Λαπαβίτσας Αργύριος Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ.

Transcript

1 Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών «Οικολογική Ποιότητα και Διαχείριση Υδάτων σε επίπεδο Λεκάνης Απορροής» των τμημάτων Βιολογίας, Γεωλογίας και Πολιτικών Μηχανικών Μεταπτυχιακή Διατριβή Διαχείριση και επεξεργασία αστικών λυμάτων μικρών οικισμών, με φυσικά συστήματα επεξεργασίας. Δυνατότητες εφαρμογής τεχνητών υγροβιοτόπων στο Νομό Ημαθίας. Λαπαβίτσας Αργύριος Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ. Επιβλέπων Καθηγητής: Κατσιφαράκης Κωνσταντίνος Συνεπιβλέπων Καθηγητής: Νταρακάς Ευθύμιος Θεσσαλονίκη, Ιούλιος 2015

2 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Με την διεκπεραίωση της διπλωματικής μου διατριβής θα ήθελα να ευχαριστήσω, ιδιαιτέρως, τον επιβλέποντα κ. Κατσιφαράκη Κωνσταντίνο, Καθηγητή του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, για την άψογη συνεργασία μας και την συνολική καθοδήγηση και υποστήριξή του. Ευχαριστώ επίσης θερμά τον κ. Νταρακά Ευθύμιο, Αναπληρωτή Καθηγητή του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, καθώς και την κα Πεταλά Μαρία, Δρ. Χημικό Μηχανικό και τον κ. Τσιρίδη Βασίλη, Δρ. Χημικό Μηχανικό, για τη βοήθεια τους κατά τις εργαστηριακές μετρήσεις που διενεργήθησαν. Τέλος, ευχαριστώ όλους τους διδάσκοντες του Διατμηματικού Μεταπτυχιακού Προγράμματος για τις γνώσεις και εμπειρίες που μου παρείχαν, καθώς και την κα Σερετάκη Θεοδώρα, Βιολόγο και Μηχανικό Περιβαλλοντικής Διαχείρισης, για την πολύτιμη συμβολή της. Σε όλους τους προαναφερθέντες αλλά και στους συμφοιτητές μου και στην οικογένειά μου απευθύνω ένα μεγάλο ευχαριστώ. 2

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής είναι, αρχικά, η παρουσίαση των φυσικών συστημάτων επεξεργασίας και ιδιαίτερα, των τεχνητών υγροβιότοπων, ως εναλλακτική εφικτή λύση για την επεξεργασία των αστικών λυμάτων μικρών πόλεων και κοινοτήτων, με ισοδύναμο πληθυσμό μικρότερο των 2000 ι.κ., αναπτύσσοντας μεθόδους, οι οποίες απαιτούν χαμηλό κόστος κατασκευής, λειτουργίας και συντήρησης και οι οποίες είναι φιλικότερες προς το περιβάλλον. Επιπλέον, διερευνάται η δυνατότητα κατασκευής τεχνητού υγροβιότοπου οριζόντιας υπόγειας ροής για την επεξεργασία των λυμάτων Κοινοτήτων του Νομού Ημαθίας. Για τις επιλεγμένες περιοχές και τους επιλεγμένους εξυπηρετούμενους οικισμούς γίνεται χωροθέτηση και διαστασιολόγηση του τεχνητού υγροβιότοπου. Τέλος, ορίζονται οι φυσικοί αποδέκτες των επεξεργασμένων λυμάτων στις υπό έρευνα περιοχές, ενώ, παράλληλα, ερευνάται η δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης των εκροών. 3

4 ABSTRACT The purpose of this master thesis is, firstly, the presentation of natural systems for wastewater treatment and in particular, of artificial wetlands, as an alternative possible solution for urban wastewater treatment of small towns and communities, with an equivalent population of less than 2000, developing methods, which require low manufacturing, operation and maintenance costs and which are more environmentally friendly. Additionally, the possibility of constructing a horizontal subsurface flow artificial wetland, for processing sewage of Communities of the Prefecture of Imathia, is investigated. For the selected regions and the respective populations, the siting and sizing of the constructed wetlands are presented. Finally, the natural recipients of the treated wastewater are defined, while, at the same time, the reusability of the outflows is investigated. 4

5 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 1. Εισαγωγή Γενικά Φυσικά συστήματα επεξεργασίας λυμάτων Στάδια σχεδιασμού των φυσικών συστημάτων επεξεργασίας Φυσικοί υγρότοποι Συστήματα τεχνητών υγροβιότοπων για επεξεργασία λυμάτων Τεχνητοί υγροβιότοποι επιφανειακής ροής (Free Water Surface - FWS) Τεχνητοί υγροβιότοποι υποεπιφανειακής ροής (Subsurface Flow Systems - SFS) Τεχνητοί υγροβιότοποι κατακόρυφης ροής (VF) Τεχνητοί υγροβιότοποι οριζόντιας ροής (HF) Κοστολόγηση Υβριδικά συστήματα τεχνητών υγροβιότοπων Υλικά και Μέθοδοι Βασικά βήματα σχεδιασμού τεχνητών υγροβιότοπων Χωροθέτηση τεχνητού υγροβιότοπου Προεπεξεργασία υγρών αποβλήτων Επιλογή και διαχείριση της φυτικής βλάστησης Μηχανισμοί επεξεργασίας Σχεδιασμός παραμέτρων Πανίδα στους τεχνητούς υγροβιότοπους Νομοθετικό Πλαίσιο Διαχείρισης Υγρών Αποβλήτων Επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων λυμάτων Περιοχή Μελέτης Γεωγραφική Θέση Διοικητική διάρθρωση Προστατευόμενες περιοχές Γεωλογία Κλιματικά δεδομένα Χρήσεις γης Υδατικό δυναμικό Αποτελέσματα Επιλογή συστήματος Χωροθέτηση Τεχνητού Υγροβιότοπου SFS

6 4.3 Παράμετροι σχεδιασμού Εκτίμηση εξυπηρετούμενου πληθυσμού Παροχές σχεδιασμού Ρυπαντικά φορτία Όρια διάθεσης επεξεργασμένων λυμάτων Διαστασιολόγηση Τεχνικών Έργων Εσχάρωση Δεξαμενή πρωτοβάθμιας καθίζησης (σηπτική δεξαμενή) Τεχνητός Υγροβιότοπος (SFS) Σύνοψη-Συμπεράσματα Βιβλιογραφία

7 1. Εισαγωγή 1.1 Γενικά Η ανάγκη για την προστασία του περιβάλλοντος και, ειδικότερα, των υδάτινων οικοσυστημάτων, όπως είναι οι θάλασσες, τα ποτάμια, οι λίμνες, αλλά και τα υπόγεια νερά, επιτάσσει την κατασκευή μονάδων επεξεργασίας υγρών και στερεών αποβλήτων. Η επεξεργασία των αποβλήτων αποβλέπει στην απομάκρυνση, εξουδετέρωση ή κατάλληλη τροποποίηση των επιβλαβών χαρακτηριστικών τους, ώστε να εξαλειφθούν ή να ελαττωθούν σε αποδεκτό επίπεδο οι δυσμενείς για τον τελικό αποδέκτη (έδαφος, επιφανειακά νερά κ.λ.π) συνέπειες. Ως επιβλαβή συστατικά των αποβλήτων θεωρούνται τα ογκώδη αντικείμενα, η άμμος, τα μικρού μεγέθους στερεά που αιωρούνται στη μάζα των αποβλήτων (αιωρούμενα στερεά), τα οργανικά φυσικά συστατικά (υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, λίπη), οι παθογόνοι μικροοργανισμοί και τα θρεπτικά στοιχεία (άζωτο και φώσφορος). Όσον αφορά στην επεξεργασία των λυμάτων, στην Ελλάδα λειτουργούν περισσότεροι από 300 βιολογικοί καθαρισμοί και δίκτυα αποχέτευσης, κυρίως σε οικισμούς και πόλεις με πληθυσμούς πάνω από κατοίκους και εκτιμάται ότι σήμερα, περίπου το 90% του πληθυσμού των παραπάνω οικισμών εξυπηρετείται από αυτούς. Πολύ μικρότερο είναι το ποσοστό (περίπου 18-20%) του εξυπηρετούμενου, με αντίστοιχες υποδομές, πληθυσμού από κοινότητες με κατοίκους. Τέλος, η κατηγορία των κοινοτήτων με πληθυσμούς κάτω των κατοίκων εκτιμάται ότι αντιστοιχεί σε περίπου 2,5 εκατομμύρια ισοδύναμους κατοίκους (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012). Για τις περιπτώσεις αυτές και μετά από παγκόσμια καταγραφή και με τη βοήθεια μακροχρόνιας εμπερίας και προηγμένης τεχνολογίας και τεχνογνωσίας, συμπεραίνεται ότι ένα ποσοστό των συμβατικών μονάδων επεξεργασίας λυμάτων δεν λειτουργεί ικανοποιητικά, καθώς οι τοπικές αρχές αδυνατούν να καλύψουν το υψηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης τους, με αποτέλεσμα να μην είναι, πλέον, θεσμικά απαιτητή η κατασκευή δικτύων αποχέτευσης, αλλά η εφαρμογή «κατάλληλων» συστημάτων διαχείρισης και επεξεργασίας των λυμάτων (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012). 7

8 Τα συστήματα αυτά μπορεί κατά περίπτωση να αποδειχθεί ότι προσφέρουν το βέλτιστο συνδυασμό οικονομικής και χωρίς εξειδικευμένες απαιτήσεις λειτουργίας και προστασίας του υδάτινου και ευρύτερου περιβάλλοντος, κάτι που δεν εξασφαλίζεται με το κατά κανόνα εφαρμοζόμενο σύστημα των βόθρων (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012). Έτσι, η επιστημονική κοινότητα στράφηκε σε εφικτές λύσεις για μικρές πόλεις και κοινότητες, αναπτύσσοντας μεθόδους οι οποίες απαιτούν χαμηλό κόστος κατασκευής, λειτουργίας και συντήρησης και οι οποίες είναι φιλικότερες προς το περιβάλλον. Οι μέθοδοι αυτές οδήγησαν στα Φυσικά Συστήματα Επεξεργασίας Λυμάτων (Natural Systems for Wastewater Treatment) (Καραμούζης, 2003). 1.2 Φυσικά συστήματα επεξεργασίας λυμάτων Γενικά, φυσικά συστήματα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων (Εικ ) ονομάζονται αυτά, που η επεξεργασία του υγρού αποβλήτου δεινεργείται με φυσικά μέσα και διεργασίες, όπως είναι οι φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες ή συνδυασμός τους, που συμβαίνουν στο περιβάλλον «έδαφος φυτό ατμόσφαιρα υγρό απόβλητο» (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Αυτά τα συστήματα, πέραν της απλής και αξιόπιστης λειτουργίας τους, παρουσιάζουν υψηλό ποσοστό αφαίρεσης των ρύπων από τα λύματα και είναι ιδιαιτέρως κατάλληλα για μικρές έως και μεσαίου μεγέθους κοινότητες, όπου υπάρχει έλλειψη εξειδικευμένου προσωπικού, το οποίο απαιτείται για τη λειτουργία των συμβατικών συστημάτων επεξεργασίας. Επιπλέον, τα φυσικά συστήματα επεξεργασίας αποτελούν μια άριστη εναλλακτική για την παραγωγή εκροών που μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν, ή μπορούν να αποτελέσουν επέκταση σε υψηλότερο βαθμό επεξεργασίας των ήδη υπαρχόντων συμβατικών βιολογικών καθαρισμών (Γκεμιτζή et al., 2001). Τα πλεονεκτήματα τους παρατίθενται στον Πίνακα

9 Πίνακας Σύγκριση των φυσικών και των συμβατικών συστημάτων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων (Τσιχριντζής, 2000). ΣΥΜΒΑΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Χρήση μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην κατασκευή (σκυρόδεμα, χάλυβας κ.λ.π.) και στη λειτουργία (ηλεκτρική ενέργεια, χημικά κ.λ.π.) Παραγωγή σημαντικών ποσοτήτων παραπροϊόντων, που απαιτούν περαιτέρω επεξεργασία (μεγάλες ποσότητες ιλύος) Έχουν πολλά μηχανικά μέρη Απαιτήσεις σε εξειδικευμένο προσωπικό Απαίτηση υψηλού κόστους κατασκευής και λειτουργίας Σχετικά χαμηλή απαίτηση έκτασης ΦΥΣΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Χρήση κυρίως ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ηλιακή, αιολική κ.λ.π.) Παραγωγή μηδαμινών ποσοτήτων παραπροϊόντων Δεν έχουν μηχανικά μέρη Δεν έχουν απαιτήσεις σε εξειδικευμένο προσωπικό Χαμηλό κόστος κατασκευής μηδαμινό κόστος λειτουργίας Σχετικά μεγάλη απαίτηση έκτασης Είναι συμβατά με τα συμβατικά συστήματα (μπορούν να χρησιμοποιηθούν για επέκταση υπάρχουσας εγκατάστασης) 9

10 Εικόνα Γενική άποψη πεδίου φυσικών συστημάτων επεξεργασίας λυμάτων στην περιοχή του Γαλλικού ποταμού Ν. Θεσσαλονίκης ( Τα φυσικά συστήματα κατατάσσονται σε πέντε βασικές κατηγορίες (Reed et al., 1995, Kadlec and Knight, 1996; Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995; Τσιχριντζής, 2000, Καραμούζης, 2003): 1. Τα εδαφικά συστήματα επεξεργασίας λυμάτων (land treatment wastewater systems). Στα συστήματα αυτά, το υγρό απόβλητο, μετά από επεξεργασία, χρησιμοποιείται για την κατάκλυση εκτάσεων με καλλιέργειες δέντρων (π.χ. λεύκες). Η αφαίρεση των ρύπων του υγρού αποβλήτου επιτυγχάνεται με τις διάφορες διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο περιβάλλον «έδαφος ή υδροφορέας ατμόσφαιρα λύματα». Τα συστήματα αυτά διαρίνονται στους εξής επιμέρους τύπους: α) συστήματα βραδείας εφαρμογής (slow rate systems - SRS) (Εικ ), β) συστήματα ταχείας διήθησης (rapid infiltration systems - RIS) (Εικ ), γ) συστήματα επιφανειακής (απορ)ροής (overland flow systems - OFS) (Εικ ) και δ) συστήματα συνδυασμένων τύπων (combination land systems - CLS). 10

11 Εικόνα Τύποι συστημάτων βραδείας εφαρμογής. Εικόνα Σύστημα ταχείας εφαρμογής: (α) διαδικασίες κατά τη διάθεση, (β) στραγγιστικό δίκτυο απόληψης λυμάτων, (γ) φρεάτια απόληψης λυμάτων. 11

12 Εικόνα Σύστημα επιφανειακής απορροής. 2. Τα συστήματα δεξαμενών σταθεροποίησης (wastewater stabilization ponds systems - SPS) (Εικ ). Η επεξεργασία των λυμάτων στα συστήματα αυτά αποδίδεται στις διάφορες διεργασίες, οι οποίες λαμβάνουν χώρα και οφείλονται στη μικροβιακή ζωή, καθώς και στα κατώτερα φυτά και ζώα που αναπτύσσονται. Περιλαμβάνουν μεταξύ άλλων τους ακόλουθους κύριους επιμέρους τύπους: α) τις αναερόβιες δεξαμενές (aerobic ponds), β) τις επαμφοτερίζουσες δεξαμενές (facultative ponds), γ) τις μερικής ανάμειξης αεριζόμενες δεξαμενές (partial-mix aerated ponds) και δ) τις δεξαμενές ελεγχόμενης παροχής (controlled discharge ponds). Οι δεξαμενές σταθεροποίησης χρησιμοποιούνται για ένα ευρύ φάσμα καιρικών συνθηκών, από μόνες τους ή σε συνδυασμό με άλλα συστήματα επεξεργασίας λυμάτων. Εικόνα ΕΕΛ Φαραγγίου. (α) Αεροφωτογραφία, (β) Δεξαμενή σταθεροποίησης ( 12

13 3. Τα συστήματα των σηπτικών απορροφητικών δεξαμενών ή απορροφητικών βόθρων ή επιτόπια συστήματα (septic tanks or subsurface wastewater infiltration or on site systems). Τα συστήματα αυτά εφαρμόζονται για πολύ μικρές παροχές λυμάτων, όπως συμβαίνει στις μονοκατοικίες, αλλα σε ορισμένες περιπτώσεις και σε μεμονωμένες πολυκατοικίες. Η μελέτη και κατασκευή τους γίνεται με βάση τη διαπερατότητα των εδαφών στα οποία διανοίγεται ο βόθρος και με τρόπο που να μην επηρεάζεται η στάθμη των υπόγειων νερών. Σήμερα, για λόγους μεγαλύτερης προστασίας των υπόγειων νερών, τα συστήματα αυτά τείνουν να αντικατασταθούν από στεγανούς βόθρους. 4. Τα συστήματα υδροχαρών φυτών (aquatic plants treatment systems - APS). Τα συστήματα αυτά αποτελούν μία διαφοροποίηση των δεξαμενών σταθεροποίησης, με την πρσθήκη υδροχαρών φυτών. Διακρίνονται σε δύο επιμέρους τύπους συστημάτων: α) τα συστήματα με επιπλέοντα υδροχαρή φυτά (Εικ ) και β) τα συστήματα με βυθισμένα υδροχαρή φυτά. Τα συνήθη είδη που χρησιμοποιούνται είναι οι υδροχαρείς υάκινθοι (Eicchornea crassipes), τα κοινά λήμνα (Lemna sp.) και τα νούφαρα (Nuphar spp.). Με τα φύλλα των φυτών αυτών καλύπτεται η επιφάνεια του νερού, οπότε με τη σκιά τους αποφεύγεται η ανάπτυξη φυκών στις δεξαμενές. Το πλεονέκτημα των φυτών είναι ότι το εκτεταμένο ριζικό τους σύστημα δημιουργεί ένα υπόστρωμα για την ανάπτυξη μικροοργανισμών, οι οποίοι αποικοδομούν τους ρύπους των λυμάτων, επιτυγχάνοντας έτσι την καλύτερη δυνατή επεξεργασία τους. Εικόνα Επιπλέοντα υδροχαρή φυτά: νούφαρα και υδροχαρείς υάκινθοι. 13

14 5. Τα συστήματα τεχνητών υγρότοπων επεξεργασίας λυμάτων (wastewater constructed wetlands treatment systems) (Εικ ). Χρησιμοποιούνται, όπως και τα προηγούμενα φυσικά συστήματα, για περαιτέρω επεξεργασία προεπεξεργασμένων λυμάτων. Το ελάχιστο επίπεδο προεπεξεργασίας των υγρών αποβλήτων είναι η πρωτοβάθμια επεξεργασία ή η επεξεργασία με συστήματα αεριζόμενων τεχνητών λιμνών με μικρό χρόνο κράτησης ή άλλων ισοδύναμων με αυτές (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Τα συστήματα αυτά αποτελούνται από λεκάνες μικρού βάθους, στις οποίες τοποθετείται μία εδαφική στρώση και καλλιεργούνται διάφορα υδροχαρή φυτά, όπως είναι οι κοινές καλαμιές (Phragmites communis), τα διάφορα είδη βούρλων (Juncus spp.), οι σύφες (Scripus spp.) και διάφορα είδη ψαθών (Typha spp.). Η επεξεργασία των λυμάτων γίνεται στο περιβάλλον «έδαφος φυτό ατμόσφαιρα λύματα». Σημειώνεται ότι στα συστήματα αυτά, με την ανάπτυξη ειδικών πληθυσμών βακτηρίων στις ρίζες των φυτών, επιτυγχάνεται επιπρόσθετα ένα φιλτράρισμα και μία προσρόφηση διαφόρων συστατικών των λυμάτων, μεταφέρεται οξυγόνο στη μάζα του νερού και περιορίζεται η ανάπτυξη φυκών (πρασινάδας ή μουχιών) εξαιτίας της αναπτυσσόμενης βλάστησης, με την οποία επιτυγχάνεται έλεγχος της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας. Τα συστήματα των τεχνητών υγρότοπων είναι δύο τύπων: α) τα συστήματα με λεκάνες ελεύθερης υδατικής επιφάνειας (ή επιφανειακής ροής) και β) τα συστήματα υπόγειας ροής (ή υποεπιφανειακής ροής), οριζόντιας ή κατακόρυφης. Επιπρόσθετα θα πρέπει να σημειωθεί ότι η μέθοδος των τεχνητών υγροβιότοπων είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί ακόμη και για τριτοβάθμια επεξεργασία των λυμάτων, λαμβάνοντας σε αυτήν την περίπτωση ποιοτικά καθαρές εκροές (Καραμούζης, 2003). 14

15 Εικόνα Τεχνητός υγροβιότοπος επιφανειακής ροής (Μάρκου, 2000). Εικόνα Τεχνητός υγροβιότοπος κατακόρυφης υπόγειας ροής (Καραμούζης, 2003). Εικόνα Τεχνητός υγροβιότοπος οριζόντιας υπόγειας ροής (Μάρκου, 2000). 15

16 Γενικότερα, τα φυσικά συστήματα μπορούν να διαχωριστούν σε δύο βασικές κατηγορίες (Metclaf and Eddy, 1991): Αυτά που βασίζονται στο έδαφος ή τα γήινα συστήματα επεξεργασίας. Μετά την εφαρμογή των προεπεξεργασμένων υγρών αποβλήτων στην επιφάνεια του εδάφους, επιτυγχάνεται περαιτέρω επεξεργασία τους διαμέσου των φυσικών, χημικών και βιολογικών διεργασιών, που συμβαίνουν στο έδαφος και στους βαθύτερους γεωλογικούς σχηματισμούς. Τα συστήματα που βασίζονται στα υδροχαρή φυτά, όπως είναι οι φυσικοί και τεχνητοί υγροβιότοποι και τα συστήματα των επιπλεόντων υδροχαρών φυτών. Παρακάτω, παρουσιάζονται με τη μορφή πινάκων, τα χαρακτηριστικά που οδηγούν στην επιλογή της ακριβούς θέσης της εγκατάστασης του κάθε φυσικού συστήματος επεξεργασίας (Πίν ), καθώς και τα τυπικά χαρακτηριστικά σχεδιασμού τους (Πίν ). 16

