ΚΩΔΙΚΟΣ ΕΡΓΟΥ: 1272 ΥΔΡΟΠΟΛΗ

Transcript

1 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΘΑΛΗΣ ΚΩΔΙΚΟΣ ΕΡΓΟΥ: 1272 ΥΔΡΟΠΟΛΗ Τίτλος ερευνητικού προγράμματος: Διερεύνηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ της Αστικής Ανάπτυξης και των Υποδομών Νερού στην πόλη με έμφαση σε καινοτόμες παρεμβάσεις κατανεμημένης διαχείρισης Παραδοτέο Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Εκτίμηση επιπτώσεων κύκλου ζωής (LCA) Έκδοση 0.2 Ημερομηνία υποβολής Παραδοτέου:

2 Το παρόν κείμενο αποτελεί Παραδοτέο του έργου που υλοποιείται στο πλαίσιο της Πράξης «ΘΑΛΗΣ ΕΜΠ Υδρόπολις: Διερεύνηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ της Αστικής Ανάπτυξης και των Υποδομών Νερού στην πόλη με έμφαση σε καινοτόμες παρεμβάσεις κατανεμημένης διαχείρισης».

3 Ταυτότητα εγγράφου Τίτλος Σχετική Ε.Ε. Σχετική Δράση Συντάχθηκε από Ελέγχθηκε από Είδος Επίπεδο Σύντομη περιγραφή Εκτίμηση επιπτώσεων κύκλου ζωής (LCA) Ε.Ε 4-3. Περιβαλλοντικές διαστάσεις Δ 4 - Κοινωνικές, οικονομικές και περιβαλλοντικές διαστάσεις Αλεξάνδρα Κατσίρη και Ελευθερία Κατσίρη Ανδρέας Ανδρεαδάκη Τεχνική Έκθεση Δημόσιο Παρουσιάζεται η μεθοδολογία ανάλυσης κύκλου ζωής σε ένα συμβατικό και ένα αποκεντρωμένο σύστημα ολοκληρωμένης διαχείρισης νερού, από την παροχή νερού, τη χρήση μέσα στην κατοικία, τη συλλογή των ακαθάρτων, την τοπική επεξεργασία του γκρι νερού σε βιοαντιδραστήρα μεμβράνης MBR, την βιολογική επεξεργασία, και τη διάθεση σε θαλάσσιο αποδέκτη Έκδοση Ημερομηνία Αναθεωρήθηκε από Παρατηρήσεις Α. Κατσίρη

4 Περιεχόμενα 1 Ανάλυση κύκλου ζωής (LCA) - Μεθοδολογία Ορισμοί Σκοπός και πεδίο εφαρμογής της ανάλυσης κύκλου ζωής Σκοπός της ανάλυσης Λειτουργική μονάδα Συμπλήρωση συστήματος Απογραφική ανάλυση Εκτίμηση επιπτώσεων Κατηγορίες επιπτώσεων Χαρακτηρισμός Κανονικοποίηση Τεχνικά χαρακτηριστικά εναλλακτικών συστημάτων Χαρακτηριστικά γκρι και μαύρου νερού σε επίπεδο κατοικίας Παροχές και μοναδιαία φορτία μαύρου και γκρι νερού Ποιοτικά χαρακτηριστικά μαύρου και γκρι νερού Τιμές σχεδιασμού φορτίων ρευμάτων γκρι νερού Περιγραφή εναλλακτικών συστημάτων διαχείρισης αστικού νερού Δεδομένα συστήματος Συμβατικό σύστημα Αποκεντρωμένο σύστημα διαχείρισης Περιοχές με πανταχόθεν ελεύθερη δόμηση Όρια συστήματος Μεταξύ της τεχνόσφαιρας και του περιβάλλοντος Όρια ανάλυσης LCA (Cut-off) Απογραφική ανάλυση (Inventory) Βασικές μονάδες Ενέργεια Μεταφορές υλικών Κατασκευή μονάδων Δίκτυο αποχέτευσης και εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων Μονάδα MBR Δίκτυα αποχέτευσης μέσα στην κατοικία Παραδοτέο Σελίδα i

5 3.3 Λειτουργία Δίκτυο αποχέτευσης Εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων Εγκαταστάσεις επεξεργασίας ιλύος Εκπομπές θερμότητας Αποτελέσματα Μοντελοποίηση Εκτίμηση επιπτώσεων Κατανάλωση ενέργειας Αέρια θερμοκηπίου Δυναμικό Τοξικότητας και οικοτοξικότητας Άλλες επιπτώσεις Κανονικοποίηση επιπτώσεων Συμπεράσματα Βιβλιογραφία Πηγές Κατάλογος Πινάκων Πίνακας 1-1. Κατηγορίες επιπτώσεων και εκπομπές... 9 Πίνακας 1-2. Συντελεστές για την κανονικοποίηση της εκτίμησης των επιπτώσεων Πίνακας 2-1. Μοναδιαία φορτία ρύπανσης από διάφορα ρεύματα - (g/p.d) Πίνακας 2-2. Ποιοτικά χαρακτηριστικά ούρων και κοπράνων Πίνακας 2-3. Ποιοτικά χαρακτηριστικά ούρων και κοπράνων - (mg/l) Πίνακας 2-4. Ποιοτικά χαρακτηριστικά ούρων και κοπράνων - (mg/l) Πίνακας 2-5. Σύσταση γκρι και μαύρου νερού - (mg/l) Πίνακας 2-6. Όγκος λυμάτων ανά πηγή προέλευσης και ανά χρήση (L/use) Πίνακας 2-7. Όγκος λυμάτων ανά πηγή προέλευσης - L/p.d Πίνακας 2-8. Όγκος και χαρακτηριστικά λυμάτων ανά πηγή προέλευσης (mg/l) Πίνακας 2-9. Μοναδιαία φορτία των ρευμάτων του γκρι και μαύρου νερού - g/p.d Πίνακας Συγκεντρώσεις ρυπαντικών φορτίων σε γκρι, και μαύρο νερό mg/l Πίνακας Δεδομένα σχεδιασμού συστημάτων Πίνακας Παροχές και ρυπαντικά φορτία σχεδιασμού συμβατικού συστήματος Πίνακας 3-1. Μίγμα παραγωγής ενέργειας Ελλάδα Πίνακας 3-2. Ποσότητες υλικών και εργασιών για την κατασκευή υποδομών Κλάση 4 30 Πίνακας 3-3. Ποσότητες υλικών και εργασιών για τo τέλος ζωής Κλάση Πίνακας 3-4. Ποσότητες υλικών και εργασιών για τo τέλος ζωής Κλάση Πίνακας 3-5. Μεταβολές χρήσης γης για εγκαταστάσεις επεξεργασίας Κλάση Πίνακας 3-6. Υλικά για μονάδα επεξεργασίας ΜΒR 500 L/d Παραδοτέο Σελίδα ii

6 Πίνακας 3-7. Υλικά σωλήνων αποχέτευσης Πίνακας 3-8. Συντελεστές μεταφοράς οργανικού άνθρακα Πίνακας 3-9. Συντελεστές μεταφοράς Φωσφόρου Πίνακας Συντελεστές μεταφοράς αζώτου Πίνακας Συντελεστές μεταφοράς αζώτου Πίνακας Κατανάλωση ενέργειας στην επεξεργασία 1 m 3 λυμάτων Πίνακας Συντελεστές μεταφοράς παραμέτρων στην αναερόβια χώνευση Πίνακας Σύσταση καυσαερίων αποτεφρωτήρα ανά kg ιλύος Πίνακας Κατανάλωση ενέργειας στην αναερόβια χώνευση ανά kg ιλύος Πίνακας 4-1. Κατανάλωση ενέργειας ανα διαδικασία, GJ Κατάλογος Σχημάτων Εικόνα 1-1. Σχηματική απεικόνιση διαδικασίας LCA... 5 Εικόνα 1-2. Πλαίσιο ανάλυσης κύκλου ζωής... 6 Εικόνα 1-3. Συμπλήρωση συστήματος. (Προσαρμογή από Remy eta al., 2006)... 8 Εικόνα 2-1. Συμβατικό σύστημα επεξεργασίας Εικόνα 2-2. Αποκεντρωμένο σύστημα επεξεργασίας Εικόνα 2-3. Σχηματική απεικόνιση παροχών στο αποκεντρωμένο σύστημα διαχείρισης. 23 Εικόνα 2-4. Όρια ανάλυσης στη φάση λειτουργίας Εικόνα 2-5. Όρια ανάλυσης στη φάση κατασκευής Εικόνα 4-1. Σχηματική απεικόνιση συμβατικού συστήματος Εικόνα 4-2. Σχηματική απεικόνιση αποκεντρωμένου συστήματος Εικόνα 4-3. Απεικόνιση λειτουργίας της ΕΕΛ για το του συμβατικό σύστημα Εικόνα 4-4. Απεικόνιση λειτουργίας της ΕΕΛ για το του αποκεντρωμένο σύστημα Εικόνα 4-5. Σχηματική απεικόνιση κατασκευής δικτύου αποχέτευσης, ανά km αγωγού. 40 Εικόνα 4-6. Κατασκευή εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων, ανά m 3 λυμάτων Εικόνα 4-7. Σχηματική απεικόνιση λειτουργίας μονάδας MBR Εικόνα 4-8. Σχηματική απεικόνιση κατασκευής εγκατάστασης MBR Εικόνα 4-9. Σχηματική απεικόνιση κατασκευής δικτύων εντός της κατοικίας Εικόνα Κατανάλωση ενέργειας ανάλογα με στάδιο κύκλου ζωής Εικόνα Παραγωγή αερίων θερμοκηπίου, ανάλογα με τη στάδιο κύκλου ζωής Εικόνα Παραγωγή αερίων θερμοκηπίου, ανάλογα με τη διαδικασία Εικόνα Ανθρώπινη τοξικότητα, ανάλογα με το στάδιο κύκλου ζωής Εικόνα Οικοτοξικότητα στα γλύκα νερά, ανάλογα με το στάδιο κύκλου ζωής Εικόνα Οικοτοξικότητα στα θαλασσινά νερά, ανάλογα με στάδια κύκλου ζωής Εικόνα Δυναμικό ευτροφισμού, ανάλογα με το στάδιο κύκλου ζωής Εικόνα Δυναμικό οξίνισης, ανάλογα με το στάδιο κύκλου ζωής Εικόνα Δυναμικό εξάντλησης πόρων, ανάλογα με το στάδιο κύκλου ζωής Εικόνα Δυναμικό καταστροφής του στρατοσφαιρικού όζοντος., ανάλογα με το στάδιο κύκλου ζωής Εικόνα Συνολικό διάγραμμα επιπτώσεων στην ίδια βάση αναφοράς Παραδοτέο Σελίδα iii

