιακού αγωγιμόμετρου τύπου WTW, tetracon 325/C Οργανική ουσία Η οργανική ουσία (organic matter, ΟΜ) προέρχεται από τα φυτικά και ζωικά υπολείμματα. Οι νεκροί φυτικοί και ζωικοί ιστοί αποτίθενται και με τη δράση των μικροβίων, αποσυντίθενται «χωνεύονται». Για τον προσδιορισμό της οργανικής ουσίας του εδάφους χρησιμοποιούμε την μέθοδο της υγρής οξείδωσης των Walkley-Black η οποία δεν περιλαμβάνει εξωτερική θέρμανση. Μέθοδος Υγρής Οξείδωσης Ο προσδιορισμός της οργανικής ουσίας του εδάφους κατά Walkley-Black στηρίζεται στην οξείδωση του οργανικού άνθρακα, με ένα ισχυρό οξειδωτικό μέσο (K₂Cr₂O₇) το διχρωμικό κάλιο, σε ισχυρό όξινο περιβάλλον (πυκνό H₂SO₄) (Walkley and Black, 1934). 76

91 Ο οργανικός C 0 του εδάφους μετατρέπεται σε C IV O 2, και το Cr VI του διχρωμικού καλίου ανάγεται σε Cr ΙΙΙ. Σε αυτήν την αντίδραση δεν οξειδώνεται παρά το 77% του οργανικού C (για να οξειδώσουμε όλη την ποσότητα του οργανικού C θα πρέπει να ζεστάνουμε το μίγμα σε σημείο βρασμού για 2 ώρες, κάτι που για το πλαίσιο του εργαστηρίου δεν είναι πρακτικό). Κατόπιν ογκομετρούμε με θειικό σίδηρο την ποσότητα του διχρωμικού καλίου που περίσσεψε. Υλικά και αντιδραστήρια Διάλυμα 1Ν K 2Cr 2O 7 Διάλυμα 0,5N FeSO 4 7H 2O: Πυκνό H 3PO 4 Πυκνό H 2SO 4 Δείκτης διφαινυλαμίνης:. Ποτήρι ζέσεως 50 ml Ποτήρι ζέσεως 50 ml Ποτήρι ζέσεως ml Προχοΐδα 50 ml Κωνική φιάλη 500 ml Ογκομετρικός κύλινδρος 250 ml Μηχανικός μύλος Μαγνητικός αναδευτήρας Αναλυτικός ζυγός Παρασκευή αντιδραστηρίων K 2Cr 2O 7 1N: 1. Ζυγίζουμε 49,03 gστερεό K 2Cr 2O 7 2. Προσθέτουμε ποσότητα αποσταγμένου νερού σε 3. Μεταφέρουμε το διάλυμα σε ογκομετρική φιάλη 1 L 4. Προσθέτουμε αποσταγμένο νερό μέχρι λίγο κάτω από τη χαραγή 5. Πωματίζουμε και ανακινούμε τη φιάλη 6. Αναδεύουμε μέχρι να διαλυθεί το στερεό 7. Συμπληρώνουμε με αποσταγμένο νερό σταγόνα-σταγόνα μέχρι τη χαραγή 8. Πωματίζουμε και ανακινούμε τη φιάλη Η ποσότητα αυτή είναι το 1/6 του mol της ουσίας, αφού το 1 mol περιέχει 6 gr-eqcr. ToCr στην αντίδραση οξειδοαναγωγής μετατρέπεται ως εξής: 2- Cr 2O H + + 6e - 2Cr H 2O 77

92 FeSO4 7H2O 0,5N 1. Ζυγίζουμε 140 g από το αντιδραστήριο και τα τοποθετούμε σε ποτήρι ζέσεως 500 ml. 2. Προσθέτουμε mlαποσταγμένο νερό 3. Προσθέτουμε 40 ml πυκνό H 2SO 4 4. Αναδεύουμε με γυάλινη ράβδο (αν χρειαστεί θερμαίνουμε λίγο μέχρι να διαλυθεί εντελώς το στερεό) 5. Αφού διαλυθεί μεταφέρεται σε φιάλη 1 L 6. Συμπληρώνουμε με αποσταγμένο νερό σταγόνα-σταγόνα μέχρι τη χαραγή 7. Το διάλυμα διατηρείται σε σκοτεινή φιάλη, προφυλαγμένη από την επίδραση του φωτός, διότι ο σίδηρος είναι εύκολο να οξειδωθεί από την δισθενή στην τρισθενή μορφή του. Πυκνό H 2SO 4 (95-97%, d=1,84 kg/l) Δείκτης διφαινυλαμίνης 1. Ζυγίζουμε 0,5 g κρυσταλλικής διφαινυλαμίνης 2. Προσθέτουμε100 ml πυκνού H 2SO 4 3. Αναδεύουμε ελαφρώς έως ότου να διαλυθεί Αφού διαλυθεί το στερεό, μεταφέρουμε το διάλυμα σε ποτήρι που περιέχει ήδη 20 mlαποσταγμένου νερού. Πυκνό H 3PO 4 (85%, d=1,71 kg/l) Διαδικασία: 1. Ζυγίζουμε ποσότητα 0,05 g δείγματος 2. Το δείγμα προηγούμενα πρέπει να έχει αεροξηρανθεί και να έχει συνθλιφτεί μηχανικό μύλο. 3. Βάζουμε το δείγμα σε κωνική φιάλη (Erlenmeyer) των 500 ml και κατόπιν προσθέτουμε 10 ml από το αντιδραστήριο K 2Cr 2O 7 1N που έχουμε παρασκευάσει και φροντίζουμε να εμποτιστεί το δείγμα καλά 4. Προσθέτουμε 20 mlπυκνό H 2SO 4 5. Συνεχίζουμε με ήπια ανάδευση της φιάλης για δεύτερα σε απαγωγό εστία, φροντίζοντας να έχει καλυφθεί όλη η ποσότητα του δείγματος με το μίγμα των αντιδραστηρίων, Εικόνα Αφήνεται σε ηρεμία περίπου για 30 min. έως 1 h 78

