ΟΡΙΑ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΔΡΑΝΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΤΟΞΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΓΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΑΠΟΔΕΚΤΟΥΣ ΤΡΟΠΟΥΣ ΔΙΑΘΕΣΗΣ ΙΛΥΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΛΥΜΑΤΩΝ

Transcript

1 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 1 ΟΡΙΑ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΔΡΑΝΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΤΟΞΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΓΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΑΠΟΔΕΚΤΟΥΣ ΤΡΟΠΟΥΣ ΔΙΑΘΕΣΗΣ ΙΛΥΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΛΥΜΑΤΩΝ ΕΥΘΥΜΙΟΣ ΝΤΑΡΑΚΑΣ Λέκτορας Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ο όγκος της ιλύος που παράγεται στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας υγρών αποβλήτων αποτελεί το 1 2% περίπου του συνολικού όγκου των αποβλήτων, ενώ το κόστος επεξεργασίας της ανέρχεται πολλές φορές έως και το 40% περίπου του συνολικού κόστους κατασκευής και λειτουργίας μιας εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων. Η αύξηση των εγκαταστάσεων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων έχει σαν αποτέλεσμα και την αύξηση του όγκου της ιλύος που παράγεται εκεί. Η παραγόμενη ιλύς θα πρέπει να διατεθεί με κατάλληλο και περιβαλλοντικά αποδεκτό τρόπο ή να επαναχρησιμοποιηθεί. Το σημαντικότερο εμπόδιο που προβάλλει στην επαναχρησιμοποίηση της ιλύος είναι η περιεκτικότητά της σε διάφορα ανεπιθύμητα συστατικά (κυρίως τοξικά μέταλλα) και η αναμφισβήτητη επικινδυνότητα τους όταν αυτά αποδεσμευτούν στο περιβάλλον. Στην εργασία παρουσιάζονται τα κύρια συστατικά της ιλύος, οι μέθοδοι διάθεσής της και οι βασικές τεχνολογίες ελάττωσης ή αδρανοποίησης των κυριότερων τοξικών ρύπων που αυτή περιέχει. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι ποσότητες της ιλύος που παράγονται ετησίως στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης υπερβαίνουν τους 10 x 10 6 τόνους, ενώ στην Ελλάδα έχει υπολογιστεί ότι παράγονται

2 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 2 περίπου τόνοι ιλύος ανά έτος, με πρόβλεψη για τάσεις αύξησης τα επόμενα έτη. Οι τεχνολογίες που εφαρμόζονται σήμερα για την επεξεργασία των λυμάτων οδηγούν στη σημαντική ελάττωση των περισσότερων ρυπαντικών συστατικών τους, αυξάνουν όμως ταυτόχρονα τον όγκο της ιλύος που παράγεται και είναι επιβαρημένη με αυτά [1]. Η ιλύς που προκύπτει από την επεξεργασία των λυμάτων είναι πολύ υδαρής και συνήθως περιέχει από % στερεά, ανάλογα με τις χρησιμοποιούμενες διεργασίες επεξεργασίας των λυμάτων. Ο όγκος της παραγόμενης ιλύος είναι σχετικά μεγάλος σε σύγκριση με τα συστατικά των λυμάτων που απομακρύνονται με την επεξεργασία και το μεγαλύτερο πρόβλημα που πρέπει να αντιμετωπισθεί είναι η επεξεργασία και κυρίως η διάθεσή της. Η ιλύς αποτελείται κυρίως από τα οργανικά κατάλοιπα της πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας καθίζησης περιέχει όμως και άμμο, ξαφρίσματα, εσχαρίσματα, μακροστοιχεία, ιχνοστοιχεία (πίνακας 1) και βαρέα μέταλλα (πίνακας 2). Πίνακας 1. Μέση περιεκτικότητα της ιλύος διαφόρων Ελληνικών πόλεων σε μακροστοιχεία και ιχνοστοιχεία (Κουκουλάκης 1997) N P Na 2,2 4,7 1,4 4,5 0,1 0,5 0,1 0, Λόγω της περιεκτικότητάς της σε θρεπτικά στοιχεία και σε οργανικές ουσίες μπορεί να χαρακτηριστεί ως οργανικό λίπασμα εμπλουτισμένο με ανόργανα θρεπτικά στοιχεία. Πέρα όμως από τα θρεπτικά στοιχεία, υπάρχουν και τα βαρέα μέταλλα, των οποίων η συγκέντρωση μεταβάλλεται ανάλογα με την προέλευσή της. Για το λόγο αυτό η χρήση της ιλύος στη γεωργία πρέπει να είναι ελεγχόμενη, γιατί διαφορετικά υπάρχει ο κίνδυνος συσσώρευσης των μετάλλων στο έδαφος, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται προβλήματα τόσο στο έδαφος όσο και στα γεωργικά προϊόντα και στη δημόσια υγεία. Η χρήση της ιλύος σαν εδαφοβελτιωτικό απέδειξε πάντως ότι μπορεί να αυξήσει την απόδοση των καλλιεργειών, να ενισχύσει τη γονιμότητα του εδάφους από άποψη θρεπτικών στοιχείων και να βελτιώσει τα φυσικά του χαρακτηριστικά, λόγω των οργανικών ουσιών που περιέχει. Τα συστατικά της ιλύος που θεωρούνται ανεπιθύμητα και ανθυγιεινά είναι κυρίως τα βαρέα μέταλλα, οι παθογόνοι μικροοργανισμοί και άλλοι ρύποι, συνήθως καρκινογόνα οργανικά. Οι σπουδαιότερες πηγές ρύπανσης από διάφορα τοξικά βαρέα μέταλλα είναι η έντονη

