ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΤΩΝ ΤΕΧΝΗΤΩΝ ΥΓΡΟΤΟΠΩΝ - ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΕ ΟΡΕΙΝΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΟΥ Ν. ΡΟΔΟΠΗΣ

Transcript

1 AΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΒΙΩΣΙΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΤΩΝ ΤΕΧΝΗΤΩΝ ΥΓΡΟΤΟΠΩΝ - ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΕ ΟΡΕΙΝΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΟΥ Ν. ΡΟΔΟΠΗΣ ΜΑΡΙΝΑ ΠΑΡΑΣΚΕΛΙΔΟΥ Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2009

2 Περίληψη Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας εξετάσθηκε το πρόβλημα της επεξεργασίας υγρών αποβλήτων μικρών οικισμών και μάλιστα αυτών που λόγω γεωγραφικής θέσης και κόστους δεν μπορούν να συνδεθούν σε μεγαλύτερες εγκαταστάσεις βιολογικών καθαρισμών. Πιο συγκεκριμένα, η περιοχή μελέτης αφορά τον οικισμό Οργάνης, ο οποίος βρίσκεται στον ορεινό όγκο του Νομού Ροδόπης και αποτελεί έδρα της ομώνυμης Κοινότητας. Το ενδιαφέρον για το φυσικό περιβάλλον της ευρύτερης ορεινής περιοχής της Ροδόπης έγκειται τόσο στον ορνιθολογικό πλούτο που έχει παρατηρηθεί, όσο και τη τεράστια ποικιλία φυτών και λουλουδιών. Η απουσία, όμως αποχετευτικού δικτύου με αποτέλεσμα την ανεξέλεγκτη απόρριψη των αστικών λυμάτων στο ρέμα που διαπερνά τον οικισμό (Άσπρο Ρέμα), υποβαθμίζουν την ποιότητα ζωής και αποτελούν τη βασικότερη πηγή επιβάρυνσης του περιβάλλοντος στην περιοχή μελέτης. Για την αντιμετώπιση αυτής της κατάστασης, η προτεινόμενη τεχνολογία εντοπίζεται στα λεγόμενα Φυσικά Συστήματα Επεξεργασίας, τα οποία χαρακτηρίζονται από απλότητα, χαμηλή ενεργειακή απαίτηση, μικρό κόστος κατασκευής και λειτουργίας και αξιόλογες αποδόσεις. Πιο ειδικά, προτείνεται ένα σύστημα τεχνητών υγροτόπων κατακόρυφης και στη συνέχεια οριζόντιας υποεπιφανειακής ροής. Τα συστήματα υπόγειας ροής σχεδιάζονται με σκοπό την επίτευξη της δευτεροβάθμιας ή προωθημένης επεξεργασίας προεπεξεργασμένων λυμάτων και αναπτύσσονται μέσα σε κανάλια ή τάφρους με πυθμένες στεγανούς που θα περιέχουν άμμο ή άλλα γήινα μέσα υποστήριξης της αναπτυσσόμενης βλάστησης (υδροχαρή φυτά). Η αφαίρεση των ρύπων σε τεχνητούς υγροτόπους οφείλεται στις φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο περιβάλλον του υγροβιότοπου. Μέσα από υδραυλικούς υπολογισμούς προκύπτει ότι είναι δυνατή η διάθεση των εκροών του συστήματος στον παρακείμενο ρέμα, χωρίς τον κίνδυνο μολύνσεων και υποβάθμισης του φυσικού περιβάλλοντος. Επίσης, και με τη λειτουργία της μονάδας απολύμανσης με φυσικά μέσα, είναι επιτρεπτό οι εκροές να επαναχρησιμοποιηθούν για αρδευτικούς σκοπούς. Η λειτουργία αυτής της εγκατάστασης θα συνέβαλλε πρωτίστως στην προστασία του περιβάλλοντος, και κυρίως των υδάτινων οικοσυστημάτων, όπως και στην ανάπτυξη των σχετικών προϋποθέσεων για την συγκράτηση του ντόπιου πληθυσμού και την αναβάθμιση της κοινωνικής ζωής. Η κατασκευή μίας μονάδας επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με τη μέθοδο των τεχνητών υγροτόπων θα μπορούσε να ενταχθεί στα πλαίσια της βιώσιμης ανάπτυξης μίας περιοχής η οποία εδώ και αιώνες φιλοξενεί ένα πλούσιο παραδοσιακό πολιτισμό, αυτόν των Πομάκων. Ι

3 Abstract This graduate diploma thesis deals with the problem of wastewater treatment of small settlements, and especially of remote ones, which cannot be linked to larger installations of biological treatment without excessive cost. The study area comprises the settlement of Organi, seat of the homonymous community, which is located in the mountainous area of the Rodopi prefecture. The natural environment of Organi (and the wider mountainous region of Rodopi) attracts a lot of interest because of the ornithological wealth and the huge variety of plants and flowers. However, the absence of sewerage network, followed by uncontrolled discharge of urban wastewater to the stream that runs through the village (White Stream) constitutes the main source of environmental pollution in the study area and results in degradation of the quality of life. This situation can be resolved by using the Natural Treatment Systems technology, characterized by simplicity, low energy requirement, low construction and operating costs and great efficiency. More precisely, a system of vertical and horizontal subsurface flow constructed wetlands is proposed. The subsurface flow systems are designed to achieve secondary and tertiary treatment of pre-treated wastewater. They consist of channels or ditches with watertight bottoms containing sand or other soil materials that support suitable vegetation (hydrophilic plants). The removal of pollutants in constructed wetlands is achieved by physical, chemical and biological processes, taking place in the wetland s environment. According to our calculations, it is clear that the output of the system can be delivered to an adjacent stream without any risk of infections or degradation of the natural environment. Moreover, after the stage of decontamination by natural means, this output can be reused for irrigation purposes. The operation of this installation could contribute significantly to the protection of the environment and, particularly, of aquatic ecosystems, as well as to the welfare of the local population and the upgrading of social life. Moreover, the construction of a wastewater treatment plant using the method of constructed wetlands conforms with the principles of sustainable development in an area that for centuries hosts an interesting and rich local culture, that of the Pomaks. ΙΙ

4 Πρόλογος Το ζήτημα της επεξεργασίας λυμάτων είναι κοινό για τους ορεινούς οικισμούς της Ελλάδας. Ωστόσο, στη Θράκη, και συγκεκριμένα εδώ στο Νομό Ροδόπης οι περιοχές αυτές χαρακτηρίζονται εκτός από το παρθένο φυσικό περιβάλλον και τα σπάνια είδη πουλιών, από το γεγονός ότι φιλοξενεί εδώ και αιώνες τον λαϊκό πολιτισμό των Πομάκων. Όλα αυτά ενισχύουν το ενδιαφέρον για την περιοχή και την προοπτική ανάπτυξης αγροτουρισμού. Η λύση που προτείνεται για την αντιμετώπιση της ανεξέλεγκτης απόρριψης λυμάτων σε γλυκά ύδατα της περιοχής, είναι ένα σύστημα τεχνητών υγροτόπων κατακόρυφης και οριζόντιας υπόγειας ροής, το οποίο έπειτα από υδραυλικούς υπολογισμούς αποδεικνύεται ότι εξασφαλίζει ποιότητα εκροών σύμφωνες με τις ευρωπαϊκές απαιτήσεις. Επίσης, παρουσιάζει χαμηλό κόστος κατασκευής και οικονομική λειτουργία ενώ ακόμη μπορεί να εναρμονιστεί άριστα με το φυσικό περιβάλλον και να αποτελέσει πόλο έλξης επισκεπτών. Η παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του μεταπτυχιακού προγράμματος σπουδών του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών ΑΠΘ, στην ειδίκευση «Προστασία Περιβάλλοντος και Βιώσιμη Ανάπτυξη» με επιβλέποντα Καθηγητή τον κ. Κωνσταντίνο Κατσιφαράκη του Τομέα Υδραυλικής και Τεχνικής Περιβάλλοντος. Επίσης τους καθηγητές Νικούλα Δερμίση και Ιωάννη Τσακογιάννη, που αποτελούν μέλη της εξεταστικής επιτροπής. Με το τέλος της εργασίας αυτής, θα ήθελα να ευχαριστήσω μια σειρά ανθρώπων, που ο καθένας με τον δικό του τρόπο, συνέβαλε όχι μόνο κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διατριβής αλλά καθ όλη τη διάρκεια των μεταπτυχιακών μου σπουδών. Θα ήθελα να ευχαριστήσω εγκάρδια τον επιβλέποντα Καθηγητή, κ. Κωνσταντίνο Κατσιφαράκη τόσο για την ανάθεση της παρούσας εργασίας όσο και για τη βοήθεια και καθοδήγηση που μου προσέφερε. Με ιδιαίτερη εκτίμηση θα ήθελα να ευχαριστήσω την τεχνική υπηρεσία του Δήμου Πρεσπών και συγκεκριμένα τον κ. Καραγιάννη, πολιτικό μηχανικό, για την ενημέρωση σε θέματα σχεδιασμού και κατασκευής τεχνητών υγροτόπων. Το ΕΘΙΑΓΕ Κομοτηνής για τα κλιματολογικά δεδομένα που μου διέθεσαν, τον Μουμτζή Παναγιώτη, πολιτικό μηχανικό του τμήματος της Περιφέρειας Α.Μ.- Θ. στη Κομοτηνή όπως και τον τοπογράφο Καρασταύρου Δημήτρη για την χορήγηση χαρτών της περιοχής μελέτης. Τέλος, θεωρώ υποχρέωση μου να ευχαριστήσω θερμότατα την οικογένειά μου για την αμέριστη ηθική υποστήριξη καθ όλη τη διάρκεια των σπουδών μου. ΙΙΙ

5 Περιεχόμενα Πρόλογος i 1. Εισαγωγή 1.1 Εισαγωγικές έννοιες φυσικών συστημάτων Ιστορικά στοιχεία φυσικών συστημάτων επεξεργασίας Τα φυσικά συστήματα επεξεργασίας στις ΗΠΑ και άλλες χώρες Αντικείμενα και χαρακτηριστικά των φυσικών συστημάτων επεξεργασίας Στάδια σχεδιασμού φυσικών συστημάτων Γενικά για τους υγροβιοτόπους 2.1 Υγροβιότοποι ορισμός Φυσικοί υγροβιότοποι Τεχνητοί υγροβιότοποι οριζόντιας επιφανειακής και υπόγειας Τεχνητοί υγροβιότοποι κατακόρυφης υπόγειας ροής Εκτίμηση και Επιλογή Θέσης Επιλογή και διαχείριση της φυτικής βλάστησης Γενικά Στοιχεία φυτών των υγροτόπων Περιγραφή της ευρύτερης περιοχής μελέτης Ορεινός όγκος Ροδόπης 3.1 Γεωγραφική θέση Περιγραφή σημερινής κατάστασης Γεωλογικά χαρακτηριστικά Υδρολογικά στοιχεία Λεκάνες απορροής Κλιματολογικά στοιχεία της περιοχής Χλωρίδα πανίδα οικοσυστήματα Ανθρωπογενές περιβάλλον Ασχολίες των κατοίκων Παραδοσιακή Αρχιτεκτονική..36 ΙV

6 4. Βασικά στοιχεία σχεδιασμού Ε.Ε.Λ. 4.1 Γενικές παρατηρήσεις Σκοπιμότητα υλοποίησης του έργου Εναλλακτικές λύσεις Θέση του έργου Παράμετροι σχεδιασμού Δημογραφικά στοιχεία Παροχές Ρυπαντικά φορτία Νομικό πλαίσιο και όρια διάθεσης των επεξεργασμένων λυμάτων 44 5.Περιγραφή των τεχνικών χαρακτηριστικών της Ε.Ε.Λ. 5.1Περιγραφή Διαγράμματος Ροής Εγκατάστασης Έργα εκτός της κυρίως μονάδας επεξεργασίας Προσαγωγός Φρεάτιο εισόδου Εσχάρωση Αναερόβια δεξαμενή Σίφωνας πρώτου σταδίου κλινών Σίφωνας δευτέρου σταδίου κλινών Κλίνες κατακόρυφης ροής ( Ι & ΙΙ στάδιο επεξεργασίας) Γενικά για τα μοντέλα σχεδιασμού τεχνητών υγροβιοτόπων Μοντέλο σχεδιασμού υγροβιότοπου κατακόρυφης ροής Υπολογισμός των υδραυλικών χαρακτηριστικών σταθερών των λεκανών κατακόρυφης ροής (σταδίου Ι & ΙΙ) Σίφωνας τρίτου σταδίου κλινών Κλίνες ΙΙΙ σταδίου οριζόντιας υποεπιφανειακής ροής Εκτίμηση της απαιτούμενης έκτασης του υγροτόπου με βάση την απομάκρυνση του οργανικού φορτίου (BOD) Θερμικές απώλειες Εφαρμογή της μεθόδου Αρχές σχεδιασμού Υδραυλική αγωγιμότητα Υπολογισμός απαιτούμενου πλάτους και πλήθους κλινών Έλεγχος αριθμού Reynolds Υπολογισμός απαιτούμενου μήκους κάθε κλίνης...76 V

7 5.12 Αφαίρεση ρύπων Αφαίρεση Ολικών Αιωρούμενων Στερεών Αφαίρεση COD Φρεάτιο επανακυκλοφορίας Απολύμανση λυμάτων Γενικά Μονάδα απολύμανσης Τριγωνικός υπερχειλιστής Φύτευση φυτών Κατασκευαστικές απαιτήσεις για τη διαδικασία τοποθέτησης προστατευτικής στρώσης από γεωϋφασμα Αποθήκη Περίφραξη Είσοδος στο έργο Κομποστοποίηση Πρόσβαση Κυκλοφορία Προτεινόμενο σύστημα Βιβλιογραφία Ελληνική.. 91 Ξενόγλωσση...93 Παράρτημα Α Περιοχή οικισμού Οργάνης - Χάρτης Γ.Υ.Σ. Οριζοντιογραφία προτεινόμενης Ε.Ε.Λ. Υδραυλική μηκοτομή έργου (i) Υδραυλική μηκοτομή έργου (ii) Κάτοψη εσχάρωσης Τομή Α-Α εσχάρωσης Τομές Β-Β & Γ-Γ εσχάρωσης Κάτοψη αναερόβιας δεξαμενής Τομή Α-Α αναερόβιας δεξαμενής Κάτοψη σίφωνα Τομή σίφωνα Παράρτημα Β Φωτογραφικό υλικό περιοχής μελέτης VΙ

8 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή 1.1 Εισαγωγικές έννοιες φυσικών συστημάτων Το πρώτο βήμα για την προστασία του περιβάλλοντος και ειδικότερα των υδάτινων οικοσυστημάτων, όπως είναι οι θάλασσες, τα ποτάμια και οι λίμνες, αλλά και τα υπόγεια νερά των υδροφορέων και των εδαφών, θεωρείται αναμφίβολα η κατασκευή μονάδων επεξεργασίας υγρών και στερεών αποβλήτων. Όσον αφορά την επεξεργασία των λυμάτων, η μακροχρόνια εμπειρία και η προηγμένη τεχνολογία και τεχνογνωσία τόσο στην Ελλάδα και στην υπόλοιπη Ευρωπαϊκή Ένωση όσο και στις ΗΠΑ και στον Καναδά οδηγούν στο συμπέρασμα ότι ένα ποσοστό των συμβατικών μονάδων επεξεργασίας λυμάτων για μικρούς Δήμους και Κοινότητες δε λειτουργεί ικανοποιητικά. Αυτό οφείλεται στο υψηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης τους, το οποίο οι τοπικοί φορείς αδυνατούν να καλύψουν. Αυτοί ακριβώς οι λόγοι οδήγησαν την επιστημονική κοινότητα να στραφεί σε εφικτές λύσεις για μικρές πόλεις και κοινότητες, αναπτύσσοντας κατάλληλες μεθόδους οι οποίες εκτός των άλλων είναι και φιλικότερες προς το περιβάλλον. Οι μέθοδοι αυτές οδήγησαν στα Φυσικά Συστήματα Επεξεργασίας Λυμάτων (Καραμούζης, 2003). Φυσικά συστήματα επεξεργασίας λυμάτων ονομάζονται αυτά στα οποία η επεξεργασία των λυμάτων διενεργείται με φυσικά μέσα και διεργασίες (φυσικές, χημικές, βιολογικές), καθώς και ο συνδυασμός αυτών, οι οποίες λαμβάνουν χώρα στο περιβάλλον «υγρά απόβλητα ατμόσφαιρα έδαφος φυτό» ( Αγγελάκης, 1995). Τα φυσικά συστήματα κατατάσσονται χονδρικά σε 5 βασικές κατηγορίες: 1. Δεξαμενές σταθεροποίησης ή οξείδωσης 2. Εδαφικά συστήματα 3. Συστήματα σηπτικών, απορροφητικών βόθρων 4. Συστήματα με επιπλέοντα υδροχαρή φυτά 5. Συστήματα τεχνητών υγροβιοτόπων Οι διεργασίες που πραγματοποιούνται σε αυτά τα συστήματα απαιτούν χαμηλή χρήση ενέργειας και επομένως, λαμβάνουν χώρα σε σχετικά βραδείς ρυθμούς και απαιτούν σχετικά μεγάλο χώρο εγκαταστάσεων. Αν και πολλές από τις διεργασίες είναι κοινές με αυτές των συμβατικών συστημάτων (π.χ. καθίζηση, φιλτράρισμα, μεταφορά αερίων, προσρόφηση, εναλλαγή ιόντων, χημική κατακρήμνιση, χημική οξείδωση, βιολογική μετατροπή και διάσπαση μεταξύ άλλων), για την μείωση του χρόνου επεξεργασίας στα συμβατικά συστήματα ή την μείωση του όγκου της εγκατάστασης απαιτείται υψηλή χρήση ενέργειας (π.χ. η μέθοδος της 1

9 ενεργού ιλύος βασίζεται σε μικροοργανισμούς, αλλά απαιτεί σημαντική ενέργεια για την παροχή οξυγόνου και την ανάμιξη). Αντίθετα, σε ένα φυσικό σύστημα η απαιτούμενη ενέργεια παρέχεται από το φως του ήλιου, τον άνεμο και την βαρύτητα, δηλαδή οι επιπλέον διεργασίες που λαμβάνουν χώρα μόνο σε φυσικά συστήματα είναι, μεταξύ άλλων, η φωτοσύνθεση, φωτοοξείδωση και η πρόσληψη από τα φυτά. Πολλές από αυτές και τις προαναφερθείσες διεργασίες λαμβάνουν χώρα ταυτόχρονα στην ίδια δεξαμενή ή μονάδα, σε αντίθεση με τα συμβατικά συστήματα όπου οι διεργασίες λαμβάνουν χώρα η κάθε μία σε ξεχωριστή μονάδα. Επίσης, τα φυσικά συστήματα γενικά απαιτούν μεγαλύτερη έκταση για την εγκατάστασή και λειτουργία τους σε σχέση με τα συμβατικά συστήματα και, κατά συνέπεια, προτιμούνται σε περιοχές όπου υπάρχουν διαθέσιμες εκτάσεις σε χαμηλό κόστος ιδιοκτησίας. Συνήθως δεν είναι κατάλληλα για πυκνοκατοικημένες περιοχές και είναι εφικτά για πληθυσμούς μέχρι κατοίκους. Παράλληλες ή κατασκευασμένες μονάδες μπορούν να κατασκευαστούν για μεγαλύτερους πληθυσμούς. Η απαιτήσεις τους σε προσωπικό κατά τη λειτουργία τους είναι σχετικά χαμηλές και παράγουν σχετικά μικρότερες ποσότητες παραπροϊόντων για επιπρόσθετη επεξεργασία ή εναπόθεση (Τσιχριντζής, 2000). 1.2 Ιστορικά στοιχεία φυσικών συστημάτων επεξεργασίας Θεωρώντας την ιστορική ανάπτυξη των φυσικών συστημάτων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, μπορεί να σημειωθεί ότι οι Μινωΐτες υδραυλικοί γνώριζαν βασικές αρχές της υδραυλικής και υγιεινολογικής μηχανικής (Angelakis and Spiridakis, 1995). Χωρίς αυτή την παραδοχή, δεν θα μπορούσε να ερμηνευθεί πως σε πολλές πόλεις της εποχής εκείνης (ca B.C.) εγκαταστάσεις αποχέτευσης, που σώζονται σήμερα προκαλούν τον θαυμασμό σημερινών ειδικών επιστημόνων για τα τέλεια κατασκευαστικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά τους. Επίσης, διατυπώνεται η άποψη ότι κατά το Μινωικό πολιτισμό γινόταν εφαρμογή υγρών αποβλήτων στο έδαφος με σκοπό την άρδευση και την επεξεργασία τους (Angelakis and Spyridakis, 1995). Στη συνέχεια ιχνογραφείται η ιστορική εξέλιξη και περιγράφονται τα βασικά αντικείμενα, που θεωρούνται κατά την εφαρμογή τέτοιων συστημάτων. 1.3 Τα φυσικά συστήματα επεξεργασίας στις ΗΠΑ και άλλες χώρες Ουσιαστικά η εφαρμογή φυσικών συστημάτων επεξεργασίας στις ΗΠΑ και άλλες χώρες χρονολογείται από τη δεκαετία του Όπως στην Ευρώπη, έτσι και στις ΗΠΑ και άλλες περιοχές η «γεωργία λυμάτων» (sewage farming), που είναι ένας παλαιός όρος και αναφέρεται συχνά στη βιβλιογραφία, έγινε πολύ γρήγορα ευρύτατα γνωστή ως μια πρώτη προσπάθεια ελέγχου της υδατικής ρύπανσης. Στο πρώτο ήμισυ του εικοστού αιώνα αυτά τα συστήματα αντικαταστάθηκαν είτε από επιτόπια συστήματα επεξεργασίας είτε με: α) εφαρμογή σε ειδικές γεωργικές εκμεταλλεύσεις (φάρμες), όπου οι επεξεργασμένες εκροές χρησιμοποιούνται για φυτική παραγωγή, β) συστήματα άρδευσης διαφόρων περιβαλλόντων και κοινόχρηστων χώρων 2

10 και γ) εγκαταστάσεις εμπλουτισμού υπόγειων υδροφορέων. Αυτά τα νέα σχετικά συστήματα επεξεργασίας τείνουν να επικρατήσουν κυρίως στις δυτικές και νότιες Πολιτείες, όπου η αξία του νερού των υγρών αποβλήτων αποτελούσε ένα πρόσθετο πλεονέκτημα (Asano T., 1994) Η πρόοδος, στο αντικείμενο των φυσικών συστημάτων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, είναι οι τεχνητοί υγρότοποι με αναδυόμενα φυτά και συστήματα με επιπλέοντα υδροχαρή φυτά. Το ενδιαφέρον στην εφαρμογή των τεχνητών υδροβιοτόπων αναπτύχθηκε ως αποτέλεσμα της ανανέωσης της λειτουργικότητας των φυσικών υγροτόπων σε συνδυασμό με την εμπειρία που έχει αποκτηθεί από άλλα φυσικά συστήματα επεξεργασίας. Επιπλέοντα υδροχαρή φυτά εφαρμόστηκαν αρχικά για αναβάθμιση των εκροών τεχνητών λιμνών επεξεργασίας και σταθεροποίησης υγρών αποβλήτων. Περισσότερη, όμως, τεχνολογία, σε αυτόν τον τομέα, αποκτήθηκε με την εφαρμογή των συστημάτων υδροχαρών φυτών (Αγγελάκης - Tchobanoglous, 1995). 1.4 Αντικείμενα και χαρακτηριστικά των φυσικών συστημάτων επεξεργασίας Σ αυτήν την ενότητα, περιγράφονται και συγκρίνονται τα φυσικά χαρακτηριστικά, τα αντικείμενα σχεδιασμού και οι δυνατότητες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, με διάφορους τύπους φυσικών συστημάτων. Σύγκριση των χαρακτηριστικών των θέσεων εγκατάστασης, και των ιδιαίτερων στοιχείων σχεδιασμού των βασικών τύπων φυσικών συστημάτων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων δίνονται στους πίνακες 1.1, και 1.2, αντίστοιχα. Όλοι οι τύποι των φυσικών συστημάτων επεξεργασίας προϋποθέτουν προεπεξεργασία των χρησιμοποιούμενων υγρών αποβλήτων, με κάποια μηχανική και / ή συμβατική διεργασία. Η ελάχιστη προεπεξεργασία που συνίσταται είναι η εσχάρωση και / ή πρωτοβάθμια καθίζηση, με σκοπό την απομάκρυνση στερεών, που θα μπορούσαν να προξενήσουν προβλήματα στα δίκτυα διανομής ή να δημιουργήσουν ενοχλητικές συνθήκες στον περιβάλλοντα χώρο. Η ανάγκη για πιο υψηλού επιπέδου προεπεξεργασία εξαρτάται από τα αντικείμενα και τους σκοπούς του συστήματος και τους σχετικούς κανονισμούς που ισχύουν. Σημειώνεται ότι η ικανότητα όλων σχεδόν των φυσικών συστημάτων για επεξεργασία ιλύος υγρών αποβλήτων είναι περιορισμένη. Γι αυτό το λόγο, τόσο ο σχεδιασμός, όπως και η κατασκευή και η διαχείριση αυτών των συστημάτων θα πρέπει να είναι σύμφωνα με αυτήν την προϋπόθεση. 3