7 Περίληψη Τα σύγχρονα συστήματα διαχείρισης αστικού νερού χρησιμοποιούν τεχνολογίες που επιτρέπουν την τοπική ανακύκλωση του χρησιμοποιημένου νερού σε επίπεδο κατοικίας και τη χρήση του βρόχινου νερού και της αστικής απορροής σε επίπεδο κατοικίας ή γειτονιάς. Αυτές οι πρακτικές μειώνουν δραστικά την ανάγκη για την επέκταση των υποδομών, επιτυγχάνοντας έτσι τη μείωση των δαπανών της αστικής ανάπτυξης. Παρόλα όμως αυτά τα πλεονεκτήματα οι αποκεντρωμένες πρακτικές διαχείρισης αγνοούνται από τους πολεοδόμους, μηχανικούς και αρχιτέκτονες καθώς και από το ευρύ κοινό που εξακολουθούν να σχεδιάζουν με τον παραδοσιακό τρόπο. Η παρούσα μελέτη αποσκοπεί, με τη χρήση της μεθοδολογίας ανάλυσης κύκλου ζωής, να αναδείξει τα συγκριτικά πλεονεκτήματα των αποκεντρωμένων λύσεων, ειδικά όσον αφορά τα σύνθετα περιβαλλοντικά ζητήματα και να παρέχει τεχνικά δεδομένα και πληροφορίες προς τους κοινωνικούς φορείς. Αναλύονται ένα συμβατικό και ένα αποκεντρωμένο σύστημα ολοκληρωμένης διαχείρισης νερού, από την παροχή νερού, τη χρήση μέσα στην κατοικία, τη συλλογή των ακαθάρτων, την τοπική επεξεργασία του γκρι νερού σε βιοαντιδραστήρα μεμβράνης MBR, την βιολογική επεξεργασία, σύμφωνα με τις απαιτήσεις της οδηγίας 91/271/EEC Directive και τη διάθεση σε θαλάσσιο αποδέκτη. Η ιλύς υποβάλλεται σε σταθεροποίηση με αναερόβια χώνευση, αφυδάτωση σε ποσοστό 20% στερά και διατίθεται σε γεωργική γη ως λίπασμα. Το βιοαέριο καίγεται σε καυστήρα για παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. Τα πρόσθετα οφέλη από την λιπασματική χρήση της ιλύος δεν λαμβάνονται υπόψη στην LCA. Η ηλεκτρική ενέργεια και η θερμότητα χρησιμοποιούνται για την κάλυψη των αναγκών λειτουργίας της μονάδας και τη θέρμανση του χωνευτή. Στην LCA αναλύονται όλες οι φάσεις του κύκλου ζωής, που περιλαμβάνει την κατασκευή των υποδομών, τα δίκτυα μέσα στην κατοικία, το δίκτυο αποχέτευσης, τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων (ΕΕΛ), τη λειτουργία όλων των μονάδων και δικτύων και την αποκομιδή μετά το τέλος ζωής. Ως λειτουργική μονάδα για τη σύγκριση των δύο συστημάτων λαμβάνεται η διαχείριση νερού που παράγεται από 8 άτομα σε μία διώροφη κατοικία για ένα χρόνο. Οι παροχές των ακαθάρτων διακρίνονται σε «μαύρο νερό» ήτοι τα λύματα που παράγονται από την τουαλέτα, το νεροχύτη και το πλυντήριο πιάτων και σε «γκρο νερό» ήτοι τα λύματα που παράγονται από το νιπτήρα το μπάνιο η/και ντους και το πλυντήριο των ρούχων. Οι ποσότητες και τα χαρακτηριστικά των διαφόρων ροών εκτιμήθηκαν από βιβλιογραφικά δεδομένα και ελέγχθηκαν από αναλυτικές μετρήσεις των πιο πάνω ροών από την ομάδα του έργου σε τυπικά Ελληνικά νοικοκυριά. Για την ανάλυση των επιπτώσεων κύκλου ζωής χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα GaBi 6.0 ( που έχει διατεθεί για εκπαιδευτικούς σκοπούς. Για την εκτίμηση των απογραφικών δεδομένων (Inventory data) χρησιμοποιήθηκαν η Educational Παραδοτέο Σελίδα 1

8 database της GaBi 6.0, κυρίως για τα στοιχεία υποβάθρου, στοιχεία από ανάλογες έρευνες καθώς και λεπτομερείς εκτιμήσεις. Για τις υποδομές θεωρήθηκε ωφέλιμος χρόνος ζωής 100 έτη για το δίκτυο αποχέτευσης, 30 έτη για τις ΕΕΛ, 40 έτη για υποδομές κτιρίων και 10 έτη για τη μονάδα MBR. Συντελεστές μεταφοράς για τον άνθρακα, το άζωτο, το φώσφορο, το Θείο και τα βαρέα μέταλλα εκτιμήθηκαν για όλα τα στάδια της επεξεργασίας με βάση τον αναλυτικά σχεδιασμό των μονάδων έτσι ώστε να υπολογισθούν οι εκπομπές υγρών, στερεών και αερίων αποβλήτων στο περιβάλλον. Επί πλέον ελήφθησαν υπόψη και οι εκλύσεις θερμότητας στο περιβάλλον. Υπολογίστηκαν επίσης αναλυτικά οι απαιτήσεις σε ενέργεια και χημικά που εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά των αποβλήτων. Τα αποτελέσματα του LCΑ έδειξαν ότι η καθαρή κατανάλωση ενέργειας στο συμβατικό σύστημα οφείλεται κατά 74,3% στη λειτουργία της ΕΕΛ, κατά 19,1% στην παραγωγή πόσιμου νερού, κατά 4,4% στην κατασκευή του δικτύου αποχέτευσης, κατά 0,3% για την κατασκευή του δικτύου σωληνώσεων, ενώ η κατανάλωση ενέργειας για τη φάση του τέλους κύκλου ζωής είναι αμελητέα. Το αποκεντρωμένο σύστημα απαιτεί μειωμένη ενέργεια κατά 23%, ενώ από την εξοικονόμηση πόσιμου νερού επιτυγχάνεται μείωση κατανάλωση ενέργειας κατά 40%. Αντίστοιχη μείωση παρατηρήθηκε στο μέγεθος και των άλλων επιπτώσεων. Ανάλυση των επί μέρους συνιστωσών στην περίπτωση της επίπτωσης στην παγκόσμια θέρμανση έδειξε ότι τη μεγαλύτερη συνεισφορά έχουν οι χερσαίες μεταφορές των υλικών, και ακολουθούν η παραγωγή του πόσιμου νερού, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η λειτουργία των μονάδων MBR, η καύση του βιοαερίου η λειτουργία των ΕΕΛ και η παραγωγή του πολυαιθυλενίου για τους σωλήνες. Στο συμβατικό σύστημα σημαντικές επιπτώσεις έχει επίσης και η παραγωγή του δομικού χάλυβα. Τέλος η κανονικοποίηση των αποτελεσμάτων σε κοινή βάση αναφοράς έδειξε ότι σημαντικότερες επιπτώσεις είναι ο ευτροφισμός (EP), η θαλάσσια οικοτοξικότητα (MAETP) και το δυναμικό οξίνισης (AP), ενώ λιγότερο σημαντικές είναι η εξάντληση των φυσικών πόρων (ADP), η ανθρώπινη τοξικότητα (HTP) και τα αέρια θερμοκηπίου (GWP). Ο κίνδυνος εξάντλησης του όζοντος (ODP) είναι πρακτικά μηδενικός ενώ πολύ χαμηλή είναι η οικοτοξικότητα στα γλυκά νερά (FAETP) και στο έδαφος (TETP). Τα ανηγμένα βάρη των επιπτώσεων ήταν χαμηλότερα κατά 30% γιο αποκεντρωμένο σύστημα σε σχέση με το συμβατικό. Παραδοτέο Σελίδα 2

9 Extended abstract Modern decentralized water-aware technologies, including for example grey water recycling and rainwater harvesting, enable water reuse at the scale of household or neighborhood. Such options reduce the pressure on the infrastructure and alleviate the need for upgrading, hence reducing the cost of urban growth. However these practices are widely ignored by public planning authorities, architects or engineers. In order to define and evaluate possible approaches and methodologies, a comparative life cycle assessment (LCA) study of conventional and decentralized practices was carried in order to provide practical data and information and to communicate the complex issues of environmental impacts at various levels to the stakeholders and decision-makers. The study analyses a typical conventional system and a system practicing grey water treatment and recycling, for use in the WC and garden irrigation, at household level. The functional unit is the treatment of wastewater generated by 8 persons, in 1 year, living in 1 two storey house. The wastewater flows are distinguished into black water generated by WC, kitchen sinks and dishwasher, and grey water generated by wash basin, bath and shower and washing machine. The quantities and composition of these inputs are based on actual measurements in typical Greek urban households, carried out by the study teamand supplemented by bibliographical information. Wastewater treatment corresponds to minimum pollutants removal efficiency, imposed by the 91/271/EEC Directive. Grey water is treated at the household level by membrane bioreactor technology (MBR). Sludge arising from the treatment of wastewater is stabilized by anaerobic digestion, dewatered to 20% dry solids and applied for land farming. The fertilizing function of sludge and of the related advantages in term of avoided use of chemical fertilizers is not considered in this LCA. Biogas is burned in a dual fuel engine to produce electricity and heat. Electricity is used to supply part of energy requirements in the plant, while part of heat is used in the digester and to satisfy other needs. The infrastructures, i.e., hydraulic piping in the households, sewer network and wastewater treatment facilities are also included in the analysis. The software GaBi 6.0 ( was used for the LCI. The methodology is compliant with the ISO standards (Guinée, 2002) and follows the current state of the art of attributional (descriptive) LCA. Foreground data are based on literature values from reliable sources (Doka, 2009, Benetto et al. 2009), which have been checked and reviewed as detailed hereafter and elsewhere (Katsiri, 2015). Inventories for sewerage and wastewater treatment (WWTP) infrastructures were adopted from Doka, These inventories are per km of sewerage system and m 3 of wastewater treated respectively. A service life of 100, 30, 40, and 10 years was adopted for the sewerage system, the WWTP, the building and the MBR respectively. This is an important assumption as it influences the contribution the infrastructure has on the overall life cycle of the system.. Παραδοτέο Σελίδα 3

10 Transfer coefficients of carbon, nitrogen, phosphorous, sulphur and heavy metals along the various stages of wastewater and sludge treatment were used to characterize the fate of main constituents during operation, and to estimate respective emissions to air, water and agricultural land (Table 1). In addition waste heat is produced from the mineralization of biomass and the incineration of biogas. Auxiliary materials include chemicals for phosphate precipitation and sludge thickening and dewatering. Electricity consumption for WWTP and MBR operation are both waste specific and general (pumps, motors, etc). Electricity and heat production are also waste specific. LCI results showed that net energy consumption for the conventional system is allocated as 74,3% to WWTP operation, 19,1% for tap water production, 4,4% for sewerage system construction, 2% for WWTP construction, 0,30% for building piping system, whereas energy use for end of life sewerage and WWTP infrastructure is negligible. The grey water system achieves a 23% overall reduction in energy consumption and a 40% reduction in energy consumption for tap water (see figure 1). A similar reduction was observed in most of the environmental impacts. The main contributor to Global Warming Potential (GWP), expressed as CO 2 -equiv., for the grey system is WWTP operation followed by tap water production, MBR operation, sewerage network construction, MBR construction, and building pipes. Looking at the process level, the main contributors to GWP, is transport by lorry, followed by tap water production, electricity at grid, MBR operation, biogas incineration, wastewater treatment and polyethelene production. In the conventional system, steel bar production is higher in the hierarchy as a CO 2 contributor, (see figure 2). Wastewater treatment followed by anaerobic digestion are the main contributors to eutrophication potential (EP), and fresh water aquatic Ecotoxicity (FAETP). Normalization according to CML Apr. 2013, EU25+3, year 2000 showed that eutrophication potential (EP) is the most important environmental impact, followed by marine aquatic ecotoxicity potential (MAETP) and acidification potential (AP), (see figure 3). Calculated weights were lower by 30% in the grey water system compared to the conventional system. Only one indicator namely Freshwater Aquatic Ecotoxicity Pot. (FAETP inf.) has a higher weight in the grey water system, but its overall significance is very low in both systems. Παραδοτέο Σελίδα 4