3 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 3 βιομηχανική δραστηριότητα, αλλά και τα αστικά λύματα τα οποία μπορεί να περιέχουν υπολείμματα καθαριστικών, διαλύτες, βαφές κ.λ.π., καθώς και εκπλύματα από διαβρωμένες σωληνώσεις, δρόμους, στέγες κ.λ.π. [2]. Η πιο βασική παράμετρος που πρέπει να αποτιμηθεί για τον καθορισμό της ποιότητας της ιλύος είναι το επίπεδο της συγκέντρωσης των βαρέων μετάλλων, δεδομένου ότι αυτά επηρεάζουν την υγεία των ανθρώπων όταν υπερβούν ορισμένα όρια. Τα μέταλλα χρησιμοποιούνται σε αφθονία σε διάφορους τομείς της καθημερινής μας ζωής και πολλά βιομηχανικά προϊόντα εξαρτώνται από τη χρήση τους, με αποτέλεσμα μέρος αυτών να καταλήγουν με τα υγρά απόβλητα στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας αποβλήτων. Τα συνήθη μέταλλα που περιέχονται στην ιλύ είναι: ο ψευδάργυρος (Zn), ο οποίος συνήθως προέρχεται από λιπάσματα, γαλβανιστήρια, επιμεταλλώσεις, χρώματα, κράματα, κ.λ.π. ο χαλκός (Cu), ο οποίος συνήθως προέρχεται από βιομηχανίες ηλεκτρικών ειδών, χρώματα, κράματα, συντηρητικά ξυλείας, μυκητοκτόνα, κ.λ.π. το σελήνιο (Se), που βρίσκεται κυρίως σε συμπληρώματα διατροφής, σαμπουάν, βαφές, χρώματα, κ.λ.π. το νικέλιο (Ni), με κύριες πηγές τη βιομηχανία μεταλλουργίας, τα κράματα, τις μπαταρίες, καταλύτες κ.λ.π. το μολυβδαίνιο (Mo), των εγκαταστάσεων επεξεργασίας χαλκού, ο υδράργυρος (Hg), ο οποίος κυρίως προέρχεται από βιομηχανίες παραγωγής χλωρίου, ή καυστικής σόδας, ή από ηλεκτρικές συσκευές, φάρμακα, χρώματα, οδοντιατρικά αμαλγάματα, κ.λ.π. ο μόλυβδος (Pb), ο οποίος κυρίως προέρχεται από μπαταρίες, βενζίνη, χρώματα, πυρομαχικά, συγκολλήσεις, κ.λ.π. το χρώμιο (Cr), από επιμεταλλώσεις, χρώματα, συντηρητικά ξυλείας, βυρσοδεψεία κ.λ.π. το κάδμιο (Cd) από μπαταρίες, χρώματα, επιμεταλλώσεις, κράματα, σταθεροποιητές, λιπάσματα και το αρσενικό (As) κυρίως από μικροβιοκτόνα, προϊόντα πλυσίματος, φάρμακα, συντηρητικά ξυλείας, χρώματα κ.λ.π.

4 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 4 Πίνακας 2. Μέσες συνήθεις τιμές από μετρήσεις βαρέων μετάλλων σε ιλύ διαφόρων Ελληνικών πόλεων (Κουκουλάκης 1997) µ (mg/kg ) (As) 20 ( ) 30 µ (Cd) 20 (Co) 15 µ (Cr) 400 (Cu) 650 (Hg) 5 (Mo) 6 (Ni) 100 (Pb) 400 (Se) 3 (Zn) 1500 Σημειώνεται ότι η ικανοποιητική προκατεργασία των υγρών αποβλήτων διατηρεί το περιεχόμενο των βαρέων μετάλλων στην ιλύ σε χαμηλά επίπεδα, αλλά παρ όλα αυτά, βαρέα μέταλλα σε συγκεντρώσεις που αρκετές φορές ξεπερνούν τα ανώτατα επιτρεπτά όρια, βρίσκονται στην ιλύ και δημιουργούν πολλά προβλήματα στην αποτελεσματική διαχείριση και διάθεσή της. Βάσει του κανονισμού της Αμερικανικής Υπηρεσίας Προστασίας Περιβάλλοντος (U.S.A. EPA) [3] για το χαρακτηρισμό, τη χρήση και τη διάθεση της ιλύος σε σχέση με την προστασία της δημόσιας υγείας και του περιβάλλοντος από πιθανές αρνητικές επιπτώσεις ρύπων, που μπορεί να ενυπάρχουν στην ιλύ που παράγεται σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων, η ποιότητα της ιλύος καθορίζεται από την παρουσία βαρέων μετάλλων, παθογόνων μικροοργανισμών και την έλξη που επιδεικνύει σε διάφορα έντομα. Η ιλύς που είναι σύμφωνη με τα αυστηρότερα όρια των τριών αυτών παραμέτρων ποιότητας αναφέρεται ως εξαιρετικής ποιότητας (exceptional quality sludge) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλούς τομείς, χωρίς να κινδυνεύει η υγεία των ανθρώπων και το περιβάλλον. Αντιθέτως, η ιλύς η οποία δεν πληροί τα όρια του κανονισμού ονομάζεται ιλύς χαμηλής ποιότητας (non exceptional quality sludge) και η διαχείριση και η διάθεσή της απαιτεί ιδιαίτερη έρευνα και μέριμνα. 2. ΔΙΑΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΙΛΥΟΣ Η βιολογική ιλύς ανάλογα με την ποιότητά της και ανάλογα με την επεξεργασία που υφίσταται με την εφαρμογή των διαφόρων τεχνολογιών μπορεί χρησιμοποιηθεί ή να