17 Πίνακας Σύγκριση χαρακτηριστικών επιλογής θέσης φυσικών συστημάτων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Χαρακτηριστικά Βραδεία εφαρμογή Ταχεία διήθηση Επιφανειακή ροή Υγροβιότοποι Επιπλέοντα υδροχαρή φυτά Τύποι εδαφών Αργιλοπηλώδη - αμμοπηλώδη Αμμώδη αμμοπηλώδη Αργιλώδη ιλυοπηλώδη Αργιλώδη με αδιαπέρατες στρώσεις Αργιλώδη με αδιαπέρατες στρώσεις Κλίση < 15% σε καλλιεργήσιμα εδάφη < 40% σε ακαλλιέργητα < 10% μόνο για την αποφυγή αναχωμάτων Τελική κλίση 1-8 % Συνήθως < 5% Συνήθως < 5% Βάθος εδάφους (m) > 0,6 > 1,5 > 0,3 > 0,6 < 1,0 Υδραυλική αγωγιμότητα (mm/h) Βραδείαμετρίως ταχεία (1,5-500) Ταχεία (> 50) Πολύ βραδεία -μετρίως βραδεία (< 5,0) Πολύ βραδεία έως βραδεία Πολύ βραδεία έως βραδεία Βάθος έως τον υδροφόρο ορίζοντα (m) 0,6-1 6,0 Δεν θεωρείται κρίσιμο Δεν θεωρείται κρίσιμο Δεν θεωρείται κρίσιμο Κλιματικές συνθήκες (Προσυγκέντρωση - αποθήκευση) Μόνο σε περιόδους ψύχους και ισχυρών βροχών Όχι (πιθανές τροποποιήσεις σε περιόδους ψύχους) Συνήθως μόνο σε περιόδους ψύχους Συνήθως μόνο σε περιόδους ψύχους Συνήθως μόνο σε περιόδους ψύχους 17

18 Πίνακας Τυπικά χαρακτηριστικά σχεδιασμού φυσικών συστημάτων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Χαρακτηριστικά Βραδεία εφαρμογή Ταχεία διήθηση Επιφανειακή ροή Υγροβιότοποι Επιπλέοντα υδροχαρή φυτά Β/βάθμια ή Επιδιωκόμενοι σκοποί Β/βάθμια ή προωθημένη επεξεργασία και μηδενικη εκροή προωθημένη επεξεργασία ή εμπλουτισμός Β/βάθμια επεξεργασία με υψηλή απομάκρυνση Ν Β/βάθμια ή προωθημένη επεξεργασία Β/βάθμια ή προωθημένη επεξεργασία υδροφόρων Τεχνική εφαρμογής Καταιονισμός ή επιφανειακά Συνήθως επιφανειακά Καταιονισμός ή επιφανειακά Καταιονισμός ή 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, ,0-60 6,50-48,10 19,20-66,3 19,20-66,3 Α/βάθμια Α/βάθμια Α/βάθμια Α/βάθμια Α/βάθμια επεξεργασία επεξεργασία επεξεργασία επεξεργασία επεξεργασία (καθίζηση) (καθίζηση) (εσχάρωση) Διάθεση αποβλήτου (κύριοι διεργασιακοί μηχανισμοί) Εξατμισοδιαπνοή Κυρίως και διήθησηκατείσδυση διήθησηκατείσδυση Κυρίως επιφανειακή απορροή και εξατμισοδιαπνοή Εξατμισοδιαπνοή, κατείσδυση και απορροή Μερική εξατμισοδιαπνοή Φυτική βλάστηση Αναγκαία Προαιρετική Αναγκαία Αναγκαία Αναγκαία 18

19 1.3 Στάδια σχεδιασμού των φυσικών συστημάτων επεξεργασίας Τα βασικά στάδια που αφορούν στον προκαταρκτικό σχεδιασμό των φυσικών συστημάτων επεξεργασίας λυμάτων είναι η εκτίμηση και η επιλογή της θέσης εγκατάστασης, ο προσδιορισμός του επιπέδου προεπεξεργασίας των λυμάτων, η επιλογή και η διαχείριση της φυτικής βλάστησης, ο προσδιορισμός των παραμέτρων σχεδιασμού του συστήματος, ο τρόπος ελέγχου των μετρήσεων, ο λεπτομερειακός σχεδιασμός επιμέρους τμημάτων των διαφόρων εγκαταστάσεων και τέλος ο προσδιορισμός των απαιτήσεων για την παρακολούθηση της λειτουργίας και των αποτελεσμάτων του όλου συστήματος (Ακράτος, 2006). 1.4 Φυσικοί υγρότοποι Ως υγροβιότοποι (Εικ ) 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 (υδροφυτική) 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 και επιτρέπουν την πραγματοποίηση πολύτιμων διεργασιών των υδρολογικών και χημικών κύκλων, με τελικό αποτέλεσμα τον καθαρισμό των ρυπασμένων υδάτων. Παράλληλα, συμβάλλουν στην αποτροπή πλημμυρών, στην προστασία των ακτογραμμών και στην επαναφόρτιση των υπόγειων υδροφορέων, παρουσιάζοντας σημαντική οικονομική αξία στην παραγωγή τροφής και ενέργειας (Prescott et al., 1997). Στους υγρότοπους μπορούν να παρατηρηθούν οι εξής λειτουργίες: εμπλουτισμός των υπόγειων υδροφόρων στρωμάτων (υδροφορέων), τροποποίηση των πλημμυρικών φαινομένων, παγίδευση ιζημάτων, απορρόφηση διοξειδίου του άνθρακα, αποθήκευση και ελευθέρωση θερμότητας, καθως και δέσμευση της ηλιακής ακτινοβολίας με την επακολουθούσα στήριξη τροφικών πλεγμάτων (Γεράκης και Τσιούρης, 2010). 19

20 Πίνακας Σύστημα ταξινόμησης τύπων υγρότοπων Γραφείου Ραμσάρ, που εγκρίθηκε στην Τέταρτη Συνάντηση των Συμβαλλόμενων Μερών στο Μοντρέ, το 1991 (Γεράκης και Τσιούρης, 2010). Θαλάσσιοι και παράκτιοι υγρότοποι 1. Μόνιμα θαλάσσια ύδατα βάθους μικρότερου των 6 m κατά τη ρηχία. 2. Υποπαλιρροϊκές υδρόβιες στρωμνές. 3. Κοραλλιογενείς ύφαλοι. 4. Βραχώδεις θαλάσσιες ακτές. 5. Αμμώδεις, χαλικώδεις και κροκαλώδεις παραλιές. 6. Εκβολικά ύδατα: τα μόνιμα ύδατα των εκβολών και τα εκβολικά συστήματα των δέλτα. 7. Διαπαλιρροϊκά ιλυώδη, αμμώδη και αλατούχα πεδία. 8. Διαπαλιρροϊκά έλη. 9. Διαπαλιρροϊκοί δασωμένοι υγρότοποι. 10. Υφάλμυρες ως αλμυρές λιμνοθάλασσες με μία ή περισσότερες, σχετικά στενές, διόδους επικοινωνίας με τη θάλασσα. 11. Αβαθείς λίμνες και έλη γλυκού νερού της παράκτιας ζώνης. Εσωτερικοί υγρότοποι 1. Ποταμοί και ρυάκια με συνεχή ροή καθ όλο το έτος. 2. Ποταμοί και ρυάκια με ασυνεχή ροή (ρέουν μόνο κατά ένα διάστημα του έτους κάθε έτους ή κάθε μερικά έτη). 3. Εσωτερικά ύδατα. 4. Ποτάμιες πλημμυρογενείς πεδιάδες. 5. Μόνιμες λίμνες γλυκού νερόυ (μεγαλύτερες των 80 στρεμμάτων). 6. Εποχικές λίμνες γλυκού νερού (μεγαλύτερες των 80 στρεμμάτων), λίμνες πλημμηρογενών πεδιάδων. 7. Μόνιμες και εποχικές υφάλμυρες, αλμυρές ή αλκαλικές λίμνες, πλημμυρογενή πεδία και έλη 8. Μόνιμες λιμνούλες (ponds) γλυκού νερού (μικρότερες των 80 στρεμμάτων) και μόνιμα έλη γλυκού νερού με υπερυδατική βλάστηση, των οποίων ο πυθμένας αποτελείται από ανόργανα υλικά. 9. Εποχικές λιμνούλες (ponds) γλυκού νερού (μικρότερες των 80 στρεμμάτων) και εποχικά έλη γλυκού νερού, των οποίων ο πυθμένας αποτελείται από ανόργανα υλικά. 10. Έλη με θάμνους. Έλη γλυκού νερού στα οποία κυριαρχεί θαμνώδης βλάστηση. Ο πυθμένας αποτελείται από ανόργανα υλικά. 11. Δάσος σε έλος γλυκού νερού. Εποχικώς πλημμυριζόμενο δάσος, έλος με δάσος (wooded swamp). Ο πυθμένας αποτελείται από ανόργανα υλικά. 12. Τυρφώδεις γαίες (τυρφώνες). Έλη με τυρφώδη πυθμένα αποκλειστικώς ή μη ομβροδίαιτα, με θάμνους ή χωρίς θάμνους. 13. Δασωμένες τυρφώδεις γαίες (τυρφώνες), δάσος σε έλος με τυρφώδη πυθμένα. 14. Αλπικοί υγρότοποι και υγρότοποι τούνδρας. 15. Πηγές γλυκού νερού, οάσεις. 16. Γεωθερμικοί υγρότοποι. Τεχνητοί υγρότοποι 1. Περιοχές αποθήκευσης νερού (ταμιευτήρες) που δημιουργούνται με φράγματα ή άλλα εμπόδια της ροής νερού, ή εκσκαφές. 2. Λιμνούλες αγροκτημάτων για άρδευση φυτών και εξασφάλιση νερού σε ζώα καθώς και μικρές δεξαμενές (γενικά μικρότερες των 80 στρεμμάτων). 3. Λιμνούλες υδατοκαλλιεργειών. 4. Υγρότοποι από εκμετάλλευση αλατιού: τηγάνια αλυκών, αλυκές. 5. Υγρότοποι από εκσκαφές σε λατομεία και ορυχεία. 6. Υγρότοποι που δημιουργούνται για επεξεργασία λυμάτων. 7. Υγρότοποι αρδευομένων γαιών (ορυζώνες, διώρυγες, τάφροι). 8. Εποχικώς πλημμυριζόμενες καλλιεργούμενες γαίες. 20

21 1.5 Συστήματα τεχνητών υγροβιότοπων για επεξεργασία λυμάτων Οι τεχνητοί υγροβιότοποι βασίζονται στην κυριότερη λειτουργία των φυσικών υγρότοπων, η οποία αφορά στις διάφορες φυσικές διεργασίες, με τις οποίες επιτυγχάνεται η βελτίωση της ποιότητας των νερών (Karathanasis, 1995). Συνήθως αποτελούνται από μία λεκάνη βάθους μέχρι 1 m, η οποία στον πυθμένα καλύπτεται με μία γεωμεμβράνη (για την αποφυγή διαφυγής στραγγισμάτων προς τον υδροφόρο) και γεμίζει με 2-3 στρώσεις αδρανών υλικών (όπως πέτρες, αμμοχάλικο, άμμος, χώμα), ενώ βρίσκεται κάτω από συνθήκες συνεχούς κατάκλυσης. Στον πυθμένα τοποθετείται ένα πλέγμα διάτρητων σωληνώσεων, σε σύνδεση με την ατμόσφαιρα, για τον αερισμό του συστήματος. Στην ανώτερη στρώση των υλικών τοποθετείται η φυτική βλάστηση, που αποτελείται συνήθως από καλάμια, τα οποία απαντώνται ευρέως στην ελληνική επικράτεια και είναι πολύ ανθεκτικά (Kadlec and Knight, 1995). Η φυτική βλάστηση, με την πάροδο του χρόνου, μεγαλώνει, δημιουργώντας ένα εκτεταμένο και πυκνό ριζικό σύστημα. Έτσι, σταθεροποιούνται οι στρώσεις των υλικών και επιτυγχάνεται η ανάπτυξη της απαραίτητης μικροβιακής κοινότητας, που καταστρέφει τους διάφορους ρύπους, κατά μήκος των ριζών. Επιπλέον, οι ρίζες των φυτών μεταφέρουν οξυγόνο για την αναπνοή των μικροοργανισμών, ενώ και τα ίδια βοηθούν στο φιλτράρισμα και την προσρόφηση συστατικών του αποβλήτου, απορροφώντας μικρές ποσότητες θρεπτικών από το απόβλητο (άζωτο, φώσφορο), τοξικά και οργανικά συστατικά και νερό για τη δική τους ανάπτυξη. Τέλος, η βλάστηση περιορίζει την ανάπτυξη φυκών με τον έλεγχο της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας (Kadlec and Knight, 1995). Πρέπει να σημειωθεί ότι η χρήση τεχνητών υγροβιότοπων συνήθως δεν είναι ανταγωνιστική, αλλά μάλλον συμπληρωματική των Βιολογικών Καθαρισμών. Οι τεχνητοί υγροβιότοποι ενδείκνυνται ιδιαίτερα για μικρές κοινότητες και μικρομεσαίους οικισμούς (αποκεντρωμένα συστήματα επεξεργασίας), όπου είναι οικονομικά ασύμφορη η ανάπτυξη Βιολογικών Καθαρισμών, οι οποίοι όμως είναι καταλληλότεροι για τους μεγάλους πληθυσμούς (Βαρκάς, 2007). Παράλληλα, εκτός από τη δευτεροβάθμια επεξεργασία αποβλήτων οικισμών έως και κατοίκων, αποτελούν μία απλή και αποτελεσματική λύση για την τριτοβάθμια επεξεργασία, όταν απαιτούνται εκροές πολύ χαμηλές σε οργανικό 21

22 φορτίο (BOD 5 < 5 mg/l) και στερεά (ΤSS < 10 mg/l), για την επεξεργασία πλημμυρικών απορροών, για τη σταθεροποίηση της ιλύος, ακόμα και για τις ειδικές περιπτώσεις επεξεργασίας απορροών από αυτοκινητοδρόμους και αγροτικών απορροών πλούσιων σε θρεπτικά και φυτοφάρμακα (Καραμούζης, 2003). Οι τεχνητοί υγροβιότοποι επιτυγχάνουν το ίδιο επίπεδο καθαρισμού με τους Βιολογικούς Καθαρισμούς, χαρακτηρίζονται ως μια περιβαλλοντικά φιλική τεχνολογία και οδηγούν σε αξιόλογη απομάκρυνση οργανικού άνθρακα και αιωρούμενων στερεών, ενώ η απομάκρυνση αζώτου και φωσφόρου καθίσταται αξιόλογη υπό προϋποθέσεις (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012). Τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα τους είναι (Cooper, 1990): Μειωμένο κόστος κατασκευής, συντήρησης και λειτουργίας. Δεν έχουν μηχανικά μέρη. Δεν κατασκευάζονται μεγάλες και πολύπλοκες εγκαταστάσεις που απαιτούν σκυρόδεμα και χάλυβα κ.ά. Μηδαμινή κατανάλωση ενέργειας (οι ανάγκες των φυτών καλύπτονται από το απόβλητο, τον ήλιο και τον αέρα χρήση ανανεώσιμων πηγών). Δεν απαιτείται εξειδικευμένο προσωπικό για τη λειτουργία τους. Με σωστό σχεδιασμό και εφόσον αξιοποιηθεί και μια ελάχιστη κλίση του εδάφους, είναι δυνατή και η αποφυγή χρήσης αντλιών για την μετάβαση από το ένα στάδιο επεξεργασίας στο άλλο. Απουσία έντονων οσμών και εντόμων, δεδομένου ότι στα συστήματα υπόγειας ροής (τα πιο διαδεδομένα) δεν υπάρχει ελεύθερη επιφάνεια νερού. Μη παραγωγή παραπροϊόντος, που να απαιτεί ξεχωριστή επεξεργασία (όπως η λυματολάσπη στους Βιολογικούς Καθαρισμούς). Ανθεκτικότητα σε μεγάλες διακυμάνσεις της παροχής και σε πολλά τοξικά συστατικά. Δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης του επεξεργασμένου νερού. Αισθητική «πράσινη» εμφάνιση, που χαρακτηρίζεται από μια συστάδα καλαμιών, σε αντίθεση με τη μη ελκυστική εμφάνιση των Βιολογικών Καθαρισμών. 22

23 Τα βασικά στάδια σχεδιασμού τεχνητών υγροβιότοπων συνοψίζονται παρακάτω (Πίν ). Πίνακας Βασικά στάδια προκαταρκτικού σχεδιασμού τεχνητών υγροβιότοπων (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Στάδια Σχεδιασμού 1. Εκτίμηση και επιλογή θέσης. 2. Προσδιορισμός επιπέδου προεπεξεργασίας λυμάτων. 3. Επιλογή και διαχείριση της φυτικής βλάστησης. 4. Προσδιορισμός παραμέτρων σχεδιασμού συστήματος. 5. Τρόπος ελέγχου μετρήσεων. 6. Λεπτομερειακός σχεδιασμός επιμέρους τμημάτων. 7. Προσδιορισμός απαιτήσεων παρακολούθησης ελέγχου. FWS) Τεχνητοί υγροβιότοποι επιφανειακής ροής (Free Water Surface - Τα συστήματα των τεχνητών υγρότοπων με ελεύθερη επιφάνεια νερού (Εικ και ) αποτελούνται από στεγανές λεκάνες ή τάφρους, σχετικά μικρού βάθους, στις οποίες έχει προστεθεί έδαφος ή άλλο κατάλληλο πορώδες μέσο για τη φύτευση και ανάπτυξη της υδροχαρούς βλάστησης, όπως είναι οι κοινές καλαμιές (Phragmites communis), τα διάφορα είδη βούρλων (Juncus spp.), οι σύφες (Scripus spp.) και διάφορα είδη ψαθών (Typha spp.), καθώς επίσης και το νερό των προς επεξεργασία λυμάτων, το οποίο ρέει κατά τη οριζόντια διεύθυνση πάνω στην επιφάνεια του πορώδους υλικού ή του εδάφους. Η στεγανότητά τους επιτυγχάνεται με την κάλυψη του πυθμένα και των πρανών των λεκανών με γεωμεμβράνες ή με άλλα κατάλληλα υλικά με μικρή διαπερατότητα στο νερό (π.χ. αργιλική στρώση), καθώς επίσης και με τη χρήση του ίδιου του φυσικού εδάφους των λεκανών, όταν η μηχανική του σύσταση εξασφαλίζει 23

24 μικρή διαπερατότητα. Το νερό που εφαρμόζεται ρέει επιφανειακά σε βάθος 10 έως 15 cm κατά την οριζόντια κύρια διάσταση της λεκάνης, πάνω από το εδαφικό στρώμα και τα καθιζάνοντα στερεά. Το βάθος των λεκανών του συστήματος αυτού κυμαίνεται από 50 έως 70 cm. Το επιφανειακό στρώμα των ΤΥΕΡ χαρακτηρίζεται από αερόβιες συνθήκες, ενώ το πυθμενικό από αναερόβιες συνθήκες. Στους ΤΥΕΡ ο εφοδιασμός της υδάτινης στήλης με οξυγόνο είναι περιορισμένος συγκριτικά με τους υγροβιότοπους υποεπιφανειακής ροής, καθώς το ριζικό σύστημα βρίσκεται στο εδαφικό υπόστρωμα και κάτω από την στήλη των υγρών και το μεταφερόμενο σε αυτό οξυγόνο καταναλώνεται στο εκτεταμένο βενθικό περιβάλλον. Επιπλέον, λόγω της πυκνής φυτικής βλάστησης η μεταφορά οξυγόνου διαμέσου της επιφάνειας είναι περιορισμένη (Καραμούζης, 2003). Οι ΤΥΕΡ αναπαριστούν τη δομή και τη λειτουργία των φυσικών υγροβιότοπων και προσαρμόζονται ικανοποιητικά στο ευρύτερο περιβάλλον, στο οποίο αναπτύσσονται, αποτελώντας τόπους ενδημισμού της πανίδας που αναπτύσσεται στην εκάστοτε περιοχή. Οι διεργασίες που λαμβάνουν χώρα κατά την επεξεργασία των λυμάτων στους τεχνητούς υγροβιότοπους είναι όμοιες με αυτές που συμβαίνουν στα φυσικά οικοσυστήματα. Η αποδόμηση της οργανικής ύλης προκύπτει είτε μέσω αερόβιων είτε μέσω αναερόβιων διεργασιών. Η ισορροπία μεταξύ των διεργασιών αυτών εξαρτάται από το οργανικό φορτίο καθώς και από την παροχή οξυγόνου. Κύρια πηγή του απαραίτητου για τις βιοχημικές διεργασίες οξυγόνου είναι ο επαναερισμός της υγρής στήλης. Το οξυγόνο διοχετεύεται στη στήλη νερού του υγροβιότοπου με διάχυση από τον ατμοσφαιρικό αέρα, μέσω της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας των φυτών, στη στήλη νερού (Metcalf and Eddy, 1991). Η απομάκρυνση του οργανικού άνθρακα των λυμάτων πραγματοποιείται τόσο από την αιωρούμενη όσο και από την προσκολλημένη βιομάζα. Τα περισσότερα από τα αιωρούμενα στερεά καθιζάνουν και φιλτράρονται στα πρώτα μέτρα πλησίον του σημείου εισόδου στο σύστημα. Η απομάκρυνση του αζώτου πραγματοποιείται λόγω νιτροποίησης στις αεριζόμενες περιοχές και απονιτροποίησης στις ανοξικές. Η απομάκρυνση του φωσφόρου πραγματοποιείται μέσω προσρόφησης και χημικής 24