11 1 Ανάλυση κύκλου ζωής (LCA) - Μεθοδολογία 1.1 Ορισμοί Η ανάλυση κύκλου ζωής έχει πλέον καθιερωθεί σαν ένα δόκιμο εργαλείο για τη συγκριτική αξιολόγηση εναλλακτικών συστημάτων διαχείρισης. Η μεθοδολογία είναι αυτή που περιγράφεται στα ISO 14040, και ISO 14044, Η LCA αποτελεί ένα εργαλείο για την εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων ενός «συστήματος παραγωγής» σε όλα τα στάδια του κύκλου ζωής του: από την εξόρυξη των πρώτων υλών, την παραγωγή των υλικών, των επί μέρους εξαρτημάτων και του τελικού προϊόντος, τη χρήση του προϊόντος και τη διαχείριση του προϊόντος μετά την απόρριψή του μέσω επαναχρησιμοποίησης, ανακύκλωσης η τελικής διάθεσης (εικόνα 1-1). Ο όρος «σύστημα παραγωγής» περιλαμβάνει τα προϊόντα, τις διαδικασίες ή/και τις υπηρεσίες που υπεισέρχονται στο υπό ανάλυση σύστημα. Κατά την αναλυτική απογραφή του κύκλου ζωής, συλλέγονται και παρουσιάζονται δεδομένα όλων των εισροών και εκροών υλικών και ενέργειας από την εξόρυξη μέχρι και την τελική απόρριψη του υπό εξέταση συστήματος. Η ποιότητα των δεδομένων που χρησιμοποιούνται στις αναλυτικές απογραφές, αποτελεί υπόθεση υψίστης σημασίας λόγω της µμεγάλης ανομοιομορφίας των πηγών προέλευσης και της ευρύτητας του αντικειμένου. Διάθεση προϊόντων στο περιβάλλον: Εκπομπές στον αέρα, το νερό και το έδαφος Μεταφορά Αρχικές διαδικασίες: Παροχή ενέργειας, παρασκευή πρώτων υλών και βοηθητικών υλικών Παραγωγικές διαδικασίες ή υπηρεσίες Επόμενες διαδικασίες: επεξεργασία υγρών, στερεών και αερίων αποβλήτων Απολήψεις από το περιβάλλον: Πόροι, νερό, ενέργεια, χρήση γης Εικόνα 1-1. Σχηματική απεικόνιση διαδικασίας LCA Παραδοτέο Σελίδα 5

12 Το πλαίσιο µμεθοδολογίας της LCA αποτελείται από τέσσερα βασικά στάδια: Στάδιο 1: Καθορισµός του σκοπού και του πεδίου δράσης (Goal and scope definition ) Στάδιο 2: Απογραφική ανάλυση (Inventory analysis, LCI) Στάδιο 3: Αποτίµηση επιπτώσεων (Impact assessment, LCIA) Στάδιο 4: Ερμηνεία και εκτίμηση βελτιώσεων (Interpretation) Μεταξύ της ερμηνείας και των τριών άλλων σταδίων υπάρχει μια συνεχής δράση/ανάδραση, εικόνα 2-2. Εικόνα 1-2. Πλαίσιο ανάλυσης κύκλου ζωής 1.2 Σκοπός και πεδίο εφαρμογής της ανάλυσης κύκλου ζωής Σκοπός της ανάλυσης Στην παρούσα έρευνα αναλύονται και συγκρίνονται το τυπικό σύστημα διαχείρισης του αστικού νερού με το εναλλακτικό σχέδιο διαχείρισης που προτείνει η Υδρόπολη ως προς τις οικολογικές επιπτώσεις στο περιβάλλον. Κύριος στόχος είναι να επισημανθούν τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της κάθε λύσης έτσι ώστε να ληφθούν υπόψη στον σχεδιασμό και την προώθηση των εναλλακτικών συστημάτων και την ενσωμάτωση τους στην μελλοντική πόλη. Μέσα από τη σύγκριση αυτή αναμένεται να προκύψουν οι παράμετροι του σχεδιασμού με τη μεγαλύτερη επίπτωση στο οικοσύστημα έτσι ώστε μελλοντικές αναλύσεις LCA να επικεντρώνονται στους παράγοντες αυτούς, μειώνοντας έτσι τις απαιτήσεις για αναλυτικούς καταλόγους ροών (inventory). Παραδοτέο Σελίδα 6

13 1.2.2 Λειτουργική μονάδα Η παρούσα μελέτη γίνεται για να συγκρίνει το συμβατικό σύστημα διαχείρισης νερού σε επίπεδο κατοικίας με το αποκεντρωμένο σύστημα όπου το γκρι νερό διαχωρίζεται, επεξεργάζεται τοπικά και ανακυκλώνεται για χρήση στην τουαλέτα και για το πότισμα του κήπου. Η πιλοτική περιοχή είναι προάστιο με σύστημα δόμησης πανταχόθεν ελεύθερο. Αποτελείται από 1000 διώροφες κατοικίες, των 8 ατόμων. Οι κατοικίες τροφοδοτούνται με πόσιμο νερό, ενώ στόχος είναι η αποχέτευση, η επεξεργασία και η διάθεση των επεξεργασμένων λυμάτων και της ιλύος καθώς και το πότισμα των κήπων Σαν λειτουργική μονάδα της ανάλυσης λαμβάνεται: Η συλλογή, επεξεργασία και διάθεση των υγρών αποβλήτων που παράγονται από 8 άτομα, σε διώροφη κατοικία με κήπο, επί 1 έτος Συμπλήρωση συστήματος Τα εναλλακτικά σχέδια διαχείρισης συχνά δημιουργούν ωφέλιμα προϊόντα πέραν του βασικού προϊόντος που είναι η διάθεση του αποβλήτου, όπως παραγωγή ενέργειας από την καύση του βιοαερίου σε μονάδες συνδυασμένης καύσης ή λιπάσματα από την ανακύκλωση επεξεργασμένων λυμάτων και ιλύος που περιέχουν σημαντικές ποσότητες θρεπτικών. Κατά συνέπεια τα συστήματα δεν είναι ισοδύναμα ως προς τις λειτουργίες που επιτελούν και άρα δεν είναι άμεσα συγκρίσιμα. Προκειμένου να υπάρξει η ίδια βάση αναφοράς τα εναλλακτικά συστήματα συμπληρώνονται με την αντίστοιχη ποσότητα παραγόμενου προϊόντος, του οποίου έχουν έλλειψη (ISO/TR 14049, 2000; Fleischer, 1994), εικόνα 1-3. Στην παρούσα μελέτη είναι απαραίτητες δύο διαδικασίες για τη συμπλήρωση του συστήματος: Παροχή λιπασμάτων (N, P, K): Η συμβατική λύση συμπληρώνεται με τη διαδικασία της παραγωγής και της εφαρμογής της ισοδύναμης ποσότητας λιπασμάτων N/P/K που εξοικονομούνται μέσω της ανακύκλωσης των επεξεργασμένων λυμάτων και της ιλύος σε γεωργική γη. Επισημαίνεται ότι αν τα εναλλακτικά συστήματα παράγουν διαφορετικές ποσότητες λιπασμάτων, τότε συμπληρώνονται κατά περίπτωση με τις απαραίτητες ποσότητες ώστε να έλθουν όλα στην ίδια βάση σύγκρισης. Προμήθεια ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας: Όλα τα εναλλακτικά συστήματα παράγουν συμπληρωματικές ποσότητες ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας, αλλά θα πρέπει σε όλα να προστεθούν οι αναγκαίες ποσότητες ώστε να έλθουν και εδώ στην ίδια βάση σύγκρισης. Παραδοτέο Σελίδα 7

14 Σύστημα S 1 Σύστημα S 2 Σύστημα S 1 Σύστημα S 2 + Συμπληρωματικό P 1 P 2 P 1 P 1 P 2 P 2 P 2 Μη συγκρίσιμα συστήματα Συγκρίσιμα συστήματα Εικόνα 1-3. Συμπλήρωση συστήματος. (Προσαρμογή από Remy eta al., 2006) 1.3 Απογραφική ανάλυση Κατά την αναλυτική απογραφή του κύκλου ζωής, συλλέγονται και παρουσιάζονται δεδοµένα στοιχείων εισόδου και εξόδου του υπό εξέταση συστήµατος. Η ποιότητα των δεδοµένων που χρησιµοποιούνται στις αναλυτικές απογραφές, αποτελεί υπόθεση υψίστης σηµασίας λόγω της µεγάλης ανοµοιοµορφίας των πηγών προέλευσης και της ευρύτητας του αντικειμένου. 1.4 Εκτίμηση επιπτώσεων Στην παρούσα μελέτη σαν μέθοδος εκτίμησης των επιπτώσεων χρησιμοποιείται η μέθοδος CML (Guinée, 2001) που εκτιμά επιπτώσεις στο μεσοδιάστημα (midpoint), (βλέπε και παραδοτέο 4.3.1, κεφ Η εκτίμηση των επιπτώσεων περιλαμβάνει 4 στάδια: 1) Επιλογή κατηγοριών επιπτώσεων και ταξινόμηση 2) Χαρακτηρισμός, ποσοτική εκτίμηση της επίπτωσης της κάθε εκπομπής σύμφωνα με τον μηχανισμό δράσης 3) Κανονικοποίηση, όπου οι εκπομπές μετατρέπονται με βάση κοινή αναφορά, πχ ανά κάτοικο και έτος. 4) Στάθμιση, όπου οι επιπτώσεις ταξινομούνται ανάλογα με τη σχετική σημασία τους (προαιρετικό βήμα) Κατηγορίες επιπτώσεων Οι κατηγορίες των επιπτώσεων που θα χρησιμοποιηθούν παρουσιάζονται στον πίνακα 1-1 μαζί με τις αντίστοιχες εκπομπές και φυσικούς πόρους. Παραδοτέο Σελίδα 8

15 Πίνακας 1-1. Κατηγορίες επιπτώσεων και εκπομπές Κατηγορία επίπτωσης Δείκτης Σχετικές εκπομπές/ πόροι Κατανάλωση Ενέργειας Εξάντληση αβιοτικών πόρων Κλιματική αλλαγή Οξίνιση Ευτροφισμός Οικοτοξικότητα γλυκών επιφανειακών νερών Συνολική ενέργεια R Όλες οι μορφές ενέργειας Δυναμικό εξάντλησης αβιοτικών πόρων (ADP) Δυναμικό παγκόσμιας αύξησης της θερμότητας (WGP) Δυναμικό οξίνισης (AP) Δυναμικό ευτροφισμού Δυναμικό οικοτοξικότητας γλυκών νερών (FAETP) R A Α W W A S Λιγνίτης, λιθάνθρακας, φυσικό αέριο, πετρέλαιο, ουράνιο, φώσφορος, μόλυβδος, μεταλλεύματα σιδήρου, χαλκού, νικελίου, χρωμίου, ψευδαργύρου, βωξίτης, θείο, κάλλιο. CO 2, CO, CH 4, N 2 O NH 3, NOx, SO 2, HCl, HF PO 4, μορφές P, COD, TOC, μορφές N Cd, Cr III+IV, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn, H Cd, Cr III+IV, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn, HF, βενζόλιο, φορμαλδεΰδη, BaP, PAH, PCDD/PCDF Cd, Cr III+IV, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn Οικοτοξικότητα εδάφους Οικοτοξικότητα γλυκών θαλασσινών νερών Οικοτοξικότητα ιζημάτων Ανθρώπινη τοξικότητα Δυναμικό οικοτοξικότητας εδάφους (TETP) Δυναμικό οικοτοξικότητας θαλασσινών νερών (MAETP) Δυναμικό οικοτοξικότητας ιζημάτων (SETP) Δυναμικό Τοξικότητας στον άνθρωπο (HTP) S W A S W A S W A S Cd, Cr III+IV, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn, F Cd, Cr III+IV, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn, NH 3, NOx, SO 2, HCl, HF, σωματίδια, PF10, βενζόλιο, φορμαλδεΰδη, BaP, PAH, PCDD/PCDF Cd, Cr III+IV, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn Εξάντληση στρατοσφαιρικού όζοντος Δυναμικό εξάντλησης στρατοσφαιρικού όζοντος Α O 3 Παραδοτέο Σελίδα 9