5 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 5 διατεθεί με διάφορους τρόπους, οι κυριότεροι από τους οποίους είναι η γεωργία και η ταφή. Στην Ελλάδα μόνο το 3% της παραγόμενης ιλύος χρησιμοποιείται στη γεωργία, ενώ το υπόλοιπο 97% καταλήγει στους χώρους υγειονομικής ταφής απορριμμάτων. Στον πίνακα 3 παρουσιάζονται τα ποσοστά των διαφόρων χρήσεων και μεθόδων διάθεσης της βιολογικής ιλύος σε διάφορες χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης και στις Η.Π.Α. Πίνακας 3. Ποσοστά διάθεσης της ιλύος στην Ευρωπαϊκή Ένωση και στις Η.Π.Α µ µ ΔΙΑΘΕΣΗ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ ΣΤΗ ΓΕΩΡΓΙΑ Οι βασικές προϋποθέσεις για την εφαρμογή της ιλύος στο έδαφος, δηλαδή για γεωργική χρήση είναι: - ο χαρακτηρισμός της ποσότητας και της ποιότητας της ιλύος βάσει νομοθετικών κανονισμών και οδηγιών, - η αποτίμηση και επιλογή της περιοχής διάθεσης, - ο καθορισμός των παραμέτρων σχεδίασης της διεργασίας, όπως ρυθμοί φόρτισης, απαιτήσεις σε έκταση γης και μέθοδοι εφαρμογής. Το οργανικό αυτό υλικό που περιέχει σε μεγάλες ποσότητες άλατα του αζώτου και του φωσφόρου θεωρείται κατάλληλο λίπασμα για τον εμπλουτισμό των εδαφών που χρησιμοποιούνται στη γεωργία κυρίως με φώσφορο [4]. Η παρουσία όμως, βαρέων μετάλλων που σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να φθάσει μέχρι και 2% σε βάση ξηρής μάζας και ίσως 5 6 % σε ακραίες περιπτώσεις, δημιουργεί σημαντικά εμπόδια για τη χρήση της ιλύος σε γεωργικά εδάφη. Οι υψηλές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων στην ιλύ της εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων της Ψυτάλλειας είναι ο λόγος που η ιλύς αυτή κρίθηκε ακατάλληλη προς χρήση στη γεωργία [5].

6 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 6 Η αφομοίωση των βαρέων μετάλλων από τα φυτά και η επακόλουθη συσσώρευσή τους στην τροφική αλυσίδα μέσω των φυτών και των ζώων, οδήγησε στη θέσπιση αυστηρών κανονισμών και ανώτατων ορίων συγκεντρώσεων βαρέων μετάλλων στην ιλύ, καθώς και στην αναζήτηση καταλλήλων μεθόδων για την απομάκρυνσή τους Όρια συγκέντρωσης ρύπων στην ιλύ που προορίζεται για γεωργική χρήση σύμφωνα με την ΕΡΑ Με στόχο την προστασία του περιβάλλοντος και τη διασφάλιση της δημόσιας υγείας η EPA εξέδωσε τα παρακάτω τρία σύνολα επιτρεπτών ορίων για τις συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων, προκειμένου να επιτραπεί η εφαρμογή στο έδαφος ιλύος η οποία δεν έχει χαρακτηριστεί ως ιλύς εξαιρετικής ποιότητας. 1. Ανώτατα επιτρεπτά όρια συγκέντρωσης (Ceiling Concentration Limits, CCLs, mg/kg σε βάση ξηρού βάρους). Τα όρια αυτά καθορίζουν τη μέγιστη συγκέντρωση κάθε ρύπου που μπορεί να περιέχει η βιολογική ιλύς και επίσης τη δυνατότητα εφαρμογής της στο έδαφος. Κάθε δείγμα της ιλύος που αναλύεται, πρέπει να ικανοποιεί τα όρια των συγκεντρώσεων αυτών. Αυτά τα όρια εφαρμόζονται ως μέγιστες επιτρεπτές τιμές που δεν πρέπει να ξεπεραστούν και όχι ως μέσες τιμές. Η ιλύς που δεν ικανοποιεί αυτά τα καθορισμένα όρια για έναν ή περισσότερους ρύπους, πρέπει να χρησιμοποιηθεί ή να διατεθεί με κάποιον άλλο τρόπο και δεν είναι δυνατό να εφαρμοστεί στο έδαφος. 2. Όρια συγκέντρωσης ρύπων (Pollution Concentration Limits, PCLs, mg/kg σε βάση ξηρού βάρους). Η ιλύς η οποία ικανοποιεί τα όρια συγκέντρωσης ρύπων, επιτυγχάνει τις απαιτήσεις ενός από τα τρία κύρια σημεία του κανονισμού της ΕΡΑ, τα οποία είναι απαραίτητα για την κατάσταση ιλύος εξαιρετικής ποιότητας. Η βιολογική ιλύς, η οποία υπακούει στα όρια συγκέντρωσης ρύπων, μπορεί να εφαρμοστεί στο έδαφος, χωρίς ιδιαίτερους περιορισμούς. Τα όρια αυτά εκφράζονται σαν μέσες μηνιαίες τιμές σε mg/ kg σε βάση ξηρού βάρους. 3. Όρια ρυθμών φόρτισης συσσωρευμένων ρύπων (Cumulative Pollutant Loading Rates, CPLRs,). Τα όρια αυτά εφαρμόζονται σε ιλύ, η οποία ικανοποιεί τα ανώτατα επιτρεπτά όρια συγκέντρωσης (CCLs), αλλά δεν ικανοποιεί τα όρια συγκέντρωσης για έναν ή για