11 Πίνακας 1.1 : Σύγκριση των χαρακτηριστικών επιλογής θέσης φυσικών συστημάτων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων ( Αγγελάκης, 1995) Χαρακτηριστικά Συστήματα Εδαφικά Εδαφικά Εδαφικά με Συστήματα Συστήματα Συστήματα Υγροβιότοποι επιπλέοντα Βραδείας Ταχείας Επιφανειακής υδροχαρή διήθησης διήθησης ροής φυτά Τύποι εδάφ. Αργιλώδη με Αργιλώδη με Αργιλοπηλώδη - Αμμώδη - Αργιλώδη - αδιαπέρατες αδιαπέρατες αμμοπηλώδη αμμοπηλώδη ιλυοπηλώδη στρώσεις στρώσεις < 15% σε < 10% μόνο Κλίση καλλιεργ. Εδάφη. για την Τελική κλίση 1 Συνήθως Συνήθως < 40% σε αποφυγή 8 % < 5% < 5% ακαλλιέργητα αναχωμάτων Βάθος εδάφ. (m) > 0,6 > 1,5 > 0,3 < 0,6 < 1,0 Πολύ βραδεία Πολύ Υδραυλική Πολύ βραδεία Βραδεία μετρίως Ταχεία μετρίως βραδεία έως αγωγιμότητα (mm/ έως βραδεία ταχεία (1,5 500) ( >50 ) βραδεία βραδεία h) - ( < 5,0 ) - Βάθος ως τον υδροφόρο ορίζοντα (m) 0,6 1,0 6,0 α Δεν θεωρείται κρίσιμο β Δεν θεωρείται κρίσιμο Δεν θεωρείται κρίσιμο Κλιματικές Μόνο σε Όχι (πιθανές Συνήθως Συνήθως μόνο Συνήθως μόνο συνθήκες περιόδους τροποποιήσεις μόνο σε σε περιόδους σε περιόδους (προσυγκέντρωση ψύχους & σε περιόδους περιόδους ψύχους ψύχους αποθήκευση) ισχυρών βροχών ψύχους) ψύχους α : Σε περιπτώσεις υδροφόρων σχηματισμών σε μικρά βάθη θα πρέπει να εγκαθίστανται κατάλληλα συστήματα στράγγισης β : Σ εδάφη με υψηλή υδραυλική αγωγιμότητα πρέπει να θεωρούνται πιθανές επιδράσεις σε υπ. υδροφορείς 4

12 Πίνακας 1.2 : Τυπικά χαρακτηριστικά σχεδιασμού φυσικών συστημάτων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων (Αγγελάκης, 1995) Χαρακτηριστικά Επιδιωκόμενοι σκοποί Τεχνική εφαρμογής Εδαφικά Συστήματα Βραδείας διήθησης Β/βάθμια ή προωθημένη επεξεργασία και μηδενική εκροή Καταιονισμός ή επιφανειακά (Α) Συστήματα Εδαφικά Εδαφικά με Συστήματα Συστήματα Υγροβιότοποι επιπλέοντα Ταχείας Επιφανειακής υδροχαρή διήθησης ροής φυτά Β/βάθμια ή προωθημένη Β/βάθμια ή Β/βάθμια ή Β/βάθμια ή επεξεργασία επεξεργασία με προωθημένη προωθημένη ή υψηλή επεξεργασία επεξεργασία εμπλουτισμό απομάκρ. Ν υδροφόρων Συνήθως Καταιονισμός ή Καταιονισμός ή Επιφανειακά επιφανειακά επιφανειακά επιφανειακά Υδραυλικό φορτίο (m/ έτος) Απαιτούμενη επιφάνεια (στρ./(10 3 *m 3 /d) Ελάχιστη προεπεξεργασία 0,61 6,10 6,0-90,0 7,3 56,7 5,5 18,3 5,5 18, ,0 4,0 60,0 6,50 48,1 19,2 66,3 19,2 66,3 Α/βάθμια Α/βάθμια Α/βάθμια επεξεργασία επεξεργασία επεξεργασία (εσχάρωση) (καθίζηση) (Β) (καθίζηση) (Β) (Β) Α/βάθμια Α/βάθμια επεξεργασία επεξεργασία Διάθεση Κυρίως Εξατμισοδιαπνοή και διαπνοή Εξατμισο- αποβλήτου Κυρίως επιφανειακή Μερική (κύριοι διήθηση - απορροή και εξατμισοδιαπνοή διήθηση - κατείσδυση διεργασιακοί κατείσδυση εξατμισοδιαπνοή κατείσδυση & απορροή μηχανισμοί) Φυτική Αναγκαία Προαιρετική Αναγκαία Αναγκαία Αναγκαία Βλάστηση (Γ) (Α) : Σ αυτές συμπεριλαμβάνονται όλες σχεδόν οι μέθοδοι επιφανειακής άρδευσης (αυλάκια, λεκάνες, κ.α.) (Β) : Εξαρτάται από την χρήση της εκροής και το είδος της υφιστάμενης φυτικής βλάστησης (Γ): Για λόγους δημόσιας υγείας, δεν χρησιμοποιούνται συνήθως φυτά, που η παραγωγή τους καταναλώνεται άμεσα από τον άνθρωπο. 5

13 1.5 Στάδια Σχεδιασμού φυσικών συστημάτων Τα βασικά στάδια σχεδιασμού των φυσικών συστημάτων επεξεργασίας συνοψίζονται στον Πίνακα 1.3 (Metcalf and Eddy Inc., 1981). Πίνακας 1.3: Βασικά στάδια προκαταρκτικού σχεδιασμού φυσικών συστημάτων Α/Α Βραδεία εφαρμογή Ταχεία διήθηση Επιφανειακή ροή Εκτίμηση και επιλογή θέσης Προσδιορισμός επιπέδου προεπεξεργασίας Επιλογή φυτικής βλάστησης Επιλογή μεθόδων διανομής Προσδιορισμός εφαρμοζόμενου φορτίου Προσδιορισμός απαιτούμενης έκτασης Προσδιορισμός απαιτούμενου όγκου αποθήκευσης Προσδιορισμός απαιτήσεων παρακολούθησηςελέγχου Εκτίμηση και επιλογή θέσης Προσδιορισμός επιπέδου προεπεξεργασίας Επιλογή της μεθόδου διανομής. Προσδιορισμός εφαρμοζόμενου φορτίου Προσδιορισμός κύκλων λειτουργίας Προσδιορισμός απαιτούμενης έκτασης Σχεδιασμός και θέση έκτασης διήθησης Σχεδιασμός και προσδιορισμός μεγέθους της εκροής ανάκτησης Προσδιορισμός απαιτούμενου όγκου αποθήκευσης Προσδιορισμός απαιτήσεων παρακολούθησηςελέγχου Εκτίμηση και επιλογή θέσης Προσδιορισμός επιπέδου προεπεξεργασίας Επιλογή της μεθόδου διανομής. Προσδιορισμός παραμέτρων σχεδιασμού συστήμ. Προσδιορισμός απαιτούμενου όγκου αποθήκευσης Προσδιορισμός απαιτούμενης έκτασης Σχεδιασμός των επιμέρους τμημάτων Επιλογή της φυτικής βλάστησης Λεπτομερειακός σχεδιασμός επιμέρους τμημάτων Προσδιορισμός απαιτήσεων παρακολούθησηςελέγχου Τεχνητοί υγροβιότοποι & επιπλέοντα υδροχαρή φυτά Εκτίμηση και επιλογή θέσης Προσδιορισμός επιπέδου προεπεξεργασίας. Επιλογή και διαχείριση της φυτικής βλάστησης.προσδιορισμός παραμέτρων σχεδιασμού συστήμ. Τρόπος ελέγχου μετρήσεων Λεπτομερειακός σχεδιασμός επιμέρους τμημάτων Προσδιορισμός απαιτήσεων παρακολούθησης-ελέγχου

14 Κεφάλαιο 2 Γενικά για τους υγροβιοτόπους 2.1 Υγροβιότοποι ορισμός Ως υγροβιότοποι ορίζονται περιοχές οι οποίες είτε πλημμυρίζουν από επιφανειακό νερό, είτε τα εδάφη τους βρίσκονται σε κατάσταση κορεσμού λόγω της υψηλής στάθμης του υπόγειου νερού, τόσο συχνά και με τέτοια διάρκεια, ώστε να έχουν χαρακτηριστικά εδάφη, να υποστηρίζουν βλάστηση που έχει προσαρμοσθεί σε υγρές συνθήκες και να λαμβάνουν χώρα σε αυτές τις περιοχές βιολογικές λειτουργίες και δραστηριότητες προσαρμοσμένες στο υγρό περιβάλλον (Τσιχριντζής, 2000). Θεωρούνται μεταξύ των σπουδαιότερων οικοσυστημάτων του πλανήτη, καθώς παρέχουν το περιβάλλον διαβίωσης για μια μεγάλη ποικιλία ειδών πανίδας και χλωρίδας, επιτρέπουν την πραγματοποίηση πολύτιμων διεργασιών των υδρολογικών και χημικών κύκλων με τελικό αποτέλεσμα τον καθαρισμό των ρυπασμένων υδάτων, συμβάλλουν στην αποτροπή πλημμυρών, στην προστασία των ακτογραμμών και στην επαναφόρτιση των υπόγειων υδροφορέων, παρουσιάζοντας σημαντική οικονομική αξία στην παραγωγή τροφής και ενέργειας (Prescott and Tsanis, 1997). Οι υγροβιότοποι αποτελούν τμήματα του εδάφους κατακλυζόμενα με νερό, συνήθως μικρού βάθους (μικρότερο των 0,6 m), στα οποία αναπτύσσονται φυτά όπως είναι: διάφορα είδη κύπερης, καλάμια, είδη βούρλων και άλλα είδη ψαθιού και αφράτου. Η φυτική βλάστηση προσφέρει το βασικό υπόστρωμα ανάπτυξης των βακτηριακών μεμβρανών, βοηθά στη διήθηση και στην προσρόφηση συστατικών των αποβλήτων, μεταφέρει οξυγόνο στη μάζα του νερού και περιορίζει την ανάπτυξη αλγών με τον έλεγχο της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας. Στην επεξεργασία των ρυπασμένων υδάτων έχουν χρησιμοποιηθεί τόσο τεχνητοί, όσο και φυσικοί υγροβιότοποι. Οι φυσικοί όμως υγροβιότοποι έχουν περιορισμένη χρήση που συνίσταται στην αποδοχή και / ή περαιτέρω επεξεργασία εκροών δευτεροβάθμιας ή ακόμη προωθημένης επεξεργασίας (Αγγελάκης και Tchobanoglous, 1995). 2.2 Φυσικοί υγροβιότοποι (Natural wetlands) Οι φυσικοί υγροβιότοποι θεωρούνται από τα πιο σημαντικά οικοσυστήματα του πλανήτη. Εντούτοις, η σπουδαιότητα τους δεν αναγνωρίσθηκε παρά μόνο τα τελευταία χρόνια, ενώ παλαιότερα συχνά καταστρέφονταν με σκοπό την επέκταση αστικών και αγροτικών περιοχών. Έτσι, έχει χαθεί ένα μεγάλο μέρος τους, κάτι που επέφερε δραματικές επιπτώσεις και στην εξαιρετική ποικιλία πανίδας και χλωρίδας που αναπτύσσεται σε αυτούς (Τσιχριντζής, 2000). 7

15 Στις ΗΠΑ υπολογίζεται ότι έχει καταστραφεί το 35 έως το 50% των φυσικών υγροβιοτόπων λόγω αποστράγγισης ή επιχωμάτωσης της επιφάνειας έκτασης που καταλάμβαναν (Tsihrintzis, 1999). Τα τελευταία έτη, οι φυσικοί υγροβιότοποι προστατεύονται μέσω διεθνών συμβάσεων, όπως είναι η συνθήκη Ramsar ( και η Διάσκεψη του Ρίο για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη (Agenda 21) ( οι οποίες έχουν προσυπογραφεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση και την Ελλάδα. Έτσι, η οποιαδήποτε μετατροπή της υδρολογικής κατάστασης κάποιου φυσικού υγροβιότοπου είναι εξαιρετικά δύσκολο να λάβει χώρα (Τσιχριντζής 2000). Οι περισσότεροι φυσικοί υγροβιότοποι είναι συστήματα επιφανειακής ροής που περιλαμβάνουν βαλτώδη βλάστηση (βασική βλάστηση βρυών, βλάστηση γρασιδιού και αναδυόμενα μακρόφυτα) (US.EPA, 2000). Οι φυσικοί υγροβιότοποι μπορούν να θεωρηθούν ως υδατικοί αποδέκτες. Υπάρχουν σχετικά λίγα παραδείγματα φυσικών υγροβιοτόπων για επεξεργασία ρυπασμένου ύδατος στις ΗΠΑ. Επειδή κάθε εκροή σε ένα φυσικό υγροβιότοπο πρέπει να ικανοποιεί τα όρια του Εθνικού Μολυσματικού Συστήματος Απαλλαγής Αποβολών (NPDES), αυτοί οι υγροβιότοποι χρησιμοποιούνται τυπικά για προχωρημένη επεξεργασία (US.EPA, 2000). Τροποποιήσεις σε υπάρχοντες υγροβιότοπους με σκοπό τη βελτίωση των συνθηκών επεξεργασίας πρέπει γενικά να αποφεύγονται, διότι είναι πιθανόν να προξενήσουν προβλήματα στο οικοσύστημα (Αγγελάκης και Tchobanoglous,1995). Στην πλειονότητα των Πολιτειών των ΗΠΑ δε γίνεται διάκριση μεταξύ ενός υγροβιότοπου και των γειτονικών επιφανειακών νερών και παρουσιάζονται οι ίδιες απαιτήσεις και στα δύο. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, από οικονομικής απόψεως δεν ευνοείται η χρησιμοποίηση φυσικών υγροβιότοπων στην διαδικασία επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, αφού η βασική επεξεργασία πρέπει να παρασχεθεί πριν την απόρριψη στον υγροβιότοπο (Αγγελάκης και Tchobanoglous, 1995). Η χρήση φυσικών υγροβιοτόπων για άμεση επεξεργασία λυμάτων επιπλέον δημιουργεί προβλήματα μηχανικής απόψεως, έχοντας επιπτώσεις στην απόδοση του συστήματος. Το υδραυλικό καθεστώς στους περισσότερους φυσικούς υγροβιότοπους έχει αναπτυχθεί για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα, το μεγαλύτερο μέρος της περιοχής μπορεί να είναι «υγρό», όμως λόγω της δημιουργίας καναλιών στη ροή το μεγαλύτερο κομμάτι της ροής διαμέσου του υγροβιότοπου εμφανίζεται διαμέσου ενός σχετικά μικρού μέρους της συνολικής περιοχής. Στην ακραία περίπτωση, μόνο 10% της επιφάνειας του υγροβιότοπου ίσως έλθει σε επαφή με τα λύματα που εισάγονται στον υγροβιότοπο, οπότε μόνο το 10% της συνολικής περιοχής μπορεί να θεωρηθεί ως αποτελεσματικό στην επεξεργασία. Θεωρείται απίθανο να διορθωθεί το πρόβλημα αυτό με ισοπέδωση του εδάφους ή κάποια άλλη δραστηριότητα του μηχανικού και να συνεχίζεται να συντηρείται η αξία που είχε αρχικά ο φυσικός υγροβιότοπος (Reed et al., 1995). 8

16 2.3 Τεχνητοί υγροβιότοποι οριζόντιας επιφανειακής και υπόγειας ροής (Free water surface and subsurface flow constructed wetlands) Οι τεχνητοί υγροβιότοποι αποτελούν μια σχετικά νέα τεχνολογία επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, που βασίζεται στη χρησιμοποίηση φυτών που αναφύονται όπως νεροκάλαμα, βούρλα και ψαθί. Σε τέτοια συστήματα η εφαρμογή αποβλήτου λαμβάνει χώρα πάνω ή κάτω από την επιφάνεια του εδάφους (Reed et al., 1984). Η δημιουργία και η απόδοση των υγροβιοτόπων πρέπει να πραγματοποιείται μέσω οικολογικά υγιών τρόπων. Η δημιουργία υγροβιότοπου αναφέρεται στην κατασκευή του σε μια περιοχή όπου δεν υπήρχε υγροβιότοπος προηγουμένως. Οι τεχνητοί υγροβιότοποι δεν έχουν υπολογισθεί με ακρίβεια στις ΗΠΑ, αλλά πιθανότατα είναι χιλιάδες (Mitsch, 1992). Οι υγροβιότοποι θεωρούνται χαμηλού κόστους εναλλακτικές λύσεις για την επεξεργασία δημοτικών, βιομηχανικών και αγροτικών υγρών αποβλήτων. Οι τεχνητοί υγροβιότοποι προτιμώνται επειδή έχουν περισσότερα μηχανικά συστήματα και είναι ευκολότερο να ελεγχθούν (Kadlec, 1995; Ayaz and Akca, 2001). Η κατασκευή ενός υγροβιότοπου σε μια περιοχή επιτρέπει την αποφυγή ρυθμίσεων και περιβαλλοντικών εμπλοκών που συνδέονται με τη διάθεση εκροών σε φυσικά οικοσυστήματα (όπως θεωρούνται οι φυσικοί υγροβιότοποι) και επιτρέπουν το σχεδιασμό του υγροβιότοπου με σκοπό αποκλειστικά τη βέλτιστη επεξεργασία των ρυπασμένων υδάτων. Τυπικά, ένας τεχνητός υγροβιότοπος αποδίδει περισσότερο σε σχέση με ένα φυσικό ίσης έκτασης, εφόσον το έδαφος έχει προσεκτικά ισοπεδωθεί και στο υδραυλικό καθεστώς του συστήματος πραγματοποιείται σωστός έλεγχος. Η αξιοπιστία ενός τεχνητού υγροτόπου αυξάνεται εφόσον η βλάστηση και τα άλλα μέρη του συστήματος μπορούν να υποστούν την απαραίτητη διαχείριση, ώστε η απόδοση του να βελτιστοποιηθεί (Bendoricchio et al., 2000). Οι τεχνητοί υγροβιότοποι όπως όλα τα φυσικά συστήματα επεξεργασίας βασίζονται (σε μικρό ή μεγάλο βαθμό) στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, περιλαμβάνοντας την ηλιακή ακτινοβολία, την κινητική ενέργεια του ανέμου, την ενέργεια του νερού της βροχής, το επιφανειακό νερό, το έδαφος και την αποθήκευση ενδεχόμενης ενέργειας σε βιομάζα και στα εδάφη (Ζουραράκη, 2002). Οι τεχνητοί υγροβιότοποι σήμερα χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία αστικών αποβλήτων, αποστραγγίσεων ορυχείων, αστικών απορροών, κτηνοτροφικών αποβλήτων, σηπτικών δεξαμενών που έχουν αστοχήσει, αγροτικών απορροών και διαφόρων βιομηχανικών αποβλήτων. Τέτοια συστήματα επεξεργασίας εντοπίζονται σε περιοχές που βρίσκονται στο επίπεδο της θάλασσας έως περιοχές υψομέτρου 1500 μέτρων και από τροπικές έως ημιαρκτικές περιοχές, όπως στο Οντάριο των ΗΠΑ και σε σκανδιναβικές χώρες. Αφού η λειτουργία τους βασίζεται σε χημικές και βιολογικές, η αποτελεσματικότητα απομάκρυνσης ρύπων μειώνεται σε κάποιο βαθμό κατά τη διάρκεια χαμηλών θερμοκρασιών, αλλά τα επίπεδα εκροής παραμένουν ικανοποιητικά κάτω από επιτρεπτά όρια (Hammer, 1992). 9

17 Για την επεξεργασία ρυπασμένων υδάτων έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιηθεί δύο κύριοι τύποι τεχνητών υγροβιοτόπων: α) Τεχνητοί υγροβιότοποι ελεύθερης επιφανείας ή επιφανειακής ροής (free water surface wetland- FWS) και β) Τεχνητοί υγροβιότοποι υποεπιφανειακής (ή υπόγειας) ροής (subsurface flow wetland- SFS). Επίσης, στην κατηγορία αυτών των συστημάτων μπορεί να καταταγεί και ένας τρίτος τύπος τεχνητού υγροτόπου, ο οποίος είναι ένας συνδυασμός των εδαφικών συστημάτων ταχείας διήθησης και των συστημάτων με τεχνητούς υγροτόπους. Για τη λειτουργία του τελευταίου συστήματος οι λεκάνες κατακλύζονται διαδοχικά με μεγάλες παροχές λυμάτων και η ροή γίνεται στην κατακόρυφη διεύθυνση. Για το λόγο αυτό ονομάζονται συστήματα τεχνητών υγροτόπων με λεκάνες περιοδικής κατάκλυσης ή περιοδικής άρδευσης ή περιοδικής διήθησης με κατακόρυφη ροή. Τα συστήματα επιφανειακής ροής αποτελούνται, συνήθως, από παράλληλες λεκάνες, κανάλια ή τάφρους με αδιαπέρατους πυθμένες, με αναφυόμενη φυτική βλάστηση και μικρό βάθος νερού (0,1 έως 0,6 m). Σε τέτοια συστήματα εφαρμόζονται συνεχώς προεπεξεργασμένα υγρά απόβλητα και η περαιτέρω επεξεργασία τους διενεργείται, καθώς η εφαρμοζόμενη παροχή ρέει με μικρή ταχύτητα διαμέσου των στελεχών των ριζωμάτων της υφιστάμενης φυτικής βλάστησης και του υφιστάμενου υποστρώματος. Επίσης, τα συστήματα αυτά είναι δυνατόν να σχεδιάζονται με σκοπό την ευαισθητοποίηση της κοινής γνώμης για την αποδοχή υγροβιοτόπων ή ενίσχυση υπαρχόντων φυσικών υγροβιοτόπων. Σε τέτοιες περιπτώσεις, αναπτύσσεται ένας συνδυασμός υδατικών επιφανειών, με βλάστηση και ανοικτών μικρών νησίδων με την κατάλληλη βλάστηση και ενίσχυση της ροής του νερού. Εικόνα 2.1: Τεχνητός υγροβιότοπος επιφανειακής ροής Με ανάλογο τρόπο, τα συστήματα υποεπιφανειακής ροής σχεδιάζονται με σκοπό την επίτευξη δευτεροβάθμιας ή προωθημένης επεξεργασίας. Αυτά τα συστήματα καλούνται επίσης συστήματα «ριζόσφαιρας» ή «φίλτρων εδάφους καλαμιών» και αναπτύσσονται μέσα σε 10