93 Εικόνα 5.5 Δείγματα μετά την προσθήκη K 2Cr 2O7, H 2SO 4 Το πυκνό H 2SO 4 είναι ισχυρά διαβρωτικό γι αυτό χρειάζεται μεγάλη προσοχή στη χρήση του και αποφυγή επαφής του με το δέρμα, μάτια και ρούχα. Η εισπνοή των εκλυόμενων ατμών είναι ερεθιστική των βλεννογόνων του προσώπου-αναπνευστικού συστήματος. Επιπλέον θα πρέπει να αποφευχθεί σπάσιμο της κωνικής φιάλης που θα έχει αποτέλεσμα την εκτίναξη σταγονιδίων θειϊκού οξέος. Η αντίδραση υποβοηθείται από την θερμότητα που αναπτύσσεται. Οι αντιδράσεις που πραγματοποιούνται κατά την οξείδωση είναι : 2K 2Cr 2O 7 + 3C + 8H 2SO 4 2Cr 2(SO 4) 3 + 3CO 2 + 8H 2O + 2K 2SO 4 2K 2Cr 2O 7+ 6H 2 + 8H 2SO 4 2Cr 2(SO 4) H 2O + 2K 2SO 4 7. Κατόπιν προσθέτουμε 200 mlαποσταγμένο νερό και 10 ml πυκνού H 3PO 4 και αφήνεται να ψυχθεί 8. Στη συνέχεια αφού προσθέσουμε στα δείγματα μερικές σταγόνες δείκτη διφαινυλαμίνης 9. Γίνεται τιτλοδότηση της περίσσειας του K 2Cr 2O 7 Εκτός από το δείγμα παρασκευάζεται και ένα τυφλό διάλυμα, το οποίο πρέπει να περιέχει όλα τα προαναφερθέντα αντιδραστήρια στις ίδιες ποσότητες και κανονικότητες εκτός από το έδαφος. Ο σκοπός για τον οποίο παρασκευάζεται το τυφλό, είναι ο έλεγχος της κανονικότητας του διαλύματος του δισθενούς σιδήρου. Ακολουθεί η ογκομέτρηση πρώτα του τυφλού και μετά του δείγματος με το διάλυμα του δισθενούς σιδήρου. Με την προσθήκη του δείκτη το υγρό της φιάλης χρωματίζεται σκοτεινό καφέ-μαύρο. Όταν η τιτλοδότηση φτάνει στο τέλος, το διάλυμα αποκτά κυανό χρώμα. Από το σημείο αυτό 79

94 προσθέτουμε σταγόνα - σταγόνα θειικό σίδηρο, αναδεύοντας πολύ καλά. Με την προσθήκη του θειικού σιδήρου κατά τη διάρκεια της ογκομέτρησης, γίνεται λίγο πριν από το ισοδύναμο σημείο, βαθύ μπλε. Στο σημείο εξουδετέρωσης το διάλυμα αποκτά απότομα ένα βαθύ πράσινο χρώμα. Η διαδικασία επαναλήφθηκε 3 φορές, την πρώτη με βάρος 0,2 g στην συνέχεια με 0,1 g και τέλος με 0,05 g δείγματος, το οποίο θεωρήθηκε αντιπροσωπευτικότερο. Σταματάμε την τιτλοδότηση και σημειώνουμε τον όγκο του θειικού σιδήρου που καταναλώθηκε. Εικόνα 5.6 Διαδικασία τιτλοδότησης 80

95 Υπολογισμός του αποτελέσματος Ο υπολογισμός της οργανικής ουσίας του εδάφους γίνεται με τη βοήθεια της Σχέσης 5.4: % C (g) = 10 (1 V1 f ) (0,3 V0 m ) (5.4) Όπου : f : συντελεστής που αναφέρεται στο % ποσοστό του άνθρακα που οξειδώνεται με τη μέθοδο αυτή. (Σημειώνεται ότι στη μέθοδο αυτή δεν υπάρχει εξωτερική θέρμανση όπως σε άλλες μεθόδους για τον προσδιορισμό της οργανικής ουσίας του εδάφους. Στις μεθόδους που υπάρχει εξωτερική θέρμανση ο συντελεστής αυτό έχει διαφορετική τιμή). Δεχόμαστε (όπως έχει δειχθεί πειραματικά) ότι κατά μέσο όρο το ποσοστό αυτό είναι 77%. Έτσι τελικά ο συντελεστής αυτός είναι f = 1,3. V 0 : Ο όγκος σε ml του διαλύματος δισθενούς σιδήρου 1 Ν που καταναλώθηκαν για την ογκομέτρηση των 10 ml 1 Ν Κ 2Cr 2O 7 στο τυφλό V 1 : Ο όγκος σε ml του διαλύματος δισθενούς σιδήρου 1 Ν που καταναλώθηκαν για την ογκομέτρηση της περίσσειας του διχρωμικού καλίου στο δείγμα 0,3 : συντελεστής μετατροπής 1 ml διαλύματος K 2Cr 2O 7 σε άνθρακα m : το βάρος του δείγματος σε g Για να βρούμε τελικά το % ποσοστό της οργανικής ουσίας της ιλύος που ήταν και ο πρωταρχικός στόχος μας, θα πρέπει να υπολογίσουμε ότι στην οργανική ουσία ο άνθρακας είναι κατά μέσο όρο το 58%. Έτσι το παραπάνω ποσοστό του %C θα πρέπει να πολλαπλασιαστεί με τον συντελεστή (100/58)=1,724. Έτσι η τελική εξίσωση με την οποία θα υπολογίζουμε την οργανική ουσία με βάση την ογκομέτρηση που πραγματοποιήσαμε, είναι ο παρακάτω : % οργ. ουσία (g) = (V0 V1) 7,8 1,7 = V0 V0 (V0 V1) 13,4 (5.5) Αν η ογκομέτρηση για το «τυφλό» είναι κοντά στα 20 ml, τότε προσεγγιστικά ισχύει : % οργ. ουσία (g) = (V0 V1) 7,1 (5.6) 81