7 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 7 όλους τους ρύπους (PCLs). Οι τιμές των ρυθμών φόρτισης συσσωρευμένων ρύπων καθορίζουν το μέγιστο ποσοστό (μάζα) για κάθε ρύπο που μπορεί να εφαρμοστεί σε μια περιοχή (kg/εκτάριο) κατά τη διάρκεια χρήσης της περιοχής αυτής. Η βιολογική ιλύς, στην οποία εφαρμόζονται τα όρια αυτά, μπορεί να εφαρμοστεί στο έδαφος κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις, όπως για παράδειγμα της τήρησης αρχείων των ποσοστών κάθε ρύπου που εφαρμόζεται στην περιοχή με το χρόνο, έτσι ώστε να διασφαλιστεί το γεγονός ότι δεν θα υπερβαίνουν τα μέγιστα επιτρεπτά ποσοστά. Αυτό υπολογίζεται με καθορισμό του ποσοστού κάθε ρύπου που εφαρμόζεται στο έδαφος σε προηγούμενες εφαρμογές της ιλύος και αφαιρώντας αυτό το ποσοστό από το όριο CPLR για κάθε ρύπο. Προϋπόθεση είναι η διατήρηση αρχείων των ποσοστών του κάθε ρύπου, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών που εφαρμόστηκαν προηγουμένως και εμφανίζονται μετά την εφαρμογή του κανονισμού της EPA. Σε περίπτωση διάθεσης στην ίδια περιοχή από διάφορους φορείς διαχείρισης ιλύος θα πρέπει να υπάρχει επικοινωνία ώστε να εξασφαλίζεται μη υπέρβαση των ορίων CPLRs. Πίνακας 4. Μέγιστες συγκεντρώσεις μετάλλων σύμφωνα με τα τρία σύνολα επιτρεπτών ορίων του κανονισμού της EPA (Part 503) CCLs (mg/kg) PCLs (mg/kg) CPLRs (kg/ ) As Cd Cu Cr Pb Hg Ni Se Zn ΤΑΦΗ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ Η τελική μορφή της ιλύος που δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί με άλλον τρόπο, συνήθως περιλαμβάνει μια μορφή διάθεσης στο έδαφος. Αυτή γίνεται λαμβάνοντας πρόνοια για τα γνωστά προβλήματα που μπορούν να προκύψουν στο μέλλον και η εφαρμογή της δεν παρουσιάζει ιδιαίτερο τεχνολογικό ενδιαφέρον. Παρ όλα αυτά, είναι η διεργασία που χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό στην Ελλάδα και στις περισσότερες χώρες, εξαιτίας του χαμηλού κόστους της και της σχετικής απλότητας της διεργασίας. Η σύγκριση του κόστους

8 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 8 των διαφόρων μεθόδων διάθεσης της ιλύος στη Γερμανία [4] δίνεται στον πίνακα 5. Πίνακας 5. Σύγκριση κόστους διαφόρων μεθόδων διάθεσης της βιολογικής ιλύος στη Γερμανία. Euro/ ( ) ( ) ( µ ) 500 ( ) ( µ ) ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Όπως προαναφέρθηκε, η ιλύς από τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας υγρών αποβλήτων ανάλογα με την ποιότητά της και ανάλογα με την επεξεργασία που υφίσταται με την εφαρμογή των διαφόρων τεχνολογιών μπορεί χρησιμοποιηθεί ή να διατεθεί με διάφορους τρόπους οι κυριότεροι από τους οποίους είναι η γεωργία και η ταφή. Η ταφή είναι η μέθοδος που κυρίως χρησιμοποιείται στην Ελλάδα παρ όλο που η χρήση της ιλύος στη γεωργία αποτελεί την καλύτερη και οικονομικότερη λύση. Το μεγαλύτερο εμπόδιο που πρέπει να υπερπηδηθεί, για εφαρμογή της ιλύος στη γεωργία, είναι η αδρανοποίηση των βαρέων μετάλλων που αυτή περιέχει. Οι σπουδαιότερες τεχνολογίες απομάκρυνσης ή αδρανοποίησης των βαρέων μετάλλων που περιέχονται στην βιολογική ιλύ είναι μέθοδοι χημικές (αλκαλική σταθεροποίηση, στερεοποίηση), θερμικές (αποτέφρωση, πυρόλυση), βιοτεχνολογικές (λιπασματοποίηση, βιοέκπλυση). Υπάρχει τέλος και η ονομαζόμενη φωτοεξυγίανση της ιλύος. Η αλκαλική σταθεροποίηση συνίσταται στην επεξεργασία της ιλύος με CaO ή Ca(OH) 2 που προστίθενται σαν στερεά πριν ή μετά την αφυδάτωση της ιλύος με τη βοήθεια μηχανικού αναδευτήρα [6]. Το υλικό που προκύπτει μετά την επεξεργασία είναι χαμηλής συγκέντρωσης σε παθογόνους μικροοργανισμούς, σχετικά άοσμο και περιορίζει την κινητικότητα των βαρέων μετάλλων από τη μάζα του. Δεν θεωρείται όμως ιδιαίτερα αδρανές και αποτελεσματικό. Τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί νέες τεχνολογίες αλκαλικής σταθεροποίησης οι οποίες χρησιμοποιούν άλλα χημικά πρόσθετα και αντικαθι-