25 κατακρήμνισης και είναι κατά κανόνα περιορισμένη (όπως και σε όλα τα φυσικά συστήματα) (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012). Σημαντικό ζήτημα σχετικά με την χωροθέτηση τέτοιων συστημάτων, είναι το ότι οι ΤΥΕΡ αποτελούν ιδεώδεις κατοικίες αναπαραγωγής κουνουπιών, που μπορούν να γίνουν φορείς μεταδόσεως νόσων στις γειτονικές περιοχές. Εικόνα Σχηματική απεικόνιση συστημάτων ελεύθερης επιφανειας (Metcalf and Eddy, 1991). Τα πλεονεκτήματα των ΤΥΕΡ συνοψίζονται στα παρακάτω (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012): Χαμηλό κόστος κατασκευής. Χαμηλό λειτουργικό κόστος. Αντοχή σε διακυμάνσεις υδραυλικού και ρυπαντικού φορτίου (πολύ μικρές παροχές έως αρκετά μεγάλες). Προσαρμογή στο ευρύτερο οικοσύστημα και την αισθητική της περιοχής. Φυσική διεργασία -> πράσινη τεχνολογία. Τα μειονεκτήματα του των ΤΥΕΡ μπορούν να συνοψιστούν στα εξής (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012): - Επιτυγχάνεται χαμηλή απομάκρυνση αζώτου και φωσφόρου. - Πραγματοποιείται φτωχή οξυγόνωση της υγρής στήλης. - Δημιουργούνται προβλήματα οσμών και κουνουπιών. - Απαιτούνται μεγάλες εκτάσεις για την κατασκευή. Εικόνα Σύστημα υγροβιότοπου FWS (Kapellakis et al., 2004). 25

26 1.5.2 Τεχνητοί υγροβιότοποι υποεπιφανειακής ροής (Subsurface Flow Systems - SFS) Τεχνητοί υγροβιότοποι κατακόρυφης ροής (VF) Οι υγροβιότοποι κατακόρυφης ροής (Εικ ) αποτελούνται συνήθως από στρώσεις διαβαθμισμένων υλικών (έδαφος, άμμος, χονδρόκοκκα, αδρανή, κ.λπ.), ενώ τα καλάμια φυτεύονται στην άνω στρώση, που περιέχει συνήθως άμμο. Τα υγρά απόβλητα διέρχονται κατακόρυφα του υγροβιότοπου και συλλέγονται σε ένα δίκτυο αποστράγγισης, που είναι τοποθετημένο στη βάση του. Οι στρώσεις διαβαθμισμένων υλικών αποστραγγίζουν πλήρως και έτσι επιτρέπεται η είσοδος νέου αέρα ανάμεσα στους πόρους των υλικών. Η επόμενη δόση υγρών αποβλήτων που θα διέλθει του υγροβιότοπου, παγιδεύει τον αέρα στους πόρους, που σε συνδυασμό με τον αερισμό που δημιουργείται από την απότομη εφαρμογή της δόσης, δημιουργεί άριστες συνθήκες οξυγόνωσης, διάσπασης του οργανικού φορτίου και νιτροποίησης. Η απομάκρυνση του αζώτου επιτυγχάνεται μέσω νιτροποίησης απονιτροποίησης, ενώ η απομάκρυνση φωσφόρου εξαρτάται από τη φύση του εφαρμοζόμενου υποστρώματος. Η απομάκρυνση μετάλλων ποικίλλει και επιτυγχάνεται κυρίως με κατακρήμνιση και προσρόφηση, ενώ η απομάκρυνση των παθογόνων οργανισμών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη δομή του υποστρώματος και την ταχύτητα ροής. Τα αιωρούμενα στερεά απομακρύνονται κυρίως με φιλτράρισμά τους στο έδαφος ή το υπέδαφος (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012). Οι υγροβιότοποι κατακόρυφης ροής πλεονεκτούν ως προς τη μεταφορά οξυγόνου, ωστόσο απαιτείται προσεκτική μελέτη της ποσότητας των υγρών αποβλήτων που θα εφαρμοστεί και της χρονικής περιόδου εφαρμογής της επόμενης δόσης. Θα πρέπει να επισημανθεί ότι το σύστημα δεν είναι και τόσο αποτελεσματικό σε ότι αφορά την απομάκρυνση αιωρούμενων στερεών, με αποτέλεσμα συχνά να συνδυάζεται με υγροβιότοπο οριζόντιας ροής. 26

27 Τα πλεονεκτήματα του υγροτόπου κατακόρυφης ροής είναι (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012): Συστήματα χαμηλού κόστους κατασκευής και λειτουργίας. Σχετικά αξιόπιστα συστήματα. Ικανοποιητική απόδοση στην απομάκρυνση του οργανικού φορτίου και των διαλυμένων στερών. Λόγω του σχεδιασμού δεν παρατηρούνται οχλήσεις από έντομα. Εικόνα Τεχνητός υγροβιότοπος κατακόρυφης υποεπιφανειακής ροής (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012). Τα μειονεκτήματα του υγροτόπου κατακόρυφης ροής είναι (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012): - Η αδυναμία υψηλού ρυθμού νιτροποίησης. - Η αδυναμία επεξεργασίας λυμάτων με μεγάλο οργανικό φορτίο. - Η περιορισμένη απομάκρυνση φωσφόρου. - Απαίτηση για περιοδική καταστροφή της ξηρής βλάστησης με σκοπό την διατήρηση των συνθηκών ελεύθερης ροής. - Απαίτηση ικανών εκτάσεων με ήπιες κλίσεων. - Αναμενόμενες μικρές οχλήσεις από οσμές. - Ισχυρή εξάρτηση από κλιματικούς παράγοντες. 27

28 Τεχνητοί υγροβιότοποι οριζόντιας ροής (HF) Στους υγροβιότοπους οριζόντιας ροής (Εικ ) τα υγρά απόβλητα τροφοδοτούνται από τη μία άκρη του υγροβιότοπου και οδηγούνται στην έξοδο (αντιδιαμετρικά της εισόδου), καλύπτοντας μία οριζόντια πορεία. Κατά τη διάρκεια αυτής της πορείας έρχονται σε επαφή με ένα σύστημα αερόβιων, ανοξικών και αναερόβιων ζωνών. Οι αερόβιες ζώνες βρίσκονται γύρω από τις ρίζες των αναπτυσσόμενων φυτών του υγροβιότοπου. Το φυτό που συνήθως χρησιμοποιείται είναι το Phragmites australis, το κοινώς λεγόμενο καλάμι, το οποίο έχει την ικανότητα να μεταφέρει οξυγόνο από τα φύλλα και μέσω των ριζωμάτων στις ρίζες (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012). Τα συστήματα αυτά κατασκευάζονται με λεκάνες μέσου βάθους 80 έως 100 cm, στις οποίες έχει γίνει στεγανοποίηση με πεπιεσμένη αργιλική στρώση, ικανοποιητικού πάχους, με ειδικό συνθετικό υλικό (γεωμεμβράνη) ή με άοπλο σκυρόδεμα. Στις λεκάνες αυτές τοποθετείται το κατάλληλο αδρανές πορώδες υλικό, βάθους 60 έως 80 cm και διαμέτρου κόκκων 2,5 έως 5 mm, στο οποίο θα φυτευτεί και θα αναπτυχθεί η κατάλληλη υδροχαρής βλάστηση. Η κλίση του πυθμένα των λεκανών αυτών είναι της τάξης 1 έως 2% και το προς επεξεργασία νερό, ύστερα από τον πρωτογενή καθαρισμό των λυμάτων, εισέρχεται στο σύστημα των λεκανών με υπόγεια oριζόντια ροή. Εικόνα Τεχνητός υγροβιότοπος οριζόντιας υποεπιφανειακής ροής (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012). 28

29 Το μικρό βάθος του νερού, η μικρή κλίση της φρεατικής επιφάνειάς του, η παρουσία των στελεχών και λοιπών φυτικών υπολειμμάτων και ειδικότερα το μεγάλο μήκος διαδρομής του νερού σε στενές λεκάνες ρυθμίζουν την κίνηση των προς επεξεργασία υγρών αποβλήτων, εξασφαλίζοντας συνθήκες βραδείας ροής. Στην περίπτωση αυτή η ροή γίνεται μέσα από το πορώδες υλικό των λεκανών και τα υγρά απόβλητα καθαρίζονται καθώς έρχονται σε επαφή με την επιφάνεια του πορώδους μέσου και με τις ρίζες των φυτών. Σημειώνεται ότι στο εκτεταμένο σύστημα των ριζών και των ριζικών τριχιδίων των φυτών αναπτύσσονται μικροοργανισμοί, οι οποίοι μεταφέρουν οξυγόνο και αποικοδομούν ακόμα περισσότερο τους διάφορους ρύπους των αστικών, βιομηχανικών και κτηνοτροφικών λυμάτων, εξασφαλίζοντας έτσι την καλύτερη δυνατή επεξεργασία τους. Εικόνα Τεχνητός υγροβιότοπος οριζόντιας υποεπιφανειακής ροής (Metcalf and Eddy, 1991). Τα πλεονεκτήματα του υγροτόπου οριζόντιας υπόγειας ροής είναι (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012): Συστήματα χαμηλού κόστους κατασκευής και λειτουργίας. Σχετικά αξιόπιστα συστήματα. Ικανοποιητική απόδοση στην απομάκρυνση του οργανικού φορτίου και των διαλυμένων στερεών. Ελαχιστοποίηση των οχλήσεων που αφορούν τη μυρωδιά των αποβλήτων. Μέγιστος δυνατός έλεγχος του πληθυσμού των κουνουπιών. 29

30 Τα μειονεκτήματα του υγροτόπου οριζόντιας υπόγειας ροής είναι (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012): Η αδυναμία υψηλού ρυθμού νιτροποίησης. Η αδυναμία επεξεργασίας λυμάτων με μεγάλο οργανικό φορτίο. Η περιορισμένη απομάκρυνση φωσφόρου. Απαίτηση για περιοδική καταστροφή της ξηρής βλάστησης με σκοπό την διατήρηση των συνθηκών ελεύθερης ροής. Απαίτηση ικανών εκτάσεων με ήπιες κλίσεις. Ισχυρή εξάρτηση από κλιματικούς παράγοντες. Εικόνα Σχηματική αναπαράσταση τεχνητού υγροβιότοπου οριζόντιας υπόγειας ροής 1. ζώνη διανομής, με μεγάλες πέτρες 2. γεωμεμβράνη 3. μέσο διήθησης (χαλίκι, θραυστό πέτρωμα) 4. βλάστηση 5. το επίπεδο του νερού 6. ζώνη συλλογής, γεμάτη με μεγάλες πέτρες 8. σωλήνας αποστράγγισης 8. της εξόδου δομή για τη διατήρηση της στάθμης του νερού στη λεκάνη. Τα βέλη δείχνουν μόνο ένα γενικό μοτίβο ροής (Vymazal, 2002). 9. Συμπερασματικά, 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 επιτρέπει τον 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 υγροβιότοπου αυξάνεται εφόσον η βλάστηση και τα άλλα μέρη του συστήματος μπορούν να υποστούν την απαραίτητη διαχείριση, ώστε η απόδοσή του να βελτιστοποιηθεί (Bendoricchio et al., 2000). 30

31 1.6 Κοστολόγηση Οι κύριες παράμετροι, που περιλαμβάνονται στο κόστος κεφαλαίου για την κατασκευή ενός συστήματος τεχνητού υγροβιότοπου οριζόντιας υπόγειας ροής, περιέχουν: το κόστος αγοράς της γης, την έρευνα της περιοχής, την εκκαθάριση του χώρου, τις χωματουργικές εργασίες, την αγορά και διάστρωση του αδρανούς υλικού (πέτρες, αμμοχάλικο, άμμος, χώμα), την αγορά και τοποθέτηση του γεωυφάσματος και της φυτικής βλάστησης, τα τεχνικά εισόδου και εξόδου, την περίφραξη, τις διάφορες σωληνώσεις, τις αμοιβές των μηχανικών και των νομικών και διάφορα άλλα απρόβλεπτα και γενικά έξοδα του αναδόχου (U.S. EPA, 2000). Συνήθως, τα σχετικά με τον τύπο του υποστρώματος και της επένδυσης έξοδα είναι και τα πιο ακριβά από αυτή τη λίστα. Ενδεικτικά, αναφέρεται ότι σε περιοχές με αργιλώδη εδάφη, στα οποία, συχνά, εξαλείφεται η ανάγκη για μια επένδυση (γεωμεμβράνη), το κόστος του εισαγόμενου χαλικιού μπορεί να αντιπροσωπεύει το 50% του κόστους κατασκευής, ενώ σε άλλες τοποθεσίες, όπου το κατάλληλο χαλίκι είναι τοπικώς διαθέσιμο, αλλά απαιτείται επένδυση, το κόστος της επένδυσης μπορεί να προσεγγίσει το 40% του κόστους κατασκευής. Εξάλλου, επιπλέον αύξηση στο κόστος εργασιών μπορεί να προκαλέσει η πιθανή ανάγκη για συμπίεση των μητρικών εδαφών της περιοχής, προς προστασία των υπόγειων υδάτινων μαζών (U.S. EPA, 2000). Για μία πιο σαφή εικόνα του κόστους ενός τυπικού συστήματος τεχνητού υγροβιότοπου οριζόντιας υπόγειας ροής (SFS), παρατίθεται ο παρακάτω πίνακας (Πίν ), ο οποίος παρέχει το κόστος κατασκευής και μια περίληψη του κόστους λειτουργίας και συντήρησης για ένα υποθετικό σύστημα SFS, παροχής ίσης με l/ημέρα ( γαλόνια/ημέρα), με απαιτούμενη συγκέντρωση αμμωνίας (NH 3 ) στην εκροή ίση με 2 mg/l. Κάποιες άλλες παράμετροι σχεδιασμού του συγκεκριμένου συστήματος είναι: συγκέντρωση εισροής NH 3 = 25 mg/l, θερμοκρασία νερού = 20 C (68 F), βάθος λεκάνης = 0,6 m, πορώδες υλικού υποστρώματος = 0,4, απαιτούμενη έκταση = 1,3 εκτάρια, κόστος γης = δολάρια/εκτάριο (U.S. EPA, 2000). Επιπλέον, στον Πίνακα γίνεται σύγκριση του κόστους του κύκλου ζωής (20 χρόνια) του συγκεκριμένου υγρότοπου, με το κόστος ενός συμβατικού 31

32 συστήματος επεξεργασίας, σχεδιασμένο για την ίδια ροή και την ίδια ποιότητα των λυμάτων και του νερού των εκροών. Πίνακας Κόστος κατασκευής, λειτουργίας και συντήρησης ενός συστήματος SFS, με παροχή σχεδιασμού ίση με l/ημέρα (U.S. EPA, 2000). Παράμετρος Κόστος ($) Κόστος ( ) Κόστος γης Έρευνα τοποθεσίας Καθαρισμός χώρου Χωματουργικές εργασίες Γεωμεμβράνη Υλικό υποστρώματος Φυτική βλάστηση (αγορά και τοποθέτηση) Τεχνικά εισόδου και εξόδου Μηχανικοί, Νομικοί κτλ ΣΥΝΟΛΟ Κόστος λειτουργίας και συντήρησης Πίνακας Σύγκριση κόστους κύκλου ζωής (20 χρόνια) τεχ1660νητού υγροβιότοπου SFS με συμβατική μονάδα επεξεργασίας για την ίδια παροχή σχεδιασμού και ποιότητα λυμάτων και εκροών (U.S. EPA, 2000). Κόστος Κατασκευής Κόστος Λειτουργίας - Συντήρησης Τεχνητός Υγροβιότοπος ($) ( ) 6.000/έτος (5.507 /y) Συμβατική Μονάδα Επεξεργασίας ($) ( ) /έτος ( /y) Κόστος ανά 3785 l (1000 γαλόνια) επεξεργασμένων λυμάτων 0,73 (0,67 ) 3,06 (2,81 ) 32

33 1.7 Υβριδικά συστήματα τεχνητών υγροβιότοπων Ένα σύστημα οριζόντιας υπόγειας ροής παρέχει υψηλή απομάκρυνση των οργανικών και των αιωρούμενων στερεών, αλλά το ποσοστό της απομάκρυνσης των θρεπτικών συστατικών είναι χαμηλό. Η απομάκρυνση του αζώτου περιορίζεται από τις ανοξικές - αναερόβιες συνθήκες (συστήματα με χαμηλή ικανότητα μεταφοράς οξυγόνου), που επικρατούν στα πεδία φιλτραρίσματος, όπου δεν είναι δυνατή η νιτροποίηση της αμμωνίας, ενώ η αφαίρεση του φωσφόρου είναι περιορισμένη, λόγω της χρήσης υλικών φίλτρου (μικρό χαλίκι, θραυστό πέτρωμα κτλ), που χαρακτηρίζονται από χαμηλή ικανότητα απορρόφησης (Vymazal, 2005). Διάφοροι τύποι των τεχνητών υγρότοπων μπορούν να συνδυαστούν για να επιτευχθεί υψηλότερη ποιότητα εκροών (Εικ ). Τα Υβριδικά συστήματα (hybrid systems) τεχνητών υγροβιότοπων συνδυάζουν διαφορετικά είδη τεχνητών υγρότοπων, συνήθως συστήματα υπόγειας ροής (οριζόντιας και κατακόρυφης), προκειμένου να επιτευχθεί μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στην απομάκρυνση των ρύπων και ειδικά, του αζώτου (Vymazal, 2005). Στα υβριδικά συστήματα (επίσης καλούνται και συνδυασμένα συστήματα combined systems) τα πλεονεκτήματα των διαφόρων συστημάτων μπορούν να συνδυαστούν, για να συμπληρώσουν τις διαδικασίες και τους μηχανισμούς απομάκρυνσης του κάθε συστήματος, με τελικό στόχο την παραγωγή εκροής με χαμηλή περιεκτικότητα σε BOD και χαμηλές συγκεντρώσεις αζώτου. Επισημαίνεται πως, πρόσφατα, έχουν εφαρμοστεί και υβριδικά συστήματα, που περιλαμβάνουν περισσότερους από δύο τύπους τεχνητών υγροβιότοπων και αρκετά συχνά, περιλαμβάνουν και συστήματα επιφανειακής ροής (Vymazal, 2005). 33

34 Εικόνα Υβριδικά συστήματα τεχνητών υγροβιότοπων (Vymazal, 2005). 34

35 2. Υλικά και Μέθοδοι 2.1 Βασικά βήματα σχεδιασμού τεχνητών υγροβιότοπων Τα πρωταρχικής σημασίας βήματα για τον επιτυχημένο σχεδιασμό ενός τεχνητού υγροβιότοπου περιλαμβάνουν τα ακόλουθα (Metcalf and Eddy, 1991): Την ακριβή εκτίμηση των παροχών εισροής και των φορτίων ρύπων που εισέρχονται στον υγροβιότοπο. Την εκτίμηση απόδοσης του υγροβιότοπου καθώς και της έκτασης και του όγκου του, που είναι απαραίτητα για την επίτευξη των ελάχιστων ορίων ποιότητας της εκροής. Η αποτελεσματικότητα αφαίρεσης των ρύπων του υγροτόπου είναι συνάρτηση της επιφάνειας (μήκος x πλάτος), ενώ το εμβαδό διατομής (πλάτος x βάθος) καθορίζει τη μέγιστη δυνατή ροή. Γενικά, απαιτείται ένα εμβαδό επιφάνειας από περίπου 5 έως 10 m 2 ανά ισοδύναμο κάτοικο ( Τον σχεδιασμό ελέγχων των υδρολογικών και υδραυλικών χαρακτηριστικών του υγροβιότοπου, με σκοπό να επιτευχθεί επίπεδο απόδοσης συγκρίσιμο με την απόδοση των λειτουργούντων συστημάτων, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την εξαγωγή εμπειρικών τοπικών σταθερών. Τη δημιουργία και διατήρηση των χημικών, φυσικών και βιολογικών στοιχείων του συστήματος του υγροβιότοπου, που είναι αναγκαία για την επίτευξη των αναμενόμενων ρυθμών επεξεργασίας των ρύπων. Αρκετά συμπληρωματικά ζητήματα είναι σημαντικά στον σχεδιασμό και στη λειτουργία των τεχνητών υγροβιότοπων επεξεργασίας λυμάτων. Αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν τάφρους και αναχώματα, διατάξεις ελέγχου της εισόδου και εξόδου του νερού, συμπίεση και διαβάθμιση του εδάφους, στεγανοποίηση και άλλα. Μηχανολογικά ζητήματα σχετικά με διατάξεις ελέγχου της ροής, θέματα κατασκευής και λειτουργίας είναι, επίσης, σημαντικά και περιλαμβάνουν απαιτήσεις σχετικές με την αποψίλωση των φυτών και τον καθαρισμό τους, τεχνικές επιλογής των φυτών, έλεγχο του επιπέδου της επιφάνειας του νερού, αποφυγή ενοχλητικών συνθηκών λόγω κουνουπιών ή οσμών, ασφάλεια τόσο του κοινού όσο και του προσωπικού και διαχείριση της άγρια ζωής (Prescott and Tsanis, 1997). 35