96 Εννοείται πως οι υπολογισμοί θα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τους το βάρος του δείγματος που έχουμε χρησιμοποιήσει. Έστω δηλαδή ότι ζυγίσαμε mg δείγματος. Τότε το τελικό αποτέλεσμα θα πρέπει να πολλαπλασιαστεί με τον συντελεστή (1/m). Προκειμένου να μετρηθεί η οργανική ουσία το πείραμα επαναλήφθηκε τρείς φορές. Ζυγίστηκαν ποσότητες ιλύος 0,05, 0,02, 0,01g. Τα 0,05g θεωρήθηκαν το κατάλληλο βάρος ιλύος για την περάτωση της διαδικασίας, αφού από τις προηγούμενες δοκιμές δεν επιτεύχθηκε η διαδικασία Ολικός οργανικός άνθρακας (TOC) Τα μη-βιοαποικοδομήσιμα οργανικά μπορούν να υπολογισθούν από την ανάλυση του Ολικού Οργανικού Άνθρακα (TOC). Από την σχέση των τιμών του BOD, με τις τιμές του TOC είναι δυνατόν να εκτιμήσουμε τα περιεχόμενα δυσκόλως βιοαποικοδομήσιμα οργανικά υλικά. Ένας αυτόματος αναλυτής TOC (Total Organic Carbon) απαιτεί ελάχιστη ποσότητα υγρού δείγματος το οποίο εισάγεται σε ειδική στήλη με καταλύτη όπου καίγεται σε υψηλή θερμοκρασία προς διοξείδιο του άνθρακα (CO 2). Τα αποτελέσματα εκφράζονται σε mg/l TOC. Εξοπλισμός και αντιδραστήρια Αυτόματος αναλυτής ολικού οργανικού άνθρακα (Shimadzu TOC 5000A) Κωνικές φιάλες (25, 50 ml) Ογκομετρικές φιάλες (50, 100 ml) Αποσταγμένο νερό Υδροβολέας Υγρά έκπλυσης Χαρτί κουζίνας 5.3 Διαδικασίες έκπλυσης Προκειμένου να αξιολογηθεί η επίδραση της λυματολάσπης στο υδάτινο περιβάλλον εφαρμόστηκαν τρείς μέθοδοι. Αρχικά η δοκιμή ενός σταδίου EN (CEN, 2002) και στην συνέχεια η δοκιμή διαθεσιμότητας NEN 7341 availability test (NEN 7341, 1995) και η δυναμική δοκιμή ΕΝ Στον Πίνακα 5.4 συνοψίζονται τα βασικά χαρακτηριστικά των δοκιμών έκπλυσης που εφαρμόστηκαν. 82

97 Πίνακας 5.4 Βασικά χαρακτηριστικά των δοκιμών έκπλυσης που εφαρμόστηκαν Χαρακτηριστικά Μέθοδος EN NEN 7341 ΕΝ Μάζα δείγματος (g) ΙΓ:349,2 / ΙΚ:440, Αποσταγμένο νερό, Υγρό μέσο έκπλυσης Αποσταγμένο νερό συνεχής ρύθμιση του ph 7 και 4 με Αποσταγμένο νερό NHO 3 Αναλογία υγρού/στερεού ανά στάδιο (L/S, L/kg) Συνολική αναλογία υγρού/στερεού (L/S, L/kg) Χρόνος επαφής ανά στάδιο Ανανέωση του υγρού μέσου έκπλυσης Μεταβαλλόμενο κατά τη διάρκεια της δοκιμής (0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 5, 10 και 20) h 3 h Μεταβαλλόμενος κατά τη διάρκεια της δοκιμής Όχι Ναι Ναι Τρόπος ανάμειξης Περιστροφική 10 rpm Με μαγνητικό αναδευτήρα Συνεχόμενη ανοδική ροή ~10 ml/h Δοκιμή έκπλυσης ενός σταδίου ΕΝ Σύμφωνα με την μέθοδο έκπλυσης ΕΝ , 349,2 g δείγματος ακατέργαστων λυμάτων ιλύος ΙΓ και 357,5 ml αποσταγμένου νερού ζυγίστηκαν και προστέθηκαν σε φιάλες πολυπροπυλενίου του 1 L και ακολούθησε περιστροφική ανάδευση για 24 ± 0,5 ώρες με ταχύτητα 10 rpm σε αναλογία ίση με 10 L/kg ξηράς ουσίας (L/S = 10 L/kg), Εικόνα 5.7. Αντίστοιχα και για την ΙΚ 440,9 g δείγματος ακατέργαστων λυμάτων ιλύος και 269,2 ml αποσταγμένου νερού. Η επιλογή της ποσότητας του δείγματος της λάσπης και του υγρού έγινε με σκοπό να υπάρξει ο απαιτούμενος χώρος στην φιάλη για την ανάμειξη. Αφού ολοκληρώθηκε η διαδικασία της περιστροφικής ανάδευσης, συγκεντρώθηκε το μίγμα υγρού(l)/στερεού(s) (L/S 10) το οποίο διηθήθηκε με ηθμό 0,45 μm. Στη συνέχεια καταγράφηκαν το ph, η αγωγιμότητα και το διαλυμένο οξυγόνο (DO) του υγρού έκπλυσης. Για την δοκιμή έκπλυσης χρησιμοποιήθηκε περιστροφικός αναδευτήρας Rotofix 32 A, φυγόκεντρος Rotofix 32 A. ΤοpΗ μετρήθηκε με την βοήθεια πεχάμετρο (Basic 20+, Crison) 83

98 και η αγωγιμότητα με το όργανο (WTW tetracon 325). Πριν από κάθε μέτρηση γινόταν έλεγχος και βαθμονόμηση των οργάνων με πρότυπα διαλλείματα pη και αγωγιμότητας. Για την μέτρηση της αγωγιμότητας χρησιμοποιήθηκαν πρότυπα διαλλείματα αγωγιμότητας 80 μs/cm, 1100 μs/cm, ενώ για την ρύθμισή του πεχάμετρου, πρότυπα διαλλείματα με ph 4, 7 και 10. Προκειμένου να πραγματοποιηθεί μέτρηση του διαλυμένου οξυγόνου (DO), κρίθηκε απαραίτητο να υποβληθεί το υγρό έκπλυσης L/S 10 σε οξυγόνωση για 5-10 min.. Εικόνα 5.7 Διαδικασία περιστροφικής ανάδευσης Δοκιμή διαθεσιμότητας NEN 7341 Ο σκοπός της δυναμικής δοκιμής είναι να αναδείξει την ποσότητα ενός συγκεκριμένου συστατικού που μπορεί να διαφεύγει από ένα κοκκώδες απόβλητο το οποίο εκτίθεται σε ακραίες συνθήκες (π.χ., πλήρη οξείδωση και / ή απώλεια του ικανότητα εξουδετέρωσης οξέων), στο αερόβιο περιβάλλον. Η δοκιμή διαθεσιμότητας NEN 7341 πραγματοποιείται σε δύο διαδοχικές εκχυλίσεις ξηρού/αλεσμένου δείγματος σε αναλογία μεταξύ υγρών και στερεών (Cumulative Liquid to Solid ratio) L/S = 100 L/ g ξηράς ύλης σε pη 7 και 4 αντίστοιχα. Οι ποσότητες των διαφόρων ανόργανων συστατικών που υπάρχουν στο δείγμα που είναι διαθέσιμες για έκπλυση μπορεί να υπολογιστούν βάση τα αποτελέσματα της της δυναμικής δοκιμής. Επιπλέον, με τη μέθοδο αυτή μπορεί να υπολογιστεί η ικανότητα εξουδετέρωσης οξέων του δείγματος (NEN 7341, 1995). Στην παρούσα μελέτη η δοκιμή NEN 7341 εφαρμόστηκε στα δείγματα ιλύος σε δύο διαφορετικές καταστάσεις, 84