9 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 9 στούν τον ασβέστη. Τα πρόσθετα αυτά μπορεί να είναι συνδυασμός σκόνης από κάμινους παραγωγής τσιμέντου με ασβέστη, τσιμέντο Portland και ιπτάμενη τέφρα. Η προσθήκη μεγαλύτερης δόσης χημικών και η επιπρόσθετη ξήρανση, που έχει σαν αποτέλεσμα την περαιτέρω ελάττωση της κινητικότητας των βαρέων μετάλλων, δημιουργεί ένα προϊόν που είναι ιδιαίτερα σταθερό και περιβαλλοντικά ακίνδυνο. Μπορεί συνεπώς να αποθηκευθεί και να διατεθεί χωρίς να υπάρχει δυνατότητα παραγωγής οσμών και έκπλυσης βαρέων μετάλλων στο περιβάλλον. Μια κλασική τεχνική αυτού του είδους είναι η διεργασία N-Viro, κατά την οποία χρησιμοποιείται σκόνη από κάμινους παραγωγής τσιμέντου (Cement Kiln Dust, CKD) [7], η οποία είναι χαμηλής περιεκτικότητας σε βαρέα μέταλλα και όταν αναμιγνύεται με τα βιοστερεά ελαττώνει το ποσοστό των μετάλλων στο τελικό προϊόν. Οι αντιδράσεις μεταξύ της ιλύος και του CKD είναι η προσρόφηση των βαρέων μετάλλων στην επιφάνεια του υλικού, η καταβύθισή τους (ως ανθρακικά και υδροξείδια), η συμπλοκοποίησή τους με το οργανικό υλικό ευνοώντας την ακινητοποίηση των βαρέων μετάλλων με ταυτόχρονη αύξηση της τιμής του ph. Μετρήσεις έδειξαν ότι τα βαρέα μέταλλα ακινητοποιούνται αποτελεσματικά στο τελικό προϊόν ακόμα και σε σχετικά χαμηλές τιμές του ph, (~5,0). Τα προϊόντα της αλκαλικής σταθεροποίησης της ιλύος μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη γεωργία σαν βοηθητικά κατασκευαστικών υλικών ή σε επικαλύψεις χώρων υγειονομικής ταφής στερεών αποβλήτων [8]. Η σταθεροποίηση και στερεοποίηση είναι τεχνολογίες επεξεργασίας επικίνδυνων στερεών αποβλήτων και αρκετά συνηθισμένες. Η χημική αυτή διεργασία περιλαμβάνει τη χρήση τσιμέντου Portland ή ασβέστη σε συνδυασμό με άλλα υλικά όπως στάχτη, σκόνη από κάμινους παραγωγής τσιμέντου και στερεοποιημένα υπολείμματα από φούρνους υψηλής θερμοκρασίας. Η ιλύς αναμιγνύεται με τα υλικά αυτά και όταν στερεοποιείται, τα επικίνδυνα συστατικά ενσωματώνονται με φυσικό ή και χημικό τρόπο στην στερεά μάζα. Το τελικό προϊόν παρουσιάζει μεγάλη αντοχή στη συμπίεση και υπόκειται σε μικρότερο κίνδυνο έκπλυσης από το νερό. Η τιμή του ph του μίγματος είναι αρκετά υψηλή (9 11) και τα μέταλλα σχηματίζουν αδιάλυτες ενώσεις υδροξειδίων, ανθρακικών ή πυριτικών ενώσεων. Σε κάποιες περιπτώσεις, διαλυτά πυριτικά προστίθενται συμπληρωματικά με σκοπό την αύξηση της χημικής δέσμευσης των βαρέων μετάλλων.