36 2.2 Χωροθέτηση τεχνητού υγροβιότοπου Τα βασικά χαρακτηριστικά της θέσης εγκατάστασης του τεχνητού υγροβιότοπου, που πρέπει να θεωρούνται κατά τον σχεδιασμό του, είναι η τοπογραφία, η εδαφολογία, οι χρήσεις γης και το κλίμα της περιοχής. Πιο συγκεκριμένα (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995): Τοπογραφία. Γενικότερα, απαιτείται ομοιόμορφη τοπογραφία (από επίπεδη έως ελαφρώς κεκλιμένη). Είναι φανερό ότι τέτοια συστήματα μπορούν να κατασκευαστούν και σε ανομοιόμορφες εκτάσεις με μεγάλες κλίσεις, ωστόσο το κόστος των απαιτούμενων εκσκαφών και χωματουργικών εργασιών θα είναι μεγαλύτερο. Γενικά, κατάλληλες θέσεις θεωρούνται αυτές με κλίσεις μικρότερες από 5%. Εδαφολογία. Πιο επιθυμητές θεωρούνται εκτάσεις με εδάφη ή υπεδάφη με μικρή σχετικά διαπερατότητα (< 5mm/h), αφού ο αντικειμενικός σκοπός τους είναι η επεξεργασία υγρών αποβλήτων σε μία υδατική στρώση, πάνω από το χρησιμοποιούμενο εδαφικό υπόστρωμα. Έτσι, ελαχιστοποιούνται οι απώλειες του εφαρμοζόμενου υγρού αποβλήτου, μέσω της διήθήσης του, στο έδαφος. Ωστόσο, επισημαίνεται ότι θέσεις με διαπερατά εδάφη μπορούν να χρησιμοποιηθούν, μετά την εφαρμογή τεχνικών βελτίωσης του εδάφους, όπως η συμπύκνωση του, που οδηγεί σε ελάττωση της διαπερατότητας του εδάφους. Χρήσεις γης. Γενικά, προτιμούνται ανοικτές γεωργικές εκτάσεις, ιδιαίτερα εκείνες που βρίσκονται σε υπάρχοντες φυσικούς υγροβιότοπους, αφού η τεχνητή κατασκευή θα επιδράσει θετικά και αυξητικά σε αυτούς, με την προσθήκη της υδρόβιας βλάστησης και την εξασφάλιση σταθεράς υδατοτροφοδοσίας τους. Υδρολογία. Οι υγροβιότοποι θα πρέπει να βρίσκονται έξω από περιοχές επιδεκτικές σε πλημμύρες, εκτός και αν παρέχεται ιδιαίτερη προστασία τους από πλημμυρικά συμβάντα. Κλίμα. Η χρήση τεχνητών υγροβιότοπων είναι δυνατή ακόμα και σε ψυχρά κλίματα. Γενικά, όμως, η αποτελεσματικότητα λειτουργίας του συστήματος εξαρτάται από τη θερμοκρασία του εφαρμοζόμενου υγρού αποβλήτου και δεδομένου ότι οι μηχανισμοί επεξεργασίας των λυμάτων είναι, κυρίως, βιολογικής φύσης, η απόδοση επεξεργασίας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την επικρατούσα θερμοκρασία. 36

37 Επιπλέον, η θέση της εγκατάστασης πρέπει να απέχει επαρκώς από τα όρια του εξυπηρετούμενου οικισμού ( > 250 m) και να βρίσκεται κοντά σε κάποιο φυσικό αποδέκτη, για τη διάθεση των εκροών (Σκουλά, 2001). Τέλος, για την ελαχιστοποίηση του κόστους κατασκευής και λειτουργίας και εκτός της προσπάθειας ελαχιστοποίησης των απαιτούμενων χωματουργικών εργασιών, συνιστάται το υψόμετρο του υγροβιότοπου να είναι μικρότερο από αυτό της εξόδου του εσωτερικού δικτύου του εξυπηρετούμενου οικισμού. Σε κάθε περίπτωση, πάντως, η χρήση καταθλιπτικών αγωγών, ασφαλώς και είναι εφικτή. 2.3 Προεπεξεργασία υγρών αποβλήτων Το επίπεδο προεπεξεργασίας εξαρτάται από τα ποιοτικά κριτήρια, που πρέπει να πληροί η τελική εκροή και την ικανότητα απομάκρυνσης του δεδομένου συστήματος. Τα προς επεξεργασία, στους τεχνητούς υγροβιότοπους, λύματα συνιστάται να έχουν υποστεί, κατ ελάχιστον, πρωτοβάθμια επεξεργασία ή επεξεργασία σε συστήματα αεριζόμενων τεχνητών λιμνών με μικρό χρόνο κράτησης ή άλλων ισοδύναμων με αυτές. Σημειώνεται ότι σε συστήματα τεχνητών υγροβιότοπων έχουν εφαρμοσθεί και εκροές δευτεροβάθμιας ή ακόμη και προωθημένης επεξεργασίας, ενώ, επειδή η απομάκρυνση φωσφόρου είναι περιορισμένη με τα συγκεκριμένα συστήματα, συνίσταται η απομάκρυνσή του κατά την προεπεξεργασία του αποβλήτου, ιδιαίτερα όταν υπάρχουν περιορισμοί ως προς τη συγκέντρωσή του στην τελική εκροή (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Στην πρωτοβάθμια επεξεργασία απομακρύνεται ένα μέρος των αιωρούμενων στερεών, ένα μέρος των οργανικών ουσιών, ένα μέρος του BOD καθώς και ένα μέρος των θρεπτικών συστατικών αζώτου και φωσφόρου. Αυτό επιτυγχάνεται με το φυσικό φαινόμενο της καθίζησης, για την απομάκρυνση αιωρούμενων σωματιδίων 0, mm και της επίπλευσης, για την απομάκρυνση ελαφρών στερεών. Ενδεικτικά, αναφέρεται ότι οι δεξαμενές πρωτοβάθμιας καθίζησης, που έχουν σχεδιαστεί να λειτουργούν αποδοτικά, μπορούν να απομακρύνουν 50 έως 70% των αιωρούμενων στερεών και 25 έως 40% του BOD (Metcalf and Eddy, 1991). 37

38 2.4 Επιλογή και διαχείριση της φυτικής βλάστησης Η φυτική βλάστηση ασκεί ένα πολύ σημαντικό και ολοκληρωμένο ρόλο στη λειτουργία των συστημάτων υγροβιότοπων, με τη μεταφορά οξυγόνου, διαμέσου του ριζικού συστήματος τους, στον πυθμένα των λεκανών επεξεργασίας. Έτσι, εφοδιάζεται με οξυγόνο το μέσο κάτω από την επιφάνεια του νερού, για την ανάπτυξη και συγκράτηση των μικροοργανισμών, που διενεργούν τη βασική επεξεργασία των υγρών αποβλήτων (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Μόνο μια μικρή ποσότητα της βασικής φυτικής πυκνότητας φυτεύεται στον υγροβιότοπο. Οι ποσότητες των φυτών αυτών κυμαίνονται από έως φυτά ανά εκτάριο (ha). Στους τεχνητούς υγροβιότοπους επεξεργασίας ρυπασμένων υδάτων μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια αρκετά μεγάλη ποικιλία φυτών. Η επιλογή τους εξαρτάται από μια σειρά χαρακτηριστικών των φυτών, καθώς επίσης και από τα χαρακτηριστικά του υγροβιότοπου. Σύνηθες είναι τα φυτά που επιλέγονται να αποτελούν χαρακτηριστικά δείγματα της τοπικής χλωρίδας. Επιπλέον, έχει καταστεί εμφανές ότι οι περιοχές με πυκνή βλάστηση απομακρύνουν περισσότερο τους ρυπαντές απ ότι οι περιοχές με αραιή βλάστηση. (Ντεντιδάκης, 2000; Ζουραράκη, 2002). Τα φυτά που χρησιμοποιούνται, μπορεί να είναι δενδρώδη, θαμνώδη ή ποώδη. Τα συνηθέστερα που συναντούμε είναι αυτά της οικογένειας Cyperaceae, κυρίως του γένους Carex spp. (είδη κύπερης) και των γενών Typha (ψαθί), όπως τα Typha angustifolia και Typha Latifolia, Scirpus (βούρλα), με κυριότερα τα Scirpus lacustris και Scirpus validus και Phragmites (καλάμι), με κυριότερους εκπροσώπους τα Phragmites australis και Phragmites communis (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Συνοπτικά, τα κριτήρια καταλληλότητας των φυτών ώστε να χρησιμοποιηθούν σε έναν τεχνητό υγροβιότοπο είναι (Ντεντιδάκης, 2000): Οικολογική αποδεκτότητα, για παράδειγμα μη σημαντικοί κίνδυνοι εμφάνισης ασθενειών από την παρουσία φυτών ή παρασιτικής διασποράς και λειτουργίας τους και γενικά αποφυγή κινδύνου οικολογικής ή γενετικής αλλοίωσης των περιβαλλόντων φυσικών συστημάτων. Αντοχή στις τοπικές κλιματικές συνθήκες, στα ζιζάνια και στις ασθένειες που θα αντιμετωπίσουν. 38

39 Αντοχή στους μολυσματικούς παράγοντες και στις υπερτροφικές πλημμυρικές συνθήκες. Δυνατότητα απομάκρυνσης υψηλού ποσοστού ρύπων, είτε μέσω άμεσης αφομοιώσεως και αποθήκευσής τους είτε έμμεσα, μέσω εμπλουτισμού μικροβιακών μετασχηματισμών και διαδικασιών. Τα είδη των γενών Phragmites και Scirpus θεωρούνται τα πλέον κατάλληλα για συστήματα τεχνητών υγροβιότοπων υπόγειας οριζόντιας ροής, επειδή το βάθος ριζοβολίας τους επιτρέπει τη χρήση λεκανών μεγαλύτερου βάθους. Επισημαίνεται ότι τα είδη του γένους Phragmites αναπτύσσονται σε βάθος νερού μέχρι 1,5 m (Εικ ) (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Εικόνα Φωτογραφίες από Phragmites australis σε υγροβιότοπους της Florida ( 39

40 2.5 Μηχανισμοί επεξεργασίας Οργανικό φορτίο. Οι οργανικές ενώσεις (υδατάνθρακες, λίπη, αμινοξέα, πρωτεΐνες, θειοπρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα κ.λ.π.), που υπάρχουν στα υγρά απόβλητα αποτελούν τον κατ εξοχήν συμβατικό ρύπο του νερού, ο οποίος πρέπει να απομακρυνθεί (Νταρακάς, 2014). Η αφαίρεση των οργανικών ουσιών διενεργείται με μεγάλη ταχύτητα σε όλα τα συστήματα υγροβιότοπων. Η αποδομούμενη οργανική ουσία, διαλυμένη ή σε αιώρηση, που αποτελεί συστατικό των υγρών αποβλήτων, απομακρύνεται με τη διεργασία της βιολογικής αποδόμησης, (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Το BOD 5 το οποίο έχει καθιζήσει, υπόκειται σε αερόβια/ανοξική αποσύνθεση, ανάλογα με την ποσότητα του οξυγόνου στο σημείο απόθεσης. Το υπολειπόμενο BOD 5, το οποίο είναι κολλοειδούς και διαλυμένης μορφής, συνεχίζει να αφαιρείται, καθώς τα λύματα έρχεται έρχονται σε επαφή με τα μικρόβια, τα οποία είναι προσκολλημένα στο πληρωτικό υλικό και στις ρίζες των φυτών. Η βιολογική αυτή διεργασία μπορεί να είναι αερόβια σε αερόβιες μικροπεριοχές στα συστήματα υπόγειας ροής, αλλά η ανοξική αποσύνθεση επικρατεί στο υπόλοιπο σύστημα (Reed et al., 1995; Kadlec and Knight, 1996; Vymazal, 2002; Ακράτος, 2006). Η αφαίρεση μπορεί να περιοριστεί από την αποσύνθεση φυτικής μάζας και άλλων φυσικών οργανικών, που περιέχονται στο σύστημα. Συνεπώς, ο σχεδιασμός συστήματος υγροβιότοπου για την επίτευξη μηδενικής συγκέντρωσης εκροής BOD 5 είναι αδύνατος. Επίσης, η θερμοκρασία δείχνει να επηρεάζει τις συγκεντρώσεις BOD 5 (Reed et al., 1995), όπως και η εποχιακή εναλλαγή, λόγω μεταβολών στην ανάπτυξη των φυτών, στον σχηματισμό νεκρής οργανικής ύλης άνω των φίλτρων και στον κύκλο του άνθρακα. Τέλος, αναφέρεται ότι η αφαίρεση BOD 5 είναι ταχύτερη στους υπόγειας από επιφανειακής ροής υγροβιότοπους (Kadlec and Knight, 1996). Στην Εικόνα παρουσιάζεται αναλυτικά ο κύκλος του άνθρακα σε συστήματα υγροβιότοπων (επιφανειακής και υπόγειας ροής). Οι μετατροπές που περιγράφονται στον κύκλο του άνθρακα παρουσιάζονται παρακάτω (Kadlec and Knight, 1996): Στις αερόβιες ζώνες η αποδόμηση γίνεται μέσω της αναπνοής (Ακράτος, 2006): C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O 40

41 Στις αναερόβιες ζώνες μέσω ζύμωσης: C 6 H 12 O 6 2CH 3 CHOHCOOH (γαλακτικό οξύ) C 6 H 12 O 6 2CH 3 CH 2 OH + CO 2 (αιθανόλη) Στις αναερόβιες ζώνες μέσω μεθανογένεσης: 4H 2 + CO 2 CH 4 + 2H 2 O CHE 3 COOH - + 4H 2 2CH 4 + H 2 O + OH - Στις αναερόβιες ζώνες μέσω αναγωγής θειικών: 2CH 3 CHOCOO - + SO H + 2CH 3 COO - + 2CO 2 + 2H 2 O + HS - CHE 3 COO - + SO H + 2CO 2 + 2H 2 O + HS - Στις αναερόβιες ζώνες μέσω αναγωγής νιτρικών: C 6 H 12 O 6 + 4NO - 3 6H 2 O + 6CO 2 + 2N 2 + 4e - Στις αναερόβιες ζώνες μέσω αναγωγής σιδήρου: CHE 3 COOH - + 8Fe H 2 O 8Fe +2 + CO 2 + HCO H 2 O + 8H + Σύνθεση βιομάζας: COHNS + O + N,P CO 2 + NH 3 + C 5 H 7 NO 2 P (βιομάζα) + προϊόντα Εικόνα Ο κύκλος του άνθρακα στους τεχνητούς υγροβιότοπους (Ακράτος, 2006). 41

42 Άζωτο. Ο βαθμός αφαίρεσης του αζώτου είναι συνάρτηση της μορφής, με την οποία το άζωτο εισέρχεται στο σύστημα (δηλαδή οργανικό άζωτο, ενώσεις αμμωνίου NH + 4, διαλυμένη αέρια αμμωνία NH 3, νιτρικό NO 3 και νιτρώδες άζωτο NO 2 ), του PH, της θερμοκρασίας και του διαλυμένου οξυγόνου. Αν και υπάρχει λήψη αζώτου από τα φυτά, μόνο ένα μικρό κλάσμα του ολικού αζώτου αφαιρείται με τον μηχανισμό αυτό. Το οργανικό άζωτο, που εισέρχεται στο σύστημα, σχετίζεται με σωματιδιακή μάζα, όπως οργανικά στερεά και φύκη. Η αρχική αφαίρεση της μάζας αυτής, ως TSS, είναι αρκετά γρήγορη και αποτελεσματική μέσω της καθίζησης και του φιλτραρίσματος (Ακράτος, 2006). Το μεγαλύτερο μέρος αυτού του οργανικού αζώτου, είτε υπόκειται σε αποσύνθεση, είτε σε αμμωνιοποίηση, απελευθερώνοντας αμμωνία στο νερό. Τα κατάλοιπα των φυτών και άλλων οργανικών υλικών μπορούν, επίσης, να αποτελούν πηγές οργανικού αζώτου, με αποτέλεσμα εποχιακή απελευθέρωση αμμωνίας, καθώς αυτά αποσυντίθενται. Οι κύριοι μηχανισμοί απομάκρυνσης του αζώτου είναι η βιολογική νιτροποίηση και απονιτροποίηση, η δέσμευση από τα φυτά, η προσρόφηση, όπου ιονισμένη αμμωνία αντιδρά με το πληρωτικό υλικό (Kadlec and Knight, 1996), καθώς και η εξάτμιση της αμμωνίας, αφού μετατραπεί σε ελεύθερη αμμωνία (Kadlec and Knight, 1996; Vymazal, 2002; Ακράτος, 2006). Συγκεκριμένα και για την περίπτωση της ουρίας, η ανοργανοποίηση γίνεται ως εξής: NH 2 CONH 2 + H2O 2NH 3 + CO 2 Ο κύριος μηχανισμός αφαίρεσης της αμμωνίας ως μορφή αζώτου είναι η βιολογική νιτροποίηση, ακολουθούμενη από απονιτροποίηση. Η νιτροποίηση συνήθως συμβαίνει σε αερόβιες συνθήκες (με υψηλή συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου, συνήθως πάνω από 1,5 mg/l), μπορεί όμως να επιτευχθεί και σε συνθήκες με σχετικά χαμηλό διαλυμένο οξυγόνο (0,3 mg/l) (Kadlec and Knight, 1996). Νιτροποίηση είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη βιολογική διεργασία δύο σταδίων, κατά την οποία η αμμωνία μετατρέπεται (οξειδώνεται) σε νιτρικά ιόντα με ενδιάμεση βαθμίδα τα νιτρώδη ιόντα (Νταρακάς, 2014): Nitrosomonas) 2NH 3 + 3O 2 2NO H 2 O + 2H + (με τη δράση του βακτηρίου 42

43 - - 2NO 2 + O 2 2NO 3 (με τη δράση του βακτηρίου Nitrobacter) Απονιτροποίηση είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη βιολογική διεργασία, κατά την οποία τα νιτρικά ιόντα μετατρέπονται σε αέριο άζωτο (Νταρακάς, 2014): NO HCHO + H + N 2 + CO 2 + H 2 O (με τη δράση βακτηρίων απονιτροποίησης - Denitrifying bacteria) Η νιτροποίηση εξαρτάται από τη μεταβολή της θερμοκρασίας. Συγκεκριμένα, τα μικρόβια, που είναι υπεύθυνα για τη νιτροποίηση και την απονιτροποίηση, λειτουργούν καλύτερα σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 15 C (Vymazal, 1999). Επίσης, πάνω από αυτή τη θερμοκρασία λαμβάνει χώρα η ανάπτυξη των φυτών, που παρέχουν το απαραίτητο διαλυμένο οξυγόνο για τη νιτροποίηση (Ακράτος, 2006). Στην Εικόνα παρουσιάζεται ο κύκλος του αζώτου σε ένα σύστημα τεχνητού υγροβιότοπου. Εικόνα Ο κύκλος του αζώτου σε συστήματα υγροβιότοπων (Ακράτος, 2006). Τα νιτρικά ως μορφή αζώτου αφαιρούνται μέσω της βιολογικής απονιτροποίησης. Η επίτευξη της απονιτροποίησης απαιτεί ανοξικές και αποδεκτές θερμοκρασιακές συνθήκες, καθώς και μια επαρκή πηγή άνθρακα. Η ύπαρξη ανοξικών συνθηκών είναι εγγυημένη στα περισσότερα συστήματα τεχνητών υγροβιότοπων και η θερμοκρασία των λυμάτων εξαρτάται από το εκάστοτε τοπικό κλίμα. Κύρια πηγή άνθρακα αποτελούν τα φυτικά κατάλοιπα, καθώς και άλλα φυσικά οργανικά στοιχεία που υπάρχουν στο σύστημα. Η απονιτροποίηση ενδέχεται να περιοριστεί από την απουσία πηγής άνθρακα (Reed et al., 1995). 43

44 Φώσφορος. Η αφαίρεση του φωσφόρου στα φυσικά συστήματα είναι αποτέλεσμα της προσρόφησης, της καθίζησης και της δέσμευσής του από τα μικρόβια και τα φυτά (Kadlec and Knight, 1996). Η δέσμευση από τα μικρόβια και τα φυτά είναι υπεύθυνη μόνο για την αφαίρεση των ορθο-φωσφορικών ιόντων, ενώ οι υπόλοιποι μηχανισμοί είναι υπεύθυνοι για τη αφαίρεση όλων των μορφών φωσφόρου (Kadlec and Knight, 1996). Η αφαίρεση του φωσφόρου μέσω της προσρόφησης και της καθίζησης εξαρτάται από το είδος του πληρωτικού υλικού (Fe ή Al, με την αντίστοιχη δημιουργία συμπλόκων) (Ακράτος, 2006) (Εικ ). Οι τεχνητοί υγροβιότοποι, ωστόσο, δεν είναι το ίδιο αποτελεσματικοί στην αφαίρεση φωσφόρου, εξαιτίας των περιορισμένων δυνατοτήτων επαφής του λύματος και του εδάφους. Ένα σύστημα υγροβιότοπου μπορεί να επιτύχει αποτελεσματική απομάκρυνση φωσφόρου κατά τα πρώτα χρόνια της λειτουργίας του, λόγω της προσροφητικής ικανότητας του εδάφους. Όταν όμως το σύστημα αυτό φτάσει σε ισορροπία, η αφαίρεση φωσφόρου είναι δυνατό να μειωθεί. Οι κύριες δεργασίες στον κύκλο του φωσφόρου είναι η προσρόφηση των ορθο-φωσφορικών από το πληρωτικό υλικό και η δέσμευση του φωσφόρου από τη μικροβιακή βιομάζα και τα φυτά σε οργανική μορφή. Ο φώσφορος μπορεί να επανέλθει στο σύστημα του υγροβιότοπου τόσο από τη βιομάζα και από τα φυτά, λόγω αποδόμησης, όσο και από το πληρωτικό υλικό μέσω αναερόβιας απελευθέρωσης. Εικόνα Ο κύκλος του φωσφόρου στους τεχνητούς υγροβιότοπους (Ακράτος, 2006). 44

45 Αιωρούμενα στερεά (TSS). Τα αιωρούμενα στερεά απομακρύνονται κυρίως με φιλτράρισμά τους στο έδαφος ή στο υπέδαφος ή σε βαθύτερους γεωλογικούς σχηματισμούς (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Ίχνη ανοργάνων στοιχείων. Η απομάκρυνση των ανοργάνων στοιχείων, κυρίως των μετάλλων, διενεργείται με την προσρόφηση και τη χημική κατακρήμνισή τους και σε μικρότερο βαθμό με την πρόσληψή τους από τις ρίζες των φυτών. Γενικά, τα μέταλλα παραμένουν στο έδαφος (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Ίχνη οργανικών στοιχείων. Ίχνη οργανικών ουσιών απομακρύνονται από τα υγρά απόβλητα με τις διεργασίες της εξάχνωσης, της προσρόφησης και των βιολογικών ή φωτοχημικών διασπάσεων (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). 2.6 Σχεδιασμός παραμέτρων Πρωτίστης σημασίας για τον σχεδιασμό των συστημάτων τεχνητών υγροβιότοπων, είναι ο υπολογισμός και σχεδιασμός μίας σειράς παραμέτρων, όπως ο υδραυλικός χρόνος κατακράτησης, η γεωμετρία της λεκάνης, η ταχύτητα του φορτίου BOD 5 και η ταχύτητα υδραυλικού φορτίου. Παρακάτω παρατίθενται τα μοντέλα σχεδιασμού των παραμέτρων αυτών (Reed et al., 1995; Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995) και οι τυπικές διακυμάνσεις των τιμών τους, για την περίπτωση των συστημάτων υποεπιφανειακής οριζόντιας ροής (SFS) (Πίν ). Πίνακας Βασικά στοιχεία σχεδιασμού συστημάτων τεχνητών υγροβιότοπων υπόγειας οριζόντιας ροής (US.EPA, 1988 και Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Παράμετροι Σχεδιασμού Μονάδες SFS Υδραυλικός χρόνος κράτησης d 5-14 Βάθος νερού m 0,3-0,8 Μέγιστος ρυθμός εφαρμογής φορτίου BOD kg/στρ.d 8 Παροχή ανά μονάδα επιφάνειας υγροτόπου m 3 /m 2 d 0,01-0,06 Απαιτούμενη έκταση στρ./ m 3 d 0,02-0,14 Έλεγχος κουνουπιών - Δεν απαιτείται Συχνότητα συγκομιδής βλάστησης yr