99 i. αποξηραμένο/αλεσμένο δείγματα πριν από ανάφλεξη σε C ii. στο υπόλειμμα του μετά την ανάφλεξη σε C, (αποτεφρωμένο δείγμα) προκειμένου να γίνει αξιολόγηση της συνεισφοράς του οργανικού περιεχομένου στην οικοτοξικότητα των δειγμάτων ιλύος. Διαδικασία Για την παρασκευή των δειγμάτων ξηρών/αλεσμένων δειγμάτων, ένα τμήμα των δειγμάτων ιλύος αφέθηκε να ξηραθεί σε θερμοκρασία δωματίου για πέντε ημέρες περίπου και στη συνέχεια συνθλίφτηκαν και ομογενοποιήθηκαν. Ένα υπόδειγμα του ομογενοποιημένου υλικού αλέθεται σε μηχανικό μύλο σε ένα μέγεθος σωματιδίων <200 μm. Η δοκιμή διαθεσιμότητας NEN 7341 πραγματοποιείται από δύο διαδοχικά στάδια έκπλυσης κάτω από ένα σταθερό ph ίσο με 7 και 4 από την EA NEN 7371:2004. Ακολουθώντας την ίδια μεθοδολογία με αυτή που θα αναλυθεί στην συνέχεια, έγινε εφαρμογή της μεθόδου, στο υπόλειμμά του αποξηραμένου/αλεσμένου δείγματος μετά από ανάφλεξη σε C. Αντιδραστήρια HNO 3 1 ή 0,2 Ν Υλικά και εξοπλισμός Ζυγός ακριβείας υπολογιστικής ακρίβειας από ± 10mg και ± 1g, αντίστοιχα Ποτήρια ζέσεως 500 ml Πλαστικές φιάλες συλλογής οι οποίες σφραγίζουν Μαγνητική ράβδο ανάδευσης αδρανούς υλικού Μαγνητική συσκευή ανάδευσης Πεχάμετρο (Basic 20+, Crison) Προχοΐδα με τιτλοδότη Συσκευή διήθησης, κατάλληλη για διήθηση με αυξημένη ή μειωμένη πίεση, η οποία ξεπλένεται διαδοχικά με νιτρικό οξύ και αποσταγμένο νερό Φίλτρα μεμβράνης για την συσκευή διήθησης με έναν πόρο μεγέθους 0,45 μm Προφίλτρα για την συσκευή διήθησης με μέγεθος πόρων κατ ανώτατο όριο 1,5 μm Αγωγιμόμετρο με ακρίβεια μέτρησης καλύτερη από ± 1%. Δοκιμή διαθεσιμότητας Η δοκιμή διαθεσιμότητας διεξάγεται σε 2 στάδια σε θερμοκρασία που μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 18 0 C και 22 0 C. 85

100 Στάδιο 1 1. Ξεπλένεται το ποτήρι ζέσεως διαδοχικά με νιτρικό οξύ και αποσταγμένο νερό 2. Ζυγίζεται το ποτήρι ζέσεως 3. Μεταφέρεται 5 g δείγμα για ανάλυση στο ποτήρι και ζυγίζεται εκ νέου. Στην περίπτωση του αποτεφρωμένου δείγματος, λόγω έλλειψης δείγματος η μέθοδος προσαρμόστηκε για 3,5 g. Προσδιορίζεται το ξηρό βάρος του δείγματος, σύμφωνα: mο = m ds (5.7) Όπου: m 0: το ξηρό βάρος του δείγματος ανάλυσης στο ποτήρι, σε g m: είναι το βάρος του υλικού ζυγίζονται σε ποτήρι ζέσεως, σε g 0,3 : είναι η περιεκτικότητα σε ξηρά ουσία (m / m) προσδιορίζεται σύμφωνα με pren 14346, εάν το δείγμα προξηράνθηκε τότε ds = Τοποθετείται η ράβδος ανάδευσης στο ποτήρι ζέσεως 5. Προστίθενται 250 ml (L/S = 50 L/kg) αποσταγμένου νερού 6. Ζυγίζεται και σημειώνεται η συνολική μάζα του ποτηριού ζέσεως, το στερεό υλικό, η ράβδος ανάδευσης και το αποσταγμένο νερό 7. Αναδεύεται το μίγμα με τη βοήθεια του μαγνητικού αναδευτήρα 8. Ρυθμίζουμε την ταχύτητα περιστροφής, έτσι ώστε όλο το μίγμα να βρίσκεται σε αιώρηση, αλλά αποφύγετε εντατική ανάδευση, καθώς αυτό θα μπορούσε να προκαλέσει αερισμό με επακόλουθη απορρόφηση του CO 2 9. Το ph του μίγματος καταγραφόταν μετά από χρόνους ανάδευσης 1 min (ph A) και 10 min (ph Β) Η ταξινόμηση του μίγματος γίνεται με βάση την ph A και ph Β που μετράτε σύμφωνα με τα παρακάτω: Πίνακας 5.5 Ταξινόμηση μίγματος ph Συμπεριφορά ph A> 10 Αλκαλική ph A< 10 and ph B>4 Ουδέτερη 4 < ph B < 7 Ελαφρός όξινη ph B< 4 Όξινη 86