18 κανάλια ή τάφρους με σχετικά στεγανούς πυθμένες που περιέχουν άμμο ή άλλα γήινα μέσα υποστήριξης της αναπτυσσόμενης (επιφανειακά) φυτικής βλάστησης (Αγγελάκης και Tchobanoglous, 1995). Εικόνα 2.2: Τεχνητός υγρότοπος υπόγειας οριζόντιας ροής 2.4 Τεχνητοί υγροβιότοποι κατακόρυφης υπόγειας ροής (Vertical flow subsurface constructed wetlands) Τα συστήματα αυτά χαρακτηρίζονται από την κατακόρυφη ροή των προς επεξεργασία λυμάτων μέσα από τις εδαφικές στρώσεις των λεκανών τους. Η λειτουργία τους προσομοιάζει αρκετά με το περιοδικό πότισμα μιας γλάστρας στην οποία το νερό αρχικά πλημμυρίζει την λεκάνη και εν συνεχεία αφήνεται να στραγγίσει (Καραμούζης, 2003). Οι λεκάνες στα συστήματα αυτά κατασκευάζονται με ένα βάθος περίπου 0,90 έως 1,20 m, με μία μέση κλίση πυθμένα περίπου 1%. Ο πυθμένας και τα πρανή τους καλύπτονται με γεωμεμβράνη ή κατασκευάζονται από σκυρόδεμα. Στη συνέχεια, γίνεται πλήρωση των λεκανών με αδρανή υλικά συνολικού βάθους μέχρι ενός μέτρου, μειούμενης κοκκομετρίας από τον πυθμένα προς την επιφάνεια. Το επιφανειακό στρώμα της λεκάνης, βάθους 10 έως 30 cm, καλύπτεται με άμμο, μέσα στην οποία φυτεύονται και αναπτύσσονται είδη καλαμιών. Για τη λειτουργία αυτού του συστήματος οι λεκάνες κατακλύζονται περιοδικά με μεγάλες παροχές λυμάτων και η ροή γίνεται κατά την κατακόρυφη διεύθυνση. Τα πλεονεκτήματα αυτού του είδους τεχνητού υγροβιότοπου έναντι των υπολοίπων είναι η απαίτηση μικρότερης έκτασης για την επεξεργασία υγρών αποβλήτων και η διατήρηση αερόβιων συνθηκών επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων, εξαιτίας της περιοδικής ανάπαυσης και ως εκ τούτου και περιοδικής ξήρανσης κάθε λεκάνης. Αυτό το πλεονέκτημα των υγροβιοτόπων με περιοδική κατάκλυση αποδίδεται, κυρίως, στις συνθήκες ακόρεστης ροής και 11

19 επιπρόσθετα στο μεγαλύτερο πάχος της εδαφικής στρώσης των λεκανών, με το οποίο επιτυγχάνεται ένα επιπρόσθετο φιλτράρισμα των υγρών αποβλήτων (Καραμούζης, 2003). Στις μέρες μας, οι κατακόρυφης ροής τεχνητοί υγροβιότοποι με διακοπτόμενη τροφοδοσία χρησιμοποιούνται συχνά στην Ευρώπη λόγω των πλεονεκτημάτων που παρουσιάζουν σε σχέση με τους άλλους σχεδιασμούς. Οι κατακόρυφης ροής τεχνητοί υγροβιότοποι παρουσιάζουν περισσότερο ισοδύναμη κατανομή ριζών και επαφή ριζών νερού και λιγότερα προβλήματα κακοσμίας και πολλαπλασιασμού εντόμων, αφού δεν έχουν ελεύθερη επιφάνεια νερού. Ακόμη κι αν οι κατακόρυφης ροής τεχνητοί υγροβιότοποι χρησιμοποιούνται κυρίως για απομάκρυνση COD, TSS και κολοβακτηριδίων, υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον στην χρήση τους για απομάκρυνση αζώτου και φωσφόρου. Στους τεχνητούς υγροβιότοπους, όπου δημιουργούνται αερόβια και αναερόβια περιβάλλοντα ο μικροβιακός υποβιβασμός αποτελεί τον πιο σημαντικό μηχανισμό για νιτροποίηση και απονιτροποίηση, ενώ η προσρόφηση φωσφόρου στο υπόστρωμα είναι ένας σημαντικός μηχανισμός για την απομάκρυνση του (IWA, 2000). Για τέτοιες διαδικασίες, τα υποστρώματα (κορεσμένα μέσα των τεχνητών υγροβιοτόπων) θεωρούνται επίσης πολύ σημαντικά. Με σκοπό την βελτίωση κατακράτησης φωσφόρου, υποστρώματα με μεγαλύτερη ικανότητα προσρόφησης φωσφόρου, με μεγαλύτερο περιεχόμενο σε ασβέστιο, σίδηρο και άργιλο, μεγαλύτερη επιφάνεια σωματιδίων και κατάλληλη υδραυλική αγωγιμότητα χρησιμοποιούνται ευρέως. Για το λόγο αυτό, οι ερευνητές υγροβιοτόπων έχουν ξεκινήσει να χρησιμοποιούν βιομηχανικά παραπροϊόντα, VΙ όπως μικρού βάρους τσιμεντολάσπη (LWA, LECA κλπ) και απορρίμματα από βιομηχανίες όπως και φυσικά υλικά με υψηλή ικανότητα προσρόφησης ( Korkusuz et al., 2004). Εικόνα 2.3: Τεχνητός υγρότοπος κατακόρυφης ροής 12

20 2.5 Εκτίμηση και Επιλογή Θέσης Τα βασικά χαρακτηριστικά της θέσης, που πρέπει να θεωρούνται κατά το σχεδιασμό συστημάτων τεχνητών υγροβιότοπων, είναι η τοπογραφία, η εδαφολογία, η χρήση γης, η υδρολογία και το κλίμα της περιοχής (Αγγελάκης και Tchobanoglous, 1995) Τοπογραφία. Με δεδομένο ότι τα συστήματα τεχνητών υγροβιότοπων με ελεύθερη επιφάνεια (FWS) σχεδιάζονται σε επίπεδες λεκάνες ή κανάλια και αυτά με βυθισμένη βάση (SFS) σχεδιάζονται και κατασκευάζονται με κλίσεις 1% ή ελαφρώς μεγαλύτερες, γενικά απαιτείται ομοιόμορφη τοπογραφία ( από επίπεδη ως ελαφρώς κεκλιμένη). Είναι φανερό ότι τέτοια συστήματα μπορούν να κατασκευασθούν και σε ανομοιόμορφες εκτάσεις με μεγάλες κλίσεις, αλλά σε τέτοιες περιπτώσεις το κόστος εκσκαφής, ίσως είναι απαγορευτικό. Επομένως, θα μπορούσαμε να θεωρήσουμε ότι κατάλληλες θέσεις για υδροβιότοπους είναι αυτές με κλίσεις μικρότερες από 5 %. Εδαφολογία. Θέσεις με εδάφη ή υπεδάφη με μικρή σχετικά περατότητα ( < 5 mm/h) είναι πιο επιθυμητές για συστήματα υγροβιότοπων, εφόσον ο αντικειμενικός σκοπός τους είναι η επεξεργασία υγρών αποβλήτων σε μία υδατική στρώση, πάνω από το χρησιμοποιούμενο εδαφικό υπόστρωμα. Έτσι ελαχιστοποιούνται οι απώλειες των εφαρμοζόμενων υγρών αποβλήτων με διήθησή τους στο έδαφος. Σε συστήματα υγροβιότοπων, όπως είναι και τα επιφανειακής ροής, οι πόροι στο επιφανειακό έδαφος τείνουν να αποφράσσονται, εξαιτίας της κατακράτησης στερεών και των αναπτυσσόμενων αποικιών βακτηρίων. Επίσης, σε φυσικά εδάφη, είναι δυνατός ο περιορισμός της περατότητας τους με συμπίεση τους στη διάρκεια κατασκευής του έργου. Θέσεις με πολύ περατά εδάφη μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο στην περίπτωση κατασκευής μικρών συστημάτων με αργιλικές βάσεις ή άλλα τεχνητά υποστρώματα. Χρήση γης. Γενικά, προτιμούνται ανοικτές γεωργικές εκτάσεις, ιδιαίτερα εκείνες που ευρίσκονται σε υπάρχοντες φυσικούς υγροβιότοπους. Οι τεχνητοί υγροβιότοποι επιδρούν αυξητικά και βελτιωτικά σε υπάρχοντες φυσικούς υγροβιότοπους με προσθήκη υδρόβιας δραστηριότητας και εξασφάλιση σταθεράς υδατοτροφοδοσίας τους. Σε πολλές περιπτώσεις επιδρούν θετικά στην ποιοτική αναβάθμιση των περιοχών εγκατάστασής τους. Υδρολογία. Οι υγροβιότοποι πρέπει να ευρίσκονται έξω από περιοχές επιδεκτικές σε πλημμύρες, εκτός αν παρέχεται ιδιαίτερη προστασία τους από πλημμυρικά συμβάντα. Σε περιπτώσεις που συμβαίνουν μικρής έκτασης πλημμυρικά γεγονότα, ιδιαίτερα στη χειμερινή περίοδο, που η λειτουργία τους περιορίζεται, δεν απαιτείται ιδιαίτερη προστασία τους. Κλίμα. Η χρήση τεχνητών υγροβιότοπων είναι δυνατή ακόμη και σε ψυχρά κλίματα. Ως παράδειγμα αναφέρεται το FWS σύστημα του Listowel του Ontario, που λειτουργεί καθ όλη τη διάρκεια του έτους και με θερμοκρασία λυμάτων μέχρι και 3 ο C (US.EPA, 1984). Γενικά, όμως, η αποτελεσματικότητα λειτουργίας ενός συστήματος εξαρτάται από τη θερμοκρασία των εφαρμοζόμενων υγρών αποβλήτων και τον επιδιωκόμενο σκοπό της επεξεργασίας του. Έτσι, με 13

21 δεδομένο ότι οι κύριοι μηχανισμοί επεξεργασίας είναι κυρίως βιολογικής φύσης, η απόδοση επεξεργασίας εξαρτάται σημαντικά από την επικρατούσα θερμοκρασία. Σχηματισμός πάγου. Ο πάγος έχει απρόβλεπτες επιδράσεις στους τεχνητούς υγροβιότοπους, ιδιαίτερα στους επιφανειακής ροής. Σε χιονώδη κλίματα, αν συσσωρευτεί αρκετό χιόνι γύρω από τη βλάστηση, τότε η πήξη του νερού που βρίσκεται από κάτω εμποδίζεται σημαντικά. Εντούτοις, αν ο πάγος σχηματίζεται γύρω από τους μίσχους φυτών (και συγκρατείται από αυτούς) τότε ο πάγος αυξάνεται προς τα κάτω εντός του νερού, προκαλώντας τα όρια του νερού να χαμηλώσουν ταχύτατα. Η στένωση της ροής μπορεί να οδηγήσει σε πλημμύρα, περαιτέρω πήξη και υδραυλική αποτυχία. Αυτό μπορεί να αποφευχθεί με εφαρμογή οριζόντιας ροής τύπου υγροβιοτόπων με μεγαλύτερο βάθος νερού το χειμώνα. Αποτελέσματα από αριθμητικά μοντέλα επίσης, καταλήγουν το συμπέρασμα ότι η κάλυψη επιφανειακής ροής υγροβιοτόπων με πολυστυρένιο (XPS, 10 cm) θα μπορούσε ν αποτρέψει το σχηματισμό πάγου, ακόμη κι αν οι θερμοκρασίες πέφτουν στους -10 C για περιόδους διάρκειας εβδομάδων. Η ευαισθησία των υγροβιοτόπων υπόγειας ροής στα προβλήματα πάγου είναι μικρότερη σε σχέση με τα προβλήματα των επιφανειακής ροής. Η ακόρεστη επιφάνεια στρώματος λειτουργεί ως μονωτής. Πιστεύεται ότι τα συστήματα κατακόρυφης ροής μπορούν να αντισταθούν περισσότερο στα προβλήματα που δημιουργεί ο πάγος σε σχέση με τα οριζόντιας ροής ( Συνέπειες τήξης. Ένα δεύτερο πρόβλημα με τους υγροβιότοπους ψυχρών κλιμάτων είναι η τήξη που παρατηρείται την άνοιξη. Η σοβαρότητα του προβλήματος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθος της περιοχής συλλογής αποβλήτων για τον υγροβιότοπο. Αν η περιοχή συλλογής είναι μεγάλη, η τήξη θα μειώσει σε έντονο βαθμό το χρόνο παραμονής των αποβλήτων εντός του συστήματος. Αυτό με τη σειρά του επηρεάζει το επίπεδο μείωσης BOD5 και απομάκρυνσης θρεπτικών ( Προεπεξεργασία υγρών αποβλήτων. Το ελάχιστο επίπεδο προεπεξεργασίας υγρών αποβλήτων σε συστήματα υγροβιότοπων είναι εκροές πρωτοβάθμιας επεξεργασίας ή αεριζόμενων τεχνητών λιμνών με μικρό χρόνο κράτησης ή άλλων ισοδύναμων με αυτές. Το επίπεδο προεπεξεργασίας εξαρτάται από τα ποιοτικά κριτήρια που πρέπει να πληροί η τελική εκροή και την ικανότητα απομάκρυνσης του δεδομένου συστήματος. Σημειώνεται ότι σε τεχνητούς υγροβιότοπους έχουν χρησιμοποιηθεί και εκροές δευτεροβάθμιας επεξεργασίας ή ακόμη και προωθημένης επεξεργασίας, προκειμένου να αντιμετωπισθούν τοπικές κανονιστικές απαιτήσεις. Γενικά, όμως, πρέπει να αποφεύγεται η χρήση εκροών οξειδωτικών τεχνητών λιμνών, που περιέχουν υψηλές συγκεντρώσεις αλγών, επειδή αυτά όπως και στα συστήματα επιφανειακής ροής, δεν απομακρύνονται αποτελεσματικά και δημιουργούν διάφορα λειτουργικά προβλήματα. Επίσης, επειδή η απομάκρυνση φωσφόρου με τέτοια συστήματα είναι περιορισμένη, συνιστάται η απομάκρυνσή του κατά την προεπεξεργασία των λυμάτων, ιδιαίτερα όταν υπάρχουν περιορισμοί ως προς τη συγκέντρωσή του στην τελική εκροή. 14

22 Βάθος νερού. Στα συστήματα FWS, το βάθος του νερού εξαρτάται από το βάθος, που απαιτεί η ανάπτυξη της φυτικής βλάστησης που επιλέγεται. Γενικά, σε ψυχρά κλίματα το λειτουργικό βάθος αυξάνει τη διάρκεια του χειμώνα, ώστε να επιτρέπεται η επιφανειακή ανάπτυξη πάγου και ο κατάλληλος αυξημένος χρόνος κράτησης, που απαιτείται σε τέτοιες συνθήκες. Γι αυτό, στα συστήματα επιφανειακής ροής πρέπει κατά το σχεδιασμό τους να προβλέπεται μια κατασκευή εξόδου που να επιτρέπει μεταβαλλόμενο λειτουργικό βάθος. Ένα τέτοιο σύστημα στο Listowel του Ontario της California έχει αυτή τη δυνατότητα, ώστε να λειτουργεί σε βάθος 0,1 m τους θερινούς και 0,3 m τους χειμερινούς. Στα συστήματα τύπου SFS το βάθος τους σχεδιάζεται έτσι, ώστε να ελέγχεται το βάθος ριζοβολίας της φυτικής βλάστησης, επειδή η τροφοδοσία με οξυγόνο διενεργείται ουσιαστικά διαμέσου του ριζικού συστήματος. Γεωμετρία και έκταση λεκάνης. Η γεωμετρία της λεκάνης εξαρτάται από τον τύπο του συστήματος (FWS ή SFS). Πορώδες μέσο. Είναι προφανές ότι το μέγεθος των κόκκων του πορώδους μέσου καθορίζει και την εκτιμώμενη τιμή της υδραυλικής αγωγιμότητας του πορώδους και της ειδικής απόδοσης σε νερό. Στον πίνακα 2.1δίνονται οι αντιπροσωπευτικές τιμές των χαρακτηριστικών αυτών μεγεθών διαφόρων πορωδών μέσων, σύμφωνα με τους Morris and Johnson (Todd, 1980). 15

23 Πίνακας 2.1: Αντιπροσωπευτικές τιμές χαρακτηριστικών μεγεθών πορωδών μέσων (Todd, D.K.) Πορώδες μέσο Διάμετρος κόκκων Ενεργό Ειδική (mm) Υδραυλική πορώδες απόδοση Μέση Αγωγιμότητα (m/d) Πεδία τιμών n% Sy % τιμή Πολύ λεπτή άμμος 0,062 0,125 0,075 Λεπτομερής άμμος 0,125-0,25 0, ,5 Μέση άμμος 0,25-0,5 0, Αδρομερής άμμος 0,5-1,0 0, Πολύ χονδρή άμμος 1,0-2,0 1,50 38 Πολύ λεπτά χαλίκια 2,0-4,0 3,00 36 Λεπτομερή χαλίκια 4,0-8,0 6, Μεσαία χαλίκια 8,0-16,0 12, Αδρομερή χαλίκια 16,0-32,0 24, Πολύ χονδρά χαλίκια 32,0-64,0 48, Επιλογή και διαχείριση της φυτικής βλάστησης Γενικά Η φυτική βλάστηση ασκεί ένα πολύ σημαντικό και ολοκληρωμένο ρόλο στη λειτουργία των συστημάτων υγροβιότοπων με τη μεταφορά οξυγόνου δια μέσου του ριζικού συστήματος στον πυθμένα των λεκανών επεξεργασίας. Έτσι, εφοδιάζεται με οξυγόνο το μέσο κάτω από την επιφάνεια του νερού, για ανάπτυξη και συγκράτηση των μικροοργανισμών που διενεργούν τη βασική επεξεργασία των εφαρμοζόμενων αποβλήτων. Διάφορα φυτά, που ριζοβολούν σε χονδρόκοκκα υποστρώματα και αναφύονται ή βλαστάνουν πάνω από την επιφάνεια του νερού, χρησιμοποιούνται στα συστήματα υγροβιότοπων. Τα πιο συνήθη είδη φυτών είναι διάφορα είδη της οικογένειας Cyperaceae, κυρίως του γένους Carex spp. (είδη κύπερης) και των γενών Scirpus, Typha και Phragmites, δηλαδή βούρλων, ψαθιού και νεροκάλαμων, αντίστοιχα. Τα είδη 16

24 αυτά συναντώνται σχεδόν παντού και είναι ανεκτικά στην υγρασία και τις χαμηλές θερμοκρασίες (ψύξη). Τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά αυτών των φυτών, σχετικά βέβαια με το σχεδιασμό τεχνητών υγροτόπων, είναι το απαιτούμενο βάθος νερού και το βάθος ριζοβολίας σε συστήματα FWS και SFS, αντίστοιχα. Τα είδη του γένους Typha τείνουν να επικρατούν σε νερό βάθους πάνω από 0,15 m. Τα είδη του γένους Scirpus αναπτύσσονται σε βάθος νερού από 0,05 έως 0,25 m. Τα είδη του γένους Phragmites αναπτύσσονται σε βάθος νερού μέχρι 1,5 m. Τέλος, τα είδη της οικογένειας Cyperaceae, συναντώνται σε μικρά βάθη νερού μικρότερα ακόμη και από αυτά στα οποία αναπτύσσονται τα είδη γένους Scirpus.. Είδη των γενών Phragmites και Scirpus θεωρούνται κατάλληλα για συστήματα SFS, επειδή το βάθος ριζοβολίας τους επιτρέπει τη χρήση λεκανών μεγαλύτερου βάθους. Γενικά, στους τεχνητούς υγροβιότοπους και ιδιαίτερα στα συστήματα SFS δεν απαιτείται η συγκομιδή της φυτικής βλάστησης. Όμως, στα συστήματα FWS απαιτείται περιοδική καταστροφή της υπάρχουσας ξηράς βλάστησης με σκοπό τη διατήρηση συνθηκών ελεύθερης ροής και παρεμπόδιση της δημιουργίας ροής σε αύλακες. Συνήθως δεν ενδείκνυται συγκομιδή απομάκρυνση της φυτικής βιομάζας με σκοπό την αύξηση της απομάκρυνσης θρεπτικών στοιχείων Στοιχεία φυτών των υγροτόπων Οι τεχνητοί υγρότοποι βασίζονται στην κυριότερη λειτουργία των φυσικών υγροτόπων, η οποία αφορά τις διάφορες φυσικές διεργασίες με τις οποίες επιτυγχάνεται η βελτίωση της ποιότητας των νερών (Karathanassis, 1995). Σύμφωνα και με την προηγούμενη παράγραφο οι τεχνητοί υγρότοποι βρίσκουν εφαρμογή στον καθαρισμό των λυμάτων από κοινότητες και μικρές πόλεις, των νερών από ορυχεία, των εκροών από βιομηχανικές περιοχές, των λυμάτων από κτηνοτροφικές μονάδες, από βιομηχανίες τροφίμων και από εργοστάσια χαρτοποιίας. Τα υδρόφιλα φυτά συμβάλλουν στην επεξεργασία των αποβλήτων με την πρόσληψη, εκτός των κυρίων θρεπτικών στοιχείων, και επιπρόσθετων άλλων συστατικών, τα οποία συνιστούν τους κυριότερους ρύπους των υγρών αστικών, βιομηχανικών και κτηνοτροφικών αποβλήτων. Ο μεγαλύτερος ρόλος τους, πέρα από την μεταφορά οξυγόνου στην περιοχή του ριζώματος, οφείλεται στην ίδια τη φυσική παρουσία των φυτών στις λεκάνες επεξεργασίας. Με άλλα λόγια, το ριζικό σύστημα και τα στελέχη, τα οποία βρίσκονται μέσα στο πορώδες μέσο των λεκανών, κατά κάποιο τρόπο μπορούν και να συμβάλλουν στη διευκόλυνση της κίνησης του νερού των προς επεξεργασία λυμάτων μέσα στις λεκάνες μέσω των διάκενων (διόδων) που υπάρχουν στον όγκο των ριζών. Επιπρόσθετα η φυτομάζα που αναπτύσσεται πάνω από το νερό εμποδίζει τη διέλευση του φωτός στις λεκάνες, αποτρέποντας έτσι την ανάπτυξη των αλγών (πρασινάδας) σ αυτές (Καραμούζης, 2003). Όμως τη μεγαλύτερη, ίσως, συμβολή των φυτών στους υγροτόπους, ιδιαίτερα σε αυτούς με ελεύθερη ροή, αποτελούν τα βυθισμένα στο νερό τμήματα των στελεχών, των φύλλων και των 17