10 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 10 Η αποτέφρωση αποτελεί μια κλασική μέθοδο αδρανοποίησης της ιλύος η οποία μπορεί να καεί σε υψηλή θερμοκρασία (~1.000 o C) με τη χρήση κατάλληλου καυστήρα. Τα οργανικά υλικά της ιλύος καίγονται παρουσία οξυγόνου ενώ ελαττώνεται ο όγκος των βιοστερεών προς ένα υπόλειμμα (τέφρα), το οποίο αποτελεί περίπου το % του αρχικού όγκου. Τα μέταλλα συγκεντρώνονται στην τέφρα και στο σωματιδιακό υλικό που συλλέγεται από τα καυσαέρια, τα οποία παράγονται κατά την κατεργασία κατά τον καθαρισμό τους. Το μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η κατανάλωση μεγάλης ποσότητας ενέργειας. Μια άλλη διεργασία, η οποία παράγει προϊόντα που επιδεικνύουν οικονομικά οφέλη με αποτέλεσμα τη μείωση του όλου κόστους είναι η μέθοδος Enersludge [9], όπου χρησιμοποιείται ένας συνδυασμός από περισσότερους κλιβάνους καύσης, οι οποίοι λειτουργούν σε χαμηλότερες από τις συνηθισμένες θερμοκρασίες, οπότε με τον τρόπο αυτό δημιουργούνται χρήσιμα παραπροϊόντα, όπως συνθετικό λάδι (καύσιμη ύλη), θερμότητα από την καύση και ένα στερεό προϊόν (τέφρα), το οποίο παρουσιάζει πολύ χαμηλή συγκέντρωση μετάλλων και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή οικοδομικών υλικών, σε επικαλύψεις χώρων υγειονομικής ταφής απορριμμάτων κ.λ.π. Η πυρόλυση είναι διαδικασία κατά την οποία τα οργανικά συστατικά κάτω από κατάλληλες συνθήκες θέρμανσης σε ατμόσφαιρα χαμηλής περιεκτικότητας σε οξυγόνο, διασπώνται μέσω ενός συνδυασμού αντιδράσεων θερμικής διάσπασης και συμπύκνωσης σε αέρια, υγρά και στερεά κλάσματα. Η γρήγορη μεταφορά ενέργειας στην ιλύ προκαλεί άμεση διάσπαση των οργανικών ενώσεων. Η πυρόλυση σε θερμοκρασίες ~1.800 o C καταστρέφει τις οργανικές ενώσεις, ανάγει τα μέταλλα στη στοιχειακή τους μορφή και εγκλωβίζει όλα τα ανόργανα οξείδια και σουλφίδια ως πυριτικά άλατα. Τα στερεά συγκεντρώνονται σε κατάλληλο λουτρό τήξης, το οποίο όταν ψύχεται, δημιουργεί ένα υαλοποιημένο υλικό το οποίο είναι τελείως αδρανές και παρουσιάζει ελάχιστη δυνατότητα έκπλυσης βαρέων μετάλλων. Η ιλύς μπορεί ακόμα να εγχυθεί σε μεγάλα βάθη μέσα στο έδαφος [10]. Η έγχυση πραγματοποιείται σε κατάλληλο αμμώδη σχηματισμό υψηλού πορώδους και υψηλής διαπερατότητας, που βρίσκεται σε βάθη της τάξης των μέτρων. Τα βάθη αυτά είναι πολύ κάτω από κάθε πηγή χρήσιμου υπόγειου νερού. Τα εγχυόμενα στερεά παρα-

11 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 11 μένουν θαμμένα στο γεωλογικό αυτό σχηματισμό και υπόκεινται σε διεργασίες συνεχούς αναερόβιας βιοαποικοδόμησης, με ενδεχόμενη παραγωγή βιοαερίου το οποίο είναι προφανώς χρήσιμο. Τα βαρέα μέταλλα, σε αυτά τα μεγάλα βάθη, έχουν πολύ μικρή πιθανότητα έκπλυσης και ρύπανσης των υπογείων νερών και επομένως του περιβάλλοντος. Κατά τη διεργασία της λιπασματοποίησης το οργανικό υλικό υφίσταται βιολογική αποικοδόμηση προς ένα σταθερό τελικό προϊόν. Τα βαρέα μέταλλα εγκλωβίζονται στη μάζα που παράγεται και έχουν μικρή δυνατότητα έκπλυσης. Συνήθως, προστίθενται και διάφορα υλικά (ικανά να δεσμεύουν τα τοξικά μέταλλα) για την αύξηση του πορώδους του προϊόντος, έτσι ώστε να επιταχυνθεί η διεργασία. Ένα τέτοιο υλικό είναι και ο φυσικός ζεόλιθος clinoptilolite που χρησιμοποιήθηκε στην εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων της Ψυτάλλειας. Συγκεκριμένες μελέτες και έρευνες κατέδειξαν ότι ο ζεόλιθος αυτός έχει τη δυνατότητα να δεσμεύσει μέχρι και το 100% της ποσότητας των βαρέων μετάλλων που περιέχει η ιλύς μέσω ενός μηχανισμού ιοντοεναλλαγής με τα ιόντα Na + και Κ + που περιέχονται σ αυτόν [11]. Οι κρίσιμοι παράγοντες που επηρεάζουν την διεργασία της λιπασματοποίησης είναι το ισοζύγιο των θρεπτικών αλάτων, το εμβαδόν της επιφάνειας, η υγρασία, η συγκέντρωση του οξυγόνου και η θερμοκρασία. Βάσει των παραπάνω παραγόντων, έχουν αναπτυχθεί και εφαρμόζονται σε μεγάλη κλίμακα τεχνολογίες λιπασματοποίησης [12] όπως οι απλωμένοι σωροί, οι αεριζόμενες στατικές στήλες και η λιπασματοποίηση σε δοχεία. Κατά τη διεργασία της βιοέκπλυσης (bioleaching), κατάλληλοι μικροοργανισμοί που έρχονται σε επαφή με την ιλύ οξειδώνουν τα περιεχόμενα σ αυτήν μέταλλα και τα μετατρέπουν σε ενώσεις που εύκολα στη συνέχεια μπορούν να διαχωριστούν. Μια παραλλαγή διεργασίας βιολογικής έκπλυσης που είναι γνωστή και στην υδρομεταλλουργία είναι η βιοέκπλυση ταυτόχρονα με τη χώνευση σε αντιδραστήρα με εσωτερική ανακυκλοφορία [13]. Αυτογενείς μικροοργανισμοί, που μπορούν να οξειδώσουν το θείο (S), χρησιμοποιούνται για την παραγωγή θειικού οξέος (H 2 SO 4 ) in-situ, από την οξείδωση του προστιθέμενου θείου. Ο χρησιμοποιούμενος αντιδραστήρας είναι τύπου πύργου εσωτερικής ανακυκλοφορίας και το θείο, σε σφαιρική μορφή, τοποθετείται στον πυθμένα του. Πειραματικά δεδομένα απέδειξαν ότι πραγματοποιείται σημαντική διαλυτοποίηση των