16 (ODP) Ιονίζουσα ακτινοβολία Επιπτώσεις από τη χρήση γης Δυναμικό παραγωγής ιονίζουσας ακτινοβολίας Α Ιονίζουσα ακτινοβολία (R) Πόροι, (Α) Εκπομπές στον αέρα, (W) Εκπομπές στα νερά, (S) Εκπομπές στο έδαφος Χαρακτηρισμός Για τον υπολογισμό της τιμής των δεικτών χρησιμοποιείται η ακόλουθη γενική σχέση: Όπου: I m = Η τιμή του δείκτη για την συγκεκριμένη κατηγορία επιπτώσεων Q mi = συντελεστής χαρακτηρισμού που συνδέει την παρέμβαση i με την κατηγορία επιπτώσεων m m i = το μέγεθος της παρέμβασης i, (πχ, μάζα CO 2 που εκπέμπεται στον αέρα). Η ποσοτικοποίηση των δεικτών έχει περιγραφεί αναλυτικά στο παραδοτέο και συγκεκριμένα στο κεφάλαιο Περισσότερα στοιχεία υπάρχουν στο (Guinée et al, ). 1.5 Κανονικοποίηση Οι τιμές των επιπτώσεων μετατρέπονται με τη χρήση συντελεστών ώστε να έχουν την ίδια βάση αναφοράς, π.χ 1000 kg CO 2 -equiv/pe*a: Ι i, norm = η κανονικοποιημένη τιμή της επίπτωσης, (pe. έτος) Ι i, system = η τιμή της επίπτωσης, (kg, ή MJ/έτος) Ι i, EU = η ολική τιμή της επίπτωσης στην EU, (kg, ή MJ/έτος) pop EU = ο πληθυσμός της Ευρώπης (pe) Τιμές συντελεστών κανονικοποίησης εκφρασμένες σε πχ kg/year.capita για διάφορες περιοχές της Ευρώπης φαίνονται στον πίνακα 1-2. Παραδοτέο Σελίδα 10

17 Πίνακας 1-2. Συντελεστές για την κανονικοποίηση της εκτίμησης των επιπτώσεων Κατηγορία επίπτωσης Γερμανία Δυτική Ευρώπη (1995) Παγκόσ μια (1995) Μονάδες Ζήτηση ενέργειας (ορυκτοί πόροι) 146 GJ.yr -1.capita -1 Εξάντληση αβιοτικών πόρων 32,6 32,6 27,7 kg (Sb eq).yr -1.capita -1 Κλιματική αλλαγή kg (CO 2 eq).yr -1.capita -1 Εξάντληση στρατοσφαιρικού όζοντος 0, kg (CFC-11 eq).yr -1.capita -1 Ανθρώπινη τοξικότητα kg (1,4-DCB eq).yr -1.capita -1 Οικοτοξικότητα Γλυκών νερών 88, kg (1,4-DCB eq).yr -1.capita -1 Θαλασσινών νερών kg (1,4-DCB eq).yr -1.capita -1 Εδάφους 70, kg (1,4-DCB eq).yr -1.capita -1 Σχηματισμός φωτοχημικού όζοντος 25,4 8,04 kg (C 2 H 4 eq).yr -1.capita -1 Οξίνιση 35,4 84,2 52,9 kg (SO 2 eq).yr -1.capita -1 Ευτροφισμός 9,7 38,4 22,8 kg (PO 4 3- eq).yr -1.capita -1 Παραδοτέο Σελίδα 11

18 2 Τεχνικά χαρακτηριστικά εναλλακτικών συστημάτων 2.1 Χαρακτηριστικά γκρι και μαύρου νερού σε επίπεδο κατοικίας Παροχές και μοναδιαία φορτία μαύρου και γκρι νερού Στο κεφάλαιο αυτά παρουσιάζονται δεδομένα από την έρευνα της βιβλιογραφίας σχετικά με τα χαρακτηριστικά του γκρι και μαύρου νερού προκειμένου να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση των επιπτώσεων κύκλου ζωής αλλά και να συγκριθούν με τα αποτελέσματα των πειραματικών μετρήσεων που έγιναν στα πλαίσια της δράσης 2.3. Τιμές σχεδιασμού για μοναδιαία φορτία ρύπανσης των διάφορων ρευμάτων που μπορεί να διαθέτονται στο σύστημα αποχέτευσης έχουν προταθεί από τους Benetto et al (2008) και έχουν πρόσφατα αναθεωρηθεί από τους Vinneras et al (2014). Χαρακτηριστικές τιμές, g ανά κάτοικο και ημέρα (g/p.d) παρουσιάζονται στον πίνακα 2-1. Πίνακας 2-1. Μοναδιαία φορτία ρύπανσης από διάφορα ρεύματα - (g/p.d) Παράμετρος Ούρα ( 1 ) Κόπρανα ( 1 ) Black water ( 1 ) Grey water Υπολείμματα κουζίνας Πράσινα κήπων ( 2 ) Υγρή μάζα TS TVS 45 27,9 72, TSS COD BOD TOC N-ολικό 10 1,5 11,5 1,3 1,5 11 P-ολικός 1 0,5 1,5 0,5 0,285 5 Κ 2,6 1,0 3,6 1 0,22 13,6 Na 3,5 0,15 3,65 6 1,2 0,2 Ca 0,21 1 1, Mg 0,12 0,2 0,32 3 0,22 4,5 Cl 4,8 0,06 4, ,3 S-ολικό 0,8 0,2 1 7,5 0,1 0,5 Cd ( 3 ) 0,0007 0,02 0,0207 0,03 0,01 0,4 Cr 0,01 0,02 0,03 1 0,375 4,6 Cu 0,1 1,5 1,6 6,9 1,5 19 Hg 0,0008 0,02 0,0208 0,002 0,001 0,2 Ni 0,007 0,2 0,207 1,23 0,225 3,7 Pb 0,002 0,02 0,022 0,96 0,75 4,8 Zn 0, , , Χωρίς καζανάκι; 2 g/kg wet mass; 3 mg/p.d (Πηγή: Benetto et al., 2008; Vinneras et al (2014)). Παραδοτέο Σελίδα 12

19 Τις τιμές αυτές έχει υιοθετήσει ο Remy (Remy and Rhuland, 2006; Remy, 2010) στην μελέτη LCA για εναλλακτικά συστήματα διαχείρισης αστικής απορροής. Στον πίνακα 2-2 δίνονται βασικά ρυπαντικά χαρακτηριστικά των ούρων και κοπράνων ενώ στον πίνακα 2-3 παρουσιάζονται οι συγκεντρώσεις ρυπαντικών παραμέτρων στην απορροή της τουαλέτας με δύο παροχές, 6 λίτρα ανά χρήση και 9 λίτρα ανά χρήση. Το χαρτί της τουαλέτας εφόσον διατίθεται στη λεκάνη εκτιμήθηκε σε 8,9 Kg/p.έτος (Vinneras et al., 2014). Οι Palmquist and Haneus (2005) έχουν μετρήσει επιπλέον των βαρέων μετάλλων και συγκεντρώσεις οργανικών όπως PAHs, 10 phthalates, 10 organotin, 19 nonynphenol και octopehenol, brominated flame-retardants triclosan. Σημαντικότερες οι DEHP, (3,8 και 0,1 mg/p.d στο γκρι νερό και το μαύρο νερό αντίστοιχα), triclosan (0,2 και 0,1 mg/p.d στο γκρι νερό και το μαύρο νερό αντίστοιχα) και 4-NP (0,3 και 0,1 mg/p.d στο γκρι νερό και το μαύρο νερό αντίστοιχα). Πίνακας 2-2. Ποιοτικά χαρακτηριστικά ούρων και κοπράνων Παράμετρος Κόπρανα (mg/g) Ούρα (mg/ml) TSS COD ,5 NH4-N 1,5 2,49 NO3-N 0,03 0,012 PO4-P 5,8 5,5 Πηγή: Almeida et al., 1999 Πίνακας 2-3. Ποιοτικά χαρακτηριστικά ούρων και κοπράνων - (mg/l) Παράμετρος Ούρα Κόπρανα Μαύρο νερό (1) Παροχή (L/χρήση) 6 9 6,7 TSS ,48 CODt ,79 BODt ,225 NH4-N 71,5 72,5 71,735 TKN ,1 PO4-P ,11 Πηγή: Πηγή Friedler et al., 2011 ; (1) (*) Σύνθεση βασιζόμενη σε παραδοχή ότι 76,5% αφορά τη χρήση των 6 l ( μόνο) ούρα και 23,5% τη χρήση των 8L κόπρανα Όσον αφορά την παραγωγή μαύρου και γκρι νερού και αυτή παρουσιάζει διακυμάνσεις, αλλά μια τυπική τιμή γκρι νερού για τα δεδομένα των Μεσογειακών χωρών είναι τα 100 L/p.d και μαύρου νερού από 30 ως 60 L/p.d ανάλογα με το καζανάκι. Στις ΗΠΑ οι καταναλώσεις είναι πολύ υψηλότερες. Χαρακτηριστικές τιμές δίνονται στον πίνακα 2-4. Παραδοτέο Σελίδα 13

20 Πίνακας 2-4. Ποιοτικά χαρακτηριστικά ούρων και κοπράνων - (mg/l) Ρεύμα Palmquist & Hanæus, 2005 Almeida et al., 2009 Friedler & Penn, 2011 Allen et al., 2010 Literature Γκρι νερό 66 70,8 100,4 150, Μαύρο νερό 28,5 30,8 37,7 70, Σύνολο 94,5 101,6 138,1 220, Ποιοτικά χαρακτηριστικά μαύρου και γκρι νερού Η τελική συγκέντρωση των παραμέτρων στα επί μέρους ρεύματα γκρι και μαύρου νερού εξαρτάται από το συνολική παροχή του κάθε ρεύματος, (βλέπε πίνακα 2-6). Τυπική σύσταση του γκρι και μαύρου νερού, σύμφωνα με τους Palmquist & Hanæus 2005, παρουσιάζεται στον πίνακα 2-5. Πίνακας 2-5. Σύσταση γκρι και μαύρου νερού - (mg/l). Παράμετρος Γκρι νερό Μαύρο νερό Μ.Ο. Εύρος Μ.Ο. Εύρος Παροχή, L/p.d ph 7,5 6,06-8,38 8,94 8,87-9,08 TS VS CODt BOD Ptot 7,53 4, N tot 9, Ca 33,8 32, ,6 38,3-85,1 K 8,10 7,69-8, ,7-84,8 Mg 5,74 5,3-6, ,13-22,8 Na 77,6 61,4-92,4 97, S 23,7 22,4-25,7 35,2 30,9-38,5 Mέταλλα, μg/l Cd 0,10 0,06-0,16 0,4 0,17-0,51 Cr 3,7 20,6-5,46 3,09 <0,9-3,7 Cu 61, , ,9-162 Hg <0,020 0,7 0,13-1,0 Ni 11 4,45-28,1 9,18 5,76-12,1 Pb 2,52 2,14-3,14 2,26 0,71-3,67 Zn 64,4 55,3-77, Πηγή: Palmquist & Hanæus, 2005 Παραδοτέο Σελίδα 14

21 Πίνακας 2-6. Όγκος λυμάτων ανά πηγή προέλευσης και ανά χρήση (L/use) Πηγή Almeida et al., 1999 Friedler, 2004 Literature Μπανιέρα 61, Ντούς 42, Νιπτήρας 1,8 1,9 7,9 Νεροχύτης 11, Πλυντήριο ρούχων 95, Πλυντήριο πίατων 22,4 WC Ποιοτικά χαρακτηριστικά των επί μέρους ροών των διάφορων πηγών προέλευσης γκρι νερού έχουν μετρηθεί από αρκετούς ερευνητές. Οι Erikson et al., 2001 συνοψίζουν αποτελέσματα της βιβλιογραφίας ενώ πρόσφατα οι Meinzinger & Oldenburg (2009) έχουν προχωρήσει και σε στατιστική επεξεργασία. Οι πιο συστηματικές μετρήσεις είναι αυτές των Almeida et al.(1999) και Friedler (2004). Ο όγκος των παραγόμενων λυμάτων από τις διάφορες πηγές ανά χρήση φαίνεται στον πίνακα 2-6, ενώ στον πίνακα 2-7 παρουσιάζονται τα ποσοτικά δεδομένα με τη μορφή μοναδιαίων παροχών L/p.d. Σημαντικές διαφοροποιήσεις παρουσιάζονται στα λύματα της μπανιέρας, που οφείλεται στην αντικατάσταση του μπάνιου από το ντους. Πίνακας 2-7. Όγκος λυμάτων ανά πηγή προέλευσης - L/p.d Πηγή Friedler, 2004 Friedler et al., 2011 Almeida et al., 1999 Allen et al., 2010 Μπανιέρα 22,4 15,7% 16,1 15,8% 4,54 2,1% Ντους 16,8 11,7% 12,0 11,8% 43,91 19,9% Νιπτήρας 18 12,6% 12,9 12,7% Νεροχύτης 26,6 18,6% 13,3 13,1% 41,26 18,7% Πλυντήριο ρούχων 16,6 11,6% 16,6 16,3% 56,78 25,8% Πλυντήριο πιάτων 5,0 3,5% - - 3,79 1,7% WC 37,7 26,3% 30,8 30,3% 70,03 31,8% Σύνολο γκρι 105,4 73,7% 70,79 69,7% 150,28 68,2% Σύνολο 143,1 100% 101,59 100% 220,31 100% Στον πίνακα 2-8 παρουσιάζονται τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των ρευμάτων από διάφορες ( Friedler, 2004). Παραδοτέο Σελίδα 15