46 Υδραυλικός Χρόνος Κράτησης. t = B W d α / Q (1) όπου B = μήκος του συστήματος (L) W = πλάτος του συστήματος (L) d = βάθος νερού (L) α = πορώδες του υποστρώματος Q = ροή στη μονάδα του χρόνου (L 3 T -1 ). Σημειώνεται ότι πρέπει να χρησιμοποιείται Q = (Q 0 + Q e ) / 2 όπου, Q 0 = παροχή εισροής και Q e = παροχή εκροής Γενικά η ροή σε ένα σύστημα SFS περιγράφεται από το νόμο του Darcy: Q = K A S S ή A S = Q / K S K = υδραυλική αγωγιμότητα (L 3 L -2 T -1 ) S = υδραυλική κλίση της λεκάνης (dd/dx) A S = επιφάνεια κάθετη στην κατεύθυνση ροής (L 2 ), A S = d W Πίνακας Συνιστώμενες τιμές βάθους σε αντιστοιχία με το χρησιμοποιούμενο είδος των γενών της φυτικής βλάστησης (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Γένος Βάθος d (m) Typha 0,3 Phragmites 0,6 Scirpus 0,8 Τελικά, W = A S / d = Q / d K S Σημειώνεται ότι η ταχύτητα ροής, KS, θα πρέπει να λαμβάνει την οριακή τιμή 6,8 m/d για να ελαχιστοποιηθούν τυχούσες τοπικές επιβραδύνσεις, οφειλόμενες σε βακτηριακές εκκρίσεις (Reed et al., 1988). Η απομάκρυνση BOD σε ένα σύστημα SFS υπολογίζεται με την εξίσωση κινητικής πρώτης τάξης: 46

47 C 0 / C e = exp (-K T t ) (2) όπου C 0 = συγκέντρωση BOD στην εισροή (ML -3 ) C e = απαιτούμενη συγκέντρωση BOD στην εκροή (ML -3 ) K T = σταθερά εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία (Τ), K T = K 20 Θ (Τ-20) όπου, Θ = 1,06 (U.S.EPA, 1993) και K 20 = σταθερά σε θερμοκρασία 20 C (Πίν ) t = θεωρητικός χρόνος κράτησης πορώδους, βασιζόμενος στο πορώδες του μέσου t = B W d α / Q Πίνακας Χαρακτηριστικά τυπικών υποστρωμάτων, που θεωρούνται κατάλληλα για συστήματα υποεπιφανειακής ροής (US.EPA, 1988). Τύπος υποστρώματος Μέγιστο μέγεθος 10% κόκκων D 10 (mm) Πορώδες, α Υδραυλική αγωγιμότητα, K (m 3 /m 2 d) Μέτρια άμμος 1 0,42 420,62 1,84 Χονδρόκοκκη άμμος 2 0,39 480,06 1,35 Χαλικώδης άμμος 8 0,35 499,87 0,86 K 20 Συνδυασμός των εξισώσεων (1) και (2) δίνει: C 0 / C e = exp (-K T d α / Q) Σχετικά με τις επιθυμητές ή απαιτούμενες συγκεντρώσεις ρύπων στην εκροή του συστήματος, παρατίθεται ο Πίνακας 2.6.4, όπου παρουσιάζονται τα ποσοστά αποδοτικότητας στην απομάκρυνση του αντίστοιχου ρύπου, για εφαρμοζόμενα συστήματα υπόγειας οριζόντιας ροής παγκοσμίως 47

48 Πίνακας Αποδοτικότητα της επεξεργασίας των λυμάτων σε συστήματα οριζόντιας υπόγειας ροής, μέσω παγκόσμιας καταγραφής (συνδυασμένα στοιχεία από Αυστραλία, Αυστρία, Βραζιλία, Καναδά, Τσεχία, Δανία, Γερμανία, Ινδία, Μεξικό, Νέα Ζηλανδία, Πολωνία, Σλοβενία, Σουηδία, ΗΠΑ και Ηνωμένο Βασίλειο) (Vymazal, 2005). Παράμετρος Εισροή (mg / l) Εκροή (mg / l) Ποσοστό απομάκρυνσης (%) BOD COD TSS ,1 83 TP 8,74 5,15 41 TN 46,6 26,9 42 FC (CFU/100 ml) 1,27 x ,96 x Απαιτούμενη έκταση και γεωμετρία υγροβιότοπου. Αξιοποιώντας τις παραπάνω εξισώσεις, απ όπου υπολογίζονται το μήκος και το πλάτος του συστήματος, καταλήγουμε στην εξής σχέση για την απαιτούμενη έκταση του συστήματος: A = B W = Q (lnc e lnc 0 ) / K T d α Βάθος νερού. Το βάθος ενός συστήματος ΤΥΥΡ σχεδιάζεται έτσι ώστε αποκλειστικά να καλύπτεται το αναγκαίο βάθος για τη ριζοβολία της φυτικής βλάστησης, αφού η τροφοδοσία με οξυγόνο διενεργείται δια μέσου του ριζικού συστήματος. Από μελέτες και συγκρίσεις, που έχουν πραγματοποιηθεί σε εφαρμοζόμενα συστήματα των Η.Π.Α, τα φυτά με δυναμικό για πιο βαθύ ριζικό σύστημα, είναι και τα πιο αποδοτικά (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). 48

49 Ρυθμός εφαρμογής φορτίου BOD 5. Τα φορτία BOD 5 θα πρέπει να ρυθμίζονται έτσι ώστε η ζήτηση οξυγόνου στο εφαρμοζόμενο απόβλητο να μην υπερβαίνει την ικανότητα μεταφοράς οξυγόνου μέσω της φυτικής βλάστησης. Εκτιμούμενοι ρυθμοί μεταφοράς οξυγόνου για αναφυόμενα φυτά κυμαίνονται από 5 έως 45 gr/m 2 d (US.EPA, 1988). Το βιολογικά απαιτούμενο οξυγόνο πρέπει να προσδιορίζεται στη βάση της τελικής απαίτησης, BOD u. Βασιζόμενοι σε μία αναλογία BOD u / BOD 5 = 1,5, ο μέγιστος ρυθμός εφαρμογής φορτίου BOD 5 σε ένα σύστημα SFS δεν πρέπει θεωρητικά να υπερβαίνει τα 13,3 kg/στρ.d, με το τυπικό όριο να είναι 11 kg/στρ.d. Επιπλέον, και καθώς το φορτίο BOD παρουσιάζει αυξημένη συγκέντρωση στην είσοδο του συστήματος, συνιστάται το τελικό φορτίο BOD να μην υπερβαίνει το ήμισυ του ρυθμού μεταφοράς οξυγόνου, επομένως ο μέγιστος ρυθμός φορτίου BOD 5 θα πρέπει να μην υπερβαίνει τα 6,65 kg/στρ.d (Reed et al., 1988). Παροχή ανά μονάδα επιφάνειας υγροτόπου Σε συστήματα τεχνητών υγροβιότοπων η παροχή ανά μονάδα επιφάνειας εφαρμογής, L W, δεν είναι συνήθως πρωταρχική παράμετρος σχεδιασμού, αλλά είναι χρήσιμη, κυρίως, για τη σύγκριση διαφόρων συστημάτων μεταξύ τους. Οι ταχύτητες υδραυλικού φορτίου που χρησιμοποιούνται στην πράξη, κυμαίνονται μεταξύ 15 και 50 m 3 /στρ.d (US.EPA, 1988). Αντίστοιχα, για τη σύγκριση μελετών και συστημάτων μπορεί να χρησιμοποηθεί και η ειδική έκταση, A C, που αποτελεί το αντίστροφο της ταχύτητας υδραυλικού φορτίου. Ειδικότερα, συστήματα, που σχεδιάζονται σε κατοικημένες περιοχές για την επεξεργασία εκροών δευτεροβάθμιας ή πρωτοβάθμιας επεξεργασίας και την ανάπτυξη υδρόβιας ζωής και υδροχαρούς βλάστησης, έχει αποδειχθεί ότι μπορούν να είναι πολύ αποτελεσματικά, όταν χαρακτηρίζονται από μία ειδική έκταση 0,21 στρ./(10 3 m 3 d) (US.EPA, 1988). 49

50 2.7 Πανίδα στους τεχνητούς υγροβιότοπους Η πανίδα έχει συνήθως μικρούς, αλλά σημαντικούς ρόλους στη λειτουργία των υγροβιότοπων, ευνοώντας τη βελτίωση της ποιότητας του νερού. Από τα μικροσκοπικά πρωτόζωα έως τα μεγαλύτερα θηλαστικά, τα ζώα καταναλώνουν παραγωγική ενέργεια βιομάζας, μετατρέπουν μέρος της ενέργειας αυτής σε νέα βιομάζα και ανακυκλώνουν το μη χρησιμοποιούμενο οργανικό υλικό και την τροφή. Οι καταναλωτές κρατούν τις τροφές σε συνεχή κυκλοφορία και ρυθμίζουν τους πληθυσμούς των χαμηλότερων τροφικών επιπέδων, με τρόπο που βελτιώνεται η λειτουργία του συστήματος. Ασπόνδυλα και σπονδυλωτά ζώα μαζεύουν τα θρεπτικά συστατικά και την ενέργεια, παρέχοντας τροφή στα μικρόβια και στη μακροφυτική βλάστηση, με ανακύκλωση και σε ορισμένες περιπτώσεις, μεταφέροντας ουσίες εκτός του συστήματος υγροβιότοπου (Ζουραράκη, 2002). Λειτουργικά, αυτά τα συστατικά έχουν περιορισμένους ρόλους σε μετατροπές ρύπων, αλλά συχνά εξασφαλίζουν ουσιώδη βοηθητικά πλεονεκτήματα (επαναδημιουργία / μόρφωση) (Hammer, 1989). Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο σχεδιαστής του υγροβιότοπου δε χρειάζεται να ανησυχεί για τις τροφικές και αποικιακές ανάγκες των παρόντων ζώων. Όταν αυτοί οι φυσικοί κάτοικοι είναι παρόντες, θα δημιουργηθεί μια ποικιλία οργανισμών και σε μερικά χρόνια θα δημιουργηθεί ένα ισορροπημένο οικοσύστημα υγροβιότοπου, που θα έχει λειτουργίες, που θα τις ορίζει μόνο του. Αντίθετα, αν το σύστημα χρήσης του υγροβιότοπου κατασκευασθεί σε μέρος όπου δεν υπάρχουν πηγές ή τα προσαρμοσμένα είδη, ο σχεδιαστής θα πρέπει να προάγει τεχνητή αποίκιση μέσω της εισαγωγής νερού, ιζημάτων και φυτών, που να περιέχουν μικροσκοπικά ζώα και μικρόβια από μακρύτερες πηγές (Ζουραράκη, 2002). 50

51 2.8 Νομοθετικό Πλαίσιο Διαχείρισης Υγρών Αποβλήτων Για τον έλεγχο και γενικότερα, τη διαχείριση των αστικών λυμάτων ισχύουν τα προβλεπόμενα της Κοινοτικής Οδηγίας 91/271/ΕΟΚ, του Συμβουλίου της 21ης Μαΐου 1991, για την επεξεργασία των αστικών λυμάτων, όπως αυτή τροποποιήθηκε από την Οδηγία 98/15/ΕΚ, του Συμβουλίου της 27/10/1998. Η ελληνική νομοθεσία, που ισχύει στην περίπτωση της διαχείρισης αστικών υγρών αποβλήτων, βασίζεται στην κοινοτική οδηγία της Ε.Ε., που είναι δεσμευτική και έχει ενσωματωθεί στο εθνικό δίκαιο (Κ.Υ.Α. 5673/400/1997, που τροποποιήθηκε από την Κ.Υ.Α /1982/1999 και την Κ.Υ.Α /939/2002). Η Οδηγία αφορά στη συλλογή, επεξεργασία και τελική διάθεση των αστικών λυμάτων και ειδικότερα, στην ορθολογική διαχείριση των αποβλήτων αυτών, έτσι ώστε να αποφεύγονται οι αρνητικές επιπτώσεις τους στο περιβάλλον. Για την εφαρμογή των προβλεπoμένων της Οδηγίας, οι χώρες μέλη υποχρεούνται να προωθήσουν τους κατάλληλους κανονισμούς, διατάξεις και το νομοθετικό πλαίσιο αναφορικά με την τελική διάθεση των εκροών από τις Μονάδες Επεξεργασίας Αστικών Λυμάτων (ΜΕΑΛ) και την πιθανή απόρριψη υγρών βιομηχανικών αποβλήτων στα αποχετευτικά δίκτυα, που καταλήγουν σε ΜΕΑΛ (Λοϊζίδου, 2006). Συγκεκριμένα, πρέπει να διασφαλίζεται η κατασκευή και λειτουργία συστημάτων για τη συλλογή και επεξεργασία των αστικών λυμάτων, που παράγονται σε όλους τους οικισμούς με ισοδύναμο πληθυσμό μεγαλύτερο από Για την επεξεργασία των λυμάτων είναι υποχρεωτική η εφαρμογή δευτεροβάθμιας επεξεργασίας, δηλαδή βιολογικής, με δευτεροβάθμια καθίζηση. Στις περιπτώσεις που τα επεξεργασμένα απόβλητα διατίθενται σε περιοχές, που χαρακτηρίζονται ως ευαίσθητες, απαιτείται περαιτέρω επεξεργασία των λυμάτων πριν από την τελική τους διάθεση και συγκεκριμένα, εκτός από δευτεροβάθμια απαιτείται και τριτοβάθμια επεξεργασία. Η επεξεργασία μπορεί να είναι απλούστερη, μόνο κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες και αφορά μόνο στις απορρίψεις σε παράκτια ύδατα ή εκβολές ποταμών, που έχουν κριθεί ως λιγότερο ευαίσθητες (Λοϊζίδου, 2006). Με βάση την Οδηγία, η Ελλάδα θα έπρεπε ήδη να έχει εφαρμόσει κατάλληλους τρόπους διαχείρισης και επεξεργασίας των αστικών υγρών αποβλήτων για το μεγαλύτερο μέρος της χώρας, κάτι που δεν έχει πλήρως γίνει, καθώς, όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, περισσότερο από το 80% των οικισμών ι.κ. 51

52 δεν έχουν ακόμη εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων (Ειδική Γραμματεία Υδάτων ΥΠΕΚΑ, 2010). Ακόμη και σήμερα όμως, και με δεδομένη την οικονομική κρίση της χώρας, μία πιο φθηνή και συνάμα αποτελεσματική μέθοδος επεξεργασίας λυμάτων μπορεί να δώσει προοπτική και να τονώσει την περιβαλλοντική πολιτική. Οι εκροές των εγκαταστάσεων επεξεργασίας αστικών λυμάτων, σύμφωνα με τα άρθρα 4 και 5 της Οδηγίας, πρέπει να πληρούν τις εξής προδιαγραφές: Βιοχημική απαίτηση οξυγόνου ΒOD 5 < 25 mg/l, Χημική απαίτηση οξυγόνου COD < 125 mg/l, Σύνολο αιωρούμενων στερεών ΤSS < 35 mg/l και σε ορεινές περιοχές με υψηλό υψόμετρο για οικισμούς κάτω από κατοίκους 60 mg/l. Επιπλέον, για τις απορρίψεις προς ευαίσθητες, λόγω κινδύνου ευτροφισμού, περιοχές πρέπει να πληρούνται και οι ακόλουθες απαιτήσεις: για πληθυσμό κατοίκων, σύνολο φωσφόρου (Ρ) 2 mg/l και σύνολο αζώτου (Ν) 15 mg/l. για πληθυσμό κατοίκων και άνω, σύνολο φωσφόρου (Ρ) 1 mg/l και σύνολο αζώτου (Ν) 10 mg/l. Στο πλαίσιο των προαναφερόμενων η διάθεση των επεξεργασμένων λυμάτων μπορεί να διαχωριστεί σε τρεις (3) βασικές κατηγορίες (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012): 1. Διάθεση σε επιφανειακό υδάτινο αποδέκτη (θάλασσα, λίμνη, ποτάμι). Στην περίπτωση αυτή εφαρμόζονται οι διατάξεις της Οδηγίας 91/271/ΕΟΚ. 2. Διάθεση στο έδαφος. Σύμφωνα με το ισχύον θεσμικό πλαίσιο, στην περίπτωση αυτή εφαρμόζονται οι διατάξεις της Κ.Υ.Α / Επαναχρησιμοποίηση των επεξεργασμένων λυμάτων για άρδευση. Ομοίως με την περίπτωση 2 (διάθεση στο έδαφος), στην περίπτωση αυτή εφαρμόζονται οι διατάξεις της Κ.Υ.Α /

53 2.9 Επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων λυμάτων Η επαναχρησιμοποίηση λυμάτων ως σύγχρονη στρατηγική, συνάδει απόλυτα με την κατεύθυνση της βιώσιμης ανάπτυξης. Η πολύ σοβαρή επίδραση των υγρών αποβλήτων στο περιβάλλον, που συνίσταται στην ποιοτική υποβάθμιση υδατικών πόρων, στη ρύπανση ακτών και θαλασσών, σε διάφορες μολύνσεις με μεταφορά διαφόρων παθογόνων, στην υποβάθμιση αστικών, κυρίως, περιοχών και στη δημιουργία αισθητικών και άλλων προβλημάτων, έχει επιβάλει τη λήψη δραστικών διαχειριστικών μέτρων, με σκοπό τον περιορισμό του κινδύνου των δυσμενών επιπτώσεών τους (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Επίσης, η συνεχής πληθυσμιακή αύξηση, η ρύπανση και η συνεχής υποβάθμιση τόσο των επιφανειακών όσο και των υπόγειων νερών, η άνιση κατανομή των υδατικών πόρων και οι περιοδικές ξηρασίες καθιστούν αναγκαία τη διερεύνηση και ανάπτυξη νέων πηγών νερού (Metcalf and Eddy, 1991). Ένας από τους κύριους λόγους που η επαναχρησιμοποίηση λυμάτων στη χώρα μας βρίσκεται σε πολύ χαμηλά επίπεδα, είναι η, μέχρι πρότινος, απουσία ενός θεσμοθετημένου από την πολιτεία, κανονισμού, με σαφή όρια και κριτήρια. Το δρόμο για την ανάκτηση και επαναχρησιμοποίηση των εκροών των επεξεργασμένων λυμάτων άνοιξε το Φ.Ε.Κ. Β 354/2011 του Μαρτίου του 2011 (Πίν και Πίν 2.9.3), με θέμα «Καθορισμός μέτρων, όρων και διαδικασιών για την επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων και άλλες διατάξεις» (Κoλικονιάρης, 2012). Γενικά, η επαναχρησιμοποίηση των επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων σχετίζεται με (Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995): - Την ανθρώπινη υγεία. - Την ανθρώπινη ευαισθησία σχετικά με την ποιότητα του πόσιμου νερού. - Τα μεγέθη των όγκων και εκροών που αφορούν τα υγρά απόβλητα. - Την πολυπλοκότητα των ρυπαντών που περιλαμβάνονται (όπως μικροοργανισμοί, μέταλλα, οργανικά, διαλυμένο Ο 2 κ.ά.) Οι μεγαλύτερες ποσότητες επαναχρησιμοποίησης υγρών αποβλήτων αφορούν την άρδευση γεωργικών εκτάσεων και κοινόχρηστων χώρων, τη βιομηχανική χρήση και τον εμπλουτισμό υπόγειων υδροφορέων. Οι σημερινές κύριες κατηγορίες τους, μαζί με τους δυνατούς περιορισμούς κατά χρήση, συνοψίζονται στον Πίνακα

54 Ωστόσο, η επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων, για να είναι δόκιμη, έχει ανάγκη από συγκεκριμένες παραμέτρους ποιότητας και από συγκεκριμένα κριτήρια, που ορίζονται ανάλογα με τη χρήση που καλούνται να καλύψουν. Επιγραμματικά, οι παράγοντες που πρέπει να λαμβάνονται σοβαρά υπόψη είναι (Κoλικονιάρης, 2012): Η προστασία της δημόσιας υγείας. Η προστασία τους περιβάλλοντος. Η προστασία των καλλιεργειών. Η κοινωνική αποδοχή. Η ταύτιση διαφόρων κοινωνικοπολιτικών συνιστωσών. Εικόνα Επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων λυμάτων και κύκλος νερού (Κoλικονιάρης, 2012 από Asano and Levine,1996). 54

55 Πίνακας Κατηγορίες ανάκτησης και επαναχρησιμοποίησης υγρών αποβλήτων και αντίστοιχοι δυνατοί περιορισμοί (Asano, 1985; Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995). Κατηγορία χρήσης 1. Άρδευση γεωργικών εκτάσεων. α) φυτικές καλλιέργειες β) εμπορικά φυτώρια 2. Άρδευση κοινοχρήστων αναψυχής. χώρων. α) πάρκα β) σχολικοί χώροι γ) εθνικοί δρόμοι δ) ιπποδρόμεια ε) νεκροταφεία Περιορισμοί - ποιότητα νερού (κυρίως ως προς την επίδραση αλάτων στο έδαφος και στα φυτά) - προστασία δημόσιας υγείας (κυρίως σε σχέση με παθογόνα, όπως παράσιτα, βακτήρια κ.ά.) - μόλυνση επιφανειακών και υπόγειων νερών, όταν δεν υφίσταται κατάλληλο σύστημα διαχείρισης - εμπορικότητα και δημόσια αποδοχή των παραγομένων προϊόντων στ) ελεύθεροι κοινοτικοί χώροι ζ) περιφερειακές ζώνες πρασίνου κ.ά. 3. Βιομηχανική χρήση. α) ψύξη β) μεταποίηση γ) βαρειά βιομηχανία δ) άλλες 4. Εμπλουτισμός υπόγειων υδροφορέων. α) αναπλήρωση β) προστασία - συστατικά του νερού που ανακτάται και μπορούν να προξενήσουν διάβρωση, εναπόθεση, βιολογική ανάπτυξη ή γενικά προβλήματα ρύπανσης - δημόσια υγεία (ιδιαίτερα σε σχέση με μεταφερόμενα οργανικά ή παθογόνα με aerosols) - ίχνη οργανικών, άλλων χημικών και παθογόνων στο ανακτώμενο νερό υγρών αποβλήτων με υψηλό δυναμικό τοξικότητας 55