25 διαφόρων υπολειμμάτων τους, με τα οποία αυξάνεται σημαντικά η ειδική επιφάνεια των λεκανών, η οποία χρησιμοποιείται ως υπόβαθρο για την ανάπτυξη της μικροβιακής χλωρίδας. Ένα από τα πρώτα παραδείγματα εφαρμογής στη χώρα μας συστημάτων τεχνητών υγροτόπων για την επεξεργασία υγρών αποβλήτων αποτελεί ο σταθμός επεξεργασίας των λυμάτων της κοινότητας Ν. Μαδύτου Θεσσαλονίκης, στον οποίον επεξεργάζονται με επιτυχία τα λύματα κατοίκων. Μία άλλη σημαντική εφαρμογή εντοπίζεται στο ερευνητικό κέντρο που αποπερατώθηκε το 1996 κοντά στις εγκαταστάσεις της Μονάδας Βιολογικού Καθαρισμού Λυμάτων Θεσσαλονίκης (ΜΒΚΘ) όπου γίνεται ο πρωτογενής καθαρισμός τους με παροχή σχεδιασμού αντιστοιχούσα σε οικισμό 500 κατοίκων.. Επίσης σύστημα τεχνητών υγροτόπων για την επεξεργασία των λυμάτων τους έχει κατασκευαστεί και στις καινούργιες εγκαταστάσεις του τμήματος Δασολογίας του Α.Π.Θ. στο Πανεπιστημιακό δάσος του Περτουλίου Τρικάλων. Επιπρόσθετα βρίσκονται σε λειτουργία τα έργα επεξεργασίας λυμάτων με τεχνητούς υγροτόπους στις κοινότητες Αργυρούπολης Χανίων, της Πόμπιας Ηρακλείου, του Γοματίου Χαλκιδικής, καθώς και μιας ομάδας άλλων δήμων ή κοινοτήτων του Νομού Χαλκιδικής κ.α. Τα φυτά που συνήθως χρησιμοποιούνται σε όλα τα είδη των τεχνητών υγροτόπων είναι αυτά που απαντώνται στους υπάρχοντες φυσικούς υγροτόπους και περιλαμβάνουν διάφορα είδη υδροχαρών φυτών. Τα περισσότερο χρησιμοποιούμενα από αυτά τα φυτά είναι οι κοινές καλαμιές (Phragmites sp.) για τους υγροτόπους υπόγειας οριζόντιας και κατακόρυφης ροής και τα ψαθιά ή τύφες (Typha sp.), τα βούρλα ή γιούγκοι (Juncus sp.), τα ψαθιά ή σκίρποι ή σύφες (Scirpus) και οι ξιφάρες ή κάρηκες (Carex sp.) για τους υγροτόπους με ελεύθερη επιφάνεια νερού. Επίσης χρησιμοποιούνται, κυρίως όμως στις δεξαμενές σταθεροποίησης, και διάφορα είδη επιπλεόντων φυτών, όπως τα κοινά λήμνα (Lemna sp.), τα νούφαρα (Nuphar sp.), οι υδροχαρείς υάκινθοι (Eicchornea crassipes) καθώς επίσης και διάφορα αισθητικά φυτά, όπως τα διάφορα είδη κρίνων (Zantedeschia aethiopica, Iris pseudacorus, Canna flaccida, Hedychium coronarium). Τα φυτά αυτά φυτεύονται στο πορώδες στρώμα των λεκανών, οπότε οι ρίζες τους αναπτύσσονται στη ζώνη που καλύπτουν τα λύματα. Έτσι αυξάνουν τη διαπερατότητα του πορώδους μέσου και το σημαντικότερο, προσθέτουν οξυγόνο στο χώρο, με τη βοήθεια ειδικών βακτηριδίων που αναπτύσσονται στο περιβάλλον αυτό, οπότε αυξάνεται η βιολογική δράση για των επεξεργασία των υγρών αποβλήτων. Οι μέσες αποστάσεις φύτευσης είναι 60 cm για τα Typha και τα Phragmites, cm για τα Juncus και τα Scirpus και 15 cm για τα Carex. Επίσης εδώ θα πρέπει να σημειωθεί ότι το βάθος ριζοστρώματος για τα Typha είναι cm, για τα Phragmites cm και για τα Juncus cm. Αυτό το βάθος καθορίζει και το πάχος του πορώδους υλικού με το οποίο πληρούνται οι λεκάνες επεξεργασίας των λυμάτων. Επειδή το κυρίαρχο φυτικό είδος αυτών των λεκανών είναι οι καλαμιές, αυτά τα συστήματα επεξεργασίας λυμάτων ονομάζονται πολλές φορές και κλίνες καλαμιών (reed beds) (Καραμούζης, 2003) 18

26 Εικόνα 2.4 : Φυτά τεχνητών υγροτόπων: α) επιφανειακής ροής ( τύφη, ψάθα, νεροπατάτα), β)υπόγειας ροής (καλαμιές ή φραγμίτες) 19

27 Κεφάλαιο 3 Περιγραφή της ευρύτερης περιοχής μελέτης Ορεινός όγκος Ροδόπης 3.1 Γεωγραφική θέση Ο Νομός Ροδόπης βρίσκεται στο βορειοανατολικό τμήμα της ελληνικής επικράτειας και ανήκει στο γεωγραφικό διαμέρισμα της Θράκης. Διοικητικά ανήκει στην περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκη, ενώ πρωτεύουσα του νομού είναι η πόλη της Κομοτηνής. Συνορεύει βόρεια με τη Βουλγαρία, νότια βρέχεται από το Θρακικό Πέλαγος, ανατολικά συνορεύει με το νομό Έβρου και δυτικά με το νομό Ξάνθης. Στα βόρεια του νομού βρίσκεται το ανατολικό μέρος της οροσειράς της Ροδόπης, στην οποία οφείλει και την ονομασία του. Η συνολική έκταση της οροσειράς της Ροδόπης τόσο στο ελληνικό, όσο και στο βουλγαρικό έδαφος είναι 1800 τετραγωνικά χιλιόμετρα. Στην Ελλάδα εκτείνεται από το Ν. Δράμας (δυτικό όριο το όρος Φαλακρό και ο ποταμός Νέστος) μέχρι το Ν. Έβρου. Το ανάγλυφο της Ροδόπης είναι πολυσχιδές, με μεγάλα υψόμετρα και απότομες πλαγιές. Το μέσο υψόμετρο της οροσειράς είναι 1000 μ., ενώ πολλές κορυφές της φτάνουν το διπλάσιο ύψος. Η ορεινή ζώνη του Ν. Ροδόπης, την οποία διασχίζει το ευρωπαϊκό ορειβατικό μονοπάτι Ε6, παρέχει στον επισκέπτη ευκαιρίες για δραστηριότητες μέσα σε μια παρθένα φύση, περιβάλλον σπάνιας ομορφιάς και βιοποικιλότητας πανίδα και χλωρίδα. Εικόνα 3.1: Οροσειρά της Ροδόπης 20

28 3.2 Περιγραφή σημερινής κατάστασης Στην ορεινή Ροδόπη κατοικούν αποκλειστικά ορεσίβιοι μουσουλμάνοι (Πομάκοι). Οι οικισμοί αυτής της περιοχής, βρίσκονται σε σημεία ιδιαίτερου φυσικού κάλους και μεγάλου ιστορικού και αρχιτεκτονικού ενδιαφέροντος. Τα Πομακοχώρια της Θράκης φιλοξενούν έναν πολιτισμό που ελάχιστα έχει μελετηθεί. Μάλιστα, η πομακική γλώσσα συμπεριλαμβάνεται σήμερα από το Ευρωπαϊκό Γραφείο των Ολιγότερο Ομιλουμένων Γλωσσών, το γνωστό EBLUL (European Bureau for Lesser Used Languages), στις ευρωπαϊκές γλώσσες που χρήζουν προστασίας. Το φαινόμενο της ερήμωσης της υπαίθρου συναντάται και εδώ καθώς τις τελευταίες δεκαετίες έχει συντελεστεί μια σταδιακή εγκατάλειψη κάποιων ορεινών οικισμών. Οι κάτοικοι τους εγκαταστάθηκαν στον κάμπο (π.χ. σε Ξάνθη, Κομοτηνή, Ίασμο, Κιμμέρια, κλπ) ή σε άλλα μέρη της Ελλάδας όπου εργάζονται στις οικοδομές (Ρόδο, Αθήνα) ενώ κάποιοι άλλοι μετανάστευσαν στη Γερμανία και την Τουρκία κατά κύριο λόγο. Οπότε, αρκετοί από τους οικισμούς εμφανίζονται σήμερα εγκαταλειμμένοι, ενώ οι υπόλοιποι αρκετά αραιοκατοικημένοι. Στην ευρύτερη η χρήση γης είναι παραδοσιακή και μη εντατική (αγροτική χρήση 95%). Όσον αφορά αποκλειστικά το Νομό Ροδόπης, οι ορεινοί οικισμοί, που συναντούμε, ομαδοποιούνται ως εξής: 1) Οικισμοί της Δυτικής ορεινής Ροδόπης ή του Παπικίου όρους. (Περιλαμβάνονται ακατοίκητοι οικισμοί των Δήμων Ιάσμου και Σώστου) 2) Οικισμοί της Κεντρικής ορεινής Ροδόπης. (Περιλαμβάνονται αραιοκατοικημένοι οικισμοί των Δήμων Κομοτηνής και Φιλλύρας) 3) Οικισμοί της Ανατολικής ορεινής Ροδόπης. (Περιλαμβάνονται αραιοκατοικημένοι οικισμοί των Κοινοτήτων Οργάνης και Κέχρου) 4) Οικισμοί της Ανατολικής Ροδόπης. (Περιλαμβάνονται δύο οικισμοί του δήμου Αρριανών). Τέλος, οφείλουμε στο σημείο αυτό να διευκρινίσουμε πως οι κάτοικοι των ορεινών οικισμών του Νομού Ροδόπης δεν έχουν όλοι πομακική καταγωγή, καθώς συνυπάρχουν με τουρκογενείς μουσουλμάνους και ντόπιους χριστιανούς. Εξαίρεση αποτελούν οι Κοινότητες Κέχρου και Οργάνης που συγκροτούνται αποκλειστικά από πομακοχώρια. Όλα αυτά καθιστούν την Ροδόπη ένα μοναδικό χώρο με ζωντανό και εν καθημερινή χρήσει τεράστιο λαογραφικό και πολιτισμικό πλούτο. Στην παρούσα εργασία θα ασχοληθούμε με τον σχεδιασμό εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων για τις ανάγκες του μεγαλύτερου σε πληθυσμό οικισμού της Κοινότητας Οργάνης. Η επιλογή αυτή οφείλεται στην έλλειψη δεδομένων για της υπόλοιπες ορεινές περιοχές του Νομού Ροδόπης, που φιλοξενούν σημαντικό πληθυσμό. 21

29 Εικόνα 3.2: Διοικητική διαίρεση του Νομού Ροδόπης. 3.3 Γεωλογικά χαρακτηριστικά Γεωλογικά, η περιοχή της Θράκης γενικά, συγκροτείται από πετρώματα που ανήκουν σε τρεις μεγάλες ενότητες και είναι οι ακόλουθες: Προ Μεσοζωικά κρυσταλοσχιστώδη πετρώματα του υποβάθρου, τα οποία συναντώνται στο βόρειο τμήμα της Θράκης. Αποτελούνται από την κατώτερη γνευσιακή σειρά που περιλαμβάνει μοσχοβιτικούς γνεύσιους, βιοτιτικούς και διμαρμαρυγιακούς γνεύσιους, αμφιβολίτες και μάρμαρα, και την ανώτερη ανθρακική σειρά που περιλαμβάνει μάρμαρα και σχιστόλιθους. Στην περιοχή της Αλεξανδρούπολης, εμφανίζονται Μεσοζωικά πετρώματα της Περιροδοπικής ζώνης, που αποτελούνται από φυλλίτες, πρασινοσχιστόλιθους και ανθρακικά πετρώματα. Τεταρτογενή ηφαίστειο ιζηματογενή πετρώματα των λεκανών που καλύπτουν την υπόλοιπη περιοχή της Θράκης. Αποτελούνται από ιζήματα μολασσικού τύπου (κροκαλοπαγή, αργιλομάργες, μαργαϊκούς νουμουλιτοφόρους ασβεστόλιθους, ψαμμίτες) και ηφαιστειακούς τόφφους (ανδεσίτες, ρυοδακίτες κ.λ.π.) Τα πετρώματα των 3 παραπάνω ενοτήτων διακόπτονται από παρεισδύσεις πυριγενών πετρωμάτων σε όλη την έκταση της Θράκης. 22

30 Εικόνα 3.3: Γεωλογία της Βόρειας Ελλάδας Τα πυριγενή πετρώματα που απαντώνται είναι είτε πλουτώνια (γρανίτες, γραναδιορίτες, μονζονίτες, διορίτες) είτε τα αντίστοιχα ηφαιστειακά (ρυόλιθοι, ανδεσίτες, δακίτες, δολερίτες) Από γεωλογική άποψη, η περιοχή χαρακτηρίζεται σταθερή και ασεισμική και εντάσσεται στις ζώνες Ι και Μ του Νέου Αντισεισμικού Κανονισμού (ΝΕΑΚ) 3.4 Υδρολογικά στοιχεία Λεκάνες απορροής Η περιοχή μελέτης της παρούσας εργασίας βρίσκεται στο υδατικό διαμέρισμα της Θράκης, το οποίο έχει έκταση τ.χλμ. και περιλαμβάνει τους νομούς Έβρου, Ροδόπης και Ξάνθης, τμήματα των νομών Δράμα και Καβάλας και τα νησιά Θάσος και Σαμοθράκη. Οι κυριότεροι επιφανειακοί υδατικοί πόροι είναι οι ποταμοί Νέστος, Έβρος (με παραποτάμους τον Άρδα και Ερυθροπόταμο) και μικρότεροι ποταμοί όπως ο Φιλιουρής, το ρέμα της Κομοτηνής, ο Ποταμός, το ρέμα του Λουτρού, το Ξηρόρεμα, το Άσπρο ρέμα, Τράϋος, Κομψάτος και άλλοι μικρότεροι, οι οποίοι διαρρέουν την πεδινή έκταση και καταλήγουν στο Αιγαίο Πέλαγος. Επίσης, συμπεριλαμβάνονται τα ρέματα Θάσου και Σαμοθράκης. Από τις φυσικές λίμνες οι σημαντικότερες είναι η Βιστωνίδα και ακολουθούν οι λίμνες Μητρικού, Μαυρολίμνη, Αλυκή, Φαναρίου και Νυμφών. Το μέσο ετήσιο ύψος βροχοπτώσεων κυμαίνεται από 350 mm μέχρι 1300 mm περίπου. Επειδή τα όρια των υδατικών και γεωγραφικών διαμερισμάτων δεν ταυτίζονται, οι παρακάτω υπολογισμοί για το υδατικό ισοζύγιο και τα αποθέματα νερού στηρίζονται στο άθροισμα των υδατικών πόρων που διαθέτουν τα δύο υδατικά διαμερίσματα Αν. Μακεδονίας και Θράκης, ενώ η κατανάλωση νερού αναφέρεται στα αντίστοιχα γεωγραφικά διαμερίσματα για το έτος 1995 (Χάρτης 3.1). Αθροιστικά τα δύο υδατικά διαμερίσματα δέχονται από βροχοπτώσεις κατά μέσο όρο περίπου 13200*10 5 m 3 νερού. Εξ αυτών εκτιμάται ότι 6000*10 5 m 3 απορρέουν επιφανειακά. Επίσης, απορρέουν άλλα 9800*10 6 m 3 νερού που προέρχονται από λεκάνες απορροής εκτός Ελλάδος. Έτσι το σύνολο της επιφανειακής απορροής ανέρχεται σε 15800*10 6 m 3 νερού. 23

31 Το υπόγειο υδατικό δυναμικό έχει εκτιμηθεί σε 1630*10 6 m 3. Εξ αυτών 680*10 6 m 3 τροφοδοτούν επιφανειακούς υδατικούς πόρους και έχουν υπολογιστεί στα προηγούμενα μεγέθη των επιφανειακών απορροών. Τα υπόλοιπα 950*10 6 m 3 κινούνται υπογείως (400*10 6 m 3 σε καρστικούς υδροφορείς και 550*10 6 m 3 σε μικροπερατούς) Οπότε, το σύνολο των αποθεμάτων είναι: *10 6 m 3 (επιφανειακά) + 950*10 6 m 3 (υπόγεια) = *10 6 m 3 Από αυτό το απόθεμα εκτιμήθηκε ότι το 1995 χρησιμοποιήθηκαν 2.255*10 6 m 3 νερού. Αυτή η κατανάλωση αντιστοιχεί στο 13% των ανανεώσιμων αποθεμάτων. Η μεγαλύτερη ποσότητα νερού, περίπου 93% καταναλώθηκε σε αρδεύσεις, σύμφωνα με την κατανομή που παρουσιάζεται στο Γράφημα 3.1: Τα παραπάνω στοιχεία, προέρχονται από το «Εθνικό Πρόγραμμα Διαχείρισης Υδάτων», που αναφέρεται σε μια μελέτη η οποία εκπονήθηκε από τον Τομέα Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος για την Κεντρική Υπηρεσία Υδάτων του Υπουργείου Περιβάλλοντος, Χωροταξίας και Δημοσίων Έργων με σκοπό την ύπαρξη ενός ολοκληρωμένου και σύγχρονου πλαισίου για τη διαχείριση και προστασία των υδατικών πόρων της χώρας σε εθνικό και περιφερειακό επίπεδο. Από τα προαναφερθέντα δεδομένα φαίνεται ότι υπάρχουν αρκετά περιθώρια μεγαλύτερης εκμετάλλευσης των υδατικών πόρων για την επίλυση σημαντικών τοπικών προβλημάτων, πλην όμως θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι πολύ μεγάλο τμήμα της επιφανειακής απορροής και στα δύο υδατικά διαμερίσματα προέρχεται από ποταμούς Νέστο και Έβρο, που πηγάζουν από τη Βουλγαρία. Επομένως, δεν είναι δυνατή η πλήρης εκμετάλλευσή τους. Γράφημα 3.1: Κατανάλωση αποθέματος νερού στη Θράκη 1,3% 5,7% Ύδρευση Άρδευση Κατανάλωση Βιομηχανιών 93,0% ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΑΠΟΘΕΜΑΤΟΣ ΝΕΡΟΥ_Υ.Δ. ΘΡΑΚΗΣ 24

32 25 Περιοχή Μελέτης Χάρτης 3.1: Υδατικοί πόροι και ζήτηση νερού στο υδατικό διαμέρισμα της Θράκης. (Πηγή: Εθνικό πρόγραμμα διαχείρισης και προστασίας των υδατικών πόρων_φεβρουάριος 2008)

33 26 Περιοχή Μελέτης Χάρτης 3.2: Ρυπαντικά φορτία στο υδατικό διαμέρισμα της Θράκης. (Πηγή: Εθνικό πρόγραμμα διαχείρισης και προστασίας των υδατικών πόρων_φεβρουάριος 2008)

34 Όσον αφορά την περιοχή μελέτης της παρούσας διπλωματικής εργασίας (περιοχή Οργάνης), βλέπουμε από τον Χάρτη 4 ότι ανήκει στην λεκάνη απορροής του ποταμού Φιλιουρή, και μάλιστα βρίσκεται κοντά στον χείμαρρο Ασπρόρεμα, παραπόταμο του Φιλιουρή. Επίσης, σύμφωνα με τα αποτελέσματα ενός διαχειριστικού ομοιώματος, στα πλαίσια ερευνητικού προγράμματος του Υπουργείου Ανάπτυξης, που αφορά την κατανάλωση υδάτων στους επιμέρους δήμους και κοινότητες του υδατικού διαμερίσματος της Θράκης προέκυψε ότι στην Κοινότητα Οργάνης για την περίοδο 10/1991 9/2001 η μέση τιμή ζήτησης νερού για όλες τις κατηγορίες χρήσης του (άρδευση, ύδρευση, κτηνοτροφία, βιομηχανία, τουρισμός) υπολογίστηκε σε 2,9 106 m3 /yr. Η κάλυψη της ζήτησης πραγματοποιείται με την κατανάλωση κυρίως υπόγειων υδάτων και λιγότερο επιφανειακών, ενώ σε καμία περιοχή του Νομού Ροδόπης δεν υπήρξε έλλειμμα υδατικών πόρων για την κάλυψη των αναγκών. 3.5 Κλιματολογικά στοιχεία της περιοχής Γενικά, η περιοχή της Θράκης βρίσκεται στα μέσα γεωγραφικά πλάτη του βορείου ημισφαιρίου και ως εκ τούτου σε περιοχή ανταγωνισμού αντίθετων αέριων μαζών. Κατά το χειμώνα η μετανάστευση της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας φέρνει στην περιοχή τον νότιο κλάδο των ανέμων δυτικής συνιστώσας. Κατά τη ψυχρή περίοδο, οπότε, αναπτύσσεται στη ζώνη αυτή το κυμαινόμενο Μεσογειακό Πολικό μέτωπο κατά μήκος του οποίου ο θερμός τροπικός αέρας συναντάται με τον ψυχρό πολικό αέρα. Η παρουσία του Μεσογειακού Πολικού μετώπου και οι συνδεδεμένες με αυτό υφέσεις προκαλούν τις βροχοπτώσεις. Για το λόγο αυτό, η ψυχρή περίοδος είναι η κατεξοχήν βροχερή περίοδος. Κατά το καλοκαίρι η περιοχή κυριαρχείται από τον αντικυκλώνα των Αζόρων, ενώ ταυτόχρονα υπάρχει και η εκτεταμένη σκάφη χαμηλών πιέσεων της Ασίας. Αυτός ο συνδυασμός συντελεί στην πνοή ανέμων Βορείου τομέα (Ετησίαι, ή κοινώς μελτέμια), οι οποίοι τοπικά εξασθενούν από τη δράση της θαλάσσιας αύρας και προσδίδουν στο κλίμα ιδιαίτερο χαρακτήρα, γνωστό ως κλίμα των ετήσιων ανέμων. Η κυριαρχούσα διεύθυνση του ανέμου (κατά το πλείστον βόρειας συνιστώσας), οι κινήσεις των αέριων μαζών και το πολύπλοκο ανάγλυφο της περιοχής καθορίζουν την οριζόντια κατανομή της βροχόπτωσης και της θερμοκρασίας του αέρος. Η ετήσια πορεία της θερμοκρασίας είναι, κατά μέσο όρο, μικρότερη εκείνης των τροπικών κλιμάτων. Η μέση μηνιαία θερμοκρασία του αέρα, κατά τους θερινούς μήνες, δεν υπερβαίνει τους 27 0C, ενώ οι παράκτιες περιοχές δεν είναι αισθητά δροσερότερες από την ενδοχώρα, εφόσον το Αιγαίο είναι κλειστή και αρκετά θερμή θάλασσα. Η μικρή νέφωση και η χαμηλή σχετική υγρασία, κατά τις μεσημβρινές ώρες που επικρατούν κατά τους θερινούς μήνες πάνω από την Θράκη συντελούν στην έντονη θέρμανση κατά την ημέρα αλλά και στη γρήγορη ψύξη κατά τη νύκτα. 27

35 Εικόνα 3.4: Συχνοί παγετοί κατά τη χειμερινή περίοδο Όλοι οι τόποι της περιοχής έχουν την εμπειρία του παγετού και του χιονιού, αν και η ποσότητα και η διάρκεια του χιονιού ποικίλλει από τόπο σε τόπο. Οι χειμερινοί παγετοί που παρατηρούνται είναι συχνοί και κατά τόπους δριμείς. Μάλιστα, σε μερικές περιπτώσεις οι νυκτερινές θερμοκρασίες κατεβαίνουν αρκετούς βαθμούς κάτω από το μηδέν και προκαλούν καταστροφές σε ευπαθείς καλλιέργειες. Παρόμοιες καταστροφές παρατηρούνται και από ανοιξιάτικους παγετούς που εμφανίζονται πάνω από την Ροδόπη, όταν ο αέρας λιμνάζει στα κατώτερα στρώματα μιας αέριας μάζας πολικής προέλευσης. Η ετήσια κατανομή της μέσης μηνιαίας θερμοκρασίας του αέρα και της βροχόπτωσης δείχνει την κυριαρχία του Μεσογειακού τύπου κλίματος στο νομό Ροδόπης. Αποκλίσεις από τον παραπάνω τύπο κλίματος μπορεί να υπάρχουν σε περιοχές με υψόμετρο μεγαλύτερο από 700 m, όπου δεν λειτουργούν μετεωρολογικοί σταθμοί. Επίσης, από κλιματολογικής πλευράς το έτος μπορεί να χωριστεί κυρίως σε δύο εποχές: Την ψυχρή και βροχερή χειμερινή περίοδο που διαρκεί από τα μέσα του Οκτωβρίου και μέχρι το τέλος Μαρτίου και τη θερμή και άνομβρη εποχή που διαρκεί από τον Απρίλιο έως τον Οκτώβριο. Η μέση μηνιαία θερμοκρασία του αέρα για τον ψυχρότερο μήνα της χειμερινής περιόδου βρίσκεται πάνω από 0 0C, ενώ σε κανένα μετεωρολογικό σταθμό του νομού Ροδόπης, η θερμοκρασία του θερμότερου μήνα δεν κατεβαίνει κάτω από 10 0C. Η διακριτή ξηρά περίοδος κατά το καλοκαίρι και η παρουσία βροχοπτώσεων κατά το χειμώνα, κατά τον οποίο ο πλέον βροχερός μήνας έχει τριπλάσια βροχόπτωση του ξηρότερου μήνα, η βροχόπτωση του οποίου δεν ξεπερνά τα 40mm, χαρακτηρίζουν τον κλιματικό τύπο της περιοχής. 28