22 Πίνακας 2-8. Όγκος και χαρακτηριστικά λυμάτων ανά πηγή προέλευσης (mg/l) Συστατικό Μπανιέρα Ντους Νιπτήρας Νεροχύτης Πλυντήριο ρούχων Πλυντήριο πιάτων Παροχή (L/χρήση) , ,4 Παροχή (L/ p.d) ph 7,14 7,43 7 6,48 7,5 8,2 DS VDS TSS VSS CODt CODd BODt BODd NH4-N 0,89 1,2 0,39 0,6 4,9 5,4 TKN 12 14,4 6 20, ,4 PO4-P 4, Cl Na FC (cfu/100) 4,0 E6 4,0 E6 3,5 E3 1,2 E6 4,0 E6 6,0 E4 Πηγή: Friedler, Τιμές σχεδιασμού φορτίων ρευμάτων γκρι νερού Συνδυάζοντας τις παροχές των επί μέρους ρευμάτων του πίνακα 2-6 με τις συγκεντρώσεις ανά χρήση του πίνακα 2-8 καταλήγουμε στον υπολογισμό των μοναδιαίων φορτίων ανά επί μέρους χρήση (πίνακας 2-9). Τα μοναδιαία φορτία των μετάλλων για τα διάφορα ρεύματα εκτιμήθηκαν αναλογικά με τη συμβολή του κάθε ρεύματος στην ολική παροχή. Με βάση τις τιμές αυτές προκύπτουν και οι συγκεντρώσεις των ρυπαντικών φορτίων στα λύματα, το γκρι νερό και το μαύρο νερό, που παρουσιάζονται στον πίνακα Παραδοτέο Σελίδα 16

23 Πίνακας 2-9. Μοναδιαία φορτία των ρευμάτων του γκρι και μαύρου νερού - g/p.d. Ντους Παράμετρος Μπανιέρα Νιπτήρας Νεροχύτης Πλυντήριο ρούχων Πλυντήριο πιάτων WC Ολικό Γκρι Παροχή (L/p.d) 20,00 20,00 15,00 25,00 13,00 5,00 37,70 135,70 98,00 TS 15,54 21,80 12,53 31,80 26,27 14,10 90,00 212,03 122,03 VTS 6,36 10,66 4,74 16,53 9,95 5,23 72,90 126,36 53,46 TSS 1,56 6,06 3,89 15,63 2,44 2,63 44,00 76,20 32,20 VSS 1,52 2,04 1,29 11,48 1,38 2,12 39,60 59,42 19,82 CODt 4,60 12,90 5,79 33,50 17,41 6,48 50,00 130,68 80,68 CODd 3,30 6,38 4,05 16,98 12,95 2,74 16,00 62,39 46,39 BODt 3,46 8,48 3,08 22,25 6,01 3,50 19,00 65,77 46,77 BODd 1,50 4,74 1,40 9,43 4,95 1,31 5,00 28,32 23,32 NH4-N 0,02 0,02 0,01 0,02 0,06 0,03 2,35 2,50 0,15 TKN 0,24 0,29 0,09 0,51 0,73 0,13 11,50 13,48 1,98 PO4-P 0,09 0,20 0,23 0,55 0,22 0,16 1,50 2,95 1,45 Cl- 3,32 5,68 3,56 5,58 5,85 3,58 4,86 32,42 27,56 Na 2,24 3,02 1,97 2,23 6,89 3,21 3,65 23,20 19,55 K 0,04 0,04 0,03 0,06 0,03 0,01 3,60 3,82 0,22 Ca 1,18 1,18 0,88 1,47 0,76 0,29 1,21 6,97 5,76 Mg 0,45 0,45 0,34 0,56 0,29 0,11 0,32 2,52 2,20 S 0,87 0,87 0,65 1,09 0,57 0,22 1,00 5,26 4,26 Μέταλλα Cd 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00 0,00 0,02 0,05 0,03 Cr 0,08 0,08 0,06 0,10 0,05 0,02 0,03 0,41 0,38 Cu 0,31 0,31 0,23 0,38 0,20 0,08 1,60 3,10 1,50 Hg 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,02 0,02 0,00 Ni 0,05 0,05 0,03 0,06 0,03 0,01 0,21 0,43 0,23 Pb 0,15 0,15 0,11 0,19 0,10 0,04 0,02 0,77 0,75 Zn 0,39 0,39 0,29 0,49 0,25 0,10 10,25 12,17 1,92 Παραδοτέο Σελίδα 17

24 Πίνακας Συγκεντρώσεις ρυπαντικών φορτίων σε γκρι, και μαύρο νερό mg/l Παράμετρος Γκρι νερό Μαύρο νερό Ολικά λύματα Παροχή (L/p.d) Αμέταλλα (mg/l) 68 67,7 135,70 TS 1119, , ,51 VTS 466, ,08 931,13 TSS 205,13 919,50 561,53 VSS 91,59 785,75 437,90 CODt 598, ,10 962,98 CODd 392,32 527,47 459,75 BODt 309,13 660,93 484,64 BODd 185,12 232,42 208,72 NH4-N 1,64 35,33 18,45 TKN 19,79 179,28 99,36 PO4-P 10,82 32,64 21,71 Cl- 270,66 207,02 238,91 Na 207,57 134,12 170,93 K 2,24 54,17 28,15 Ca 58,78 43,92 51,36 Mg 22,45 14,67 18,57 S 43,47 34,03 38,76 Μέταλλα (μg/l) Cd 0,31 0,43 0,37 Cr 3,83 2,14 2,98 Cu 15,31 30,42 22,84 Hg 0,01 0,31 0,16 Ni 2,30 4,08 3,18 Pb 7,65 3,72 5,69 Zn 19,59 160,09 89,68 Παραδοτέο Σελίδα 18

25 2.2 Περιγραφή εναλλακτικών συστημάτων διαχείρισης αστικού νερού Συγκρίνονται δύο εναλλακτικά συστήματα διαχείρισης, ένα συμβατικά σύστημα που αποτελεί το σύστημα αναφοράς και ένα σύστημα αποκεντρωμένης διαχείρισης νερού Δεδομένα συστήματος Τα δεδομένα σχεδιασμού και των δύο συστημάτων παρουσιάζονται στον πίνακα 2-11 ενώ στον πίνακα 2-12 παρουσιάζονται οι παροχές και τα ρυπαντικά φορτία, που έχουν προκύψει με τη χρήση των μοναδιαίων παροχών και συγκεντρώσεων των πινάκων 2-10 και Πίνακας Δεδομένα σχεδιασμού συστημάτων Σύστημα δόμησης Πανταχόθεν ελεύθερο Πληθυσμός: κάτοικοι Κάτοικοι ανά οίκημα : 8 Αριθμός κατοικιών/οικοπέδων: Μέση έκταση οικοπέδου: m Συνολική έκταση οικοπέδων km 2 0,60 Συνολική έκταση περιοχής km 2 2,3 Αρδευόμενο ποσοστό 30% Συνολική αρδευόμενη έκταση km 2 0,18 Παροχή άρδευσης m 3 /m 2 /year 0,3 Πίνακας Παροχές και ρυπαντικά φορτία σχεδιασμού συμβατικού συστήματος L/pe/d Παροχή πόσιμου νερού Νερό για άρδευση κήπων (m3/m3/y) 0,3 Παροχή (m3/year) BOD (t/year) COD SS N P Λύματα ,04 381,58 222,50 39,37 8,60 Γκρι νερό ,38 118,84 40,73 3,93 2,15 Μαύρο νερό ,66 262,74 181,77 35,44 6,45 Τουαλέτα ,48 146,00 128,48 33,58 4,38 Κουζίνας ,18 116,74 53,29 1,86 2,07 Παραδοτέο Σελίδα 19

26 2.2.2 Συμβατικό σύστημα Το συμβατικό σύστημα διαχείρισης, που αποτελεί και το σύστημα αναφοράς περιλαμβάνει τη συλλογή των ακαθάρτων που παράγονται στην κατοικία σε ένα δίκτυο. Δεν περιλαμβάνει τη συλλογή και χρήση των όμβριων υδάτων. Τα λύματα συλλέγονται από το δίκτυο ακαθάρτων και οδηγούνται στην εγκατάσταση επεξεργασίας. Η επεξεργασία των λυμάτων περιλαμβάνει, σχαρισμό, εξάμμωση, πρωτοβάθμια καθίζηση, βιολογική επεξεργασία με σύστημα ενεργού ιλύος, μερική βιολογική απομάκρυνση αζώτου, και απολύμανση. Η τελική διάθεση θα γίνεται σε υδάτινο αποδέκτη και η εκροή θα πληροί τους όρους της Οδηγίας 91/271/ΕEC. Η επεξεργασία της ιλύος προβλέπεται με αναερόβια χώνευση και αφυδάτωση. Η αφυδατωμένη ιλύς θα οδηγείται σε εγκατάσταση λιπασματοποίησης για παραγωγή κομπόστας, ενώ το βιοαέριο θα καίγεται σε μονάδα συμπαραγωγής για παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. Το συμβατικό σύστημα απεικονίζεται στην εικόνα Αποκεντρωμένο σύστημα διαχείρισης Περιοχές με πανταχόθεν ελεύθερη δόμηση. Στο Αποκεντρωμένο σύστημα διαχείρισης προβλέπεται η χρήση των όμβριων υδάτων από την ταράτσα των οικοδομών και η χωριστή συλλογή του γκρι νερού. Σαν γκρι νερό θεωρείται το νερό που παράγεται από το μπάνιο ή/και το ντους, το νιπτήρα του μπάνιου και το πλυντήριο των ρούχων, ενώ σαν μαύρο νερό χαρακτηρίζεται το νερό που παράγεται από το νεροχύτη, το πλυντήριο των πιάτων και την τουαλέτα. Το δίκτυο του γκρι νερού οδηγείται στην εγκατάσταση επεξεργασίας γκρι νερού που υπάρχει σε κάθε οικοδομή, ενώ το νερό της βροχής συλλέγεται σε κοινή δεξαμενή συλλογής εξεργασμένου γκρι νερού και βρόχινου νερού. Η δεξαμενή αυτή τροφοδοτεί το καζανάκι και επίσης χρησιμοποιείται για πότισμα. Τα λύματα συλλέγονται από το δίκτυο ακαθάρτων και οδηγούνται στην εγκατάσταση επεξεργασίας. Η επεξεργασία των λυμάτων περιλαμβάνει, σχαρισμό, εξάμμωση, πρωτοβάθμια καθίζηση, βιολογική επεξεργασία με σύστημα ενεργού ιλύος, μερική βιολογική απομάκρυνση αζώτου, και απολύμανση. Η τελική διάθεση θα γίνεται σε υδάτινο αποδέκτη και η εκροή θα πληροί τους όρους της Οδηγίας 91/271/ΕEC. Η επεξεργασία της ιλύος προβλέπεται με αναερόβια χώνευση και αφυδάτωση. Η αφυδατωμένη ιλύς θα οδηγείται σε εγκατάσταση λιπασματοποίησης για παραγωγή κομπόστας, ενώ το βιοαέριο θα καίγεται σε μονάδα συμπαραγωγής για παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. Το αποκεντρωμένο σύστημα απεικονίζεται στην εικόνα 2-2. Παραδοτέο Σελίδα 20