56 γ) ιζηματολογικός έλεγχος - συνολικά διαλυμένα στερεά, μέταλλα και παθογόνα στο ανακτώμενο νερό 5. Αναψυχή και άλλες περιβαλλοντικές. χρήσεις α) λίμνες και δεξαμενές β) αποκατάσταση ελωδών χώρων γ) αύξηση παροχής υδατορευμάτων - προστασία δημόσιας υγείας από βακτήρια και ιούς - ευτροφισμός οφειλόμενος στο Ν και Ρ - αισθητικές οχλήσεις συμπεριλαμβανομένων των οσμών δ) ανάπτυξη αλιευτικών χώρων ε) δημιουργία πάγου 6. Μη πόσιμες αστικές χρήσεις. α) πυροπροστασία β) κλιματισμός γ) καθαρισμός WC - προστασία δημόσιας υγείας από μεταφορά παθογόνων με aerosols - ποιοτικές επιδράσεις σε εναπόθεση, διάβρωση, βιολογική ανάπτυξη και γενικά ρύπανση - προβλήματα σε πιθανές διασταυρώσεις με το σύστημα υδροδότησης 7. Πόσιμες χρήσεις. α) προηγούμενη ανάμειξη με το νερό υδροδότησης β) απ ευθείας χρήση - ίχνη οργανικών και άλλων χημικών στο ανακτώμενο νερό υγρών αποβλήτων με υψηλό δυναμικό τοξικότητας - δημόσια και αισθητική αποδοχή - προστασία δημόσιας υγείας, κυρίως σε σχέση με τη μεταφορά παθογόνων και κυρίως ιών 56

57 Πιο συγκεκριμένα, από τις αναφερόμενες κατηγορίες επαναχρησιμοποίησης των επεξεργασμένων λυμάτων, η άρδευση των καλλιεργειών είναι ο καλύτερος τρόπος επαναχρησιμοποίησης, καθώς αποτελεί μία νέα πηγή νερού στο ισοζύγιο των ελλειματικών περιοχών, ενώ ταυτόχρονα αποφεύγεται η υποβάθμιση της ποιότητας του νερού των αποδεκτών (ελαχιστοποίηση του ευτροφισμού). Επιπλέον, το έδαφος τροφοδοτείται με θρεπτικά στοιχεία, όπως το άζωτο, ο φώσφορος και το κάλιο, που βοηθούν στην ανάπτυξη της καλλιέργειας και ελαχιστοποιούν την ανάγκη προσθήκης χημικών λιπασμάτων, συμβάλλοντας έτσι, εκτός από την εξοικονόμηση νερού και στην οικονομία στην εφαρμογή των λιπασμάτων (Αραμπατζής, 2011). Η επαναχρησιμοποίηση των υγρών αποβλήτων στην περίπτωση που εφαρμοστεί σωστά, αποτελεί μία σύγχρονη κατεύθυνση με σαφή οφέλη. Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα παρουσιάζονται παρακάτω (Κoλικονιάρης, 2012): Η επαναχρησιμοποίηση των υγρών αποβλήτων συμβάλει στην αειφόρο και ορθολογιστική διαχείριση των υδατικών πόρων, όντας απόλυτα συντεταγμένη με την κατεύθυνση της βιώσιμης ανάπτυξης. Το ανακτημένο νερό είναι ζωτικής σημασίας για τη γεωργία, καθώς αποτελεί μόνιμη οικονομική πηγή νερού και δεν επηρεάζεται από τις κλιματολογικές συνθήκες. Το κόστος τριτοβάθμιας επεξεργασίας για σκοπούς επαναχρησιμοποίησης εκροών κοστολογείται χαμηλότερο από εναλλακτικές πηγές αρδεύσιμου νερού. Τα επαναχρησιμοποιούμενα λύματα περιέχουν χρήσιμα θρεπτικά συστατικά για τη γεωργία, όπως άζωτο και φώσφορο, που συνεπάγεται μείωση της χρήσης λιπασμάτων, αν και έχει αποδειχτεί πως η συνεισφορά σε αυτό είναι μικρή. Ιδιαίτερα σημαντική συμβολή στη βελτίωση του βιοτικού επιπέδου και της ευημερίας, καθώς ενισχύει το αστικό περιβάλλον μέσω άρδευσης πάρκων κ.τ.λ. Μέσω της επαναχρησιμοποίησης πραγματοποιείται έλεγχος της υπεράντλησης υπογείων και επιφανειακών νερών. Μείωση ενεργειακού κόστους σε σχέση με την άντληση υπογείου νερού και την αφαλάτωση. 57

58 Συμβάλλει στην ορθολογική κατανομή των πόρων γλυκού νερού σε περιοχές με λειψυδρία. Βελτίωση της ποιότητας και ποσότητας των επιφανειακών και υπογείων υδάτων. Προσαρμογή στο φαινόμενο της κλιματικής αλλαγής, καθώς αυξάνονται τα συνολικά αποθέματα πόσιμου νερού. Μείωση της συνολικής απόρριψης και κατ επέκταση της απόρριψης θρεπτικών ουσιών στο περιβάλλον και της απώλειας γλυκού νερού στη θάλασσα και τους ευαίσθητους αποδέκτες. Αποφεύγεται η διάβρωση του εδάφους σε άνυδρες περιοχές από τον άνεμο, καθώς προκύπτει αύξηση της υδρόβιας ζωής και των ζωνών πρασίνου. Ενισχύεται το οικοσύστημα με τη συμβολή στη δημιουργία ρευμάτων υγρότοπων και λιμνών. Το επίτευγμα της επαναχρησιμοποίησης των υγρών αποβλήτων παρουσιάζει ιδιαίτερη πολυπλοκότητα και πρέπει να εξεταστεί από την σκοπιά όλων των παραμέτρων, συνεπώς όπως σε κάθε περίπτωση, έτσι και σε αυτήν, υπάρχουν περιορισμοί και εν δυνάμει κίνδυνοι που πρέπει να αναφερθούν. Παρά την ύπαρξη τεχνολογικά ανεπτυγμένων, προχωρημένων επεξεργασιών των υγρών αποβλήτων, η μακροχρόνια ασφάλεια του ανακτημένου νερού και η επίδραση του στο περιβάλλον δύσκολα διασφαλίζεται (Metcalf & Eddy, 2003). Οι σημαντικότεροι κίνδυνοι από την επαναχρησιμοποίηση των επεξεργασμένων λυμάτων είναι οι εξής (Κoλικονιάρης, 2012): - Απειλή για τη δημόσια υγεία και τη ρύπανση του περιβάλλοντος, που απορρέουν από τη μη ασφαλή πρακτική επαναχρησιμοποίησης των λυμάτων, λόγω έλλειψης σαφών οδηγιών και της τυπικής εφαρμογής τους. - Ρύπανση των επιφανειακών νερών, εάν δεν γίνει σωστή διαχείριση. - Πιθανή ρύπανση του υποκείμενου υπόγειου υδροφορέα, που μπορεί να χρησιμοποιείται ως πηγή πόσιμου νερού. - Υψηλού κόστους διανομή και αποθήκευση, απόσταση μεταξύ περιοχών προσφοράς- ζήτησης. 58

59 - Πιθανότατα η επαναχρησιμοποίηση των εκροών να μην είναι οικονομικά εφικτή, λόγω απαίτησης για επιπλέον σύστημα διανομής. - Αρνητική άποψη και κοινωνική αποστροφή ως προς την επαναχρησιμοποίηση λυμάτων καθώς και προσβολή της κοινής αισθητικής. - Επίδραση της ποιότητας του νερού, ιδιαίτερα των αλάτων, στο έδαφος και στα φυτά. - Συστατικά στα επαναχρησιμοποιημένα υγρά απόβλητα που μπορεί να προκαλέσουν επικαθήσεις, διάβρωση και ανάπτυξη μικροοργανισμών - Διασταύρωση αγωγών ανακτημένου και πόσιμου νερού. - Οργανικές ουσίες στα ανακτημένα νερά με τοξική δράση. - Η επαναχρησιμοποίηση των υγρών αποβλήτων μπορεί να είναι εποχιακή, με αποτέλεσμα την υπερφόρτωση των εγκαταστάσεων επεξεργασίας και διάθεσης κατά την περίοδο υψηλών βροχοπτώσεων. - Η χρήση ελεγχόμενων περιοχών που περιλαμβάνει ουδέτερες ζώνες, μπορεί να αυξήσει το κόστος χρήσης. - Παρουσία ολικών διαλυμένων στερεών και νιτρικών. - Φαινόμενα ευτροφισμού λόγω ύπαρξης αζώτου και φωσφόρου. - Παρουσία αναδυόμενων ρύπων, όπως φάρμακα, ενδέχεται να επηρεάσουν την οικολογική και ανθρώπινη υγεία. - Τα έσοδα από την παροχή νερού και τις υπηρεσίες κοινής ωφέλειας λυμάτων θα μειωθούν καθώς η ζήτηση του πόσιμου νερού για μη πόσιμες χρήσεις και η απόρριψη των υγρών αποβλήτων ελαττώνεται. Τέλος, κατά την χειμερινή περίοδο δε γίνονται αρδεύσεις. Θα πρέπει, επομένως, να παρέχεται εναλλακτική λύση διάθεσης και να καθορίζεται ο αποδέκτης των επεξεργασμένων λυμάτων κατά τις περιόδους αυτές. Εν κατακλείδι, η αποτελεσματική επεξεργασία των λυμάτων με στόχο την επιστροφή καλής ποιότητας νερού στη φύση, είναι, γενικά, μια σύνθετη και υψηλού βαθμού δυσκολίας διεργασία. Σε αυτό συντελούν δύο βασικοί παράγοντες: πρώτον, τόσο η μικροβιολογική, όσο και η χημική σύσταση των λυμάτων δεν είναι καθορισμένες και δύναται να υπόκεινται σε μεγάλες διακυμάνσεις, με αποτέλεσμα να μην ορίζεται πάντα μονοσήμαντα το είδος της βέλτιστης επεξεργασίας, και δεύτερον, οι τεράστιοι προς επεξεργασία όγκοι νερού απαιτούν την κατασκευή και λειτουργία ενός μεγάλου έργου. 59

60 Η επεξεργασία, που τελικά επιλέγεται, αποτελείται συνήθως από πρωτοβάθμια και δευτεροβάθμια (βιολογική) επεξεργασία, με τελικό στάδιο, πριν την διάθεση, την εφαρμογή κάποιας διεργασίας απολύμανσης. Κατά την τελευταία δεκαετία έχουν αναπτυχθεί ιδιαίτερα οι διεργασίας καθαρισμού με την χρήση μεμβρανών και πιστεύεται ότι πολύ σύντομα, όταν οι τεχνολογίες αναπτυχθούν περαιτέρω, θα είναι εφικτή η παραγωγή υψηλής ποιότητας ανακυκλωμένου ύδατος προς πόση, σε προσιτό κόστος (Αλμπανέλης, 2007). Τρεις κύριες μέθοδοι απολύμανσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν εναλλακτικά: η χλωρίωση, η οζόνωση και η υπεριώδης (UV) ακτινοβόληση. Η κάθε μέθοδος έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και απαιτείται τεχνοοικονομική μελέτη για τον προσδιορισμό της πλέον κατάλληλης, η οποία σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να συνίσταται σε κατάλληλο συνδυασμό δύο τεχνολογιών. Ακολουθούν δύο Πίνακες (Πίν και 2.9.3) όπου παρουσιάζονται συνοπτικά τα προτεινόμενα όρια επαναχρησιμοποίησης των επεξεργασμένων λυμάτων. 60

61 Πίνακας Προτεινόμενα όρια για μικροβιολογικές και συμβατικές παραμέτρους στην περίπτωση επαναχρησιμοποίησης λυμάτων για άρδευση και βιομηχανική χρήση στην Ελλάδα (ΚΥΑ /2011). Τύπος επαναχρησιμοποίησης Περιττωματικά κολοβακτηρίδι α / FC 100 ml BOD 5 (mg/l) TSS (mg/l) Θολότητα (NTU) Προτεινόμενη επεξεργασία Περιορισμένη άρδευση Δάση και περιοχές, όπου δεν αναμένεται πρόσβαση του κοινού, καλλιέργειες ζωοτροφών, βιομηχανικές καλλιέργειες, λιβάδια, δέντρα (συμπεριλαμβανομένων των οπωροφόρων, με την προϋπόθεση ότι κατα 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 - - Δευτεροβάθμια Βιολογική Επεξεργασία (α) - Απολύμανση (β) Άρδευση με καταιονισμό δεν θα εφαρμόζεται. Βιομηχανική χρήση (Νερό ψύξης μιας χρήσης) Απεριόριστη άρδευση Όλες οι καλλιέργειες, όπως λαχανικά, αμπέλια ή καλλιέργειες των οποίων τα 5 προϊόντα καταναλώνονται ωμά, θερμοκήπια. Η απεριόριστη άρδευση επιτρέπει την εφαρμογή διαφόρων μεθόδων εφαρμογής του νερού συμπεριλαμβανομένου του καταιονισμού. Βιομηχανική χρήση πλην νερού ψύξης για το 80% των δειγμάτων 15 για το 95% των δειγμάτων για το 80% των δειγμάτων 10 για το 80% των δειγμάτων 2 διάμεση τιμή - Δευτεροβάθμια Βιολογική Επεξεργασία (α) - Τριτοβάθμια Επεξεργασία (β) - Απολύμανση (γ) μιας χρήσης μέγιστη τιμή Επανακυκλοφορούμενο νερό ψύξης, νερό για λέβητες, νερό διεργασιών κλπ 61

62 Πίνακας Όρια για μικροβιολογικές και συμβατικές παραμέτρους στην περίπτωση επαναχρησιμοποίησης λυμάτων για αστική και περιαστική χρήση και εμπλουτισμό υπόγειων υδροφορέων με γεωτρήσεις (ΚΥΑ /2011). Τύπος επαναχρησιμοποίησης Περιττωματικά κολοβακτηρίδια / FC 100 ml BOD 5 (mg/l) TSS (mg/l) Θολότητα (NTU) Προτεινόμενη επεξεργασία Αστική Χρήση Μεγάλες εκτάσεις (νεκροταφεία, πρανή αυτοκινητόδρομων, γήπεδα γκολφ, ημόσια πάρκα), εγκαταστάσεις αναψυχής, κατάσβεση πυρκαγιών, συμπύκνωση εδαφών, καθαρισμός οδών και πεζοδρόμων, διακοσμητικά συντριβάνια. Πότισμα με καταιονισμό απαγορεύεται. Εμπλουτισμός υπόγειων υδροφορέων 2 για το 80% των δειγμάτων 20 για το 95% των δειγμάτων 10 για το 80% των δειγμάτων 2 για το 80% των δειγμάτων 2 διάμεση τιμή - Δευτεροβάθμια Βιολογική Επεξεργασία (α) - Τριτοβάθμια Επεξεργασία (β) - Απολύμανση (γ) Περιαστικό πράσινο (συμπεριλαμβανομένων των αλσών και δασών) 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 4mg/l αντίστοιχα. β) Χλωρίωση, οζόνωση ή άλλου είδους απολυμαντικές ενώσεις, υπεριώδης 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. 62

63 3. Περιοχή Μελέτης 3.1 Γεωγραφική Θέση Ο Νομός Ημαθίας, ο οποίος συστάθηκε το 1947, βρίσκεται στη Μακεδονία, στην περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας και τα εδάφη του ανήκουν σε δύο Υδατικά Διαμερίσματα, σε αυτό της Δυτικής Μακεδονίας (GR09) και στο αντίστοιχο της Κεντρικής Μακεδονίας (GR10) (Εικ ). Εικόνα Όρια του νομού Ημαθίας σε σχέση με τα Υδατικά Διαμερίσματα της Ελλάδας. Γεωγραφικά συνορεύει στα βόρεια με τον νομό Πέλλας, στα ανατολικά με τον νομό Θεσσαλονίκης, στα νότια με τον νομό Πιερίας και στα δυτικά με τον νομό Κοζάνης (Εικ ). Η έκταση του νομού είναι 1703 km 2 και αποτελεί το 8,9% της συνολικής έκτασης της περιφέρειας. Αποτελείται κατά 46% από ορεινή περιοχή (υψόμετρο > 600 m), κατά 5% από ημιορεινή (υψόμετρο m) και κατά 49%, από πεδινή περιοχή (υψόμετρο < 150 m) (Αλεξανδρή, 2011), όπως φαίνεται στην εικόνα , ενώ στην Εικόνα παρουσιάζονται γραφικά οι κατηγορίες κλίσεων του εδάφους του νομού. 63

64 Εικόνα Χάρτης υψομέτρων Ν.Ημαθίας (κλίμακα 1:160000). Εικόνα Χάρτης κλίσεων εδάφους Ν.Ημαθίας (κλίμακα 1:160000). 64

65 3.2 Διοικητική διάρθρωση Πρωτεύουσα, μεγαλύτερη πόλη και διοικητικό κέντρο του νομού είναι η Βέροια, ενώ, όσον αφορά στη διοικητική διαίρεση του, ο νομός αποτελείται από 3 Δήμους, σύμφωνα με το Σχέδιο Καλλικράτης (Εικ ). Συνολικά απαντώνται 110 οικισμοί, οι οποίοι παρουσιάζονται στους Πίνακες , μαζί με τον μόνιμο πληθυσμό τους, ενώ χωροθετούνται στην Εικόνα Ο συνολικός πληθυσμός του νομού ανέρχεται στους κατοίκους, σύμφωνα με την απογραφή του 2011, ενώ το 1981 είχε , το και το κατοίκους. Επομένως, ο πληθυσμός παρουσιάζει μικρή αύξηση (ΕΛ.ΣΤΑΤ.). Η οριοθέτηση του νομού και η ποσοστιαία (%) συμμετοχή του κάθε Δήμου στο συνολικό πληθυσμό του νομού παρουσιάζονται στις Εικόνες Πίνακας Οι Δήμοι του νομού Ημαθίας και οι αντίστοιχες εκτάσεις και πληθυσμοί τους. Δήμος Έκταση Ποσοστό Πυκνότητα Πληθυσμός (km) έκτασης πληθυσμού ανά km² Βέροιας 796,715 46,77% ,55 Αλεξάνδρειας 481,708 28,28% ,82 Νάουσας 425,112 24,95% ,37 Σύνολο 1703, Εικόνα Η διαίρεση του Νομού σε Δήμους και οι αντίστοιχες πρωτεύουσές τους. 65

66 Εικόνα Γραφική απεικόνιση ποσοστιαίας συμμετοχής των Δήμων στο συνολικό πληθυσμό του Ν. Ημαθίας. Εικόνα Τα όρια του Νομού σε γεωφυσικό χάρτη. Εικόνα Τα όρια του Νομού σε τοπογραφικό χάρτη. 66

67 Εικόνα Οικισμοί του Νομού Ημαθίας. Πίνακας Οι οικισμοί του Δ.Βέροιας και οι αντίστοιχοι μόνιμοι πληθυσμοί τους (ΕΛ.ΣΤΑΤ., 2011). ΔΗΜΟΣ ΒΕΡΟΙΑΣ (Έδρα: Βέροια,η) Μακροχώριον,το Διαβατός,ο Κουλούρα,η 992 Νέα Λυκόγιαννη,η 399 Παλαιά Λυκόγιαννη,η 161 Νέα Νικομήδεια,η 801 Βεργίνα,η Μετόχιον Προδρόμου,το 110 Παλατίτσια,τα 834 Συκέα,η 278 Βέροια,η Κυδωνοχώριον,το 3 Λαζοχώριον,το 380 Μέση,η 568 Ταγαροχώριον,το 182 Αγία Βαρβάρα,η 896 Άμμος,η 198 Ασώματα,τα

68 Γεωργιανοί,οι 449 Λευκόπετρα,η 59 Καστανέα,η 84 Μικρά Σάντα,η 32 Κάτω Βέρμιον,το 75 Κουμαριά,η 243 Ξηρολίβαδον,το 96 Προφήτης Ηλίας,ο 0 Ράχη,η 610 Κάτω Κομνήνειον,το 43 Κομνήνειον,το 70 Τριπόταμος,ο 553 Αγία Μαρίνα,η 864 Άγιος Γεώργιος,ο Καλή Παναγία,η 28 Πατρίς,η Τρίλοφον,το 615 Άγιος Νικόλαος,ο 68 Κουτσοχώριον,το 52 Λιανοβρόχι,το 22 Φυτεία,η 409 Δάσκιον,το 286 Ελαφίνα,η 8 Μονή Τιμίου Προδρόμου,η 5 Πολύδενδρον,το 123 Πόρος,ο 9 Χαράδρα,η 17 Ριζώματα,τα 816 Σφηκιά,η 382 Πίνακας Οι οικισμοί του Δ.Νάουσας και οι αντίστοιχοι μόνιμοι πληθυσμοί τους (ΕΛ.ΣΤΑΤ., 2011). ΔΗΜΟΣ ΝΑΟΥΣΑΣ (Έδρα: Νάουσα,η) Κοπανός,ο Επισκοπή,η Λευκάδια,τα Μαρίνα,η Πολλά Νερά,τα 139 Μονόσπιτα,τα 897 Χαρίεσσα,η 959 Αγγελοχώριον,το Άνω Ζερβοχώριον,το 731 Αρχάγγελος,ο 308 Παλαιόν Ζερβοχώριον,το 301 Πολυπλάτανος,ο 767 Άγιος Νικόλαος,ο 213 Άνω Σέλι,το 43 Νάουσα,η Πηγάδια,τα 0 Ροδακινέα,η 45 Σταθμός,ο 85 Αρκοχώριον,το