36 Μάλιστα, λαμβάνοντας υπόψη ότι η τιμή της μέσης θερμοκρασίας του θερμότερου μήνα του έτους είναι μικρότερη από 22 0C σε όλους τους μετεωρολογικούς σταθμούς του νομού, το κλίμα μπορεί να χαρακτηριστεί μεσογειακό με ήπιους χειμώνες και ξηρό θερμό καλοκαίρι. (Μπαλαφούτης Χρ., 1977) Στους πίνακες 3.1, 3.2, 3.3 και γράφημα 3.4 παρουσιάζονται τα κλιματολογικά στοιχεία για την πόλη της Κομοτηνής, όπως μετρήθηκαν κατά τη διάρκεια του έτους 2003, από έναν μετεωρολογικό σταθμό αυτής. Πιο σύγχρονα δεδομένα δεν υπήρχαν διαθέσιμα στις εγκαταστάσεις του ΕΘΙΑΓΕ Κομοτηνής, όπου και βρίσκεται ο συγκεκριμένος μετεωρολογικός σταθμός. Για την περιοχή του οικισμού Οργάνης δεν υπήρχε η δυνατότητα να έχουμε επίσημα και αναλυτικά στοιχεία για τις κλιματολογικές συνθήκες της περιοχής, παρά μόνο η εμπειρική εκτίμηση των κατοίκων ότι είθισται η μέση μηνιαία θερμοκρασία να είναι κατά 5 έως 8 0C μικρότερη αυτής της Κομοτηνής. Με βάση λοιπόν, τον υπολογισμό της μέσης θερμοκρασίας για τη θερινή και χειμερινή περίοδο, όπως προκύπτει από τον πίνακα μετρήσεων 6α, και μία απόκλιση απ αυτήν της τάξεως των 6 0C, σύμφωνα με τις μαρτυρίες των ντόπιων κατοίκων, καταλήξαμε σε μία εκτίμηση της μέσης θερμοκρασίας κατά τη χειμερινή και θερινή περίοδο για την περιοχή του οικισμού Οργάνης όπου προτείνεται η κατασκευή της Ε.Ε.Λ. Πίνακας 3.1:Κλιματολογικά στοιχεία (Κομοτηνή, 2003) o Μήνες Θερμοκρασία C Μέση Βροχόπτωση (mm) Ημέρες Βροχής Ιανουάριος 6,3 90,9 5,4 Φεβρουάριος 1,9 55,9 4,0 Μάρτιος 5,6 55,1 0,7 Απρίλιος 10,2 42,7 4,0 Μάιος 19,3 58,7 6,7 Ιούνιος 23,5 46,4 1,1 Ιούλιος 24,1 30,4 6,0 Αύγουστος 24,9 20,4 1,5 Σεπτέμβριος 11,6 35,8 8,6 Οκτώβριος 14,8 65,9 9,5 Νοέμβριος 10,3 72,5 3,4 Δεκέμβριος 5,9 103,9 12,6 Μέσες ετήσιες τιμές/ Σύνολο 13,2 678,6 / 12 = 56,55 63,5 ΤΚομοτηνής = 7,5 ΤΟργάνης = 1,5 0 Μέση θερμοκρασία χειμερινής περιόδου ( C) ΤΚομοτηνής = 19 ΤΟργάνης = 13 0 Μέση θερμοκρασία θερινής περιόδου ( C) (πηγή: ΕΘΙΑΓΕ Κομοτηνής) 29

37 Πίνακας 3.2: Μέση μηνιαία συχνότητα διεύθυνσης ανέμων κατά τη θερινή περίοδο (Κομοτηνή, 2003) Διεύθυνση Απρίλιος Μάιος Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Ποσοστό % Β 19,40 8,50 12,60 9,70 13,07 22,23 14,25 ΒΑ 28,00 37,9 21,65 29,50 33,35 41,63 32,01 Α 0,90 3,50 8,05 0,00 0,00 0,00 2,06 ΝΑ 2,20 0,70 2,66 0,00 0,00 0,00 0,93 Ν 3,25 3,50 9,23 3,20 5,12 2,85 4,53 ΝΔ 28,17 13,1 9,25 37,55 24,32 10,70 20,52 Δ 2,74 9,48 3,30 1,20 2,15 0,10 3,16 ΒΔ 2,64 9,90 15,38 0,20 2,12 6,60 6,14 Άπνοια 12,70 13,42 17,88 18,65 19,87 15,89 16,40 Σύνολο (πηγή: ΕΘΙΑΓΕ Κομοτηνής) Πίνακας 3.3: Μέση μηνιαία συχνότητα διεύθυνσης ανέμων κατά τη χειμερινή περίοδο (Κομοτηνή, 2003) Διεύθυνση Οκτώβριος Νοέμβριος Δεκέμβριος Ιανουάριος Φεβρουάριος Μάρτιος Ποσοστό Β 20,13 25,09 33,25 39,20 27,11 35,94 30,12 ΒΑ 33,90 30,00 29,15 36,10 52,27 19,85 33,55 Α 5,90 4,80 3,57 0,00 0,00 3,37 2,94 ΝΑ 3,23 3,16 2,70 2,15 0,00 0,40 1,94 Ν 18,13 15,51 9,54 2,10 4,70 8,52 9,75 ΝΔ 4,48 5,80 6,40 5,65 4,85 15,03 7,04 Δ 1,43 1,12 1,55 0,00 0,00 3,04 1,19 ΒΔ 2,25 3,20 2,20 1,45 0,00 0,40 1,57 Άπνοια 10,55 11,32 11,64 13,35 11,07 13,45 11,90 Σύνολο (πηγή: ΕΘΙΑΓΕ Κομοτηνής) 30

38 Γράφημα 3.2: Μέση μηνιαία ταχύτητα ανέμων (Κομοτηνή, 2003) Μέση Μηνιαία Ταχύτητα ανέμου (m/s) 3 Ταχύτητα 2,5 Ταχύτητα ανέμου (m/s) 2 1,5 1 0,5 Δεκέμβριος Νοέμβριος Οκτώβριος Σεπτέμβριος Μήνας Αύγουστος Ιούλιος Ιούνιος Μάιος Απρίλιος Μάρτιος Φεβρουάριος Ιανουάριος 0 (πηγή: ΕΘΙΑΓΕ Κομοτηνής) 3.6 Χλωρίδα πανίδα οικοσυστήματα Ο ορεινός όγκος της Ροδόπης διαρρέεται από ρυάκια και ρέματα με συνεχή ροή τόσο κατά τη διάρκεια του χειμώνα όσο και το καλοκαίρι. Η τεράστια ποικιλία φυτών και λουλουδιών που συναντούμε στην οροσειρά της Ροδόπης οφείλεται, σύμφωνα με την επικρατούσα άποψη μεταξύ των γεωλόγων, στο γεγονός ότι δεν πάγωσε κατά την εποχή των παγετώνων κατά την πλειστόκαινο περίοδο. Έτσι σήμερα βρίσκουμε στην Ροδόπης το 59,5% των ειδών της χλωρίδας της Ευρώπης. Πιο συγκεκριμένα, στην περιοχή έχουν καταγραφεί πάνω από 211 σπάνια ή απειλούμενα είδη, 50 τοπικά ενδημικά (π.χ. Viola rhopeja, Lilium rhodapaeum, Geum rhodapaeum και σπανιότερα η Haberlea rhodopensis και ο Dianthus drenowskianus) και 15 είδη που φύονται ακόμα από την περίοδο πριν τους παγετώνες. Ο συνδυασμός του γενικότερου κλίματος της περιοχής (με βροχές και το καλοκαίρι), των πετρωμάτων με τα αντίστοιχα εδάφη που δημιουργούν και της ορειογραφικής διαμόρφωσης η οποία επιτρέπει την εμφάνιση ποικίλων τοποκλιμάτων και μικροκλιμάτων, επιτρέπει την δημιουργία δασικών οικοσυστημάτων με μεγάλη βιοποικιλότητα και τεράστια οικολογική αξία τόσο για τα περιορισμένα πλαίσια της Ελλάδας όσο και σε παγκόσμιο επίπεδο. Οι κυριότερες ζώνες βλάστησης είναι οι ακόλουθες (Γράφημα 3.3): Ζώνη φυλλοβόλων δρυών: Αποτελεί το 60% των δασών της περιοχής της Ροδόπης. Εκτός από δρυς στη ζώνη αυτή συναντάμε και άλλα αείφυλλα και φυλλοβόλα πλατύφυλλα (καστανιά, γαύρο, πουρνάρι) Ζώνη οξιάς: Καταλαμβάνει το 20,2% της δασοκάλυψης της Ροδόπης Ζώνη μεσογειακών κωνοφόρων: (π.χ. μαύρη Πεύκη) Κάλυψη 2,3%. Ζώνη ψυχρόβιων κωνοφόρων: (όπως δασική Πεύκη, ερυθρελάτη, σημύδα). Κάλυψη 17,5% 31

39 Γράφημα 3.3: Ζώνες βλάστησης στα δάση της Ροδόπης ΔΑΣΟΚΑΛΥΨΗ ΤΗΣ ΟΡΟΣΕΙΡΑΣ ΤΗΣ ΡΟΔΟΠΗΣ Ζώνη φυλλοβόλων δρυών Ζώνη μεσογειακών κωνοφόρων Ζώνη οξιάς Ζώνη ψυχρόβιων κωνοφόρων 17,5% 2,3% 20,2% 60,0% Οι απειλές που αντιμετωπίζει η δασοκάλυψη της περιοχής συνοψίζονται στις: συλλογή καυσόξυλων (χαμηλή), βόσκηση δασών (χαμηλή), αποδασώσεις (για εμπόριο) (μέτρια), ανάπτυξη σε υποδομές (μέτρια), μη αειφορική εκμετάλλευση (μέτρια), εντατικοποιημένη διαχείριση δασών (υψηλή) Εικόνα 3.5: Αγριόγιδα Εικόνα 3.6: Αγελάδα βραχυκέρατης φυλής 32

40 Στην πανίδα της οροσειράς της Ροδόπης συμπεριλαμβάνονται η αρκούδα, η αγριόγιδα, η βίδρα και πολλά σπάνια πουλιά όπως ο χρυσαετός, ο σταυραετός, ο δρυοκολάπτης, ο αγριόκουρκος κλπ. Στα χωριά της Ροδόπης εξακολουθούν να υπάρχουν ντόπιες φυλές ζώων και ποικιλίες φυτών. Αφθονούν οι αγελάδες ντόπιας ελληνικής βραχυκέρατης φυλής ενώ εκτρέφονται επίσης αίγες της ντόπιας ελληνικής φυλής σε ορφνές αποχρώσεις και βραχύσωμα πρόβατα της τοπικής ορεινής φυλής. 3.7 Ανθρωπογενές περιβάλλον Το ορεινό τμήμα της Ροδόπης αποτελεί γεωγραφικά τον χώρο όπου εμφανίζονται ιστορικά οι Πομάκοι μέσα στον χρόνο. Τα Πομακοχώρια της Θράκης αποτελούσαν παλιότερα μία ιδιαίτερη πολιτιστική ενότητα που εκτεινόταν κατά μήκος της οροσειράς της Ροδόπης. Σήμερα με τις πολιτιστικές αλληλεπιδράσεις που έχουν συντελεστεί τα όρια έχουν γίνει περισσότερο δυσδιάκριτα. Ωστόσο, ο ζωτικός χώρος των Πομάκων παραμένει κυρίως ο ορεινός όγκος της Ροδόπης. Η σημερινή θέση των Πομάκων ως τμήμα της μουσουλμανικής μειονότητας της Θράκης (μαζί με τους Αθίγγανους και τους Τουρκογενείς) προσδιορίστηκε στα νεότερα χρόνια από την Συνθήκη της Λωζάνης. Οι Πομάκοι αποτελούν σήμερα το 35% της μουσουλμανικής μειονότητας της Θράκης και αριθμούν περίπου κατοίκους. Όσον αφορά την καταγωγή, έχει επικρατήσει η άποψη ότι οι Πομάκοι είναι γηγενείς και κατάγονται από αρχαία θρακικά φύλα. Ορισμένες ανθρωπολογικές έρευνες, που έγιναν για την κατανόηση των φυλογενετικών εξελίξεων στην περιοχή της Ροδόπης, έδειξαν ότι οι Πομάκοι είναι ο πιο ανοιχτόχρωμος και δολιχοκεφαλικός τύπος της Ροδόπης και στη συντριπτική τους πλειονότητα απόγονοι αυτόχθων πληθυσμών (Α. Πουλιανός, 1968) Ως προς την ονομασία τους υπάρχουν αρκετές έριδες. Αρχικά χρησιμοποιούταν ο όρος «Αχριάν», καθώς πριν τον εξισλαμισθούν τελειωτικά θεωρείται ότι ανήκαν στο χριστιανό μουσουλμανικό θρήσκευμα των Αχιργιάν. Αργότερα χρησιμοποιήθηκε ο όρος «Πομάκος» που παραμένει και ο γνωστότερος, ενώ σήμερα επιχειρείται από μερίδα ερευνητών η καθιέρωση του όρου «Ροδοπαίοι», νεολογισμός που προσδίδει καθαρό τοπικό χαρακτήρα και όχι φυλετικό-εθνοτικό, δεδομένου ότι η πλειονότητα των Πομάκων κατάγεται, ζει, ή διατηρεί σχέσεις με τον τόπο καταγωγής της Ροδόπης. Στις μέρες μας, όσον αφορά την επιβίωση αυτού του πολιτισμού και σύμφωνα με τις ομολογίες των ντόπιων, το κυρίαρχο χαρακτηριστικό είναι το κλίμα εκφοβισμού και η καταπίεση από τη συστηματική τουρκική προπαγάνδα, η οποία προσπαθεί απλώς να τους «εξαφανίσει». 33

41 Εικόνα 3.7: Γυναικεία παραδοσιακή ενδυμασία των Πομάκων (έτος λήψης 1934). Εικόνα 3.8: Μουσουλμανική ενδυμασία γυναικών στα πομακοχώρια Σε σύνδεση με τα παραπάνω, ενδεικτικά αναφέρουμε ότι η φορεσιά της Πομάκισσας ήταν κάποτε ομοιόμορφη σε όλα τα χωριά. Αν εξαιρέσουμε την περιοχή της Μύκης, η παραδοσιακή φορεσιά (Εικόνα 3.6) πλέον έχει αντικατασταθεί από την πενιχρή μουσουλμανική, το μαύρο ράσο και τα άκομψα και μονότονα φουστάνια, μακριά μέχρι τον αστράγαλο (Εικόνα 3.7). Μόνο η κόκκινη καρό ποδιά (πρέστενλικ) από υφαντό μάλλινο ύφασμα, είδος της παλιάς ενδυμασίας της Πομάκισσας, φοριέται ακόμα από τις γυναίκες όλων αυτών των χωριών, σαν να θυμίζει την παλιότερη βαριά, όμως βαρύτιμη, και μεγαλοπρεπέστατη φορεσιά κάθε Πομάκισσας. Σήμερα 34

42 μόνο στους οικισμούς της Κοινότητας Μύκης στο Νομό Ξάνθης διατηρείται και φοριέται μέχρι σήμερα η παλιά λαμπερή φορεσιά σε σύγκρουση με την τουρκική προπαγάνδας που χρησιμοποιεί όλα τα μέσα θεμιτά και αθέμιτα για να καταργήσει κάθε τι που συνδέει τους Πομάκους με το παρελθόν τους. Τα ήθη και έθιμα, την ενδυμασία, την δημοτική ποίηση, την γλώσσα. 3.8 Ασχολίες των κατοίκων Στις μέρες μας οι Πομάκοι είναι γνωστοί σε όλη την Ελλάδα ως εργατικοί και φιλότιμοι τεχνίτες και εργάτες οικοδομών. Από την Αθήνα, τη Ρόδο και τη Μύκονο μέχρι την Ξάνθη και την Κομοτηνή πολλοί νέοι Πομάκοι εργάζονται στις οικοδομές σε διάφορες ειδικότητες. Πολλοί άλλοι, βέβαια, έχουν μεταναστεύσει στη Γερμανία, όπου δουλεύουν στα ναυπηγεία, ενώ αρκετοί εργάζονται ως ναυτικοί. Όμως, ως κύριες παραδοσιακές ασχολίες των Πομάκων της Θράκης παραμένουν η κτηνοτροφία και η γεωργία. Στα χωράφια τους καλλιεργούν σιτάρι, πατάτες, σίκαλη, φασόλια, λαχανικά, ενώ οι περισσότερες οικογένειες ασχολούνται και με την καπνοκαλλιέργεια. Η ποικιλία που καλλιεργείται στα ορεινά της Θράκης, ο μπασμάς θεωρείται άριστης ποιότητας αλλά απαιτεί και σκληρή δουλειά. Άλλες βασικές ασχολίες των Πομάκων ανέκαθεν ήταν η υλοτομία αλλά και η μελισσοκομία (με τις χαρακτηριστικές κωνοειδείς κυψέλες από πλεγμένες βέργες). Υπήρχαν και άλλα, λιγότερο διαδεδομένα αλλά απαραίτητα, επαγγέλματα όπως του αρτοποιού, του κουρέα, του υποδηματοποιού, του σαγματοποιού, του πεταλωτή, του κτίστη, του μυλωνά. Εικόνα 3.9: Μελίσσια Άνω Βυρσίνης- Κοινότητα Οργάνης 35

43 Εικόνα 3.10: Καπνοκαλλιέργειες 3.9 Παραδοσιακή Αρχιτεκτονική Ο αγρο-ποιμενικός χαρακτήρας της ζωής των κατοίκων αποτυπώνεται στα πλατυμέτωπα ορθογώνια σπίτια τους, χτισμένα με νότιο προσανατολισμό για να προφυλάσσονται από τις ακραίες χειμωνιάτικες θερμοκρασίες και στα οποία ξεχωρίζουν οι πέτρινες στέγες από ντόπιο σχιστόλιθο. Η κατοικία υπηρετεί και στεγάζει την παραγωγή. Μεγάλοι εξωτερικοί χώροι χρησιμοποιούνται για τα φυτώρια και τα ξηραντήρια του καπνού, καταλαμβάνοντας το μεγαλύτερο μέρος του σπιτιού. Ο λειτουργικός χώρος της οικογένειας περιορίζεται συνήθως σε ένα μόνο δωμάτιο. Τα χωριά τους στην πλειοψηφία τους παρουσιάζουν σημαντικό αρχιτεκτονικό ενδιαφέρον. Οι περισσότεροι από τους οικισμούς δεν είναι οριοθετημένοι και συνεπώς δεν ισχύει κανένας όρος δόμησης. Τα περισσότερα χωριά είναι δυσπρόσιτα και σπάνια τα επισκέπτονται αστυνομικά αποσπάσματα, προς έλεγχο της οικοδομικής δραστηριότητας. Τα σπίτια τους είναι λιθόκτιστα με ξηρολιθοδομή, η δε επιστέγαση είναι επίσης λίθινη με σχιστόπλακες επιφανειακής εξόρυξης. Τα λιθόκτιστα χωριά της ορεινής Ροδόπης έχουν κοινά χαρακτηριστικά με τα ορεινά χωριά της Ηπείρου και της Δυτικής Μακεδονίας, αλλά και του Πηλίου. Έχουν όμως και σημαντικές διαφοροποιήσεις όπως είναι οι ραμματιασμένες σχιστόπλακες της επικάλυψης. Σημαντικό ενδιαφέρον έχουν και οι αγροτικές κατοικίες και καλύβες των αγροτών και κτηνοτρόφων που υπάρχουν διάσπαρτες σε όλη την ορεινή Ροδόπη. 36

44 Εικόνα 3.11: Αχυρώνας με στέγη από σχιστόπλακες (Οργάνη) Εικόνα 3.12: «Μεγάλοι εξωτερικοί χώροι χρησιμοποιούνται για τα φυτώρια και τα ξηραντήρια του καπνού» 37

45 Κεφάλαιο 4 Βασικά στοιχεία σχεδιασμού Ε.Ε.Λ. 4.1 Γενικές παρατηρήσεις Είναι αποδεκτό ότι η εκτίμηση του μεγέθους ενός συστήματος τεχνητών υγροτόπων για την επεξεργασία λυμάτων στηρίζεται κυρίως στη σχετική εμπειρία και πειράματα μεγάλης κλίμακας. Είναι ευνόητο ότι το μέγεθος αυτού του συστήματος εξαρτάται από το ρυπαντικό φορτίο (μέγεθος και ποιότητα), από το κλίμα της περιοχής όπου θα κατασκευαστεί, το επιδιωκόμενο επίπεδο απομάκρυνσης ρύπων και το υδραυλικό φορτίο. Η προβλεπόμενη θέση για την Εγκατάσταση Επεξεργασία Λυμάτων (Ε.Ε.Λ.) της Οργάνης θα παρουσιάζει ομαλό σχετικά ανάγλυφο και θα πρέπει να βρίσκεται ψηλότερα σε σχέση με το Ασπρόρεμα (αποδέκτης). Η ευρύτερη περιοχή είναι ορεινή, με σημαντικό ποσοστό γεωργικής γης και πλούσια φυσικά οικοσυστήματα. Η θέση του έργου βρίσκεται υψομετρικά χαμηλότερα από τον οικισμό Οργάνης, όπου το υψόμετρο των σπιτιών κυμαίνεται από 420,0m έως 382,0m. Η τοποθέτηση των έργων στο χώρο γίνεται με βάση τη στάθμη του νερού στην έξοδο της εγκατάστασης και τους υδραυλικούς απώλειες υπολογισμούς στις διάφορες για τις επιμέρους μονάδες. Λήφθηκε υπόψη η τωρινή διαμόρφωση του εξισορρόπηση εδάφους και εκσκαφών η και επιχώσεων. Τα επεξεργασμένα λύματα θα διατίθενται στο Ασπρόρεμα (368,0m) και τελικά στον Όρμο Ανοικτό, ο οποίος δεν είναι χαρακτηρισμένος ευαίσθητος αποδέκτης ως (ΚΥΑ 5673/400/97, ΦΕΚ 192Β/ και η τροποποίηση αυτής ΚΥΑ 19661, ΦΕΚ 1811 Β/ ). Εικόνα 4.1: Κοίτη του Άσπρου Ρέματος παραπλεύρως της προτεινόμενης θέσης τοποθέτησης της Ε.Ε.Λ. (Σεπτέμβριος 2009) 38

46 4.2 Σκοπιμότητα υλοποίησης του έργου Η πρόταση που παρουσιάζεται στην παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την κατασκευή συστήματος επεξεργασίας αστικών λυμάτων του οικισμού Οργάνης, ο οποίος αποτελεί έδρα της ομώνυμης Κοινότητας στο Νομό Ροδόπης. Η λειτουργία της εγκατάστασης μπορεί να προσφέρει σημαντικά οφέλη στην περιοχή, εφόσον μέχρι στιγμής τα λύματα του οικισμού Οργάνης χύνονται ανεπεξέργαστα στο Άσπρο Ρέμα με τελικό αποδέκτη τον Όρμο Ανοικτό, νότια του Νομού Ροδόπης. Συνέπεια της υπάρχουσας κατάστασης αποτελεί η ρύπανση του υδάτινου αποδέκτη και γενικότερα υποβάθμιση του υγροτοπικού οικοσυστήματος της περιοχής και των συνθηκών διαβίωσης των ντόπιων (οσμές, κίνδυνος μολύνσεων, προσβολή φυσικού τοπίου). Από τις κύριες τυπικές εναλλακτικές λύσεις, που θα μπορούσαν να εφαρμοστούν, ως προς τον τρόπο επεξεργασίας των αποβλήτων, δηλαδή α) με συμβατική μονάδα (χρήση χημικών μεθόδων) ή β) με φυσικό σύστημα επεξεργασίας, προτείνεται ο δεύτερος λόγω των πλεονεκτημάτων που παρουσιάζει η εφαρμογή του σε οικισμούς κάτω των ισοδύναμων κατοίκων. Εικόνα 4.2: Η ανεξέλεγκτη απόρριψη στερεών και υγρών αποβλήτων στο Άσπρο ρεμα αυξάνει τον κίνδυνο μολύνσεων και υποβάθμισης του φυσικού περιβάλλοντος. 39