101 10. Συνεχίζεται η ανάδευση 11. Το ph του μίγματος διατηρείται σταθερό με την προσθήκη διαλύματος ΗΝΟ 3 (1 ή 0,2 Ν) 12. Διατηρούμε του ph στο 7,0 ± 0,5 επί τρεις ώρες 13. Σημειώνεται η μοριακότητα και η προστιθέμενη ποσότητα του νιτρικού οξέος (V 1) με ακρίβεια 0,1 ml Σε περίπτωση ασθενούς οξέος, δεν προστίθεται οξύ ή βάση. Σε αυτήν την περίπτωση, το ph προσδιορίζεται από το ίδιο το υλικό. 14. Το εναιώρημα διηθείται μέσα σε 1 ώρα από το τέλος της δοσολογίας οξέος πάνω από ένα φίλτρο μεμβράνης 15. Όταν το μέγεθος των σωματιδίων του δείγματος ανάλυσης είναι τέτοια ώστε το φίλτρο μεμβράνης μπορεί να φράξει, πρέπει να προστεθεί πρόφιλτρο 16. Το φιλτραρισμένο διήθημα αποθηκεύτε σε ένα σφραγισμένο μπουκάλι Στάδιο 2 Το υγρό στερεό υπόλειμμα από το πρώτο στάδιο μεταφέρεται στο ποτήρι ζέσεως Ξεπλένετε η συσκευή διήθησης με 250 ml (L / S = 50 L / kg) αποσταγμένο νερό και να μεταφέρει το ρευστό έκπλυσης στο ποτήρι ζέσεως Το ph του μίγματος διατηρείται σταθερό με την προσθήκη διαλύματος ΗΝΟ 3 (1 ή 0,2 Ν) Διατηρούμε του ph στο 4,0 ± 0,5 επί τρεις ώρες Ακολουθούν τα βήματα 13 έως 15 όπως αναφέρθηκαν στο 1o στάδιο Ενώνουμε το διήθημα με αυτό του προηγουμένου σταδίου και το αποθηκεύουμε σε σφραγισμένο μπουκάλι Ανάλυση δεδομένων και υπολογισμοί Ικανότητα εξουδετέρωσης οξέων Εκτός από την αποδέσμευση ανάλογα με την ποσότητα του διαλλείματος ΗΝΟ 3που χρησιμοποιήθηκε για την διατήρηση του ph στις τιμές 7 και 4, υπολογίζεται η ικανότητα εξουδετέρωσης οξέων ACN 7 και ACN 4 του δείγματος με τις παρακάτω Εξισώσεις 5.8, 5.9: ACN7 = ( V1 c1 HNO 3) * f2 / m 0 (5.8) ACN4 = ( V1 c 1 HNO 3+ V2 c 2 HNO 3) * f 3 / m 0 (5.9) 87

102 Όπου: ACN 7: αποτελεί ένδειξη για την ικανότητα εξουδετέρωσης οξέων του υλικού υπό έρευνα στο ph = 7, σε mol/kg ξηράς ύλης ACN 4: αποτελεί ένδειξη για την ικανότητα εξουδετέρωσης οξέων του υλικού υπό έρευνα στο ph = 4, σε mol/kg ξηράς ύλης V 1: η προστιθέμενη όγκος του νιτρικού οξέος στο πρώτο βήμα της δοκιμής διαθεσιμότητας, σε ml V 2: η προστιθέμενη όγκος του νιτρικού οξέος στο δεύτερο στάδιο της δοκιμής διαθεσιμότητας, σε ml m0: είναι το βάρος του αναλυτικού δείγματος, σε g HNO c 1 3: η μοριακότητα του νιτρικού οξέος προστίθεται στο πρώτο στάδιο, σε mol/l HNO c 2 3 :η μοριακότητα του νιτρικού οξέος προστίθεται στο δεύτερο στάδιο, σε mol/l f 2: ένας συντελεστής μετατροπής: 1 l χ g / ml * kg f 3: ένας συντελεστής μετατροπής: 1 l χ g / ml * kg Εικόνα 5.8 Δοκιμή διαθεσιμότητας NEN

103 5.3.3 Δυναμική δοκιμή (ΕΝ 14405) Η δυναμική δοκιμή των δειγμάτων ιλύος έγινε σε στήλες από πλέξιγκλας διαμέτρου 5 cm και ύψους 20,4 cm. Στη στήλη εισήχθησαν 250g αποξηραμένου δείγματος ιλύος μετά από έκθεσή του στους C και 750g πρότυπου εδάφους (OECD, 1984b). Ως διαλύτης έκπλυσης χρησιμοποιήθηκε απεσταγμένο νερό. Η εφαρμογή πραγματοποιούνταν παράλληλα για τα δύο δείγματα ιλύος και για δείγμα πρότυπου εδάφους, που χρησίμευε ως μάρτυρας. Η τροφοδοσία του αποσταγμένου νερού γινόταν με συνεχόμενη ανοδική ροή από τον πυθμένα της στήλης με παροχή περίπου 10 ml/h. μέσω περισταλτικής αντλίας πολλαπλών κεφαλών (Watson Marlow 505U, Αμερικής). Το υγρό έκπλυσης λαμβανόταν από το επάνω μέρος της στήλης σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα, τα οποία αντιστοιχούσαν σε αθροιστικές αναλογίες υγρού/στερεού L/S= 0,1, 0,2, 0,5 και 1 L/kg. Το πρώτο κλάσμα της δυναμικής δοκιμής με αθροιστική αναλογία L/S= 0,1 L/kg λήφθηκε μετά από 4 h από την έναρξη του πειράματος, ενώ το τελευταίο κλάσμα L/S= 1 L/kg σε 1 ημέρα από την έναρξη του πειράματος. Τα κλάσματα έκπλυσης που συλλέγονταν διηθούνταν σε ηθμό 0,45 μm. Σε κάθε κλάσμα έκπλυσης μετριόταν το ph και η αγωγιμότητά του, αμέσως μετά τη συλλογή του. Στην εικόνα 5.9 παρουσιάζεται η διάταξη της μεθόδου. Εικόνα 5.9 Πειραματική διάταξη της μελέτης αλληλεπίδρασης των υγρών έκπλυσης της ιλύος με το έδαφος 89