69 Γιαννακοχώριον,το 415 Άγιος Παύλος,ο 4 Μεταμόρφωσις,η 9 Ροδοχώριον,το 490 Στενήμαχος,η 710 Πίνακας Οι οικισμοί του Δ.Αλεξάνδρειας και οι αντίστοιχοι μόνιμοι πληθυσμοί τους (ΕΛ.ΣΤΑΤ., 2011). ΔΗΜΟΣ ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΑΣ (Έδρα: Αλεξάνδρεια,η) Αλεξάνδρεια,η Νησέλλιον,το 653 Σχοινάς,ο 390 Βρυσάκιον,το 669 Καμποχώριον,το 690 Εξωκκλήσιον,το 2 Λουτρός,ο Νεοχώριον,το 536 Νησίον,το Σάντα,η 0 Επισκοπή,η 462 Καλοχώριον,το 232 Καβάσιλα,τα 632 Κεφαλοχώριον,το 604 Ξεχασμένη,η 544 Ραψομανίκιον,το 206 Παλαιόν Σκυλλίτσιον,το 526 Σταυρός,ο Μελίκη,η Αγκαθιά,η Τριλοφία,η 178 Κυψέλη,η 376 Μονή Αγίου Αθανασίου Σφηνίσσης,η 0 Νεόκαστρον,το 889 Αγία Τριάς,η 279 Νέος Πρόδρομος,ο 181 Πρόδρομος,ο 815 Κορυφή,η Παλαιόχωρα,η 392 Εργοτάξιον Λουδία,το 1 Πλατύ,το Άραχος,ο 393 Κλειδίον,το Λιανοβέργιον,το Πλάτανος,ο 630 Κυδωνέα,η 213 Νησελλούδιον,το 137 Πρασινάδα,η 281 Τρίκαλα,τα

70 3.3 Προστατευόμενες περιοχές Ως προστατευόμενη περιοχή, σύμφωνα με τον ορισμό που έχει δώσει η Διεθνής Ένωση για την Προστασία της Φύσης και των Φυσικών Πόρων, νοείται «μία χερσαία και/ή θαλάσσια έκταση, αφιερωμένη στην προστασία και διατήρηση της βιολογικής ποικιλότητας και των φυσικών και συναφών πολιτιστικών πόρων, η οποία υπόκειται σε διαχείριση με νομικά μέσα ή άλλους αποτελεσματικούς τρόπους». Οι προστατευόμενες, από το δίκτυο NATURA 2000, περιοχές καταλαμβάνουν το 20% της συνολικής έκτασης του Νομού και παρουσιάζονται παρακάτω (Εικ και Πίν ). Εικόνα Περιοχές (με μωβ), προστατευόμενες από το δίκτυο NATURA Πίνακας Οι περιοχές NATURA του Ν.Ημαθίας και η αντίστοιχη έκταση που καταλαμβάνουν. Περιοχή Έκταση (km 2 ) Δέλτα Αξιού - Λουδία - Αλιάκμονα - Αλυκή Κίτρους 10,4 Όρος Βέρμιο 254,2 Στενά Αλιάκμονα 36,2 Δέλτα Αξιού - Λουδία - Αλιάκμονα 42,1 Σύνολο 342,9 70

71 Επιπλέον, αναφέρεται πως η περιοχή του Δέλτα των ποταμών Αξιού - Λουδία - Αλιάκμονα ανήκει στον Κατάλογο Ραμσάρ, που καθιερώθηκε το 1989 από την ΕΟΚ και έτσι θεωρείται Ειδική Προστατευόμενη Περιοχή, σύμφωνα με την Οδηγία 79/409/ΕΟΚ (Γεράκης και Τσιούρης, 2010). 3.4 Γεωλογία Οι γεωλογικοί σχηματισμοί (Εικ ), που δομούν το υπέδαφος του ορεινού τμήματος του Νομού Ημαθίας, ανήκουν από γεωτεκτονική άποψη στις ζώνες Αξιού και Πελαγονικής, ενώ το πεδινό τμήμα καλύπτεται από μεταλπικά και σύγχρονα ιζήματα (Παπαθεοδώρου et al., 2010). Εικόνα Το γεωλογικό υπόβαθρο του νομού Ημαθίας. Οι εναλλαγές οριζόντων αργίλων, άμμων, χαλίκων, κροκαλών και μιγμάτων των σχηματισμών, που παρατίθενται στην Εικόνα 3.4.2, αποτελούν το υδροφόρο σύστημα που αναπτύσσεται στο υπέδαφος της πεδινής περιοχής του νομού (Παπαθεοδώρου et al., 2010). 71

72 Εικόνα Διαπερατότητα των λιθολογικών σχηματισμών του υπεδάφους του Νομού Ημαθίας (Παπαθεοδώρου et al., 2010). 3.5 Κλιματικά δεδομένα Το κλίμα της ευρύτερης περιοχής είναι ηπειρωτικό, μεσογειακό και χαρακτηρίζεται από ξηρασία τους καλοκαιρινούς μήνες και άφθονες χειμερινές βροχοπτώσεις. Κατά την χειμερινή περίοδο, η θερμοκρασία πέφτει συχνά κάτω από τους 0 C, με αποτέλεσμα η μέση ετήσια θερμοκρασία να είναι 11,5 C (Παπαθεοδώρου et al., 2010). Το ετήσιο ύψος βροχής κυμαίνεται μεταξύ 400 και 600 mm στα πεδινά, ενώ φτάνει τα 1200 mm στα ορεινά (Παπαθεοδώρου et al., 2010). Συνολικά, το μέσο ετήσιο ύψος βροχόπτωσης είναι περίπου 750 mm (Υ.ΠΕ.ΧΩ.ΔΕ. Κεντρική Υπηρεσία Υδάτων). Γενικά, οι πτώσεις της θερμοκρασίας σε μικρά χρονικά διαστήματα είναι πολύ συχνές, ενώ οι σφοδροί τοπικοί άνεμοι και μάλιστα 72

73 αυτοί που κατεβαίνουν από τα βουνά, κάνουν βαρύτερους τους τραχείς χειμώνες. Τέλος, συνηθισμένο φαινόμενο στα ορεινά αποτελεί το χιόνι. 3.6 Χρήσεις γης Για να βρεθεί η κάλυψη γης στην περιοχή έρευνας, χρησιμοποιήθηκε το Corine Land Cover 2000, ένα δορυφορικό πρόγραμμα απεικόνισης, που χρησιμοποιεί αεροφωτογραφίες και επίγειες εικόνες από 30 χώρες. Τα αποτελέσματα της ταξινόμησης των χρήσεων γης στις γενικότερες κατηγορίες παρουσιάζονται παρακάτω (Εικ και Εικ , Πίν ). Πίνακας Ομαδοποιημένες χρήσεις γης σύμφωνα με το Corine Land Cover Εικόνα Γραφική απεικόνιση ποσοστού συμμετοχής της κάθε κατηγορίας των ομαδοποιημένων χρήσεων γης του Ν.Ημαθίας. 73

74 Πίνακας Έκταση κατηγοριών χρήσεων γης, όπως προέκυψε από το Corine L.C Kατηγορία Corine 2000 Έκταση (km 2 ) Τεχνητές περιοχές 46,7 Αγροτικές εκτάσεις 877,9 Δάση και ημιφυσικές περιοχές 746,1 Υγρότοποι 12,5 Υδάτινες επιφάνειες 19,0 Ο Νομός Ημαθίας έχει μεγάλες και εύφορες πεδινές εκτάσεις, υψηλής παραγωγικότητας και χαρακτηρίζεται γεωργικός από άποψη κύριας απασχόλησης και πηγής εισοδήματος, με έμφαση στις εντατικές καλλιέργειες (φρούτα, τεύτλα, βαμβάκι, σπαράγγια, κηπευτικά κ.λπ.). Οι αγροτικές εκτάσεις έχουν έκταση περίπου 878 km 2, καταλαμβάνοντας το 51% του εδάφους. Οι εκτάσεις που καλλιεργούνται σήμερα έχουν έκταση στρέμματα, δηλαδή το 41% του εδάφους. Από αυτά στρέμματα (80% περίπου της καλλιεργήσιμης γης) αρδεύονται. Στο νομό υπάρχουν περί τις γεωργικές εκμεταλλεύσεις και σε αυτές απασχολείται το 35% του οικονομικά ενεργού πληθυσμού (Αλεξανδρή, 2011). Η κυρίαρχη δυναμική καλλιέργεια του νομού είναι τα δενδρώδη και ειδικότερα η ροδακινοκαλλιέργεια, εξυπηρετώντας την εγχώρια αγορά, την εξαγωγή και την μεταποίηση. Υπάρχει επίσης πληθώρα μονάδων επεξεργασίας και τυποποίησης αγροτικών προϊόντων. Γενικά οι καλλιέργειες προσαρμόζονται στην ποιότητα του εδάφους και την δυνατότητα αρδεύσεων. Η αγροτική παραγωγή του νομού αναπτύχθηκε κατά την δεκαετία του 50 σε τέτοιο βαθμό, όπου η Ημαθία μαζί με το Νομό Πέλλας κατείχαν το 50% της αγοράς ροδάκινων στην Ευρώπη. Κατά την δεκαετία του 90, παρουσιάστηκαν προβλήματα λόγο της έλλειψης οργανωμένου σχεδίου ανάπτυξης για την πεδιάδα Ημαθίας Πέλλας και αυτό οδήγησε στην αποβιομηχάνιση του νομού (Αλεξανδρή, 2011). 74

75 Ακολουθεί η γραφική απεικόνιση (Εικ ) των ειδικότερων χρήσεων γης, που καλύπτουν την επικράτεια του νομού, καθώς και η επεξήγηση των κωδικών ονομασίας τους (Πίν ). Εικόνα Ειδικές χρήσεις γης Ν. Ημαθίας σύμφωνα με το Corine L.C

76 Πίνακας Επεξήγηση κωδικών χρήσεων γης Corine Land Cover Κωδικός Ονοματολογία Corine Τεχνητές επιφάνειες 111 Συνεχής αστικός ιστός 112 Ασυνεχής αστικός ιστός 121 Βιομηχανικές και εμπορικές ζώνες 122 Οδικά και σιδηροδρομικά δίκτυα 133 Χώροι οικοδόμησης 141 Περιοχές αστικού πρασίνου 142 Εγκαταστάσεις αθλητισμού και αναψυχής 2. Γεωργικές Περιοχές 211 Μη αρδευόμενη αρόσιμη γη 212 Μόνιμα αρδευόμενη γη 213 Ορυζώνες 222 Οπωροφόρα δένδρα και φυτείες με σαρκώδεις καρπούς 231 Λιβάδια 242 Σύνθετες καλλιέργειες 243 Γη που χρησιμοποιείται για γεωργία μαζί με σημαντικά τμήματα φυσικής βλάστησης 3. Δάση και ημιφυσικές περιοχές 311 Δάσος πλατύφυλλων 312 Δάσος κωνοφόρων 313 Μικτό δάσος 321 Φυσικοί βοσκότοποι 323 Σκληροφυλλική βλάστηση 324 Μεταβατικές δασώδεις και θαμνώδεις εκτάσεις 333 Εκτάσεις με αραιή βλάστηση 4. Υγρότοποι 411 Βάλτοι στην ενδοχώρα 421 Παραθαλάσσιοι βάλτοι 5. Υδάτινες επιφάνειες 511 Υδατορρεύματα 76

77 3.7 Υδατικό δυναμικό Βασικό υδρογραφικό στοιχείο του νομού Ημαθίας είναι ο ποταμός Αλιάκμονας (322 km), ο οποίος μπαίνει στο έδαφος του νομού από τη βαθιά κοιλάδα, που έχει ανοίξει μεταξύ του Βέρμιου και των Πιερίων, προχωρεί με βορειοανατολική κατεύθυνση, εισέρχεται κοντά στο χωριό Αγία Βαρβάρα στην πεδιάδα, προχωρεί περίπου με την ίδια κατεύθυνση και αφού σχηματίσει ένα τόξο, στρέφεται προς τα νότια και λίγο πριν τις εκβολές του, εισέρχεται στο νομό Πιερίας, καθορίζοντας νωρίτερα, σε δύο σημεία, τα σύνορα των νομών Ημαθίας και Πιερίας. Στην πορεία του ο Αλιάκμονας δέχεται τα νερά διαφόρων παραποτάμων, κυρίως στο τμήμα του που βρίσκεται μεταξύ Βέρμιου και Πιερίων, με μεγαλύτερο τον ποταμό Μογλενίτσα ή Αλμωπαίο, ο οποίος μετά τη διευθέτησή του μετονομάστηκε σε Τάφρο 66 και αποτελεί το αποστραγγιστικό κανάλι του κάμπου της Βέροιας. Δεύτερος μεγαλύτερος ποταμός που διαρρέει την Ημαθία, είναι o Λουδίας, ο οποίος, κυρίως με πολλές τεχνητές διώρυγες, συγκεντρώνει τα νερά του βόρειου τμήματος του νομού και αποτελεί, μέχρι τις εκβολές του στο Θερμαϊκό, το σύνορο των νομών Ημαθίας και Θεσσαλονίκης. Μικροί ποταμοί ρέουν επίσης από το Βέρμιο, όπως o Τριπόταμος στη νότια πλευρά του βουνού, που περνάει από τη Βέροια και η Αραπίτσα (ή Αράπιτσα), που διαρέει τη Νάουσα (κεντρικό Βέρμιο) (Αλεξανδρή, 2011) (Εικ ). Εικόνα Υδρογραφικό δίκτυο Ν. Ημαθίας και λεκάνες απορροής Αλιάκμονα και Λουδία. 77

78 Εικόνα Το υδατικό δυναμικό του Ν.Ημαθίας. Η λίμνη Ασωμάτων, με έκταση 2,6 km 2 και η λίμνη Σφηκιά, με έκταση 4,3 km 2, είναι τεχνητές λίμνες, που δημιουργήθηκαν έπειτα από κατασκευή φραγμάτων στον ποταμό Αλιάκμονα. Το φράγμα Ασωμάτων βρίσκεται 8 km νότια της Βέροιας και κατασκευάστηκε το 1985, ενώ η λίμνη Σφηκιά βρίσκεται κοντά στο χωριό Σφηκιά, στο οποίο οφείλει και το όνομά της ( (Εικ ). Όσον αφορά τα υπόγεια ύδατα (Εικ ), ενδιαφέρον παρουσιάζει η επιδεκτικότητα τους σε ρύπανση από φυσικά ή ανθρωπογενή αίτια. Οι χάρτες τρωτότητας των υπόγειων νερών αποσκοπούν στην ανάδειξη περιοχών με ιδιαίτερη ευαισθησία στη ρύπανση του υπόγειου νερού από φυσικά ή ανθρωπογενή αίτια (Παπαθεοδώρου et al., 2010). 78

79 Εικόνα Χωρική κατανομή του Δείκτη DRASTIC (δείκτης τρωτότητας) στην περιοχή του πεδινού τμήματος του Νομού Ημαθίας. Από την κατανομή του δείκτη DRASTIC που υπολογίστηκε (Παπαθεοδώρου et al., 2010), προκύπτει ότι υψηλή τρωτότητα παρουσιάζουν οι υπόγειοι υδροφορείς που αναπτύσσονται στο δυτικό κυρίως τμήμα της πεδινής έκτασης του Νομού Ημαθίας, ενώ το υπόλοιπο τμήμα της περιοχής χαρακτηρίζεται από μέτρια έως και χαμηλή τρωτότητα των υπόγειών της νερών (Εικ ). Οι χάρτες τρωτότητας των υπόγειων νερών με βάση τον δείκτη DRASTIC αποσκοπούν στην ανάδειξη περιοχών με ιδιαίτερη ευαισθησία στη ρύπανση του υπόγειου νερού από φυσικά ή ανθρωπογενή αίτια. Βασίζονται σε μοντέλα διασποράς ρύπων μέσω του κατεισδύοντος νερού και υπόκεινται σε νόμους και παραμέτρους του υδρογεωλογικού επιστημονικού πεδίου. Η μέθοδος του συγκεκριμένου δείκτη έχει πολυπαραμετρικό χαρακτήρα ενώ δίνει στον ερευνητή την ευχέρεια να συμπεριλάβει και άλλους παράγοντες στην εκτίμηση της τρωτότητας ή ακόμη να παραλείψει κάποιους σε περίπτωση ανασφαλών ή ελλιπών δεδομένων. Τέλος, θεωρείται η μέθοδος που λαμβάνει υπόψη τις περισσότερες των υδρογεωλογικών παραμέτρων ενός υδροφόρου σύστήματος, περιγράφοντας όσο το δυνατόν ακριβέστερα τις επικρατούσες υδρογεωλογικές συνθήκες (Παπαθεοδώρου et al., 2010). 79

80 4. Αποτελέσματα 4.1 Επιλογή συστήματος Στην παρούσα εργασία και μετά τη διερεύνηση δυνατότητας κατασκευής ενός συστήματος τεχνητού υγροβιότοπου, καθώς και τη χωροθέτηση του, προτείνεται η κατασκευή τεχνητού υγροβιότοπου υπόγειας οριζόντιας ροής (SFS), καθώς παρουσιάζει τα εξής πλεονεκτήματα: Απαιτεί μικρότερη έκταση από τα αντίστοιχα συστήματα επιφανειακής ροής. Δεν υπάρχει κίνδυνος συσσώρευσης κουνουπιών και έτσι, διασφαλίζεται η καλή υγεία των κατοίκων και η μη ενόχλησή τους από τα έντομα αυτά. Περιορίζονται οι οχλήσεις που σχετίζονται με τη μυρωδιά των προς επεξεργασία λυμάτων. Αποφεύγεται ο κίνδυνος από την άμεση επαφή των επισκεπτών με το νερό. Το έδαφος, τα φυτά, αλλά και το μικρό στρώμα από σάπια φύλλα και φυτά, που υπάρχει στην διεπιφάνεια εδάφους αέρα, προστατεύουν το νερό από τις πολύ μικρές θερμοκρασίες κα τους μικροοργανισμούς από ψύξη. Οι τεχνητοί υγροβιότοποι υπόγειας ροής θεωρούνται πιο σταθεροί στις αποδόσεις τους και ο υπολογισμός τους είναι πιο τυποποιημένος, λόγω του περιορισμού ή και εξάλλειψης των απωλειών λόγω εξατμισοδιαπνοής. Οι τεχνητοί υγροβιότοποι επιφανειακής ροής παρουσιάζουν το φαινόμενο της μείωσης της ικανότητας καθαρισμού του νερού, όταν οι θερμοκρασίες είναι χαμηλές, καθώς η επιφάνεια του νερού παραμένει ακάλυπτη, με αποτέλεσμα μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας να επηρεάζουν και τη θερμοκρασία του νερού. Η προεπεξεργασία των υγρών αποβλήτων θα περιλαμβάνει εσχάρωση για την απομάκρυνση των ογκωδών στερεών, που περιέχονται σε αυτά και μία δεξαμενή πρωτοβάθμιας καθίζησης (σηπτική δεξαμενή κυκλικής διατομής) για την απομάκρυνση διαφόρων ειδών αιωρούμενων στερεών αλλά και οργανικού φορτίου, κάτω από την επίδραση της βαρύτητας. 80

81 4.2 Χωροθέτηση Τεχνητού Υγροβιότοπου SFS Χρήσεις γης Με βάση τους κωδικούς των διαφόρων χρήσεων γης του Corine Land Cover 2000 και την αναγνώριση των ανοικτών γεωργικών εκτάσεων ως των καταλληλότερων για την εγκατάσταση ενός συστήματος τεχνητού υγροβιότοπου, δημιουργήθηκε ο παρακάτω χάρτης (Εικ ), που περιλαμβάνει το σύνολο των γεωργικών χρήσεων γης του νομού Ημαθίας. Από αυτές, διακρίθηκαν οι περιοχές με κωδικό 211 (μη αρδευόμενη αρόσιμη γη) και 231 (λιβάδια), καθώς αποτελούν ανοικτές γεωργικές εκτάσεις, μη αρδευόμενες και χωρίς παρεμβάσεις αστικού περιβάλλοντος ή αστικών ζωνών (Εικ ). Εικόνα Γεωργικές χρήσεις γης του νομού Ημαθίας με βάση το Corine Land Cover

82 Εικόνα Γεωργικές εκτάσεις κατάλληλες για εγκατάσταση συστήματος τεχνητού υγροβιότοπου και υψόμετρα εδάφους. Υψόμετρα Επειδή συνιστάται το υψόμετρο του υγροβιότοπου να είναι μικρότερο από αυτό της εξόδου του εσωτερικού δικτύου του εξυπηρετούμενου οικισμού, για λόγους μείωσης του κόστους λειτουργίας, καταλληλότερες θεωρούνται οι περιοχές με συγκριτικώς χαμηλότερο υψόμετρο (Εικ ). Παράλληλα, οι οικισμοί, που επιλέγονται ως οι εξυπηρετούμενοι από τους τεχνητούς υγροβιότοπους, συνιστάται να έχουν υψηλότερο υψόμετρο από αυτό της επιλεγμένης αντίστοιχης περιοχής, να έχουν επαρκή απόσταση από αυτήν, για την αποφυγή των σχετικών οχλήσεων και να μπορούν να συνδεθούν με τα συστήματα επεξεργασίας των λυμάτων τους με αγωγούς βαρύτητας, λόγω της υψομετρικής μεταξύ τους διαφοράς και της ομοιόμορφης κλίσης του εδάφους στην κάθε περιοχή. Με βάση τα παραπάνω, επιλέγονται οι περιοχές που διακρίνονται παρακάτω (Εικ ) και οι αντίστοιχοι εξυπηρετούμενοι οικισμοί. Επισημαίνεται ότι οι υγροβιότοποι θα κατασκευαστούν σε ακριβή τοποθεσία που θα προσδιοριστεί μετά από επί τόπου έρευνα της περιοχής, ενώ τα υψόμετρα των εξυπηρετούμενων 82