47 Από τα φυσικά συστήματα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, που είναι περισσότερο διαδεδομένα στην Ελλάδα(δεξαμενές σταθεροποίησης ή τεχνητοί υγρότοποι), αποφασίσθηκε η κατασκευή ενός συστήματος με τεχνητούς υγροτόπους, λόγω των περιβαλλοντικών αναγκών της περιοχής: Έλλειψη οχλήσεων από έντομα, οσμές ή θόρυβο Αισθητική αναβάθμιση του χώρου κατασκευής του έργου Καλύτερη ένταξη στο φυσικό περιβάλλον της περιοχής Μάλιστα, η προτεινόμενη μέθοδος των υγροτόπων κατακόρυφου και στη συνέχεια υποεπιφανειακής οριζόντιας ροής (λαμβάνοντας υπόψη και το ενδεχόμενο παγετού) με φυτά καλάμια (Phragmites australlis Aγριοκάλαμο) που είναι ενδημικά της περιοχής και ανεκτικά στην υγρασία και τις χαμηλές θερμοκρασίες, οδηγεί σε έργο άριστα προσαρμοσμένο στο περιβάλλον της περιοχής και αναμένεται να συμβάλει στη βελτίωση των ποιοτικών χαρακτηριστικών του υδατικού οικοσυστήματος της περιοχής, στην εξασφάλιση καλύτερης ποιότητας ζωής για τους κατοίκους του οικισμού αλλά και στην αποκατάσταση του φυσικού τοπίου. Χαρακτηριστικό αυτού του τύπου διεργασίας των λυμάτων είναι ότι τα φυτά που θα επιλεχθούν (καλάμια, ψαθιά ή άλλα ελόφυτα) προσλαμβάνουν στο σώμα τους τα θρεπτικά (άζωτο και φώσφορος), οπότε αργότερα με την κατάλληλη διαχείριση (εποχικός θερισμός της υπέργειας βιομάζας των φυτών και απομάκρυνση αυτής της βιομάζας μακριά από την περιοχή ή και χρησιμοποίησή της για δημιουργία κομπόστας ή μοριοσανίδων ή καύσιμης ύλης) μπορεί να απομακρυνθεί το φορτίο των θρεπτικών που θα κατέληγε στους υδάτινους αποδέκτες. 4.3 Εναλλακτικές λύσεις Πιο αναλυτικά, οι τεχνολογίες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν εδώ είναι: Α) Η κατασκευή συμβατικού βιολογικού καθαρισμού. Η λύση αυτή δεν προτείνεται λόγω: του μικρού μεγέθους του οικισμού, των αυξημένων δαπανών συντήρησης και λειτουργίας, παράγοντας που καθίσταται ακόμη πιο σημαντικός λόγω της απόστασης του οικισμού από κέντρα που έχουν την απαιτούμενη τεχνική υποστήριξη. Τη διαθεσιμότητα γης στη περιοχή μελέτης για εφαρμογή εντατικών συστημάτων επεξεργασίας. Του παρθένου φυσικού περιβάλλοντος, το οποίο θα αλλοίωναν οι συμβατικές εγκαταστάσεις. 40

48 Β) Η κατασκευή βιολογικού καθαρισμού με δεξαμενές σταθεροποίησης. Παρά την ιδιαίτερη θετική αποδοχή αυτού του τύπου μονάδων επεξεργασίας, μετά από κατασκευή και λειτουργία των έργων στο Γαλλικό ποταμό στο Ν. Θεσσαλονίκης, αλλά και στη Βεγόρα και το Φαράγγι του Ν. Φλώρινας, δεν προκρίνεται για λόγους καλής προσαρμογής στο τοπίο, έναντι των τεχνητών υγροτόπων που επιλέγηκαν. Γ) Η κατασκευή βιολογικού καθαρισμού με τεχνητούς υγροτόπους κατακόρυφου και οριζόντιας υπόγειας ροής. Η τεχνολογία αυτή κρίθηκε ιδανική για τα οικονομικά δεδομένα της Κοινότητας Οργάνης και τα οικολογικά χαρακτηριστικά της περιοχής, λόγω του ικανοποιητικού βαθμού καθαρισμού που επιτυγχάνεται και της άριστης προσαρμογής της εγκατάστασης στο φυσικό περιβάλλον. Τέλος, προβλέπεται η απομάκρυνση του μικροβιακού φορτίου από τα λύματα με μονάδα απολύμανσης UV, στην περίπτωση μόνο που υπάρξει η ανάγκη μελλοντικά για επαναχρησιμοποίηση των εκροών της Ε.Ε.Λ. με σκοπό την άρδευση ακόμη και βρώσιμων ειδών. Δ) Μηδενική λύση. Η επιλογή της μηδενικής εναλλακτικής λύσης, δηλαδή το να παραμείνει η κατάσταση ως έχει και τα λύματα του οικισμού να χύνονται ανεπεξέργαστα στο Ασπρόρεμα, και μέσω αυτού στον ποταμό Φιλιουρή, δεν συνιστάται, διότι οδηγεί σε υποβάθμιση τους παραπάνω υδάτινους αποδέκτες, οι οποίοι στη ροή τους προς τον όρμο Ανοικτό διασχίζουν και άλλους μεγάλους οικισμούς και καλλιεργήσιμες εκτάσεις. 4.4 Θέση του έργου Η επιλεγείσα θέση για την κατασκευή του έργου (σχέδιο 1) αποτελεί κατάλληλη για τον τύπο του έργου καθώς: 1. Το έργο θα έχει αρκετή απόσταση από τα όρια του οικισμού (περίπου 250 m) και η διαθέσιμη έκταση κρίνεται επαρκής για την κατασκευή του έργου. 2. Το ανάγλυφο του εδάφους, έχει την απαιτούμενη κλίση που χρειάζεται για να λειτουργήσει το έργο. Οι χωματουργικές εργασίες που θα απαιτηθούν είναι σε γενικές γραμμές περιορισμένες. 3. Το έργο τοποθετείται κοντά στο Άσπρο ρέμα και συνεπώς εύκολα μπορούν να διοχετευτούν τα επεξεργασμένα λύματα στο παρακείμενο ρέμα χωρίς κανένα λειτουργικό κόστος. 4. Βρίσκεται σε χαμηλότερο υψόμετρο από την έξοδο του θεωρούμενου εσωτερικού δικτύου της Οργάνης και δεν θα απαιτηθεί άντληση για τη μεταφορά των αποβλήτων στο έργο. 41

49 5. Αποτελεί έργο μικρής κλίμακας και οικονομικής αξίας, οπότε δεν απαιτείται σημαντική δαπάνη για την απόκτηση του από την Κοινότητα Οργάνης. 4.5 Παράμετροι σχεδιασμού Δημογραφικά στοιχεία Η εκτίμηση της αύξησης του πληθυσμού, κατά την τριακονταετία (πρόβλεψη λειτουργίας έργου), θεωρήθηκε ίση με 1%. Με αφετηρία τον πληθυσμό των 511 κατοίκων (έτος 2001), προκύπτει ο πληθυσμός της 30ετίας με βάση τον γενικό τύπο: Πν = Πο x (1+ε)ν (εξ.4.1) Όπου, Πο : πληθυσμός αφετηρίας Πν : πληθυσμός μετά από ν έτη Ε : ετήσια αύξηση (0.01) Πίνακας 4.1: Μελλοντική κατανομή του πληθυσμού Οργάνης, Κοινότητας Οργάνης Πληθυσμός 2001 Ετήσια Αύξηση Πληθυσμός 2009 Πληθυσμός ,0% Στα πλαίσια της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής, η πρόταση για Ε.Ε.Λ. στον οικισμό Οργάνης θα σχεδιαστεί με βάση τα πληθυσμιακά δεδομένα της τριακονταετίας. Εξαιτίας της απουσίας υφιστάμενων τουριστικών υποδομών και αντίστοιχου σχεδίου ανάπτυξης που ν αφορά την περιοχή μελέτης για την διαστασιολόγηση του έργου λήφθηκε υπόψη μόνον ο αριθμός των ντόπιων κατοίκων. Μάλιστα, αυτή η θεώρηση στηρίχτηκε αρκετά και στο γεγονός ότι ο αριθμός των κατοίκων που παραμένουν στον οικισμό είναι μικρότερος των εγγεγραμμένων, καθώς ένα ποσοστό αυτών εργάζεται και διαμένει στα αστικά κέντρα της περιοχής (Κομοτηνή, Αλεξανδρούπολη, Σάπες κ.α.). Οπότε το σύνολο των εγγεγραμμένων εκφράζει ένα υπερτιμημένο μόνιμο πληθυσμό, με αποτέλεσμα λαμβάνοντας υπόψη στους υπολογισμούς τον πρώτο να καλύπτεται ο αριθμός των πραγματικών ντόπιων αλλά και πιθανών διερχομένων - τουριστών. Με βάση τα παραπάνω ο πληθυσμός σχεδιασμού του έργου θα είναι: Πληθυσμός Σχεδιασμού : 750 ι.κ. 42

50 4.5.2 Παροχές Για τον υπολογισμό της ποσότητας των αστικών λυμάτων θεωρήθηκε ότι κάθε κάτοικος καταναλώνει 200 λίτρα την ημέρα. Με την παραδοχή ότι το 80% αυτής της ποσότητας καταλήγει στην αποχέτευση, οι παροχές που προκύπτουν είναι υπολογισμένες με 160 λίτρα /κάτοικο / ημέρα και δίνονται στους πίνακες 4.2 και 4.3. Οι παροχές που χρησιμοποιούνται στους υδραυλικούς υπολογισμούς του δικτύου αποχέτευσης ακαθάρτων και των μονάδων της Ε.Ε.Λ. είναι οι εξής: Μέση ημερήσια παροχή [Q = (ι.κ.) x 160 l/d/ι.κ.] Μέγιστη ημερήσια παροχή [Qm = 1,5 x Q] Μέγιστη ωριαία παροχή ή παροχή αιχμής [Qmax = 1,5 x P x Q] Ελάχιστη παροχή [Qmin = (24/40) x Q] Ο συντελεστής αιχμής P υπολογίζεται από τον παρακάτω τύπο: P = 1,5 + 2,5/ Q0,5 (εξ. 4.2) Και είναι :1,5 P 4,0 Πίνακας 4.2: Παροχές σχεδιασμού (l/s) Έτος Ισοδύναμοι Σχεδιασμού Κάτοικοι Μέγιστη Παροχή Μέση Ελάχιστη ημερήσια αιχμής παροχή παροχή Παροχή (l/s) (l/s) (l/s) (l/s) 2,1 7,3 1,4 0,84 Πίνακας 4.3: Παροχή σχεδιασμού (m3/d) Έτος Σχεδιασμού 2039 Ισοδύναμοι Μέση παροχή Κάτοικοι λυμάτων (m /d) Η παροχή αιχμής χρησιμοποιείται για τη διαστασιολόγηση της μονάδας εσχάρωσης, του μετρητή παροχής και της πρωτοβάθμιας επεξεργασίας της Ε.Ε.Λ., αλλά και για τους υδραυλικούς υπολογισμούς όλων των στοιχείων της Ε.Ε.Λ. Οι μέσες παροχές είθισται να χρησιμοποιούνται στον υπολογισμό του κόστους λειτουργίας των αντλιοστασίων (όταν υπάρχουν), ενώ οι ελάχιστες παροχές για τον έλεγχο υπέρβασης του χρόνου παραμονής ή για έλεγχο τήρησης των ελάχιστων επιτρεπόμενων ταχυτήτων στους επιλεχθέντες αγωγούς. 43

51 4.5.3 Ρυπαντικά φορτία Όσον αφορά στα ρυπαντικά φορτία, τα οποία παρουσιάζονται στον πίνακα 4.4, και τα οποία χαρακτηρίζουν την ποιότητα των αστικών λυμάτων, αυτά υπολογίσθηκαν με βάση τους ισοδύναμους κατοίκους και τις ακόλουθες τιμές: o Οργανικό φορτίο : 60 gr BOD /κάτοικο/ ημέρα o Αιωρούμενα στερεά : 70 gr TSS /κάτοικο/ ημέρα o Ολικό άζωτο : 11 gr TKN /κάτοικο/ ημέρα# o Ολικός φώσφορος : 2,5 gr P /κάτοικο/ ημέρα Πίνακας 4.4: Ισοδύναμοι κάτοικοι, ρυπαντικά φορτία Έτος Σχεδιασμού Ισοδύναμοι BOD TSS Tot N Tot P Κάτοικοι (kg/d) (kg/d) (kg/d) (kg/d) ,5 8,25 1, Έτσι η παροχή και τα ρυπαντικά φορτία που εισέρχονται στην εγκατάσταση θα είναι: Χειμώνας Καλοκαίρι : Q = 750 0,16 = 120 m3/d ΒΟD: 60 gr 750 = 45 kg/d Συγκέντρωση BOD = 375 mg/l TSS: 70gr 750 = 52,5 kg/d Συγκέντρωση TSS = 437,5 mg/l Ολικό άζωτο: 12 gr 750 = 9 kg/d Συγκέντρωση Ολικού αζώτου = 75 mg/l Φώσφορος Ρ: 3,5 gr 750 = 2,6 kg/d Συγκέντρωση Φωσφόρου Ρ: 21,7 mg/l Και COD: 140 gr/κατ/ημ. 750 = 105 kg/d Συγκέντρωση COD= 875 mg/l Νομικό πλαίσιο και όρια διάθεσης των επεξεργασμένων λυμάτων Στη παρούσα εργασία εξετάζεται η διάθεση των επεξεργασμένων λυμάτων να γίνεται στο ρέμα Ασπρόρεμα και τελικά στον Όρμο Ανοικτό (Θρακικό Πέλαγος), υδατικό περιβάλλον που δεν χαρακτηρίζεται ως ευαίσθητος αποδέκτης (ΚΥΑ 5673/400/97, ΦΕΚ 192Β/ και η τροποποίηση αυτής ΚΥΑ 19661, ΦΕΚ 1811 Β/ ). Η συλλογή, μεταφορά, επεξεργασία και διάθεση των αστικών λυμάτων διαφόρων εγκαταστάσεων (οικισμοί, ξενοδοχεία κλπ) υπόκειται στη συνταγματική αρχή που καθιστά υποχρεωτική την προστασία του περιβάλλοντος, στις γενικές ρυθμίσεις του Ν. 1650/86 για την προστασία του περιβάλλοντος και στις εξής ειδικές ρυθμίσεις: 44

52 1. Υγειονομική Διάταξη Ε1β/221/65 2. Οδηγία 91/271/ΕΟΚ 3. ΚΥΑ /4225/91 Η Ε1β/221/65 Υγειονομική Διάταξη ορίζει ότι απαιτείται η επεξεργασία των αστικών λυμάτων και η έκδοση της σχετικής άδειας από τις αρμόδιες υγειονομικές αρχές. Προσδιορίζει ότι η διάθεσή τους επιτρέπεται με προϋποθέσεις, σε επιφανειακά ύδατα (γλυκά εσωτερικά και θαλάσσια), στο έδαφος και στο υπέδαφος και επίσης ότι οι εγκαταστάσεις επεξεργασίας και διάθεσης θα πρέπει να είναι κατασκευασμένες με τρόπο ώστε να μην δημιουργούν επικίνδυνες, αντιαισθητικές ή οχληρές καταστάσεις. Η Οδηγία 91/271/ΕΟΚ για την επεξεργασία των αστικών λυμάτων που ενσωματώθηκε στην ελληνική έννομη τάξη με την ΚΥΑ 5673/400/ ορίζει ότι τα αστικά λύματα που διοχετεύονται σε αποχετευτικά δίκτυα και αποβάλλονται σε γλυκά ύδατα από οικισμούς με ισοδύναμο πληθυσμό μεταξύ 2000 και ατόμων θα πρέπει να υποβάλλονται σε δευτεροβάθμια ή ισοδύναμη επεξεργασία. Με βάση την ΟΙΚ 5673/400/ ΚΥΑ, όταν η διάθεση των λυμάτων γίνεται σε παράκτια νερά και οικισμούς με λιγότερο από ισοδύναμο πληθυσμό και όταν η διάθεση γίνεται σε γλυκά νερά από οικισμούς με λιγότερο από 2000 ισοδύναμο πληθυσμό, τότε πρέπει τα λύματα να υφίστανται κατάλληλη επεξεργασία. Κατάλληλη επεξεργασία είναι η επεξεργασία που επιτρέπει στον υδάτινο αποδέκτη να ανταποκρίνεται στους σχετικούς ποιοτικούς στόχους με βάση την καθοριζόμενη χρήση και τις συναφείς διατάξεις της κείμενης νομοθεσίας. Για οικισμούς με ι.κ. μεταξύ 2000 και τα λύματα που αποβάλλονται σε γλυκά ύδατα και σε εκβολές ποταμών πρέπει να υφίστανται δευτεροβάθμια επεξεργασία και να τηρούν τα παρακάτω όρια: BOD < 25 mg/l COD < 125 mg/l TSS < 35 mg/l Για το ολικό άζωτο και το ολικό φώσφορο η οδηγία της Ε.Ε. δε θέτει περιορισμούς παρά μόνο για οικισμούς άνω των ι.κ. οι οποίοι έχουν ως εξής: Total N < 15 mg/l P < 2 mg/l Η κοινοτική οδηγία δεν θέτει κανένα περιορισμό για την περίπτωση διάθεσης των επεξεργασμένων λυμάτων της Οργάνης διότι πρόκειται για οικισμό μικρότερο των 2000 ι.κ. Όμως εφόσον θεωρήσαμε ύπαρξη αποχετευτικού δικτύου, τα αστικά λύματα που θα διοχετεύονται σε αυτό θα πρέπει να υφίστανται κατάλληλη επεξεργασία που ανταποκρίνεται στους ποιοτικούς στόχους των Οδηγιών της Ε. Ένωσης με τα νερά δεδομένου ότι απορρίπτονται σε γλυκά ύδατα και εκβολές ποταμών. 45

53 Οπότε, μία εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων για τον οικισμό της Οργάνης θα πρέπει να ικανοποιεί τα όρια εξόδου που θέτει η οδηγία 91/271 του Συμβουλίου των Ευρωπαϊκών Κοινοτήτων. Πιο συγκεκριμένα, εφόσον ο πληθυσμός σχεδιασμού είναι 750 ι.κ. < 2000 ι.κ. και σύμφωνα με τον κατάλογο των ευαίσθητων περιοχών, όπως επικαιροποιήθηκε και συμπληρώθηκε με την Κ.Υ.Α /939/2002, οι εκροές της προτεινόμενης Ε.Ε.Λ. δεν θα διοχετεύονται σε ευαίσθητο αποδέκτη, τότε για την ποιότητα των εκροών λαμβάνονται υπόψη τα παραπάνω όρια μόνο για τα BOD, COD και TSS. Τα επιτρεπόμενα όρια θα επιτυγχάνονται με επεξεργασία των λυμάτων και όχι με αραίωση τους. Η διάθεση των λυμάτων θα γίνεται με υπόγειο αγωγό στο Άσπρο ρέμα, κατάντη της θέσης της Ε.Ε.Λ.. Όσον αφορά τη δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης των εκροών της Ε.Ε.Λ. για άρδευση, επισημαίνουμε ότι στη χώρα μας, η ανάκτηση και επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων βρίσκεται ακόμη σε προκαταρκτικό, ερευνητικό κυρίως, στάδιο. Ωστόσο υπάρχουν θετικές εμπειρίες από τις προσπάθειες που γίνονται. Επίσης, ειδικό νομοθέτημα δεν υπάρχει στη χώρα μας, που να αφορά την ανάκτηση και επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων λυμάτων για διάφορους σκοπούς, και κατ επέκταση δεν υπάρχουν προδιαγραφές ποιότητας για αυτά. Η ισχύουσα νομοθεσία περιορίζεται στην Υγειονομική Διάταξη 221/65 και στην εγκύκλιο Υ.Υ.Π. 64/ Για την εξασφάλιση της δυνατότητας επαναχρησιμοποίησης των εκροών προτεινόμενης Ε.Ε.Λ. για περιορισμένη άρδευση, λάβαμε υπόψη τα όρια του Πίνακα της

54 Πίνακας 4.5: Προτεινόμενα όρια για μικροβιολογικές και συμβατικές παραμέτρους στην περίπτωση επαναχρησιμοποίησης λυμάτων για άρδευση στην Ελλάδα Περιττωματικά κολοβακτηρίδια /FC 100 ml BOD5 (mg/l) SS (mg/l) Θολότητα (NTU) Προτεινόμενη επεξεργασία - Δευτεροβάθμια βιολογική α επεξεργασία Περιορισμένη άρδευση Δάση και περιοχές όπου δεν αναμένεται πρόσβαση του κοινού, καλλιέργειες ζωοτροφών, βιομηχανικές καλλιέργειες, λιβάδια, δένδρα (συμπεριλαμβανομένων των οπωροφόρων, με την προϋπόθεση ότι κατά τη συλλογή οι καρποί δεν βρίσκονται σε επαφή με το έδαφος), καλλιέργειες σπόρων και καλλιέργειες που παράγουν προϊόντα τα οποία υποβάλλονται σε περαιτέρω επεξεργασία πριν την κατανάλωσή τους 200 διάμεση τιμή 800 για το 95% των δειγμάτων 25 για το 95% των δειγμάτων 35 για το 95% των δειγμάτων Απολύμανση β Άρδευση με καταιονισμό δεν θα εφαρμόζεται Απεριόριστη άρδευση Όλες οι καλλιέργειες όπως 5 για το 80% λαχανικά, αμπέλια ή καλλιέργειες των δειγμάτων των οποίων τα προϊόντα καταναλώνονται ωμά, 15 για το 95% θερμοκήπια. Η απεριόριστη των δειγμάτων άρδευση επιτρέπει την εφαρμογή 100 μέγιστη τιμή διαφόρων μεθόδων εφαρμογής του νερού συμπεριλαμβανομένου του καταιονισμού 10 για το 80% των δειγμάτων 10 για το 80% των δειγμάτων 2 διάμεση τιμή Δευτεροβάθμια βιολογική α επεξεργασία Τριτοβάθμια β επεξεργασία Απολύμανση (Πηγή: Διημερίδα «Διαχείριση Υγρών Αποβλήτων με Αποκεντρωμένα Συστήματα Επεξεργασίας», Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π, 2005) α) Οι προτεινόμενες μέθοδοι δευτεροβάθμιας επεξεργασίας περιλαμβάνουν διάφορους τύπους του συστήματος ενεργού ιλύος, βιολογικά φίλτρα και περιστρεφόμενους βιολογικούς δίσκους. Άλλα συστήματα όπως φυσικά και επί τόπου συστήματα που παράγουν εκροή με ισοδύναμη ποιότητα (BOD/SS=25/35) είναι αποδεκτά κατόπιν επαρκούς τεκμηρίωσης. Οι συγκεντρώσεις αζώτου στην εκροή πρέπει να διατηρούνται χαμηλότερα από 30 mg/l, με εξαίρεση στις περιπτώσεις όπου υπάρχει μεγάλης διάρκειας αποθήκευση των λυμάτων σε ταμιευτήρες όπου οι συγκεντρώσεις αζώτου και φωσφόρου πρέπει να διατηρούνται σε 15 mg/l και 4 mg/l αντίστοιχα. β) Χλωρίωση, οζόνωση ή άλλου είδους απολυμαντικές ενώσεις, υπεριώδεις ακτινοβολία (UV), μέθοδοι μεμβρανών γ) Το τυπικό σύστημα περιλαμβάνει: κροκίδωση, συσσωμάτωση, καθίζηση, διύλιση. Απευθείας διύλιση ή διύλιση επαφής μπορεί να εφαρμοστεί στις περιπτώσεις όπου η δευτεροβάθμια εκροή περιέχει λιγότερα από 20 mg/l SS για το 80% των δειγμάτων. 47 γ