27 Υπερκείμενο Μαύρο νερό Κωδικός έργου: 1272 Ενέργεια, υλικά, μεταφορές Συμβατικές τουαλέτες Νεροχύτης, Πλυντήριο πιάτων Νιπτήρας, Ντους, Πλυντήριο ρούχων Κλαδέματα κήπου Οργανικό κλάσμα Μαύρο Γκρι νερό Δίκτυο αποχέτευσης Λύματα Συμβατική εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων Επεξεργασμένα λύματα Διάθεση στον αποδέκτη Αναερόβια χώνευση Ιλύς Παραγωγή βιοαερίου Παραγωγή ενέργειας Αφυδάτωση Κομποστοποίηση Βιομηχανική παραγωγή ηλεκτρισμού θερμότητας και Κομπόστα Γεωργική χρήση Βιομηχανική παραγωγή Ν/P/K λιπασμάτων Εικόνα 2-1. Συμβατικό σύστημα επεξεργασίας Παραδοτέο Σελίδα 21

28 Μαύρο νερό Κωδικός έργου: 1272 Ενέργεια, βοηθητικά υλικά, μεταφορές Συμβατικές τουαλέτες Νεροχύτης, Πλυντήριο πιάτων Νιπτήρας Ντους Πλυντήριο ρούχων Όμβρια Κλαδέματα κήπου Οργανικό κλάσμα ΑΣΑ Καφέ νερό Γκρι νερό Δίκτυο αποχέτευσης Αντιδραστήρας μεμβράνης Δεξαμενή αποθήκευσης Συμβατική εγκατάσταση επεξεργασίας Ιλύς Αφυδάτωση Παραγωγή βιοαερίου Παραγωγή ενέργειας Κομποστοποίηση Κομπόστα Γεωργική χρήση Βιομηχανική παραγωγή Ν/P/K λιπασμάτων Βιομηχανική παραγωγή ηλεκτρικής και Εικόνα 2-2. Αποκεντρωμένο σύστημα επεξεργασίας Παραδοτέο Σελίδα 22

29 Επεξεργασία πόσιμου νερού Παροχές m3/year PW Διαρροή 5% Balance Αρδευση Φιλοθέη Διαρροή 0% Γκρι νερό κήπων WC GW Κουζίνα ΒW Επεξεργασία λυμάτων Εξάτμιση 4% RWW Δεξαμενές αποθήκευσης Εξάτμιση 10% RWW Αρδευση Εικόνα 2-3. Σχηματική απεικόνιση παροχών στο αποκεντρωμένο σύστημα διαχείρισης Παραδοτέο Σελίδα 23

30 2.3 Όρια συστήματος Μεταξύ της τεχνόσφαιρας και του περιβάλλοντος Γενικά είναι σαφές που βρίσκονται τα όρια ανάμεσα στη τεχνόσφαιρα και το περιβάλλον. Εκπομπές από εργοστάσια, μηχανές, εγκαταστάσεις κλπ στον αέρα, το νερό και το έδαφος περνούν από το όριο του οικονομικού/τεχνικού συστήματος στο περιβάλλον. Εξαίρεση αποτελούν η γεωργική γη και τα ΧΥΤΑ που μπορούν να εκληφθούν τόσο σαν μέρος της τεχνόσφαιρας όσο και σαν μέρος του περιβάλλοντος. Στην παρούσα μελέτη η διάθεση στη γεωργική γη θεωρείται σαν διάθεση στο περιβάλλον. Η ενσωμάτωση των θρεπτικών ουσιών και του χούμους στις καλλιέργειες δεν λαμβάνεται υπόψη και δεν μοντελάρεται. Επίσης δεν λαμβάνεται υπόψη η διάθεση στα ΧΥΤΑ καθώς οι επιπτώσεις θεωρούνται αμελητέες Όρια ανάλυσης LCA (Cut-off) Σε σχέση με τα επί μέρους συστήματα που αναλύονται γίνεται κατ αρχήν διάκριση μεταξύ της λειτουργίας, της παραγωγής και του τέλους μονάδων και υποσυστημάτων Φάση λειτουργίας Λαμβάνονται υπόψη όλες οι διαδικασίες που απαιτούνται για την λειτουργία των συστημάτων, εκτός από αυτές που είναι κοινές σε όλα τα συστήματα, εφόσον υπάρχουν. Συγκεκριμένα περιλαμβάνονται: Ύδρευση: Παροχή πόσιμου νερού Λειτουργία μονάδας επεξεργασίας λυμάτων Λειτουργία μονάδας επεξεργασίας ιλύος Λειτουργία μονάδας κομποστοποίησης Λειτουργία μονάδας επεξεργασίας γκρι νερού Προμήθεια και εφαρμογή λιπασμάτων του εμπορίου Δεν περιλαμβάνονται το κόστος επιθεώρησης και βλαβών και η ανθρώπινη εργασία και μεταφορά εργαζομένων. Οι μέρους διαδικασίες, υλικά, μεταφορές και ενέργεια που περιλαμβάνονται στο στη φάση της λειτουργίας φαίνονται στην εικόνα Φάση κατασκευής Στη φάση της κατασκευής λαμβάνονται υπόψη οι ακόλουθες υποδομές Δίκτυο σωληνώσεων αποχέτευσης εντός της κατοικίας για το συμβατικό και το εναλλακτικό σύστημα (συλλογή για γκρι και μαύρου νερού, σωληνώσεις επανακυκλοφορίας επεξεργασμένου γκρι νερού). Πλήρης εγκατάσταση επεξεργασίας γκρι νερού, με σύστημα μεμβρανών που περιλαμβάνει δεξαμενή συλλογής, μονάδα επεξεργασίας, τελική δεξαμενή αποθήκευσης, αντλία τροφοδοσίας και συστήματα αυτοματισμού. Παραδοτέο Σελίδα 24

31 Δίκτυο αποχέτευσης. Συμβατική εγκατάσταση επεξεργασίας αστικών λυμάτων, ενεργούς ιλύος με απομάκρυνση αζώτου, επεξεργασία ιλύος με αναερόβια χώνευση, αφυδάτωση και κομποστοποίηση (μαζί με οργανικά υπολείμματα και πράσινα κήπων), διάθεση σε γεωργική γη ως λίπασμα Εγκατάσταση καύσης βιοαερίου για παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. Δεν περιλαμβάνονται: Είδη υγιεινής, είναι κοινά σε όλα τα συστήματα Δίκτυο σωληνώσεων παροχής πόσιμου νερού, είναι κοινά σε όλα τα συστήματα Δίκτυο αποχέτευσης ομβρίων Ανθρώπινη εργασία και μεταφορά εργαζομένων Οι μέρους διαδικασίες, υλικά, μεταφορές και ενέργεια που περιλαμβάνονται στο στη φάση της λειτουργίας φαίνονται στην εικόνα Φάση τέλους κύκλου ζωής Περιλαμβάνεται και η φάση του τέλους κύκλου ζωής για όλες τις υποδομές που προαναφέρθηκαν. Σαν χρήσιμoς χρόνος ζωής λαμβάνεται: Δίκτυο Αποχέτευσης 100 έτη Δίκτυα κατοικιών 40 έτη Εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων και ιλύος 30 έτη ΜΒR 10 έτη Παραδοτέο Σελίδα 25

32 Ανθρώπινη εργασία και μεταφορά εργαζομένων Λειτουργία δικτύου αποχέτευσης ακαθάρτων Λειτουργία δικτύου αποχέτευσης ομβρίων Κόστος επιθεώρησης και βλαβών Στάδιο λειτουργίας Παραγωγή / διανομή πόσιμου νερού Παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας Παραγωγή λιπασμάτων Ανάκτηση λιπασμάτων Παραγωγή ακαθάρτων από διάφορα ρεύματα εντός της κατοικίας Παραγωγή FeCl3 ή Alum Μονάδες επεξεργασίας γκρι νερού Παραγωγή ασβέστη Μεταφορές υλικών Παραγωγή πολυμερών Στάδιο λειτουργίας μονάδων επεξεργασίας λυμάτων και ιλύος Καύση βιοαερίου για παραγωγή ενέργειας και θερμότητας Παραγωγή χλωρίου Ανάκτηση ενέργειας Παραγωγή άλλων Διάθεση ιλύος σε γεωργική γη ως λίπασμα Διάθεση λυμάτων για πότισμα κήπων και πρασίνου Διάθεση λυμάτων σε επιφανειακό αποδέκτη Ατμοσφαιρικές εκπομπές περιλαμβανομένων των πτητικών από τη διάθεση της ιλύος 1 η βαθμίδα 2 η βαθμίδα 3 η βαθμίδα Όριο ανάλυσης LCA Κόστος εξοπλισμού για την παραγωγή/ εξόρυξη υλικών Λειτουργία μονάδας κομποστοποίησης Εικόνα 2-4. Όρια ανάλυσης στη φάση λειτουργίας Παραδοτέο Σελίδα 26

33 Ανθρώπινη εργασία και μεταφορά εργαζομένων Παραγωγή / διανομή νερού Δίκτυο αποχέτευσης ομβρίων Κατασκευή ειδών υγιεινής Στάδιο κατασκευής Ηλεκτρική Ενέργεια Παραγωγή τσιμέντου Παραγωγή σκύρων Παραγωγή άμμου Παραγωγή δομικού χάλυβα Παραγωγή χάλυβα Παραγωγή χυτοσίδηρου Παραγωγή χαλκού Παραγωγή αλουμινίου Παραγωγή stainless steel Εκσκαφές Δίκτυο αποχέτευσης ακαθάρτων κατασκευή αντλιών, κινητήρων, φυσητήρων, εξοπλισμού Κατασκευές έργων ΠΜ Κατασκευή σωλήνων και πλαστικών δεξαμενών Μεταφορές υλικών Στάδιο κατασκευής μονάδων επεξεργασίας και εγκαταστάσεων Κατασκευή μονάδων μεμβρανών 1 η βαθμίδα 2 η βαθμίδα 3 η βαθμίδα Όριο ανάλυσης LCA Παραγωγή Glass fiber Παραγωγή Εποξειδικών Παραγωγή πολυπροπυλενίου Παραγωγή αιθυλενίου Παραγωγή μεμβρανών Κόστος εξοπλισμού για την παραγωγή/ εξόρυξη υλικών Κόστος εξοπλισμού για την παραγωγή ενέργειας Κόστος μονάδας κομποστοποίησης Εικόνα 2-5. Όρια ανάλυσης στη φάση κατασκευής Παραδοτέο Σελίδα 27