104 5.4 Οικοτοξικολογικές αναλύσεις Η τοξικότητα των υγρών έκπλυσης που προέκυψαν από τις παραπάνω μεθόδους προσδιορίστηκε με το καρκινοειδές Daphnia magna και το φωτοβακτήριο Vibrio fischeri (Microtox test). Επιπλέον εφαρμόστηκε δοκιμή φυτοτοξικότητας στα δείγματα ιλύος καθώς και στα υγρά έκπλυσης της δοκιμής διαθεσιμότητας, με την χρήση μονοκοτυλήδονου φυτού Sorghum saccharatum και των δικοτυλήδονων φυτών Lepidium sativum και Sinapis alba όπου και μετρήθηκε κατά πόσο επηρεάζεται η φυτρωτική και η βλαστική ικανότητα των σπόρων. Τα κριτήρια επιλογής της μεθόδου για τον προσδιορισμό της τοξικότητας είναι: Ευαισθησία Επαναληψιμότητα Πιστοποίηση Απλότητα Κόστος Δοκιμασία ακινητοποίησης με το καρκινοειδές Daphnia magna (Daphtoxkit F) Για την μέτρηση τη τοξικότητας χρησιμοποιήθηκαν αδρανοποιημένα αυγά (εφίππια) του καρκινοειδές D.magna τα οποία και επωάστηκαν για την διεξαγωγή των μετρήσεων (Microbiotests Inc, Βελγίου). Τα εφίππια μπορούν να αποθηκεύουν για μεγάλες χρονικές περιόδους χωρίς να χάσουν τη βιωσιμότητά τους. Η διάθεση τους γίνεται σε σωληνάρια μέσα σε διάλυμα αδρανοποίησης. Πριν από την επώαση τους πλένονται με νερό βρύσης. Όταν τοποθετούνται σε ειδικές περιβαλλοντικές συνθήκες και ερεθίσματα, τα αυγά αναπτύσσονται σε διάστημα περίπου 3 ημερών. Η επώαση των εφιππίων γίνεται με μη χλωριωμένο μαλακό νερό σε θερμοκρασία 20 0 C και συνεχή φωτισμό (~6000 lux), για διάστημα 3 ημερών. Υλικά εφαρμογής δοκιμής: Σωληνάρια με εφίππια D.magna, τα οποία διατηρούνταν αποθηκευμένα στους 5±2 0 C έως την χρήση τους Πλαστικά μικροκόσκινα για την πλύση των εφιππίων Πλαστικά μικροσιφώνια για την μεταφορά των οργανισμών Τρυβλία για τη εκκόλαψη των οργανισμών Πλαστικά δισκία, 30 κυψελίδων (6*5) Ταινίες Parafilm για τη σφράγιση των δισκίων για να ελαχιστοποιηθεί η εξάτμιση κατά την περίοδο επώασης, να εμποδιστεί η διασπορά του δείγματος και τον μικροοργανισμών μεταξύ των κυψελίδων 90

105 Διαδικασία δοκιμής Προστέθηκαν στις κυψελίδες ο μάρτυρας και τα δείγματα των υγρών έκπλυσης. Ο μάρτυρας (μη χλωριωμένο μαλακό νερό) τοποθετήθηκε στις πρώτες 5 κυψελίδες σε ποσότητα 10 mlανά κυψελίδα. Η διαδικασία εφαρμογής των μικροοργανισμών έχει ως εξής. Στην πρώτη κυψελίδα εισάγονται 20 μικροοργανισμοί και με την βοήθεια σιφωνίου μεταφέρονται σε κάθε επόμενη από τις 4 κυψελίδες από 5 μικροοργανισμοί. Η ίδια διαδικασία πραγματοποιείται και για τις επόμενες 5 σειρές κυψελίδων του δισκίου, στις οποίες όμως περιέχεται υγρό έκπλυσης, η διαδικασία παρουσιάζεται στην Εικόνα Τα δισκία στην συνέχεια τοποθετούνται σε θάλαμο σταθερής θερμοκρασίας 20 0 C (AL160, Aqualytic) για 24 ώρες, απουσία φωτισμού. Εικόνα 5.10 Διαδικασία εφαρμογής των μικροοργανισμών D.magna στα πλαστικά δισκία 91

106 Μετά τις 24 ώρες μετρήθηκαν οι οργανισμοί οι οποίοι ήταν ακινητοποιημένοι ή θανατωμένοι σε κάθε δείγμα (ISO, 1982) και καταγράφηκε το αποτέλεσμα EC 50 24h. Ένας οργανισμός θεωρούνταν κινητοποιημένος όταν για διάστημα μεγαλύτερο των 15sec, μετά από ενθάρρυνσή του, δεν έδειχνε καμία ένδειξη κινητικότητας. Το πείραμα θεωρήθηκε έγκυρο αφού σε καμία περίπτωση, στις κυψελίδες του μάρτυρα δεν παρατηρήθηκαν περισσότερο από δύο ακινητοποιημένοι μικροοργανισμοί. Η παρατήρηση της κινητικότητας των μικροοργανισμών έγινε με γυμνό οφθαλμό πάνω σε φωτεινή επιφάνεια, Εικόνα 5.11, αφού το μέγεθός τους ήταν μεγαλύτερο από 1 mm. Η ακινητοποίηση των καρκινοειδών D. magna (ISO, 1996) που προκαλείται από τη δράση των εκπλυμάτων μετρήθηκε μετά από έκθεση των οργανισμών δοκιμής σε μια σειρά διαδοχικών αραιώσεων με πρότυπο φρέσκο νερό. Σε ποσοστό συγκέντρωσης δείγματος 6,25%, 12,5%, 25%, 50% και σε συγκέντρωση δείγματος 100% του εκπλύματος L/S10 για την ιλύ της εγκατάστασης των Γρεβενών, ενώ στο δείγμα του Κιλκίς δεν έγινε μέτρηση σε πλήρη συγκέντρωση, στα δείγματα L/S 100 και L/S 100F οι συγκεντρώσεις ήταν της τάξεως 25%, 50% και 100%. Εικόνα 5.11 Παρατήρηση κινητικότητας των μικροοργανισμών D. magna 92