55 Κεφάλαιο 5 Περιγραφή των τεχνικών χαρακτηριστικών της Ε.Ε.Λ. 5.1 Περιγραφή Διαγράμματος Ροής Εγκατάστασης Η επιλογή των μονάδων και ο σχεδιασμός τοποθέτησής τους στο χώρο γίνεται με βάση την τριακονταετία, όπως αναφέρθηκε και παραπάνω. Λαμβάνεται μέριμνα ώστε όλες οι επιμέρους μονάδες να λειτουργούν σε δύο γραμμές παράλληλα. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται η λειτουργία της εγκατάστασης και σε περιπτώσεις συντήρησης ή σφαλμάτων σε μια από τις δύο γραμμές. Επίσης, βασικός στόχος είναι η ευέλικτη λειτουργία της εγκατάστασης για τις περιπτώσεις διακύμανσης των παροχών και των φορτίων. Τα λύματα θα οδηγούνται με βαρύτητα στο φρεάτιο-κανάλι εισόδου της εγκατάστασης το οποίο στη συνέχεια χωρίζεται σε δύο κανάλια, όπου τοποθετούνται δύο εσχάρες. Οι εσχάρες προτείνεται ν απομονώνονται με την τοποθέτηση θυροφραγμάτων, πριν την κάθε διαδρομή, για τη συντήρησή τους. Τα δύο κανάλια θα συγκλίνουν πάλι σε ένα, όπου τοποθετείται τριγωνικός υπερχειλιστής λεπτής στέψης για τη μέτρηση της παροχής. Μετά τη μέτρηση της παροχής τα λύματα θα συγκεντρώνονται στην αναερόβια δεξαμενή πρωτοβάθμιας καθίζησης. Για έκτακτες περιπτώσεις ή για συντήρηση, θα μπορούσε να προβλεφθεί η κατασκευή παράκαμψής της. Η αναερόβια επεξεργασία της ιλύος θα χει ως στόχο την μετατροπή της σε ένα αβλαβές και αφυδατωμένο υλικό καθώς ένα κλάσμα των οργανικών στερεών μετατρέπεται βιολογικά σε μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα, ενώ πολλοί παθογόνοι μικροοργανισμοί καταστρέφονται. Το τελικό προϊόν είναι μια σταθεροποιημένη ιλύς, η οποία μπορεί να εναποτεθεί με ασφάλεια στο έδαφος. Έτσι, η λάσπη που θα συγκεντρώνεται στον πυθμένα της δεξαμενής, θα καθιζάνει και θα υφίσταται αναερόβια χώνευση. Από εκεί προβλέπεται ν απομακρύνεται και να διατίθεται ως εδαφοβελτιωτικό σε παρακείμενους αγρούς ή κοινοτικές άγονες εκτάσεις. Έτσι, δεν πρόκειται να επηρεάσει το ρέμα. Η έξοδος από την αναερόβια δεξαμενή θα καταλήγει στο σίφωνα Ι σταδίου για τη διακοπτόμενη φόρτιση των κλινών δευτεροβάθμιας επεξεργασίας κατακόρυφου ροής. Θα τοποθετηθούν 3 κλίνες για το στάδιο Ι της δευτεροβάθμιας επεξεργασίας με ωφέλιμη επιφάνεια 375 m2 η κάθε μία. Οι δεξαμενές προτείνεται να στεγανοποιηθούν με γεωμεμβράνη HDPE πάχους 1mm, να έχουν κλίση πρανών 2:1, πάχος (βάθος αδρανών) 80 cm και ελεύθερο περιθώριο (free board) 48

56 35 cm. Η τροφοδοσία τους θα γίνεται σε δόσεις ώστε να πλημμυρίζει όλη η άνω στρώση κάθε κλίνης επεξεργασίας. Μετά το πρώτο στάδιο της δευτεροβάθμιας επεξεργασίας τα λύματα θα εισέρχονται στις δευτεροβάθμιες κλίνες του Σταδίου ΙΙ μέσω του σίφωνα του δευτέρου σταδίου. Προτείνεται η κατασκευή 2 κλινών με ωφέλιμη επιφάνεια 375 m2 η κάθε μία. Τα λύματα θα οδηγούνται στη συνέχεια για τριτοβάθμια επεξεργασία Σταδίου ΙΙΙ σε 4 κλίνες οριζόντιας ροής με ωφέλιμη επιφάνεια 475,8 m2 η κάθε μία. Η κύρια λειτουργία τους είναι η μείωση του οξειδωμένου αζώτου (απονιτροποίηση). Και αυτές οι δεξαμενές συνιστάται να στεγανοποιηθούν με γεωμεμβράνη HDPE πάχους 1 mm. Η κλίση πρανών τους θα είναι 2:1 και το πάχος (βάθος) αδρανών 55 cm και ελεύθερο περιθώριο (free board) 30cm. Η τροφοδοσία τους θα γίνεται σε δόσεις και η στάθμη του νερού θα ρυθμίζεται από τα κατάντη, ώστε σε κάθε κλίνη επεξεργασίας να είναι ενεργό το σύνολο του φίλτρου. Η μονάδα απολύμανσης θα λειτουργεί μόνο σε περίπτωση που υπάρξει ανάγκη για επαναχρησιμοποίηση των εκροών, και θα είναι τύπου UV. Τέλος, θα υπάρχει φρεάτιο εξόδου προς το Ασπρόρεμα. Στο φρεάτιο αυτό θα καταλήγει και ο αγωγός παράκαμψης διαφόρων σταδίων επεξεργασίας. Στους πίνακες 5.1 και 5.2 παρουσιάζονται τα κύρια χαρακτηριστικά των μονάδων της εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων. Η πρόσβαση στη μονάδα Ε.Ε.Λ. είναι δυνατόν να πραγματοποιείται από υφιστάμενη αγροτική σκυρόστρωτη οδό. 49

57 Πίνακας 5.1: Χαρακτηριστικά γεωμετρικά στοιχεία Ε.Ε.Λ. Οργάνης Προσαγωγός Αναερόβια δεξαμενή L =250 m Qd = 120 m /d Φ200 Vδεξ. = 600 m, Aδεξ = 120 m Jεδ=Jαγ =2,4% Χρόνος παραμονής: tαν. = 5 d Qαιχμ=6,35 l/s Hλυμ. = 4,5m ο Πληρότητα: 1o τμήμα: 2 τμήμα: y/d=0,24 (<0,5) 10,0m x 8,0m x 5,0m 6,6m x 8,0m x 5,0m Hπυθμένος=+371,4m, Ηύδατος=+375,9m Umax = 1,16 m/s Hστέψης= +376,65m. Πίνακας 5.2: Χαρακτηριστικά των κλινών επεξεργασίας Ε.Ε.Λ. Οργάνης ο ο ο Κλίνη 1 βάθμιας Κλίνη 2 βάθμιας Κλίνη 3 βάθμιας Επεξεργασίας Επεξεργασίας Επεξεργασίας (Στάδιο Ι) (Στάδιο ΙΙ) (Στάδιο ΙΙΙ) Ωφέλιμη επιφάνεια (m /ι.κ.) 1,5 1,0 1,5 Συνολικός αριθμός κλινών - δεξαμενών ,8 (16,7 x 22,4) (16,7 x 22,4) (52,0 x 9,15) Επιφάνεια κλίνης (m ) Εξωτ. Διαστάσεις (m x m) (18,1 x 23,8) (18,1 x 23,8) (53,2 x 10,35) Ωφέλιμη Επιφάνεια κλίνης (m ) 2 2 Συνολική Επιφάνεια (m ) 50

58 51 Ασπρόρεμα 15: Καλάμια (Phragmites australis), 16: Δεξαμενή κομποστοποίησης καλαμιών ] 12: Ασπρόρεμα, 13:Κάδος συλλογής απορριμμάτων, 14: Χωνεμένη λάσπη ως εδαφοβελτιωτικό, 10: Μονάδα απολύμανσης UV, 11: Φρεάτιο Εξόδου, 4:Τροφοδοσία μέσω Σίφωνα, 5: Κλίνες κατακόρυφης ροής (Α στάδιο), 7:Κλίνες κατακόρυφης ροής (Β στάδιο), 9: Κλίνες οριζόντιας ροής (Γ στάδιο), Εικόνα 5.1: Διάγραμμα Ροής [ 1: φρεάτιο εισόδου, 2: εσχάρωση, 3-6-8: Φρεάτιο σιφωνισμού. Ανοικτό Π. Λίσσος (Φιλιουρής) Όρμος ΘΡΑΚΙΚΟ ΠΕΛΑΓΟΣ

59 5.2 Έργα εκτός της κυρίως μονάδας επεξεργασίας Προς το παρόν δεν υπάρχει εσωτερικό αποχετευτικό δίκτυο στον οικισμό Οργάνης καθώς εξυπηρετείται μερικώς με βόθρους ενώ το υπόλοιπο μέρος των λυμάτων διοχετεύεται ανεξέλεγκτα και χωρίς επεξεργασία στον κεντρικό αγροτικό δρόμο και το ρέμα που διαπερνά τον οικισμό. Η υφιστάμενη κατάσταση δημιουργεί τριτοκοσμικές συνθήκες διαβίωσης και επιτάσσει την δημιουργία κατάλληλων υποδομών δεδομένου ότι πρόκειται για την έδρα της κοινότητας και τον μεγαλύτερο σε πληθυσμό οικισμό μιας περιοχής με ιδιαίτερο πολιτισμικό χαρακτήρα η οποία θα μπορούσε να αξιοποιηθεί και τουριστικά. Οπότε τα λύματα θα μπορούσαν να μεταφερθούν με ένα κεντρικό συλλεκτήριο αγωγό παραπλεύρως του ρέματος που θα διασχίζει τον οικισμό. 5.3 Προσαγωγός Από την έξοδο του θεωρούμενου εσωτερικού αποχετευτικού δικτύου προβλέπεται να κατασκευασθεί αγωγός συνολικού μήκους 250 m περίπου. Ο αγωγός αυτός θα συνδέει το εσωτερικό δίκτυο της Οργάνης με τη μονάδα επεξεργασίας. Ο αγωγός διαμέτρου Φ200, σε όλο του το μήκος, κρίνεται επαρκής για τις ανάγκες που πρόκειται να εξυπηρετήσει, ενώ η κλίση του εδάφους, η οποία ξεπερνά το 2,4% είναι αποδεκτή και δεν θα υπάρχει ανάγκη άντλησης των λυμάτων. Με παροχή αιχμής Q = 6,35 l/s, η ταχύτητα των λυμάτων μέσα στον αγωγό φτάνει το 1,16 m/s με μέση κλίση 2,4%. Η πληρότητα του αγωγού y/d είναι ίση με 0,24 (< 0,5). Επίσης, κατά μήκος του αγωγού θα κατασκευαστούν φρεάτια επισκέψεως. Τέλος, για την προστασία του, ο αγωγός θα εγκιβωτιστεί με άμμο. 5.4 Φρεάτιο εισόδου Μετά τη μέτρηση της παροχής τα λύματα θα συγκεντρώνονται στο φρεάτιο σιφωνισμού για τη διακοπτόμενη φόρτιση των κλινών πρωτοβάθμιας επεξεργασίας κατακόρυφης ροής. Το φρεάτιο στην κεφαλή του έργου θα δέχεται την παροχή αιχμής του συστήματος, καθώς το σύστημα δεν θα χει εξισορροπήσει την παροχή. Επιλέγεται λοιπόν στάθμη εισόδου και υπερχείλισης από το φρεάτιο εισόδου 376,0 m. Το φρεάτιο εισόδου θα έχει διαστάσεις 1,0 x 1,0 m (εσωτερικά), ενώ το (εσωτερικό) ύψος του θα είναι 1,0 m. Τα πλευρικά τοιχώματά του, καθώς και ο πυθμένας του, θα κατασκευαστούν από οπλισμένο σκυρόδεμα πάχους 0,2 m, ενώ το καπάκι του θα είναι μεταλλικό. Στην έξοδο του φρεατίου θα τοποθετηθεί αγωγός PVC διαμέτρου Φ200, ο οποίος και θα μεταφέρει λύματα στην εσχάρωση. Όλοι οι σίφωνες του έργου θα είναι μηχανικοί και αυτοεκκενούμενοι. 5.5 Εσχάρωση Στην κεφαλή του έργου, σε συνέχεια του φρεατίου και σε επαφή με αυτό, θα κατασκευαστεί μία εσχάρωση από οπλισμένο σκυρόδεμα, η οποία θα παρακρατά όλα τα φερτά (σακούλες, νάιλον, μεγάλα χαλίκια κλπ), που θα εισέρχονται μαζί με τα λύματα στον αγωγό μεταφοράς. Η στάθμη εισόδου και εξόδου των λυμάτων στην εσχάρωση είναι στο +375,95m. 52

60 Η εσχάρωση θα αποτελείται από το κυρίως τμήμα της διαστάσεων 0,50m πλάτος x 4,50m μήκος και 0,60m ύψος. Σε αυτό το τμήμα θα τοποθετηθεί μία κεκλιμένη σχάρα (1:2) συγκράτησης των φερτών και ένα διάτρητο δοχείο συλλογής των φερτών. Η σχάρα θα τοποθετηθεί σε απόσταση 2,0m από την είσοδο της εσχάρωσης και με κλίση 1:2 (υ:π). Το πλάτος της θα είναι ίσο με το πλάτος του καναλιού (0,50m), ενώ το κεκλιμένο μήκος της θα είναι 1,10m. Η σχάρα, που προτείνεται, θα είναι εξ ολοκλήρου κατασκευασμένη από γαλβανισμένες λάμες και ράβδους και θα στερεωθεί σε δύο οριζόντιες ράβδους πάχους 1cm x 1cm, στο επάνω και κάτω μέρος της. Την παρακράτηση των ανεπιθύμητων αντικειμένων θα αναλάβουν λάμες 0,50cm x 2cm, οι οποίες θα ηλεκτροσυγκοληθούν κάθετα ως προς τις πρώτες και οι οποίες θα απέχουν μεταξύ τους 1cm. Το διάτρητο δοχείο, του οποίου η θέση θα είναι ακριβώς μετά τη σχάρα και στο πάνω μέρος αυτής, έχει σαν σκοπό την εύκολη συλλογή και απόρριψη των αντικειμένων που θα παρακρατούνται στην σχάρα (πέτρες, ξύλα, νάιλον κλπ). Για λόγους ασφαλούς λειτουργίας του έργου προτείνεται η κατασκευή και υπερχείλισης, για την περίπτωση έμφραξης της κυρίως σχάρας. Η σχάρα υπερχείλισης μπορεί να κατασκευασθεί, όπως ακριβώς και η πρώτη, μόνο που το πλάτος της θα είναι 2,00m και το κεκλιμένο μήκος της 0,55m, ενώ η κλίση της θα είναι ήπια (1:2.5). Εάν φράξει και η δεύτερη σχάρα τότε τα λύματα θα υπερχειλίζουν πάνω από την κύρια σχάρα και το δοχείο συλλογής. Η εσχάρωση συνηθίζεται να φτιάχνεται από οπλισμένο σκυρόδεμα, με πάχος τοιχίων και πυθμένα 0,20m. Στην έξοδο της εσχάρωσης θα τοποθετηθεί αγωγός Φ200 από PVC, ο οποίος θα μεταφέρει λύματα στο φρεάτιο του σίφωνα του Ι σταδίου επεξεργασίας. Για την αποφυγή έμφραξης των σχαρών συνιστάται η επίσκεψη και ο καθαρισμός τους κάθε δύο με τρεις μέρες, κατά το αρχικό στάδιο της λειτουργίας του έργου, ενώ η εμπειρία θα κρίνει τη συχνότητα των καθαρισμών στο μέλλον. Η διαστασιολόγηση των σχαρών στηρίχθηκε στις τυπικές παραμέτρους σχεδιασμού για χειροκαθαριζόμενες χονδρές σχάρες (Metcalf and Eddy, 1991). Η κάτοψη και η τομή της σχάρας παρουσιάζεται στο παράρτημα Α. 53

61 5.6 Αναερόβια δεξαμενή Γενικά, οι αναερόβιες δεξαμενές χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία ισχυρών λυμάτων. Στην παρούσα εφαρμογή προβλέπεται μία αναερόβια δεξαμενή, η οποία θα δέχεται πρώτη τα εσχαρισμένα υγρά απόβλητα. Εικόνα 5.2: Σχηματική παράσταση λειτουργίας αναερόβιας δεξαμενής Οι δεξαμενές αυτές μπορούν να οριστούν ως αντιδραστήρες που κατασκευάζονται μέσω εκσκαφών και συμπυκνωμένων επιχωμάτων, έτσι ώστε να έχουν τη δυνατότητα αποθήκευσης των υγρών αποβλήτων για ένα προκαθορισμένο χρονικό διάστημα που απαιτείται για την μείωση του οργανικού και μικροβιακού φορτίου. Για τη διατήρηση των αναερόβιων συνθηκών οι δεξαμενές αυτές πρέπει να κατασκευάζονται με μικρή επιφάνεια και μεγάλο βάθος (2-5 m). Τέλος, ο χρόνος που παραμένουν τα απόβλητα μέσα στη δεξαμενή είναι αρκετά σύντομος (1-5 μέρες) σε σχέση με άλλους τύπους λιμνών.(τσιχριντζής Β., Καρτέρης Α., 2000) Πίνακας 5.3: Αφαίρεση BOD5 συναρτήσει του χρόνου παραμονής (WHO 1987) Θερμοκρασία 0 Υδραυλικός χρόνος Μείωση BOD5 (%) ( C) παραμονής (ημέρες) < , > 30 Μετά την έξοδο από την εσχάρωση τα λύματα οδηγούνται μέσω ενός αγωγού Φ200 στην αναερόβια δεξαμενή. O υπολογισμός των αναερόβιων δεξαμενών σταθεροποίησης γίνεται βάσει του ογκομετρικού οργανικού φορτίου και του χρόνου παραμονής. Ο υπολογισμός βάσει του επιφανειακού οργανικού φορτίου πρέπει να αποφεύγεται (σε αντίθεση με τις 54

62 επαμφοτερίζουσες δεξαμενές). Σημαντική παράμετρος σχεδιασμού είναι, όπως αναμένεται, η θερμοκρασία του νερού στην δεξαμενή (Τσιχριντζής Β., 2000). Οι Mara and Pearson (1987) αναφέρουν ότι δεν υπάρχει εμπειρία απόδοσης αναερόβιων δεξαμενών στις Μεσογειακές χώρες της Ευρώπης. Υπάρχει όμως εμπειρία από την Βαυαρία της Γερμανίας, όπου αν και το κλίμα είναι πιο κρύο, τέτοιες δεξαμενές λειτουργούν σχετικά καλά, ακόμη και το χειμώνα. Ο ελάχιστος όγκος σχεδιασμού εκεί είναι 0,5 m3 /άτομο ή περίπου 100 g BOD5 /m3 /ημέρα. Επίσης, κατά τους Mara and Pearson (1987), στις μεσογειακές χώρες της Ευρώπης, η θερμοκρασία του χειμώνα είναι μικρότερη των 15 οc, κάτω από την οποία η δράση των μεθανοβακτηρίων σταματά. Κατά συνέπεια, το οργανικό φορτίο για σχεδιασμό τον χειμώνα πρέπει να περιορίζεται στην τιμή της Βαυαρίας (100 g BOD5 /m3 /ημέρα). Στο σχεδιασμό για το καλοκαίρι το οργανικό φορτίο μπορεί να αυξηθεί μέχρι 300 g BOD5 /m3 /ημέρα, αλλά τούτο πρέπει να γίνεται με ιδιαίτερη προσοχή. Για την Ελλάδα, όπου τα δεδομένα είναι περιορισμένα, προτιμότερο είναι να χρησιμοποιείται στον σχεδιασμό το χειμερινό επιτρεπόμενο οργανικό φορτίο (δηλαδή 100 g BOD5 /m3 /ημέρα) και για το σχεδιασμό το καλοκαίρι. Οπότε με την κατάλληλη τιμή λv (το επιτρεπόμενο ρυπαντικό φορτίο ανά μονάδα όγκου, σε g BOD5 /m3. day), ο όγκος της αναερόβιας δεξαμενής δίνεται από τη σχέση : V = L x Q/ λv (m3) (εξ. 5.1) Όπου: L, η συγκέντρωση του BOD5 στα υγρά απόβλητα εισόδου, σε mg/l (=g/m3), Q, η παροχή εισόδου των υγρών αποβλήτων, m3/ημ. Για τη δυσμενή περίπτωση κατά την οποία Τ< 10 οc, για την οποία θεωρούμε το λν =100 (g BOD5 /m3/ ημ.), η μέση απομάκρυνση BOD5 αναμένεται να είναι της τάξης περίπου του 40%. Ενώ για τη θερινή περίοδο εκτιμάται, με προσοχή, ότι αυξάνεται από 40% έως 60% (Παρισόπουλος, 2001). Πιο αναλυτικά, για την διαστασιολόγηση της αναερόβιας δεξαμενής λαμβάνουμε αρχικά υπόψη: Τη ροή στο σύστημα: Q = (750 άτομα) x (160 L/άτομο/ημέρα) x10-3 (m3/l) = 120 m3/ημ. (χειμώνα και καλοκαίρι) Τη συγκέντρωση BOD5 στα λύματα: ΣBOD5εισροή=[ (60 g/άτομο/ημ.) / (160 L/άτομο/ημ.) ] x (1000 mg/g) = 375 mg/l Όπως αναφέραμε και παραπάνω, στα κλιματολογικά στοιχεία της περιοχής, η μέση θερμοκρασία αέρα για τον χειμώνα εκτιμάται στους 1,5 0C και για τη θερινή περίοδο στους 13 55

63 0 C. Η θερμοκρασία της δεξαμενής θα θεωρηθεί ίση με την μέση θερμοκρασία του αέρα κατά τη χειμερινή και θερινή περίοδο αντίστοιχα. Οργανικό φορτίο BOD: Χειμώνας: ΦBOD = (60 g/άτομο/ημ.) x (750 άτομα) = g/ημ. Επιτρεπόμενο οργανικό φορτίο (Τσιχριντζής Β., 2000): Χειμώνας: 100g BOD/m3/ημ. Καλοκαίρι: 100g BOD/m3/ημ. (Θα γίνει υπολογισμός και για 300 g BOD/m3/ημ.) Χρησιμοποιώντας επιτρεπόμενο οργανικό φορτίο 100 g BOD5 /m3 /ημέρα για τον χειμώνα και το καλοκαίρι (συντηρητική παραδοχή) προκύπτει ο ακόλουθος απαιτούμενος όγκος: Χειμώνας Καλοκαίρι: V =45000 (g/ημ.) / 100 (g BOD5 /m3 /ημ.) = 450 m3 Χρησιμοποιώντας επιτρεπόμενο οργανικό φορτίο 100 g BOD5 /m3 /ημ. για τον χειμώνα και 300 g BOD5 /m3 /ημ. για το καλοκαίρι έχουμε: Χειμώνας: V =45000 (g/ημ.) / 100 (g BOD5 /m3 /ημ.) = 450 m3 Καλοκαίρι: V =45000 (g/ημ.) / 300 (g BOD5 /m3 /ημ.) = 150 m3 Επομένως, η δεξαμενή πρέπει να σχεδιαστεί για ένα όγκο μεταξύ 450 m3 και 150 m3. Ο χρόνος παραμονής της δεξαμενής υπολογίζεται ως ακολούθως: Για όγκο 450 m3 : Τ = V / Q = 450 m3/ 120 m3/ημ. = 3,75 ημ. Για όγκο 150 m3 : Τ = V / Q = 150 m3/ 120 m3/ημ. = 1,25 ημ. Συγκρίνοντας τους υπολογισθέντες χρόνους παραμονής με αυτούς που παρουσιάστηκαν στον πίνακα 5.3, παρατηρείται ότι για την θερμοκρασία των 1,5 0C ο ελάχιστος χρόνος παραμονής για να επιτευχθεί αφαίρεση 30-40% είναι 5 ημέρες. Άρα, ο σχεδιασμός για τον χειμώνα δεν είναι επαρκής. Για τους 13 0C της θερινής περιόδου, ο πίνακας 5.3 αναφέρει ένα ελάχιστο χρόνο παραμονής 4-5 ημέρες για αφαίρεση 30-40%. Επομένως, ούτε ο σχεδιασμός για το καλοκαίρι κρίνεται επαρκής. Σε αυτήν την περίπτωση, ελέγχουμε πάλι το χρόνο παραμονής για τις δύο περιόδους. Χειμώνας: Τ = V / Q = 5 Vx / 120 (m3 / ημ.) = 5 Vx = 600 m3 Καλοκαίρι: Τ = V / Q = 4,5 Vκ / 120 (m3 / ημ.) = 4,5 Vκ = 540 m3 Άρα ο όγκος της δεξαμενής πρέπει να είναι ίσος: Vδεξ = 600m3. 56