34 3 Απογραφική ανάλυση (Inventory) Στο παρόν κεφάλαιο περιγράφονται αναλυτικά τα ποσοτικά δεδομένα (υλικά, ενέργεια, εκπομπές, κλπ) που υπεισέρχονται στην κατασκευή, λειτουργία και αποκομιδή των εξεταζόμενων συστημάτων. Για τον υπολογισμό των βασικών μεγεθών προηγήθηκε βασικός σχεδιασμός των επί μέρους μονάδων, ενώ βασικές πληροφορίες ελήφθησαν από βιβλιογραφικές πηγές. 3.1 Βασικές μονάδες Ενέργεια Τα δεδομένα για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας παρέχονται από τις βάσεις δεδομένων που περιλαμβάνονται στο λογισμικό GaBi 6.0 Educational database. Τα δεδομένα αφορούν την Ελλάδα, το έτος 2011 και το μείγμα καυσίμων που χρησιμοποιείται φαίνεται στον πίνακα 3-1. Η διαδικασία της παραγωγής ενέργειας περιλαμβάνει όλα τα στάδια από την εξόρυξη και μεταφορά των καυσίμων υλών μέχρι την τελική διανομή του ρεύματος στον καταναλωτή. Θεωρείται ότι η ενέργεια δίνεται στον καταναλωτή σε μέση τάση και οι απώλειες μεταφοράς και μετασχηματισμού ανέρχονται στο 1,8% (Remy eta al 2007). Πίνακας 3-1. Μίγμα παραγωγής ενέργειας Ελλάδα 2011 Είδος καυσίμου Ποσοστό Συμμετοχής % Απόδοση % Θερμογόνος δύναμη (MJ/Kg) Λιγνίτης 52,14 21,1 Φυσικό αέριο 23,45 48% 45,0 Πετρέλαιο 9,75 36,8 40,6 Βιοαέριο 0,35 Λιθάνθρακας 0,13 29,2 Απόβλητα 0,19 Υδροηλεκτρικά 7,19 - Άνεμος 5,58 - Φωτοβολταϊκά 1, Μεταφορές υλικών Για όλες τις μεταφορές υλικών χρησιμοποιείται η διαδικασία EU-27 Lorry transport PE έλλειψη πιο εξειδικευμένων στοιχείων που να αναφέρονται στον Ελληνικό χώρο. Πρόκειται για σύνθετη διαδικασία (τύπου agg) με μονάδες kg.km. Το μοντέλο υπολογίζει τις εκπομπές ρύπων ανάλογα με την απόσταση μεταφοράς, το βάρος των αγαθών. Το ωφέλιμο βάρος του φορτηγού είναι 17,3 τόνοι, συντελεστή χρήσης 85% και καύσιμο είναι μέσο Ευρωπαϊκό diesel EU-27 Diesel mix at refinery. Ο τύπος του κινητήρα είναι μίγμα Euro 0 Euro 4. Παραδοτέο Σελίδα 28

35 Για υλικά που υπεισέρχονται στην κατασκευή του δικτύου αποχέτευσης και των εγκαταστάσεων επεξεργασίας προβλέπεται επίσης και η μεταφορά υλικών με τρένο. Για τις μεταφορές αυτές χρησιμοποιείται η διαδικασία EU-27 Rail transport PE. Πρόκειται για σύνθετη διαδικασία (τύπου agg) με μονάδες kg.km. Το ολικό βάρος του τρένου είναι 1000 t και το ωφέλιμο βάρος 726 t. Τo καύσιμο είναι μέσο Ευρωπαϊκό diesel EU-27 Diesel mix at refinery. Οι αποστάσεις μεταφοράς εκτιμώνται κατά περίπτωση 3.2 Κατασκευή μονάδων Δίκτυο αποχέτευσης και εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων Για τον υπολογισμό των υλικών που απαιτούνται για την κατασκευή του δικτύου αποχέτευσης χρησιμοποιούνται τα γενικά δεδομένα που έχει προτείνει ο Doka και βασίζονται σε δίκτυα αποχέτευσης της Ελβετίας. Τα δίκτυα διαφοροποιούνται ανάλογα με το μέγεθος του πληθυσμού που εξυπηρετούν. Για την παρούσα μελέτη λαμβάνονται τα στοιχεία που αντιστοιχούν στην πληθυσμιακή κλάση 4, με pe. Στην κλάση αυτή αντιστοιχούν 7,6 m δικτύου ανά pe. Θεωρώντας μια παροχή 202 m 3 /έτος.pe και χρόνο ζωής του δικτύου 100 έτη, η αναλογία 0,2822x10-6 km/m 3 λυμάτων. Για την εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων ο χρόνος ζωής θεωρείται 30 έτη και έτσι η αναλογία είναι 3,101x10-8 μέρη εγκατάστασης unit/m 3. Στoυς πίνακες 3-2 ως 3-5 παρουσιάζονται τα υλικά που χρησιμοποιούνται στο Inventory Μονάδα MBR Για την εκτίμηση των ποσοτήτων της μονάδας MBR χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα μιας τυπικής εγκατάστασης βιολογικής μεμβράνης, τύπου dehoust, δυναμικότητα 500 L/d, κατάλληλης για κατοικία 8 ατόμων. Τα δεδομένα φαίνονται στον πίνακα 3-6. Οι μεμβάνες αντικαθίστανται κάθε 5 έτη. Η μονάδα MBR θεωρείται ότι έχει ζωή 10 χρόνια και επομένως ο συντελεστής αναγωγής ανά m 3 λυμάτων που επεξεργάζεται είναι 1/(0,5 m 3 /d x 365d x 10years) = 5,5 x 10-4 unit/m Δίκτυα αποχέτευσης μέσα στην κατοικία Τα δίκτυα αποχέτευσης στην κατοικία διαφοροποιούνται στο συμβατικό και το εναλλακτικό σύστημα. Τα δεδομένα έχουν παρθεί από το Remy 2006 και παρουσιάζονται στον πίνακα 3-7. Το δίκτυο της οικίας έχει ζωή 40 χρόνια, άρα για κάθε έτος αντιστοιχεί το 1/40 = 0,025 μονάδες σωλήνων. Κάθε κατοικία τροφοδοτείται ετησίως με 451,120 m 3 /y νερό, καθαρό η/και ανακυκλωμένο. O συντελεστής αναγωγής των δικτύων ανά m 3 λυμάτων είναι 1/(451,12 m 3 /y x 40 y) = 5,54 x 10-5 δίκτυα/m 3. Στο αποκεντρωμένο σύστημα κάθε κατοικία τροφοδοτείται ετησίως με 451,120 m 3 /y καθαρό νερό. O συντελεστής αναγωγής των δικτύων ανά m 3 λυμάτων είναι 1/(451,12 m 3 /y x 40 y) = 5,54 x 10-5 δίκτυα/ m 3 Παραδοτέο Σελίδα 29

36 Πίνακας 3-2. Ποσότητες υλικών και εργασιών για την κατασκευή υποδομών Κλάση 4 Inventory Μονάδες Δίκτυο αποχέτευσης (ανά km) Εγκατάσταση επεξεργασίας (1 μονάδα) Tap water, at user kg Concrete, sole plate and foundation, at plant m 3 427,8 Concrete, exacting, at plant Gravel, unspecified, at mine kg Sand, at mine kg Limestone crushed, washed Cement, unspecified, at mine kg Excavation, hydraulic digger, m Polyethylene, HDPE, granulate, at plant kg Polyethylene, LDPE, granulate, at plant 138 Polyvinylchloride, at regional storage kg Polypropylene, granulate, at plant Extrusion kg Diesel burned in building machine MJ Electricity, medium voltage, at grid kwh Reinforced steel, at plant kg Chromium steel 18/8, at plant kg Copper, at plant Aluminum. Production mix, cast alloy, at plant Glass fibre, at plant Synthetic rubber, at plant kg 473, Rock wool mat, packed, at plant kg Chemicals organic, at plant kg Chemicals inorganic, at plant kg Bitumen, at refinery kg Transport, lorry 28 t tkm Transport, freight rail tkm Παραδοτέο Σελίδα 30

37 Πίνακας 3-3. Ποσότητες υλικών και εργασιών για τo τέλος ζωής Κλάση 4 Κωδικός έργου: 1272 Inventory Disposal, building, concrete, not reinforced, to final disposal Disposal, building, polyethylene/ polypropylene products, to final disposal Disposal, building, bitumen sheet, to final disposal Disposal, building, mineral wool, to final disposal Μονάδες Εγκατάσταση επεξεργασίας (1 μονάδα) kg Πίνακας 3-4. Ποσότητες υλικών και εργασιών για τo τέλος ζωής Κλάση 4 Inventory Μονάδες Δίκτυο αποχέτευσης (ανά km) Disposal, building, reinforced concrete, to final disposal Disposal, polyvinylchloride, 0,2% water, to municipal incineration Disposal, polyethylene, 0,4% water to municipal incineration Disposal, building, mineral wool, to final disposal kg Πίνακας 3-5. Μεταβολές χρήσης γης για εγκαταστάσεις επεξεργασίας Κλάση 4 Inventory Μονάδες Δίκτυο αποχέτευσης (ανά km) Transformation, from pasture and meadow m Occupation, construction site, m 2 a Transformation, to industrial area, built up m Transformation, to industrial area, vegetation m Occupation, industrial area, built up m 2 a Occupation, industrial area, vegetation m 2 a Παραδοτέο Σελίδα 31

38 Πίνακας 3-6. Υλικά για μονάδα επεξεργασίας ΜΒR 500 L/d Inventory Μονάδες Τιμή Δεξαμενές, 2 x 750 L, βάρος 25 kg εκάστη, medium density kg 50 polyethylene Αντλίες, 2 x 3 kg 25 stainless steel, 18/8 coil kg 6 PEX pipe 1/2, 40 m kg 3,4 PVC pipe 2, 10 m kg 10 PVC connections kg 2,5 Polyamide Membrane mass kg 0,19 Polyethylene spacer kg 0,49 Polypropylene housing kg 0,164 Coated steel housing kg 0,94 Μεταφορά υλικών, 50 km, 75 kg kg.km 3750 Μεταφορά συσκευής από το εργοστάσιο στο σπίτι 100 km, 100 kg.km kg Πίνακας 3-7. Υλικά σωλήνων αποχέτευσης Υλικό (mm) Βάρος (kg/m) Μήκος (m) Συμβατικό σύστημα Νο Βάρος (kg) Μήκος (m) Αποκεντρωμένο Νο Βάρος (kg) PP * 50 0, , ,42 pp 70 0, ,09 pp 100 0,938 12,5 1 11,73 17,5 1 16,42 pp 150 1, , ,71 Ολικό 24,86 33,64 Μεταφορά (kg.km) 50 km *polypropylene 3.3 Λειτουργία Δίκτυο αποχέτευσης Το δίκτυο αποχέτευσης θεωρείται ότι λειτουργεί με βαρύτητα και έτσι δεν λαμβάνονται υπόψη λειτουργικά κόστη τυχόν αντλιοστασίων. Δεν λαμβάνονται επίσης υπόψη τυχόν βιολογικές διεργασίες, πχ σχηματισμός H 2 S, που συμβαίνουν στο δίκτυο Εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων Για τη λειτουργία των εγκαταστάσεων επεξεργασίας γίνεται σχεδιασμός και επίλυση των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα με βάση τα χαρακτηριστικά των λυμάτων και τα Παραδοτέο Σελίδα 32

39 λειτουργικά χαρακτηριστικά των επί μέρους μονάδων. Υπολογίζονται οι συντελεστές μεταφοράς των κύριων ρυπαντικών παραμέτρων, COD, BOD, άζωτο Ν, Φώσφορος P, Θείο S και βαρέα μέταλλα. στις διαδοχικές φάσεις επεξεργασίας λυμάτων και ιλύος και τελικά οι εκπομπές στο περιβάλλον (νερά, αέρας, έδαφος). Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι κύριες ρυπαντικές παράμετροι COD Για την εκτίμηση των συντελεστών μεταφοράς του COD, γίνονται οι ακόλουθες παραδοχές: Συνολικός βαθμός απόδοσης: 82% Βαθμός απόδοσης στην πρωτοβάθμια καθίζηση: 35% COD στην βιολογική επεξεργασία, = CODin x 0.82 x 0.65 Βαθμός ενσωμάτωσης στη βιομάζα, Αδρανές COD από την ενδογενή αναπνοή της βιομάζας Το υπόλοιπο COD μετατρέπεται σε CO 2 ως εκπομπή στον αέρα. Για τις άλλες παραμέτρους οργανικού άνθρακα θεωρούνται οι ακόλουθες συσχετίσεις: COD/TOC = 2.3 ή 2,85 (Remy) BOD/TOC = 1.54 Πίνακας 3-8. Συντελεστές μεταφοράς οργανικού άνθρακα Παράμετρος Τελική εκροή (%) Αέρας (%) COD 18 41,24 (COD) 15,46 (as CO2-C) BOD 8 Ιλύς (%) 40,76 (COD) 15,3 % as org C TOC 10 24,5 65,5 as org C Φώσφορος Οι συντελεστές μεταφοράς εξαρτώνται από το αν εφαρμόζεται βιολογική απομάκρυνση ή απομάκρυνση με χημικά. Στον πίνακα 3-9 εμφανίζονται τυπικές τιμές για βιολογική απομάκρυνση φωσφόρου. Παραδοτέο Σελίδα 33