12 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 12 περιεχομένων βαρέων μετάλλων με σημαντική ελάττωση των αρχικών τους συγκεντρώσεων. Αναφέρεται τέλος στη βιβλιογραφία ότι η χρήση θείου δημιουργεί ανοξικές ζώνες στον βιοαντιδραστήρα ευνοώντας την απονιτροποίηση, οδηγώντας στην απομάκρυνση των νιτρικών αλάτων (ΝΟ 3- ) από την ιλύ. Με τη μέθοδο της βιοέκπλυσης αποφεύγεται η εκτεταμένη χρήση χημικών αντιδραστηρίων που είναι γενικά ανεπιθύμητη, επειδή προκαλεί δευτερογενή προβλήματα ρύπανσης του περιβάλλοντος και κοστίζει σημαντικά. Στα πλεονεκτήματα της μεθόδου ανήκει και το γεγονός της μη κατανάλωσης σημαντικής ποσότητας ενέργειας. Η φυτοεξυγίανση είναι ένας όρος που αναφέρεται σε μια ομάδα τεχνολογιών και διεργασιών, οι οποίες περιλαμβάνουν τη χρήση φυτών για τον καθαρισμό λυμάτων, ρυπασμένων εδαφών, ιζημάτων και ιλύος από εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων. Δύο μηχανισμοί που λαμβάνουν χώρα κατά τη φυτοεξυγίανση μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απομάκρυνση των βαρέων μετάλλων από την ιλύ των εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων, η φυτοεξαγωγή και η φυτοσταθεροποίηση [14]. Τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί και αναφέρονται διάφορες τεχνικές φυτοεξυγίανσης [15]. Η βασική αρχή είναι η ανάπτυξη ενός μηχανισμού συστήματος που ελαττώνει τη διαπερατότητα του νερού μέσω των εδαφικών στρωμάτων. Φυτά ή δέντρα χαμηλής βλάστησης, αλλά με βαθιές ρίζες που αναπτύσσονται πολύ γρήγορα φυτεύονται σε ειδικά προετοιμασμένο έδαφος, κάτω από το οποίο τοποθετείται η βιολογική ιλύς, η οποία είναι επιβαρημένη με τα τοξικά βαρέα μέταλλα. Το έδαφος συγκρατεί το νερό της βροχής και οι ρίζες των φυτών και των δέντρων έρχονται σε επαφή με το νερό, που είναι απαραίτητο για την ανάπτυξή τους, για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το σύστημα σχεδιάζεται, έτσι ώστε να ελαχιστοποιήσει τον όγκο του νερού που εισχωρεί στη βιολογική ιλύ, οπότε ελαττώνει και την μετακίνηση των βαρέων μετάλλων που μπορούν να εκπλυθούν προς τα υπόγεια ή τα επιφανειακά νερά. Ο μόνος ίσως περιορισμός στην εφαρμογή ενός συστήματος φυτοεξυγίανσης είναι η μικρή βιοδιαθεσιμότητα των μετάλλων κατά την πρόσληψή τους από τα φυτά. Το πρόβλημα αυτό μπορεί να ξεπεραστεί με την προσθήκη στην ιλύ κατάλληλων χημικών συμπλόκων όπως το EDTA, τα οποία διευκολύνουν την πρόσληψη των μετάλλων από τα φυτά. Η πρόσληψη μετάλλων από τα φυτά γίνεται συνήθως όταν τα μέταλλα