64 Στη συνέχεια, αν το βάθος της δεξαμενής θεωρηθεί ίσο με 5,0m, τότε η απαιτούμενη επιφάνεια της είναι: A = V / h = 600 m3 / 5,0m Aδεξ = 120 m2 Με αυτόν τον όγκο, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, εξασφαλίζεται ένας μέσος χρόνος παραμονής: Ταν = 600 m3/ 120 m3/ ημ. = 5 ημέρες Υπό αυτές τις συνθήκες μπορεί να θεωρηθεί ότι η αφαίρεση του BOD ισούται με 40% (χειμερινή και θερινή περίοδο), και κατά συνέπεια, η συγκέντρωση BOD στην εκροή θα είναι: ΣBOD5εκροή= (375mg/L) x 0,6 = 225 mg/l Η δεξαμενή θα είναι χωρισμένη σε δύο τμήματα. Το πρώτο τμήμα θα έχει εσωτερικές διαστάσεις 10,0m x 8,0m x 5,0m ύψος, ενώ το δεύτερο 6,6m x 8,0m x 5,0m ύψος. Αυτός ο διαχωρισμός σκοπό έχει να παραμείνει η λάσπη από την αναερόβια επεξεργασία στο πρώτο κυρίως τμήμα, καθώς και να γίνεται μεγαλύτερη η μέση διαδρομή, με αποτέλεσμα ο χρόνος παραμονής μέσα στη δεξαμενή να αυξάνεται και το φαινόμενο δημιουργίας νεκρών όγκων να μειώνεται. Μάλιστα για τη διαίρεση λήφθηκε υπόψη η οδηγία στο άρθρο 9 της Υ.Α. 221/65 (ΦΕΚ 138/Β/ ) : «Εις περίπτωσιν δεξαμενής με περισσότερα του ενός διαμερίσματα, η χωρητικότης του πρώτου εξ αυτών δεν πρέπει να είναι μικρότερα των 2/3 της ολικής χωρητικότητας». Από τα 5,0m που θα έχουν ύψος οι δεξαμενές εκμεταλλεύσιμα είναι μόνο τα 4,5m. Η αναερόβια δεξαμενή θα έχει βάση πυθμένα στο +371,4m, στάθμη ύδατος στο +375,9m και στέψη στο +376,65m. 5.7 Σίφωνας πρώτου σταδίου κλινών Σκοπός της τοποθέτησης του αυτοεκκενωμένου σίφωνα είναι η τροφοδοσία των κλινών επεξεργασίας με ασυνεχή ροή (παροχή κατά δόσεις). Κατά την πλήρωση της δεξαμενής με λύματα, η άνωση που θα εξασκηθεί στον πλωτήρα, θα τον ανυψώσει μαζί με τους σωλήνες που εξαρτώνται απ αυτόν, μέχρι το σημείο στο οποίο η κίνηση αυτή θα εμποδιστεί από το stop. Η θέση του stop έχει ήδη καθορισθεί από το χρήστη της εγκατάστασης. Όταν η κίνηση του πλωτήρα σταματήσει, τα λύματα, που θα συνεχίσουν να εισέρχονται στη δεξαμενή, θα καλύψουν τον πλωτήρα και θα εισρεύσουν στο εσωτερικό του από τα ανοίγματα που υπάρχουν στο άνω μέρος του. Όταν το βάρος των λυμάτων εντός του πλωτήρα, επιπρόσθετα με το βάρος του πλωτήρα και των σωλήνων, γίνει μεγαλύτερο από την άνωση, ο πλωτήρας θα βυθισθεί και θα επιστρέψει στην αρχική του θέση. Στο σημείο αυτό θα ξεκινήσει και η λειτουργία του σίφωνα, δηλαδή η ροή των λυμάτων εκτός της δεξαμενής, μέσω των σωλήνων, η οποία θα οφείλεται στη διαφορά υδραυλικής στάθμης. Η λειτουργία 57

65 του σίφωνα διακόπτεται, όταν η στάθμη εντός της δεξαμενής και εντός του πλωτήρα υποβιβασθεί σε επίπεδο, στο οποίο είναι δυνατή η εισρόφηση αέρα από τους σωλήνες. Από τη χρονική αυτή στιγμή η λειτουργία επαναλαμβάνεται όπως προηγουμένως. Τα εσχαρισμένα λύματα, μέσω ενός φρεατίου θα καταλήγουν στο φρεάτιο του σίφωνα του Ι σταδίου των κλινών. Προκειμένου οι κλίνες κατακόρυφης ροής να επεξεργαστούν στο μέγιστο βαθμό τα λύματα χρειάζεται να φορτίζονται σε μικρό χρονικό διάστημα (έστω 5 min), ώστε να δημιουργείται στάθμη μέσα σε αυτές περίπου 0,05m. Η διαστασιολόγηση των σιφώνων έγινε κατά προσέγγιση εξαιτίας της αδυναμίας εύρεσης της αντίστοιχης βιβλιογραφίας, και με βάση την απαιτούμενη παροχή δόσης των λυμάτων και την πρακτική εφαρμογή σε παρόμοιας δυναμικότητας Ε.Ε.Λ. (Ε.Ε.Λ. Καλλιθέας- Λευκώνα, Δήμου Πρεσπών). Ο σίφωνας θα έχει διαστάσεις 5,5m x 4,55m εσωτερικά και βάθος 1,3m. Ο καθαρός όγκος ταμίευσης θα ανέρχεται σε 20,0m3 (=5,5m x 4,55m x 0,80m). Όταν η στάθμη των λυμάτων μέσα στο φρεάτιο του σίφωνα φτάσει στα 0,80m, τότε ο πλωτήρας θα καταβυθίζεται και με σιφωνισμό θα αδειάζει το φρεάτιο προς τις κλίνες του Ι σταδίου. Ένα σύμπλεγμα βανών θα καθορίζει κάθε φορά την κλίνη η οποία πρόκειται να φορτιστεί. Εικόνα 5.3: Σίφωνας της Ε.Ε.Λ. Ν. Μ 58

66 5.8 Σίφωνας δευτέρου σταδίου κλινών Πριν το δεύτερο στάδιο επεξεργασίας των λυμάτων με κλίνες κατακόρυφης ροής κατασκευάζεται σίφωνας, ώστε να είναι δυνατή η μεταφορά των λυμάτων από το πρώτο στο δεύτερο στάδιο επεξεργασίας. Ο σίφωνας θα έχει εισροή στο +373,5m. Το βάθος του θα είναι 0,80m (+372,7m), ενώ η εκροή θα γίνεται από ένα σκαλοπάτι 0,20m χαμηλότερα (+372,5m). Η έξοδος από το σίφωνα των λυμάτων θα γίνεται από το +372,90m. Το φρεάτιο του σιφωνισμού θα πληρώνεται με λύματα μέχρι του +373,5m (0,80m ύψος λυμάτων). Ο όγκος των λυμάτων που θα αποθηκεύεται στο φρεάτιο θα είναι περίπου 20,00 m3 (5,5 x 4,55 x 0,8). Με άλλα λόγια, οι σίφωνες πρώτου και δευτέρου σταδίου κλινών είναι ιδίων διαστάσεων. Η εκροή των λυμάτων θα γίνεται 0,50m χαμηλότερα από την βάση του σίφωνα. Η επιλογή σίφωνα διαστάσεων 5,5m μήκους, 4,55m πλάτους και βάθους λυμάτων 0,80m, εκτιμάται ότι θα έχει μέγιστη απόδοση περίπου 200 m3/hr. Πίνακας 5.4: Χαρακτηριστικά σιφώνων I & II σταδίων Φρεάτια σίφωνα Ι & ΙΙ σταδίου 2 Επιφάνεια βάσης τυπικής λεκάνης: 375 m Απαιτούμενος όγκος δόσης λυμάτων: 375 m x 0,05m =18,75 m Διαστάσεις φρεατίου: 5,5m x 4,55m x 0,8m (βάθος) Καθαρός όγκος ταμίευσης λυμάτων: 20,0 m Χρόνος δόσης: 5 min Παροχή σίφωνα ωριαία: 16,7m X m /hr Μέγιστη απόδοση: 200 m /hr Απαιτούμενος μηχανισμός σίφωνα: Φ Πίνακας 5.5: Χαρακτηριστικά σιφώνων ΙII σταδίου Φρεάτιο σίφωνα ΙΙΙ σταδίου Διαστάσεις φρεατίου: 5,5m x 4,55m x 0,4m (βάθος) Καθαρός όγκος ταμίευσης λυμάτων: 10,0 m Μέγιστη απόδοση: 100 m /hr Απαιτούμενος μηχανισμός σίφωνα: Φ

67 5.9 Κλίνες κατακόρυφης ροής ( Ι & ΙΙ στάδιο επεξεργασίας) Γενικά για τα μοντέλα σχεδιασμού τεχνητών υγροβιοτόπων Η μοντελοποίηση συστημάτων τεχνητών υγροβιοτόπων γίνεται κυρίως με στατιστική ανάλυση δεδομένων εισροής και εκροής από λειτουργούσες εγκαταστάσεις. Ένας τρόπος αξιοποίησης των δεδομένων εισόδου και εξόδου είναι οι εξισώσεις γραμμικής παλινδρόμησης (Kadlec and Knight, 1996; Rousseau et al., 2004a). Το μειονέκτημα των γραμμικών αυτών εξισώσεων είναι ότι αντιμετωπίζουν το σύστημα των τεχνητών υγροβιοτόπων σαν ένα μαύρο κουτί, χωρίς να λαμβάνουν υπόψη τις εσωτερικές διεργασίες. Οι εξισώσεις αυτές καταλήγουν να περιγράφουν ένα περίπλοκο σύστημα με τη χρήση μόνο δύο ή τριών παραμέτρων (Rousseau et al., 2004a). Ένας άλλος τρόπος για τη μοντελοποίηση συστημάτων τεχνητών υγροβιοτόπων είναι τα μοντέλα πρώτης τάξης, τα οποία είναι ευρέως διαδεδομένα και χρησιμοποιούνται ευρέως στο σχεδιασμό τους (Rousseau et al., 2004b). Τα μοντέλα πρώτης τάξης ενσωματώνουν την επίδραση διαφόρων παραμέτρων, όπως είναι η συγκέντρωση εισροής, η παροχή και η θερμοκρασία, ενώ υποθέτουν ότι η συμπεριφορά των συστημάτων προσομοιώνεται από έναν αντιδραστήρα εμβολoειδούς ροής Μοντέλο σχεδιασμού υγροβιότοπου κατακόρυφης ροής Σε έναν υγροβιότοπο κατακόρυφης ροής, τα υγρά απόβλητα εφαρμόζονται ομοιόμορφα στην κορυφή της κλίνης και η εκροή ρέει μέσω διάτρητων σωλήνων στον πυθμένα, παράλληλα στον μακρύ άξονα της κλίνης. Η ιδέα βασίζεται σε εργασία του Seidel (1966) και είναι σε χρήση σε πολλές τοποθεσίες στην Ευρώπη. Το σύστημα τυπικά αποτελείται από δύο γκρουπ, ή στάδια, κελιών κατακόρυφης ροής σε σειρά ακολουθούμενα από ένα ή περισσότερα οριζόντιας ροής κελιά τελικού καθαρισμού. Κάθε στάδιο μονάδας κατακόρυφης ροής αποτελείται από πολλά κελιά εν παραλλήλω και το υγρά απόβλητα εφαρμόζονται περιοδικά με τη σειρά. Στα συγκεκριμένα συστήματα υγροβιοτόπων κατακόρυφης ροής στην Ευρώπη, εφαρμόζονται είτε πρωτοβάθμιες εκροές (τυπικά από σηπτική δεξαμενή), είτε σε ορισμένες περιπτώσεις ακατέργαστα λύματα. Υπάρχουν ανεπαρκή δεδομένα λειτουργίας διαθέσιμα για τεχνητούς υγροβιοτόπους κατακόρυφης ροής, ώστε να επιτρέψουν την ανάπτυξη ενός ορθολογιστικού μοντέλου σχεδιασμού (Reed et al., 1995). Οι ακόλουθες εξισώσεις βασίζονται στη λειτουργία ενός συστήματος στο Ηνωμένο Βασίλειο με 2-ήμερο υγρό κύκλο και 4-ήμερο ξηρό κύκλο (Burka and Lawrence, 1990; Reed et al., 1995). Όλα τα συστήματα τεχνητών υγροβιοτόπων μπορούν να προσομοιωθούν με βιολογικούς αντιδραστήρες και η απόδοσή τους μπορεί να υπολογισθεί με εφαρμογή κινητικής πρώτου βαθμού κινητική για την απομάκρυνση BOD και αζώτου (Kadlec and Knight, 1996;IWA,2000). Παρόλο που η ισχύς τους είναι περιορισμένη (Kadlec, 2000), είναι, ωστόσο, το πιο 60

68 κατάλληλο μοντέλο σχεδιασμού για την περιγραφή της αποικοδόμησης ρύπων, σύμφωνα με τις μέχρι τώρα γνώσεις (IWA, 2000). Αυτό το μοντέλο σχεδιασμού έχει ως εξής: C/ Ci = exp(-k1,v y t) = exp(-k1 y/q) (εξ. 5.2) Ce/Ci = exp(-k1,v t) = exp(-k1/q) (εξ. 5.3) K1 = ε h K1,v (εξ. 5.4) C: συγκέντρωση ρύπων εντός του υγροτόπου (mg/l) Ce: συγκέντρωση ρύπων στην εκροή (mg/l) Ci: συγκέντρωση ρύπων στην εισροή (mg/l) q = Q/A, ο υδραυλικός ρυθμός φόρτισης (m/d) Q: μέση παροχή λυμάτων (m3/d) A: η επιφάνεια του υγροτόπου (m2) K1: πρώτης τάξης σταθερά επιφανειακού ρυθμού (m/d) K1,v: πρώτης τάξης σταθερά ογκομετρικού ρυθμού (d-1) y = x/l, λόγος απόστασης κατά μήκος του υγροτόπου L: μήκος υγροτόπου (m) x: απόσταση από την εισροή του υγροτόπου (m) t: χρόνος ανάπαυσης των λυμάτων στον υγρότοπο (d) h: βάθος του νερού στον υγρότοπο (m) ε: το πορώδες, ή το διάστημα που είναι διαθέσιμο για το νερό να ρέει διαμέσου του υγροβιότοπου. Το πορώδες είναι ποσοστό επί τοις εκατό και εκφράζεται ως δεκαδικός αριθμός Για το πρώτο στάδιο επεξεργασίας των λυμάτων επιλέγεται ένα σύστημα 3 κλινών κατακόρυφης ροής. Οι κλίνες αυτές θα δημιουργηθούν στο +374,7m και θα έχουν βάθος από 1,15m, εκ των οποίων τα 0,80m από τον πυθμένα είναι πληρωμένα με αμμώδες και χαλικώδες υλικό σε δύο διακριτά επίπεδα, ενώ τα υπόλοιπα 0,35m σχηματίζουν το free board της κλίνης. Το υψόμετρο του πυθμένα των κλινών του πρώτου σταδίου είναι στο +373,55 m στην έξοδο των λυμάτων από την κλίνη, ενώ ο πυθμένας δεν θα είναι οριζόντιος. Η έξοδος από το πρώτο στάδιο των επεξεργασμένων λυμάτων γίνεται από το +373,55m, ενώ η είσοδος του βρίσκεται στο +374,7m (ακριβώς πάνω από την στέψη του έργου). Οι επεξεργασμένες εκροές από το πρώτο στάδιο καταλήγουν σε κυκλικά φρεάτια, τα οποία έχουν στάθμη εισροής και εκροής στο +373,5m και πυθμένα στο +373,35m. Η φόρτιση των κλινών θα πρέπει να γίνεται σε όσο το δυνατόν μικρότερο χρονικό διάστημα, ώστε μία φόρτιση περίπου 0,05m να εξασφαλίζεται σε 5 περίπου λεπτά και μάλιστα θα πραγματοποιείται εναλλάξ μεταξύ των κλινών. Ένα επιφανειακό σύστημα αγωγών θα φορτίζει την κλίνη σε 6 σημεία. Η αποφόρτιση, καθώς και ο αερισμός της κλίνης, 61

69 θα γίνεται με ένα πλέγμα διάτρητων αγωγών PVC. Οι αγωγοί αυτοί θα είναι εγκιβωτισμένοι σε χαλίκι 3-10mm, ενώ πάνω από αυτούς θα υπάρχει στρώση άμμου πάχους 0,45-0,55m ανάλογα με την στάθμη του πυθμένα, ο οποίος θα έχει μία μικρή κλίση προς την έξοδο του στραγγιστικού δικτύου. Πάνω στην άμμο θα φυτευτούν καλάμια σε αναλογία περίπου 4 ανά τετραγωνικό μέτρο. Στο σημείο αυτό οφείλουμε να επισημάνουμε ότι ο προτεινόμενος σχεδιασμός των κλινών κατακόρυφης ροής του σταδίου Ι & ΙΙ για τον οικισμό Οργάνης με πληθυσμό σχεδιασμού 750 ι.κ., στηρίχθηκε τόσο στα σχεδιαστικά και κατασκευαστικά στοιχεία που διατυπώνονται σε συγγράμματα καθηγητών Δ.Π.Θ. και Α.Π.Θ. (Τσιχριντζής, 2000 Καραμούζης, 2003), όσο και σε σύγχρονες σχεδιαστικές αρχές διαστασιολόγησης Ε.Ε.Λ. τεχνητών υγροτόπων κατακόρυφης ροής στη Νότιο Γαλλία (πηγή: Societe d Ingenerie Nature & Technique {SINT}, 2004). Μάλιστα, αυτή η «Γαλλική προσέγγιση» έχει ήδη εφαρμοστεί και στην Ελλάδα, για το σχεδιασμό ΕΕΛ δυναμικότητας 600 ι.κ. στο Νομό Φλώρινας με στόχο την εξυπηρέτηση 2 ορεινών οικισμών, στους οποίους οι επικρατούσες συνθήκες είναι παρόμοιες με αυτές της παρούσας περιοχής μελέτης (κλιματικά δεδομένα, απότομο ανάγλυφο εδάφους, μέγεθος ρυπαντικού φορτίου). Επομένως, η συνολική επιφάνεια των λεκανών της επεξεργασίας υπολογίζεται θεωρώντας ότι οι απαιτήσεις στο στάδιο Ι θα είναι 1,2 ± 0,5 m2/ ι.κ. (Boutin C. & Lienard A., 2004). Οπότε για τις κλίνες πρωτοβάθμιας επεξεργασίας επιλέγουμε την τιμή 1,5 m2/ ι.κ. ως η ωφέλιμη επιφάνεια των κλινών ενώ το πλήθος τους θα ισοδυναμεί με την τιμή 3 (Καραμούζης, 2003). Ενώ για αυτές του σταδίου ΙΙ οι απαιτήσεις αναφέρονται σε 0,8 ± 0,4 m2/ ι.κ. (Boutin C. & Lienard A., 2004). Εδώ θεωρήσαμε την τιμή 1,0 m2/ ι.κ, δηλαδή απαιτούνται 750 m2 κλινών, επιφάνεια που θα προκύπτει από 2 λεκάνες, των 375 m2. Για τις διαστάσεις κάθε τέτοιου τύπου κλίνης χρησιμοποιήσαμε το κριτήριο L/W < 3 και την εμπειρική σχέση W:L < 3:4, με αποτέλεσμα να προκύψουν οι τιμές L=22,4m και W=16,7m. Όλες οι δεξαμενές (σταδίου Ι & ΙΙ) στεγανοποιούνται με γεωμεμβράνη HPDE πάχους 1mm, έχουν κλίση πρανών 2:1 και η τροφοδοσία τους γίνεται σε δόσεις ώστε να πλημμυρίζει όλη η άνω στρώση κάθε κλίνης επεξεργασίας. Μετά το στάδιο της πρωτοβάθμιας επεξεργασίας τα λύματα εισέρχονται στις κλίνες της δευτεροβάθμιας επεξεργασίας, από το δεύτερο φρεάτιο σιφωνισμού. Η βλάστηση καταλαμβάνει κάποιο διάστημα στους υγροβιότοπους επιφανειακής ροής και το ίδιο συμβαίνει στους υπόγειας και κατακόρυφης ροής με το πληρωτικό μέσο, τις ρίζες και άλλα στερεά. 62

70 Εικόνα 5.4: Διάτρητοι σωλήνες εγκιβωτισμένοι σε χαλίκι 3-10mm Εικόνα 5.5: Καλάμια φυτεμένα στην άμμο Υπολογισμός των υδραυλικών χαρακτηριστικών σταθερών των λεκανών κατακόρυφης ροής (σταδίου Ι & ΙΙ) Οι λεκάνες υγροτόπων περιοδικής κατάκλυσης με κατακόρυφη ροή διακρίνεται σε δύο τύπους, ανάλογα με τον αριθμό των επιμέρους στρώσεων, το πάχος και το μέγεθος των κόκκων κάθε στρώσης : τον Ευρωπαϊκό τύπο και τον Αμερικανικό τύπο λεκανών. Στον Ευρωπαϊκό τύπο, η λεκάνη του τεχνητού υγροτόπου κατακόρυφης ροής αποτελείται από 4 διαφορετικές στρώσεις πορωδών μέσων (Στρώση 1: υδροχαρή φυτά καλαμιών (Phragmites) σε μέση ως αδρομερή άμμο, Στρώση 2: λεπτομερή χαλίκια, Στρώση 3: μεσαία χαλίκια, Στρώση 4: αδρομερή χαλίκια) 63

71 Εικόνα 5.6: Υγροβιότοπος κατακόρυφης ροής (ευρωπαϊκός τύπος) Στον Αμερικανικό τύπο (Kentucky), η κλίνη του τεχνητού υγροτόπου κατακόρυφης ροής αποτελείται από 3 διαφορετικές στρώσεις. (Στρώση 1: Μέση έως αδρομερή άμμο, Στρώση 2: λεπτομερή χαλίκια, Στρώση 3: μεσαία χαλίκια). Εδώ επιλέξαμε τον Ευρωπαϊκό τύπο, όπως φαίνεται και στο εικόνα 5.4. Η πρώτη ανώτερη στρώση, στην οποία φυτεύονται υδροχαρή φυτά (Phragmites), έχει πάχος Β1=0,15m και είναι μέση ως αδρομερής άμμος με μέση τιμή διαμέτρου κόκκων 0,4mm, οπότε το πορώδες υπολογίζεται σε n1 =0,39 και η υδραυλική αγωγιμότητα της σε Κ1=12m/d ενώ η ειδική απόδοση στο νερό Sy1=0,28. Μάλιστα, η επιφάνεια της ανώτερης στρώσης της άμμου σε κάθε λεκάνη θα πρέπει να είναι οριζόντια, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται κατά το δυνατόν μεγαλύτερη ομοιομορφία στην κατακόρυφη ροή. Τα Κi, Syi, ni λαμβάνονται από πίνακα 2.1. Η δεύτερη στρώση, πάχους Β2=0,20m, αποτελείται από λεπτομερή χαλίκια μέσης διαμέτρου κόκκων 6mm, οπότε το πορώδες της θα είναι n2= 0,34, η υδραυλική αγωγιμότητα Κ2= 450 m/d και η ειδική απόδοσή της σε νερό Sy2 =0,25. Η τρίτη στρώση, πάχους Β3= 0,20m, αποτελείται από χαλίκι μέσης διαμέτρου 12mm, οπότε το πορώδες της θα είναι n3=0,32, η υδραυλική αγωγιμότητά τους θα είναι Κ3 = 270 m/d και η ειδική απόδοσή της στο νερό θα είναι Sy3 =0,24. Τέλος, η τέταρτη στρώση, πάχους Β4 = 0,25m, αποτελείται από πολύ αδρομερή χαλίκια μέσης διαμέτρου 48mm, οπότε το πορώδες θα είναι n4 =0,28, η υδραυλική αγωγιμότητα της θα είναι Κ4= 150 m/d και η ειδική απόδοση της σε νερό θα είναι Sy4 =0,23. Για να υπολογίσουμε τη μέση τιμή του πάχους, της υδραυλικής αγωγιμότητας, του ενεργού πορώδους και της ειδικής απόδοσης σε νερό του πορώδους μέσου της λεκάνης κατακόρυφης ροής χρησιμοποιούμε τους τύπους: 64