107 5.4.2 Προσδιορισμός της αναστολής φωταύγειας του βακτηρίου Vibrio fischeri (δοκιμή Microtox) Η δοκιμή φωταύγειας με χρήση του Microtox, σε υδατικά διαλύματα μετρά την αναστολή της φωταύγειας των οργανισμών Vibrio fischeri μετά την ολοκλήρωση της μεθόδου. Το θαλάσσιο βακτήριο Vibrio fischeri (παλαιότερα γνωστό ως Photobacterium phosphoreum, NRRL Β-11177) διατίθεται σε φιαλίδια τα οποία περιέχουν περίπου ένα δισεκατομμύριο οργανισμούς. Η διάρκεια ζωής τους είναι ένα έτος, όταν αποθηκεύονται στους μείον C με C. Η αποθήκευση σε κανονική θερμοκρασία ψυγείου μειώνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής. Το αντιδραστήριο περιέχει ζωντανά φωτοβακτήρια τα οποία είτε έχουν καλλιεργηθεί υπό ιδανικές συνθήκες, είτε έχουν συγκομιστεί και στην συνέχεια έχουν λυοφιλοποιηθεί. Μετά την ενεργοποίηση των βακτηρίων, τα οποία στα φιαλίδια που διατίθενται παραμένουν αδρανοποιημένα, με διάλυμα ενεργοποίησης, αυτά εκτίθενται στο δείγμα και το σύστημα μετρά την απόδοση της φωταύγειας κατά την ολοκλήρως της διαδικασίας. Η μέτρηση γίνεται σε σύγκρισή με ένα τυφλό δείγμα το οποίο περιέχει όλες τις ουσίες πλην του δείγματος. Κάθε κυψελίδα περιέχει περίπου ένα εκατομμύριο οργανισμούς που έχουν προσβληθεί από το δείγμα δοκιμής. Το σύστημα μέτρα για μία μόνο παράμετρο, την ταυτόχρονη παραγωγή φωτός όλων των οργανισμών. Διαφορετικές χημικές ουσίες επηρεάζουν τους οργανισμούς με διαφορετικούς ρυθμούς, γεγονός που αντικατοπτρίζει τις διαφορές στο μηχανισμό δράσης και στην επιλογή του χρόνου έκθεσης. Στην παρούσα μελέτη οι χρόνοι έκθεσης των βακτηρίων ήταν 5, 15, 30 min.. Η ποσότητα της φωταύγειας που παραμένει στο δείγμα μετά από την έκθεση αποτελεί το μέτρο τοξικότητας του δείγματος, εκφράζεται ως % IC 50 μείωση της φωταύγειας των βακτηρίων. Στην συνέχεια παρατίθενται οι εξισώσεις με τις οποίες γίνεται ο υπολογισμός της αναστολής της φωταύγειας των οργανισμών. Από την εκπεμπόμενη φωταύγεια των δύο κυψελίδων του μάρτυρα (τυφλό), υπολογίζεται ο συντελεστής διόρθωσης με βάση την Εξίσωση 5.10 Rt = It Io (5.10) Όπου: Rt : συντελεστής διόρθωσης It : φωταύγεια του μάρτυρα (Μ.Ο. δύο κυψελίδων) Io : φωταύγεια του μάρτυρα μετά από χρόνο t (Μ.Ο. δύο κυψελίδων) 93

108 Από την αρχική φωταύγεια της κυψελίδας πριν την εισαγωγή του δείγματος και τη φωταύγεια μετά την εισαγωγή του και την παραμονή του για χρόνο t σε αυτή, υπολογίζεται η παράμετρος G t για δεδομένο χρόνο t, με βάση την Εξίσωση 5.11 Gt = Rt Iio Rt Iio Iit 1 = Iit Iit (5.11) Όπου : Iio : αρχική φωταύγεια στην κυψελίδα πριν από την εισαγωγή του δείγματος Iit : η φωταύγεια στην κυψελίδα μετά από χρόνο t από την εισαγωγή του δείγματος Το ποσοστό αναστολής της φωταύγειας των βακτηρίων (%I) που προκαλεί το δείγμα μετά από χρόνο t, υπολογίζεται με την Εξίσωση 5.12 %I = ( Gt Rt Iio Iit ) 100 = 1 + Gt Rt Iio (5.12) Για την εφαρμογή της μεθόδου χρησιμοποιήθηκαν: Εργαστηριακός αναλυτής Modern Water Microtox M 500, εικόνα 5.12 Λογισμικό MicrotoxOmni 4.1 (SDI, Αμερικής) Κατά την διάρκεια του πειράματος Τα φωτοβακτήρια διατηρούνταν σε θερμοκρασία 15 ± 0.5 0C Η αλατότητα των δειγμάτων, πριν την προσθήκη των βακτηρίων, ρυθμιζόταν στο 2%, με προσθήκη διαλύματος 22 % NaCl (διάλυμα ρύθμισης της ωσμωτικής πίεσης), σε αναλογία διαλύματος NaCl/δείγματος ίση με 1/10 Υλικά Αδρανοποιημένα φωτοβακτήρια Vibrio fischeri, σε φιαλίδια υπό κενό (10 8 φωτοβακτήρια/φιαλίδιο), τα οποία ενεργοποιούνταν με κατάλληλο διάλυμα ενεργοποίησης Διάλυμα ενεργοποίησης: 0,01% NaCl σε υπερκάθαρο νερό από το οποίο χρησιμοποιούνταν 1 ml, στους 5 0 C Διάλυμα αραίωσης: 2% NaCl σε αποσταγμένο νερό, το οποίο χρησιμοποιούνταν ως μάρτυρας αλλά και για τις απαραίτητες αραιώσεις δειγμάτων και βακτηρίων Διάλυμα ρύθμισης της ωσμωτικής πίεσης: 22% NaCl σε αποσταγμένο νερό Η μέγιστη συγκέντρωση στην οποία μετρήθηκε η τοξικότητα των υγρών έκπλυσης ήταν 82% 94

109 Διαδικασία: Πραγματοποιήθηκε αραίωση με διάλυμα αραίωσης στα ενεργοποιημένα φωτοβακτήρια, σε αναλογία βακτηρίων/διαλύματος αραίωσης 1/10 Έγινε ρύθμιση της αλατότητας με την προσθήκη διαλύματος ρύθμισης της ωσμωτικής πίεσης, σε αναλογία διαλύματος/δείγματος 1/10 Αρχικά, μετρήθηκε η φωταύγεια των αραιωμένων βακτηρίων σε κάθε κυψελίδα που θα εισάγονταν ο μάρτυρας Στη συνέχεια εισάγονταν ο μάρτυρας και τα δείγματα με αλατότητα 2% NaCl Η ρύθμιση της αλατότητας των δειγμάτων και η προσθήκη τους στο διάλυμα των βακτηρίων, έδινε κατά την μέτρηση συγκέντρωση δείγματος 82%. Μετρήθηκε η τοξικότητα των δειγμάτων για χρόνους έκθεσης 5, 15 και 30 min Σε όλες τις περιπτώσεις χρησιμοποιήθηκαν δύο μάρτυρες. Όταν η τοξικότητα των δειγμάτων πλησίαζε το 50% υπολογιζόταν το IC 50, δηλαδή η συγκέντρωση αυτή του δείγματος που προκαλούσε αναστολή της φωταύγειας των βακτηρίων κατά 50%. Για τον υπολογισμό της έγιναν διαδοχικές αραιώσεις με διάλυμα αιώρησης. Η τοξικότητα των δειγμάτων προσδιοριζόταν με βάση ην αρχική φωταύγεια των κυψελίδων του μάρτυρα και των δειγμάτων και την φωταύγεια μετά από χρόνο 5, 15, 30 min. Εικόνα 5.12 Εργαστηριακός αναλυτής Microtox 95