40 Πίνακας 3-9. Συντελεστές μεταφοράς Φωσφόρου Παράμετρος Τελική εκροή (%) Αέρας (%) PO 4 -P (80%) 51,8 0 48,2 Porg-P (20%) Ptotal-P 41,4 0 58,6 Ιλύς (%) Αζωτο Για την εκτίμηση των συντελεστών μεταφοράς του αζώτου και των διάφορων μορφών του γίνονται οι ακόλουθες παραδοχές: Ολικός βαθμός απομάκρυνσης αζώτου = 73% Κατανομή ειδών στην τελική εκροή: 60% ΝΟ 3 -Ν, 20% org N, 20% NH 4 -N Εκπομπές στον αέρα: 0,3% του ΤΚΝ ως ΝΟ 2 -Ν, 0,6% του ΤΚΝ ως ΝΗ 3 -Ν Ενσωμάτωση στην ιλύ = 0,25% ΤΚΝ Μάζα αμμωνίας που νιτροποιείται: (NH 4 -N) NIT = TKN influent N excess sludge NH 4 -N effluent Norg effluent = = 64,6 Μάζα νιτρικών που απονιτροποιείται: (NO 3 -N) DEN = (NH 4 -N) NIT + NO 3 -N influent NO 3 -N effluent = = Η ποσότητα αυτή μεταφέρεται στον αέρα ως Ν 2 Πίνακας Συντελεστές μεταφοράς αζώτου Παράμετρος Τελική εκροή (%) ΝΗ 4 -Ν 5,2 ΝΟ 3 -Ν 15,8 Νorg 5,2 Αέρας (%) N 2 -N 48,8 NH 3 -N 0,3 N 2 O-N 0,6 N in sludge 25 Ιλύς (%) Θείο Το θείο μεταφέρεται κατά 95% στην ιλύ καθόσον εμφανίζεται σαν αδιάλυτο SO 4 -S. Παραδοτέο Σελίδα 34

41 Βαρέα μέταλλα Οι συντελεστές μεταφοράς των βαρέων μετάλλων φαίνονται στον πίνακα Πίνακας Συντελεστές μεταφοράς αζώτου Παράμετρος Τελική εκροή (%) Ιλύς (%) Cd Cr Cu Ni Hg Pb Zn Κατανάλωση ενέργειας Η κατανάλωση ενέργειας στις εγκαταστάσεις εξεργασίας απαρτίζεται από σταθερά μεγέθη που εκφράζονται ανά m3 λυμάτων καθώς και από μεγέθη που εξαρτώνται από τη σύσταση των λυμάτων. Τυπικές τιμές παρουσιάζονται στον πίνακα Πίνακας Κατανάλωση ενέργειας στην επεξεργασία 1 m 3 λυμάτων Παράμετρος Κατανάλωση οξυγόνου για οξείδωση 1,2 kgo2/kg COD που αποδομείται άνθρακα Κατανάλωση οξυγόνου για 4,3 kgo2/kg N που νιτροποιείται νιτροποίηση Ανάκτηση οξυγόνου από την 2,9 kgo2/kg NO3-N denitrified απονιτροποίηση Βαθμός απόδοσης συστήματος αερισμού 11% KgO3 Βάθος δεξαμενής αερισμού 3 m Οξυγονωτική ικανότητα συστήματος 20 Wh/(kgO2.m) αερισμού Επανακυκλοφορία ιλύος και μίξη 0,07 kwh/m 3 Δεξαμενές καθίζησης 0,02 kwh/m 3 Βοηθητικά έργα 0,03 kwh/m 3 Αρχική άντληση 3,5 Wh/ m 3.m Ανύψωση 6 m Πρωτοβάθμια ιλύς, χειρισμός 0,08 kwh/kgdm πρωτοβάθμιας ιλύος Αντληση περίσσειας ιλύος 6 Wh/ m 3.m ιλύος Ανύψωση 10 m Παραδοτέο Σελίδα 35

42 Προσθήκη χημικών 0,37 Kwh/kg P removed Θέρμανση 38 kj/ m 3 Κωδικός έργου: Εγκαταστάσεις επεξεργασίας ιλύος Αναερόβια χώνευση Οι εγκαταστάσεις επεξεργασίας ιλύος, περιλαμβάνουν πάχυνση σε περιεκτικότητα 5% στερεών, αναερόβια χώνευση, αφυδάτωση σε ταινιοφιλτρόπρεσα, και καύση του παραγόμενου βιοαερίου για παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. Οι βασικές παραδοχές και οι συντελεστές μεταφοράς των παραμέτρων για 1 kg ιλύος, με 5% περιεκτικότητα στερεών συνοψίζονται στους πίνακες 3-13 και Πίνακας Συντελεστές μεταφοράς παραμέτρων στην αναερόβια χώνευση. Παράμετρος Μονάδες Ανεπεξέργαστη Ιλύς Χωνεμένη ιλύς Όγκος L 1 1 Ολικά στερεά, DS g Βιοαέριο Σχόλια Εξαερώσιμα, VS g 31,26 18,76 40% μείωση Αδρανή, IS g ,74 Άνθρακας, C g 17 6,75 10,25 65% μεταφορά στο βιοαέριο Άζωτο, N g 3 1,16 1,90 65% μεταφορά στο βιοαέριο Θείο, S g 4,33 3,37 0,97 Βιοαέριο m 3 0,0125 Βιοαέριο kg 0,0144 Θερμογόνος MJ 0,45 δύναμη CH 4 -C g 6,73 CH 4 g 8,97 CO 2 -C g 3,53 CO 2 12,94 HCO 3 -C g 0,.72 0,07% του C Χρήση χημικών Προβλέπεται η χρήση πολυηλεκτρολύτη (πολυακριμιδίου) σε συγκέντρωση 10g/kg DS για την πάχυνση και 10g/kg DS στην αφυδάτωση. Παραδοτέο Σελίδα 36

43 Καύση βιοαερίου Πίνακας Σύσταση καυσαερίων αποτεφρωτήρα ανά kg ιλύος Παράμετρος Μονάδες Καυσαέρια Σχόλια CO 2 g 37,41 CH 4 g 0,067 NO 2 g 3,.86 SO 2 g 1,93 Ηλεκτρική ενέργεια kwh 0,0268 2,61 kwh/kg C στο βιοαέριο Θερμότητα MJ 0,41 40,24 MJ/kg C στο βιοαέριο Παραγωγή ηλεκτρισμού και ενέργειας Η παραγωγή ηλεκτρισμού κατά την καύση του βιοαερίου εκτιμάται σε 2,61 kwh/kg C στο βιοαέριο και η αντίστοιχη παραγωγή θερμότητας σε 40,24 MJ/kg C στο βιοαέριο Κατανάλωση ενέργειας Η κατανάλωση ενέργειας στην αναερόβια χώνευση συνοψίζεται στον πίνακα Πίνακας Κατανάλωση ενέργειας στην αναερόβια χώνευση ανά kg ιλύος. Παράμετρος Μονάδες Ιλύς Παχυμέ νη ιλύς Χωνεμέ νη ιλύς Σχόλια Άντληση Wh 0,5 0,01 kwh/kgds ανεπ. ιλύος Πάχυνση Wh 1,5 0,03 kwh/kgds ανεπ. ιλύος Θέρμανση kj 130 ιλύος 130 MJ m 3 παχυμένης ιλύος Μίξη χωνευτή Wh 6 0,12 kwh/kgds παχυμένης ιλύος Αφυδάτωση Wh 2,22 0,06 kwh/kgds χωνεμένης ιλύος Εκπομπές θερμότητας Εκπομπές θερμότητας στο περιβάλλον (waste heat) σημειώνονται κατά τη μετατροπή του άνθρακα σε CO 2 κατά τη βιολογική οξείδωση, την αναερόβια χώνευση και την καύση. Ο συντελεστής παραγωγής θερμότητας είναι 40,53 MJ/kg C που οξειδώνεται σε CO 2. Επί πλέον θερμότητα παράγεται και κατά την καύση του αζώτου στον καυστήρα αερίου και ανέρχεται σε 6,276 MJ/kg N στο βιοαέριο. Παραδοτέο Σελίδα 37

44 4 Αποτελέσματα 4.1 Μοντελοποίηση Για την εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα GaBi 6.0 Educational Database. Για την προσομοίωση των διαδικασιών χρησιμοποιήθηκαν οι διαδικασίες (processes) και οι ροές (flows) που περιλαμβάνει η βάση δεδομένων του προγράμματος, ενώ δημιουργήθηκαν νέες διαδικασίες και οι αντίστοιχες ροές για την κατασκευή του δικτύου αποχέτευσης (sewerage construction), την κατασκευή (WWTP construction) και τη λειτουργία (WWTP operation) της εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων, την προμήθεια των δικτύων αποχέτευσης μέσα στην κατοικία (Building pipes), τη κατασκευή (MBR construction) και τη λειτουργία (MBR operation) της μονάδας MBR και το τέλος κύκλου ζωής των δικτύων (EoL sewerage system) και των εγκαταστάσεων (EoL WWTP). Η σχηματική παρουσίαση του συμβατικού και του εναλλακτικού συστήματος όπως μοντελοποιήθηκε παρουσιάζεται στις εικόνες 4-1 και 4-2 αντίστοιχα. Τα μεγέθη αντιστοιχούν στη λειτουργία κατοικιών ήτοι πληθυσμού κατοίκων. Στα σχήματα 4-3, 4-4 παρουσιάζονται οι σχηματικές διατάξεις λειτουργίας των εγκαταστάσεων επεξεργασίας για το συμβατικό και αποκεντρωμένο σύστημα αντίστοιχα. Εικόνα 4-1. Σχηματική απεικόνιση συμβατικού συστήματος Παραδοτέο Σελίδα 38

45 Εικόνα 4-2. Σχηματική απεικόνιση αποκεντρωμένου συστήματος Εικόνα 4-3. Απεικόνιση λειτουργίας της ΕΕΛ για το του συμβατικό σύστημα Παραδοτέο Σελίδα 39

46 Εικόνα 4-4. Απεικόνιση λειτουργίας της ΕΕΛ για το του αποκεντρωμένο σύστημα Στις εικόνες 4-5, 4-6 και 4-7 παρουσιάζονται οι νέα διαδικασίες που αναπτύχτηκαν για την προσομοίωση της κατασκευής, δικτύων και εγκαταστάσεων. Εικόνα 4-5. Σχηματική απεικόνιση κατασκευής δικτύου αποχέτευσης, ανά km αγωγού. Παραδοτέο Σελίδα 40

47 Εικόνα 4-6. Κατασκευή εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων, ανά m 3 λυμάτων. Εικόνα 4-7. Σχηματική απεικόνιση λειτουργίας μονάδας MBR Παραδοτέο Σελίδα 41

48 Εικόνα 4-8. Σχηματική απεικόνιση κατασκευής εγκατάστασης MBR. Εικόνα 4-9. Σχηματική απεικόνιση κατασκευής δικτύων εντός της κατοικίας 4.2 Εκτίμηση επιπτώσεων Κατανάλωση ενέργειας Μια από τις δυνατότητες του μοντέλου είναι η σύγκριση επιλεγμένων μεγεθών όπως είναι η κατανάλωση ενέργειας, το ισοζύγιο θρεπτικών κλπ των δύο συστημάτων. Στην εικόνα 4-10 παρουσιάζεται η κατανάλωση ενέργειας των δύο συστημάτων ανά διαδικασία που υπεισέρχεται στην ανάλυση κύκλου ζωής. Αρχικά παρατηρείται η σοβαρή μείωση στην κατανάλωση ενέργειας, της τάξης του 23% που προσφέρει το αποκεντρωμένο σύστημα ως προς το συμβατικό. Παραδοτέο Σελίδα 42