13 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 13 βρίσκονται σε διαλυτή μορφή. Η διεργασία βιοέκπλυσης που αναφέρθηκε παραπάνω, ελαττώνοντας την τιμή του ph μπορεί να τροποποιήσει τη μορφή με την οποία εμφανίζονται τα μέταλλα και να αυξήσει με τον τρόπο αυτό τη βιοδιαθεσιμότητά τους, έτσι ώστε να γίνει δυνατή η ευκολότερη απομάκρυνσή τους. Η οξύνιση της ιλύος και η εφαρμογή της φυτοεξυγίανσης για παράδειγμα έχει σαν αποτέλεσμα, οι περιεχόμενες οργανικές ενώσεις να παρουσιάζουν μεγαλύτερη διαλυτότητα, οπότε μπορεί να αυξηθεί επίσης ο σχηματισμός διαλυτών οργανομεταλλικών ενώσεων. Με τα συστήματα φυτοεξυγίανσης ελαττώνεται η διάβρωση των επιφανειακών εδαφών, δημιουργείται ένα αμιγές φυσικό περιβάλλον και μπορούν να κατασκευαστούν όμορφα πάρκα. Μπορούν να εφαρμοστούν για μια μεγάλη ποικιλία ανόργανων αλλά και οργανικών ρύπων. Η εφαρμογή της «πράσινης» αυτής τεχνολογίας με κατάλληλο τρόπο είναι φιλική προς το περιβάλλον και αισθητικά αποδεκτή από τους περιοίκους. Δεν απαιτεί ακριβό εξοπλισμό ούτε εξειδικευμένο προσωπικό και η υλοποίησή της είναι σχετικά εύκολη υπόθεση. Το μεγαλύτερο όμως πλεονέκτημά της είναι το χαμηλό κόστος κατασκευής και λειτουργίας. Στα μειονεκτήματα θα πρέπει να αναφερθεί η χρονοβόρα διαδικασία και ο περιορισμός από το βάθος της ρίζας των φυτών που χρησιμοποιούνται ως εξυγιαντές. Ιδιαίτερη προσοχή και μέριμνα πρέπει επίσης να λαμβάνεται για την αποφυγή κατανάλωσης των φυτών από ζώα. Με τον τρόπο αυτό είναι εύκολο να περάσουν οι απομακρυνόμενοι ρύποι στην τροφική αλυσίδα και να καταλήξουν στον άνθρωπο. Όπως προκύπτει από την ανασκόπηση της βιβλιογραφίας, οι σχετικές έρευνες που διεξάγονται στοχεύουν στην αναβάθμιση και βελτίωση των υπαρχόντων τεχνολογιών, καθώς και την ανάπτυξη νέων που να είναι αποτελεσματικότερες και οικονομικά πιο συμφέρουσες, με ταυτόχρονη εναρμόνισή τους με τις σύγχρονες περιβαλλοντικές απαιτήσεις. Καμία όμως από τις τεχνολογίες που αναφέρθηκαν, δεν μπορεί να θεωρηθεί ως η βέλτιστη επιλογή. Η επιλογή μιας απ αυτές ή ενός κατάλληλου συνδυασμού τους, εξαρτάται από πολλούς επί μέρους παράγοντες, οι οποίοι διαφέρουν από χώρα σε χώρα (π.χ. κοινωνικο-οικονομικοί, επίπεδο τεχνολογικής ανάπτυξης κ.λ.π.). Η ανάπτυξη προγραμμάτων που έχουν σκοπό τη συνεχή ενημέρωση των πολιτών σε θέματα περιβαλλοντικής αγωγής, έτσι ώστε τα προϊόντα που προέρχονται από τη βιολογική ιλύ να καταστούν εμπορικά, γεγονός

14 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 14 που συνεπάγεται οικονομικά οφέλη και διάδοση των μεθόδων κατεργασίας, διάθεσης και χρήσης της βιολογικής ιλύος, θεωρούνται βήματα προς τη σωστή κατεύθυνση. Σε κάθε περίπτωση, η καλύτερη λύση παραμένει η αποτελεσματική προεπεξεργασία των υγρών αποβλήτων στην πηγή παραγωγής τους και η αντικατάσταση της χρήσης των προϊόντων που περιέχουν τοξικές ουσίες και βαριά μέταλλα, με άλλα φιλικότερα προς το περιβάλλον. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Metcalf & Eddy (1991), Wastewater Engineering, Treatment, Disposal, Reuse, 3 rd Edition, Ch. 12, pp European Commission (2001), Pollutants in Urban Wastewater and Sewage Sludge, Febr., Final report. In pollutants.pdf 3. U.S. EPA, Standards for the use or disposal of sewage sludge, 40 CFR part 503. In 4. F. Rudiger (1998), The use of biosolids from wastewater treatment plants in agriculture, Env. Manag. & Health, issue 9/4, pp D. Mamais, A. Kouzeli-Katsiri, D. G. Christoulas, A. D. Andreadakis and E. Aftias (1999), Evaluation of agricultural utilization of the sludge produced at Psyttalia wastewater treatment plant, Proc. Of the spec. Conf. Disposal and Utilization of Sewage Sludge: Treatment Methods and Application Modalities, Athens, Oct., pp U.S. EPA (2000), Biosolids Technology Fact Sheet, Alkaline Stabilization of Biosolids, Report EPA 832/F-00/052, ( stabilization.pdf

15 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ - ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ Α. Α. Zorpas, I. Haralambous, A. Vlyssides, M. Loizidou (1999), Primary Sewage Sludge treatment and utilization with natural bulking agent, Proc. Of the spec. Conf. Disposal and Utilization of Sewage Sludge: Treatment Methods and Application Modalities, Athens, Oct., pp U.S. EPA (2000), Biosolids Technology Fact Sheet, In-Vessel Composting of Biosolids, Report EPA/832/F-00/ H. Benmoussa, R. D. Tyagi and P. G. C. Campbell (1997), Simultaneous sewage sludge digestion and metal leaching using an internal loop reactor, Water Res., 31, (10), pp Θ. Α. Ιωαννίδης, Α. Ι. Ζουμπούλης, Φωτοεξυγίανση (2001), Χημικά Χρονικά (Γεν. Έκδοση), Τεύχος 9, σελ