110 5.4.3 Πείραμα φυτοτοξικότητας (Phytotoxkit Microbiotest) Το πείραμα φυτοτοξικότητας εφαρμόστηκε για την μελέτη της επίδρασης της ιλύος και των υγρών έκπλυσης της δυναμικής δοκιμής ΝΕΝ 7341 στη φυτοτοξικότητα του εδάφους. Το πείραμα καταγραφεί τη φυτρωτική ικανότητα των σπόρων και την αναστολής ή όχι της αύξησης των νεαρών ριζών τριών ανώτερων φυτών, του μονοκοτυλήδονου φυτού Sorghum saccharatum και των δικοτυλήδονων φυτών Lepidium sativum και Sinapis alba, μετά την έκθεσή τους σε σύγκριση με μάρτυρες σε πρότυπο έδαφος. Στην παρούσα μελέτη καταγράφηκε ακόμη και ανάπτυξη το βλαστού. Η επιλογή των φυτών αυτών έγινε λόγο της ευαισθησίας που παρουσιάζουν στην παρουσία της λυματολάσπης. Τα πειράματα φυτοτοξικότητας έγιναν όπως περιγράφεται στις οδηγίες του σετ Phytotoxkit TM Test (Microbiotests, Nazareth, Belgium) (Phytotoxkit, 2004). Οι μετρήσεις και η μελέτη της φυτοτοξικότητας της ιλύος και των υγρών έκπλυσης έγιναν με εφαρμογή μίας επανάληψης και όχι δύο όπως περιγράφεται από την μέθοδο λόγο έλλειψης δείγματος. Τα δείγματα ιλύος είχαν κατ αρχάς είχαν ξηρανθεί σε θερμοκρασία δωματίου και στη συνέχεια υπέστησαν σύνθλιψη και ομογενοποίση. Εξετάστηκαν μια σειρά από μίγματα αποξηραμένης λυματολάσπης με πρότυπο έδαφος κατά OECD (Microbiotest Inc., Βέλγιο) σε συγκεντρώσεις 2,5, 5, 10, 15 και 25% (w/w) για να ελεγχθούν οι επιδράσεις τους επί των τριών φυτικών ειδών. Στην περίπτωση των υγρών έκπλυσης έγινε αντικατάσταση του αποσταγμένου νερού με τα υγρά έκπλυσης της δυναμικής δοκιμής ΝΕΝ 7341 (αποξηραμένο, αποτεφρωμένο δείγμα). Υλικά που χρησιμοποιήθηκαν: Σπόροι Sorghum saccharatum Σπόροι Lepidium sativum Σπόροι Sinapis alba Έδαφος (OECD 1984b) σύστασης: 85% άμμος, 10% άργιλος, 5% τύρφη Πλάκες δοκιμής (PVC) διαστάσεων (21*15,5*0,8 cm) με δύο ισομεγέθη διαμερίσματα για την τοποθέτηση του εδάφους κι την ανάπτυξη του βλαστού των φυτών Απορροφητικά χαρτιά 96

111 Εικόνα 5.13 Προετοιμασία πλακών δοκιμής Στις πλάκες δοκιμής τοποθετούνταν 100 g δείγματος το οποίο διαβρέχονταν με ml αποσταγμένου νερού, όπως προσδιορίστηκε νωρίτερα από την μέθοδο υπολογισμού υδατοχωρητικότητας του εδάφους, Εικόνα Πιο συγκεκριμένα στα 2,5 και 5 % w/w έγινε διαβροχή με 40 ml αποσταγμένου νερού, στα 10, 15 % w/w έγινε διαβροχή με 50 ml και στην αναλογία 25 % % w/w έγινε διαβροχή με 60 ml. Μετά τον κορεσμό, το έδαφος καλύπτονταν με απορροφητικό χαρτί πάνω στο οποίο και σε ύψος 1 cm κάτω από την διαχωριστική επιφάνεια, τοποθετούνταν 10 σπόροι σε ίσες αποστάσεις, Εικόνα Εικόνα 5.14 Πλάκα δοκιμής, σπόροι S. Saccharatum 97

112 Ύστερα από την ολοκλήρωση της διαδικασίας αυτής σκεπαζόταν οι πλάκες δοκιμής με το πλαστικό καπάκι και τοποθετούνταν σε οριζόντια θέση σε θάλαμο σταθερής θερμοκρασίας 25 0 C, απουσία φωτός. Η ίδια διαδικασία ακολούθησε για όλα τα δείγματα, ενώ για το πρότυπο έδαφος OECD πραγματοποιήθηκαν επίσης επαναλήψεις για καθένα από τα τρία φυτά, και χρησιμοποιήθηκαν ως μάρτυρες. Το σύνολο των πλακών παρέμεινε τον θάλαμο σταθερής θερμοκρασίας για 3 ημέρες. Μετά το πέρας των 3 ημέρων οι πλάκες αποθηκεύτηκαν με μορφή εικόνας σε ηλεκτρονικό υπολογιστή με την βοήθεια ψηφιακού σαρωτή. Η ίδια διαδικασία ακολούθησε για την μελέτη φυτοτοξικότητας των υγρών έκπλυσης, με την διαφορά πως το αποσταγμένο νερό αντικαταστάθηκε από αυτά. Ανάλυση και οι μετρήσεις των βλαστών και των ρίζων έγινε με το λογισμικό επεξεργασίας, για Windows, ImageJ 1.50i (National Institutes of Health, USA). Η διαδικασία που ακολουθήθηκε παρουσιάζεται στις Εικόνες Εικόνα 5.15 S. alba συγκέντρωση ιλύος ΙΓ σε έδαφος OECD 5% Εικόνα 5.16 Καθορισμός κλίμακας 98