83 οικισμών εκτιμήθηκαν ώς εξής: Στενήμαχος 175 m, Τρίλοφο 185 m, Βεργίνα 128 m, Παλατίτσια 111 m. Οι εξυπηρετούμενοι πληθυσμοί αντιστοιχούν σε 1325 ισοδύναμους κατοίκους για την περιοχή Στενήμαχος Τρίλοφο και σε 2076 ισοδύναμους κατοίκους για τους οικισμούς Βεργίνα Παλατίτσια. Εικόνα Επιλεγμένες περιοχές, εξυπηρετούμενοι οικισμοί και αντίστοιχα υψόμετρα. Τοπογραφία Γενικά, κατάλληλες θέσεις θεωρούνται αυτές με κλίσεις μικρότερες από 5%. Έτσι και μετά την κατηγοριοποίηση των εδαφών του νομού σε κατηγορίες κλίσεων εδάφους (%), προέκυψε πως οι περιοχές που επιλέχθησαν (Εικ ), μπορούν να φιλοξενήσουν μία εγκατάσταση τεχνητού υγροβιότοπου, καθιστώντας και τις χωματουργικές εργασίες που θα απαιτηθούν περιορισμένες, λόγω του ανάγλυφου του εδάφους τους, ενώ συνδυάζουν, παράλληλα και τις επιθυμητές προδιαγραφές του υψομέτρου και των χρήσεων γης (κωδικός Corine 211). 83

84 Εικόνα Κατηγορίες κλίσεων εδάφους και επιλεγμένοι εξυπηρετούμενοι οικισμοί. Εδαφολογία Με βάση την Εικόνα (Παπαθεοδώρου et al., 2010) και για την εκτίμηση της διαπερατότητας τους, τα εδάφη της περιοχής Στενημάχου Τριλόφου χαρακτηρίζονται ως μικροπερατοί ιζηματογενείς σχηματισμοί και αποτελούν κατάλληλο υπέδαφος για την κατασκευή τεχνητού υγροβιότοπου, ενώ αυτά της περιοχής Βεργίνας Παλατιτσίων χαρακτηρίζονται ως ημιπερατοί ιζηματογενείς ή περατοί σχηματισμοί μικρής έκτασης. Για τη δεύτερη περίπτωση, επομένως, δεν είναι δυνατή η εξαγωγή ασφαλούς συμπεράσματος, όσον αφορά στη διαπερατότητα των εδαφών, επισημαίνεται, ωστόσο, ότι σε περιπτώσεις μεγάλης διαπερατότητας των εδαφών, προτείνεται η συμπύκνωση του εδάφους κατά τη διάρκεια της κατασκευής του έργου, μία διαδικασία που ελαττώνει την διαπερατότητα των φυσικών εδαφών. 84

85 Διάθεση λυμάτων Η διάθεση των εκροών των τεχνητών υγροτόπων θα γίνεται με υπόγειο αγωγό, σε σημεία κατάντη των συστημάτων επεξεργασίας, στο ρέμα Κουτίχα για τους εξυπηρετούμενους οικισμούς Στενήμαχος Τρίλοφο και στον Αλιάκμονα ποταμό για τους οικισμούς Βεργίνα Παλατίτσια. Ειδικότερα, για τους οικισμούς Στενήμαχος Τρίλοφο, διερευνήθηκε η περίπτωση διάθεσης των επεξεργασμένων λυμάτων στο κοντινό ρέμα Κολιμπάκος. Γι αυτό τον λόγο έγιναν και μετρήσεις της ποιότητας του νερού των δύο ρεμάτων (Πίν ). Οι τιμές των μετρούμενων φύσικο-χημικών χαρακτηριστικών δεν υπερβαίνουν κανένα από τα καθορισμένα από τη νομοθεσία όρια (Πίν ), ενώ είναι πανομοιότυπες για τα δύο ρέματα. Έτσι, τελικά, επιλέχθηκε ως αποδέκτης το ρέμα Κουτίχα, καθώς βρίσκεται πλησιέστερα στην περιοχή κατασκευής του έργου, καθιστώντας οικονομικότερη την κατασκευή των αγωγών διάθεσης των λυμάτων. Πίνακας Αποτελέσματα μετρήσεων στους υδάτινους αποδέκτες. Ημερομηνία Δειγματοληψίας Αγωγιμότητα (μs/cm) PH Θολερότητα (NTU) P - PO 4 (mg/l) N-NO 3 (mg/l) 19/5/2015 Κουτίχα 496 8,2 1,68 0,15 3,62 Κολιμπάκος 555 8,4 3,6 0,17 4,13 25/6/2015 Κουτίχα 490 8,2 4,32 0,009 3,23 Κολιμπάκος 537 8,4 1,24 0,005 4,52 Πίνακας Tα επιτρεπόμενα όρια των παραμέτρων που εξετάζονται. Παράμετρος Όρια Νομικό Πλαίσιο Aγωγιμότητα 2500μS/cm ΚΥΑ Υ2/2600/2001 (για το πόσιμο νερό) NO 3 11,29mg/l ΚΥΑ Υ2/2600/2001 (για το πόσιμο νερό) PO 4 1,54 mg/l ΚΥΑ Υ2/2600/2001 (για το πόσιμο νερό) 85

86 Εικόνα Υδάτινοι αποδέκτες επεξεργασμένων λυμάτων στις περιοχές έρευνας. Τέλος και με βάση το δείκτη τρωτότητας (Εικ ), επισημαίνεται ότι το επίπεδο τρωτότητας στις υπό έρευνα περιοχές, που προσδιορίζει την ευαισθησία των υπόγειων υδάτων στη ρύπανση του υπόγειου νερού από φυσικά ή ανθρωπογενή αίτια, εκτιμάται ως μέτριο. 86

87 4.3 Παράμετροι σχεδιασμού Οι τέσσερις επιλεγμένοι εξυπηρετούμενοι, από τα προς σχεδιασμό συστήματα τεχνητών υγροβιότοπων, οικισμοί δεν διαθέτουν δίκτυο αποχέτευσης και δεν εξυπηρετούνται από κάποια μονάδα επεξεργασίας λυμάτων Εκτίμηση εξυπηρετούμενου πληθυσμού Η πρόταση για το σύστημα επεξεργασίας των αστικών λυμάτων των οικισμών του νομού Ημαθίας θα σχεδιαστεί με βάση τα πληθυσμιακά δεδομένα της εικοσαετίας, ενώ η εκτίμηση της αύξησης του πληθυσμού κατά την περίοδο αυτή θεωρείται ίση με 1% (Πίν ). Επισημαίνεται ότι λήφθηκε υπόψη μόνο ο αριθμός των ντόπιων κατοίκων, λόγω της περιορισμένης ή και μηδαμινής παρουσίας υφιστάμενων τουριστικών υποδομών και αντίστοιχου σχεδίου ανάπτυξης. Ο πληθυσμός σχεδιασμού προκύπτει με βάση τον εξής τύπο: Π ν = Π 0 x (1 + ε) ν όπου Π 0 = πληθυσμός αφετηρίας (έτος 2011) Π ν = πληθυσμός μετά από ν έτη ε = ετήσια αύξηση πληθυσμού (0,01) Πίνακας Πληθυσμοί σχεδιασμού (ΕΛ.ΣΤΑΤ., 2011). Περιοχή Πληθυσμός Π 0 Πληθυσμός Π 20 Στενήμαχος Τρίλοφο Βεργίνα Παλατίτσια Παροχές σχεδιασμού Για τον υπολογισμό της ποσότητας των λυμάτων, θεωρήθηκε ότι κάθε κάτοικος καταναλώνει 200 λίτρα νερό την ημέρα (q). Επομένως και με την παραδοχή ότι το 80% αυτής της ποσότητας καταλήγει στο αποχετευτικό σύστημα, υπολογίζονται οι παροχές σχεδιασμού, χρησιμοποιώντας τους εξής τύπους: Μέση ημερήσια παροχή: Μέγιστη ημερήσια παροχή: Μέγιστη ωριαία παροχή ή παροχή αιχμής: Q = (ι.κ.) x q Q m = 1,5 x Q Q max = 1,5 x P x Q 87

88 Ελάχιστη παροχή: Q min = (24/40) x Q όπου, ο συντελεστής αιχμής P υπολογίζεται από τον παρακάτω τύπο: P = 1,5 + 2,5 / Q 0,5 και ισχύει 1,5 P 4,0. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται συνοπτικά παρακάτω (Πίν ). Πίνακας Παροχές σχεδιασμού. Περιοχή Ισοδύναμοι κάτοικοι q (l/d) Q (m 3 /d) Q m (m 3 /d) Q max (m 3 /d) Q min (m 3 /d) Στενήμαχος Τρίλοφο , ,4 Βεργίνα Παλατίτσια , Ρυπαντικά φορτία Τα ρυπαντικά φορτία των λυμάτων (Πίν ) υπολογίστηκαν πολλαπλασιάζοντας τον πληθυσμό σχεδιαμού της υπό έρευνα περιοχής με τους ακόλουθους συντελεστές παραγωγής ρυπαντικού φορτίου (Καλιακάτσος et al., 2006): Οργανικό φορτίο: 60 gr BOD/κάτοικο/ημέρα 140 gr COD/κάτοικο/ημέρα Αιωρούμενα στερεά: Ολικό άζωτο: Ολικός φώσφορος: 75 gr TSS/κάτοικο/ημέρα 12 gr TN/κάτοικο/ημέρα 2,5 gr TP/κάτοικο/ημέρα 88

89 Πίνακας Ισοδύναμοι κάτοικοι και αντίστοιχα ρυπαντικά φορτία των υπό έρευνα περιοχών. Περιοχή Ισοδύναμοι κάτοικοι BOD (kg/d) COD (kg/d) TSS (kg/d) TN (kg/d) TP (kg/d) Στενήμαχος Τρίλοφο ,4 121,3 19,4 4,0 Βεργίνα Παλατίτσια ,8 190,1 30,4 6,3 Οι αντίστοιχες συγκεντρώσεις των διαφόρων ρύπων παρατίθενται στον Πίνακα Πίνακας Ισοδύναμοι κάτοικοι και αντίστοιχες συγκεντρώσεις ρυπαντικών φορτίων των υπό έρευνα περιοχών. Περιοχή Ισοδύναμοι κάτοικοι BOD (mg/l) COD (mg/l) TSS (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Στενήμαχος Τρίλοφο ,6 874,1 468,2 74,9 15,6 Βεργίνα Παλατίτσια ,4 876,0 469,3 75,1 15, Όρια διάθεσης επεξεργασμένων λυμάτων Οι εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων που θα σχεδιαστούν για τα ζεύγη οικισμών Στενημάχου Τριλόφου και Βεργίνας Παλατιτσίων, θα πρέπει να ικανοποιούν τα όρια εξόδου που θέτει η Οδηγία 91/271/ΕΟΚ. Πιο συγκεκριμένα και επειδή οι εκροές των προτεινόμενων συστημάτων δεν θα διοχετεύονται σε ευαίσθητο αποδέκτη, σύμφωνα και με τον κατάλογο των ευαίσθητων περιοχών, όπως αυτές επικαιροποιήθηκαν με την Κ.Υ.Α /939/2002, τότε για την ποιότητα των εκροών λαμβάνονται υπόψη τα παρακάτω όρια μόνο για τα BOD, COD και TSS. ΒOD 5 < 25 mg/l, COD < 125 mg/l, ΤSS < 60 mg/l 89

90 4.4 Διαστασιολόγηση Τεχνικών Έργων Εσχάρωση Βασική παράμετρος των σχαρών είναι το μέγεθος των διακένων τους, που καθορίζεται από το μέγεθος των στερεών, τα οποία πρέπει να συγκρατηθούν. Επιλέγεται χονδρού τύπου σχάρα, που χρησιμοποιείται συνήθως στην προεπεξεργασία αστικών αποβλήτων. Αποτελείται από μία σειρά από χαλύβδινες ράβδους, τοποθετημένες παράλληλα και σε σταθερές αποστάσεις (διάκενα) μεταξύ τους (Στάμου και Βογιατζής, 1994). Εφόσον οι παροχές σχεδιασμού (259 m 3 /d και 405 m 3 /d) και για τις δύο περιοχές έρευνας, είναι μικρότερες από 1000 m 3 /d, επιλέγεται η εγκατάσταση απλής μη αυτοκαθαριζόμενης σχάρας (Στάμου και Βογιατζής, 1994). Πίνακας Χαρακτηριστικά στοιχεία χονδρών σχαρών (Στάμου και Βογιατζής, 1994). Παράμετροι Διαστάσεις για ορθογωνική διατομή Ράβδοι Πλάτος, mm Βάθος, mm Διάκενα, mm Κανάλι σχάρας Βάθος, m Πλάτος, m Κλίση, % Ταχύτητα ροής, m/s Μέγιστη στα διάκενα Ελάχιστη στο κανάλι 1,5-4 0, ,6-1,2 0,4 Υδραυλικές απώλειες, mm Το κανάλι της σχάρας είναι ορθογωνικό και οριζόντιο, ενώ οι ράβδοι της σχάρας τοποθετούνται σχηματίζοντας γωνία 60 με τη διεύθυνση ροής, ώστε να διευκολύνεται η απομάκρυνση των αιωρούμενων στερεών. Για τη σωστή διαστασιολόγηση θα πρέπει να πληρούνται οι πιο κάτω προδιαγραφές: V max 1,2 m/s V min 0,4 m/s όπου, V max και V min η μέγιστη και ελάχιστη ταχύτητα ροής των λυμάτων αντίστοιχα. 90

91 Αρχικά, η ταχύτητα λαμβάνεται ίση με 1,2 m/s για να πληροί την προδιαγραφή. Στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων, τα συνήθη ανοίγματα είναι περίπου 20 mm (Μιχαηλίδης et al., 2011). Το πάχος των ράβδων επιλέγεται ίσο με 10 mm. Η ωφέλιμη επιφάνεια και το πλάτος του καναλιού της σχάρας υπολογίζονται από τους τύπους: S = ρ + δ δ W = ρ + δ δ Qmax Vmax 1 1 n Qmax Vmax h + W 0 όπου S = η λειτουργική (ωφέλιμη) επιφάνεια της σχάρας W = πλάτος καναλιού σχάρας ρ = πάχος ραβδών σχάρας δ = πλάτος διακένων σχάρας Q max = μέγιστη ημερήσια παροχή V max = μέγιστη ταχύτητα ροής στα διάκενα (1,2 m/s) n = συντελεστής απόφραξης με φερτές ύλες της σχάρας (0,20 για δ 20mm) h = βάθος ροής στη σχάρα W 0 = ανοχή πλάτους για πλευρική στήριξη (0,30m για επίπεδη σχάρα) Από τις παραπάνω εξισώσεις, προκύπτουν τα παρακάτω ζεύγη τιμών για την κάθε περιοχή έρευνας. Στενήμαχος Τρίλοφο: h = 9 mm και W = 1,3 m Βεργίνα Παλατίτσια: h = 12,5 mm και W = 1,4 m Επειδή η παροχή αιχμής είναι μικρή και το βάθος του καναλιού προκύπτει πολύ μικρό από τις πιο πάνω σχέσεις, επιλέγεται το πλάτος της εσχάρας W = 0,5 m και οι τελικές παράμετροι του σχεδιασμού παρατίθενται παρακάτω (Πίν ). Ο αριθμός των ράβδων (n) για κάθε εσχάρα υπολογίζεται ως εξής: W = (n - 1) x δ x 2 91

92 Πίνακας Παράμετροι σχεδιασμού της εσχάρωσης για τις υπό έρευνα περιοχές. Παράμετροι σχεδιασμού Τιμές Διάκενα μεταξύ ράβδων, mm 20 Πάχος ράβδων (ορθογωνικό σχήμα διατομή), mm 10 Aριθμός των ράβδων 14 Μέγιστη ταχύτητα ροής στα διάκενα, m/s 1,2 Ελάχιστη ταχύτητα ροής στη σχάρα, m/s 0,4 Πλάτος καναλιού σχάρας, m 0,5 Bάθος ροής στη σχάρα, m (Στενήμαχος Τρίλοφο) 0,024 Bάθος ροής στη σχάρα, m (Βεργίνα Παλατίτσια) 0,036 Ωφέλιμη επιφάνεια σχάρας, m 2 (Στενήμαχος Τρίλοφο) 0,012 Ωφέλιμη επιφάνεια σχάρας, m 2 (Βεργίνα Παλατίτσια) 0,018 Έλεγχος ταχύτητας ροής Η ταχύτητα ροής στο κανάλι και στα διάκενα της σχάρας πρέπει να είναι τέτοια, ώστε να μη γίνεται εναπόθεση στερεών στο κανάλι και να μην παρασύρονται στερεά, που έχουν συγκρατηθεί στη σχάρα (Στάμου και Βογιατζής, 1994). Ελέγχεται αν η ταχύτητα στα διάκενα της σχάρας υπερβαίνει την επιτρεπόμενη μέγιστη τιμή. V = ρ+δ δ Qμέση h (W W 0 ) 1,20 m/s Για την περίπτωση της περιοχής Στενήμαχου Τρίλοφου: V = 0,94 m/s 1,20 m/s Για την περίπτωση της περιοχής Βεργίνα Παλατίτσια: V = 0,98 m/s 1,20 m/s 92

93 4.4.2 Δεξαμενή πρωτοβάθμιας καθίζησης (σηπτική δεξαμενή) Σκοπός της πρωτοβάθμιας καθίζησης είναι η απομάκρυνση των αιωρούμενων στερεών, οργανικών και ανόργανων, μεγέθους 0,1 0,001 mm (Στάμου και Βογιατζής, 1994). Η απομάκρυνση αυτή στοχεύει στη μείωση του ρυπαντικού φορτίου (TSS και BOD), που προορίζεται για το σύστημα του τεχνητού υγροβιότοπου. Εικόνα Τυπικό σχέδιο σηπτικής δεξαμενής δύο διαμερισμάτων(ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012). Στην σηπτική δεξαμενή παρατηρούνται τρεις ζώνες: η ζώνη των επιπλεόντων στην επιφάνεια των υγρών, η ζώνη της λάσπης στον πυθμένα και η ενδιάμεση ζώνη των (μερικώς) επεξεργασμένων λυμάτων. Οι συνθήκες στη ζώνη αυτή χαρακτηρίζονται κατά κανόνα από χαμηλές συγκεντρώσεις διαλυμένου οξυγόνου, ενώ στην επιφανειακή ζώνη και στην ζώνη της λάσπης οι συνθήκες είναι καθαρά αναερόβιες (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012). Τα εισερχόμενα λύματα οδηγούνται στην ενδιάμεση ζώνη όπου αναμιγνύονται με το μίγμα των ήδη μερικώς επεξεργασμένων λυμάτων και μικροοργανισμών. Μικροοργανισμοί (κυρίως ετεροτροφικά βακτήρια) οξειδώνουν και διαλυτοποιούν τον οργανικό άνθρακα, ο οποίος στη συνέχεια μετατρέπεται (από επαμφοτερίζοντες μικροοργανισμούς) σε πτητικά οργανικά οξέα και ακολούθως σε αέρια (μεθάνιο, διοξείδιο του άνθρακα, υδρόθειο, κ.α.). Σύμφωνα με τα προαναφερθέντα, τα στερεά, που καθιζάνουν στον πυθμένα της δεξαμενής, υφίστανται μερική αναερόβια χώνευση, η οποία πραγματοποιείται με αργό ρυθμό, κυρίως λόγω των χαμηλών θερμοκρασιών που επικρατούν. Το αποτέλεσμα της αναερόβιας χώνευσης είναι η μείωση της ποσότητας ιλύος, έτσι ώστε 93

94 να απαιτείται απομάκρυνση της ιλύος σε αραιά χρονικά διαστήματα (συνήθως κάθε 12 μήνες). Κατά την περιοδική εκκένωση της δεξαμενής, κρίνεται σκόπιμο να μη γίνεται πλήρης απομάκρυνση της λάσπης, αλλά να παραμένει περίπου το 1/6 αυτής, έτσι ώστε να παραμένει μέρος των μικροοργανισμών για την εκτέλεση των απαραίτητων για την διάσπαση του οργανικού φορτίου, μικροοργανισμών (Ειδική Γραμματεία Υδάτων, 2012). Η απόδοση μιας σηπτικής δεξαμενής είναι συνήθως, 25-40% μείωση του BOD και 50-70% μείωση των αιωρούμενων στερεών (Στάμου και Βογιατζής, 1994). A. Εξυπηρετούμενοι οικισμοί: Στενήμαχος Τρίλοφο Για απαιτούμενο ποσοστό απομάκρυνσης στερεών ίσο με 60%, λαμβάνονται από πίνακες (Στάμου και Βογιατζής, 1994) ο χρόνος παραμονής και η επιφανειακή φόρτιση και διορθώνονται για τις πραγματικές συνθήκες με ένα συντελεστή ασφάλειας 1,75, ενώ λόγω της μικρής τιμής των παροχών, ο σχεδιασμός θα γίνει για τη μέγιστη ημερήσια παροχή (388,5 m 3 /d). Επιφανειακή φόρτιση: q = 84 / 1,75 = 48 m 3 /m 2 d. Χρόνος παραμονής: θ = 51 x 1,75 = 89 min. Υπολογίζεται η επιφάνεια (Α), ο όγκος (V) και το βάθος (H) της δεξαμενής πρωτοβάθμιας καθίζησης: A = Q / q = 388,5 / 48 = 8,1 m 2. Για κυκλική δεξαμενή (Εικ ): διαμέτρος d = 3,2 m. V = Q θ = 388,5 x [89 / (24x60)] = 24 m 3. H = V / A = 3 m. Στη συνέχεια, υπολογίζεται η φόρτιση του υπερχειλιστή για κυκλική δεξαμενή: Μήκος υπερχειλιστή: 2πr = 2π1,6 = 10 m. Φόρτιση υπερχειλιστή: 388,5 / 10 = 38,85 m 3 /m μήκους, d. Ακολούθως, υπολογίζεται η μάζα των στερεών της λάσπης και η παροχή της και τέλος, γίνεται το ισοζύγιο μάζας στη δεξαμενή. Η αρχική συγκέντρωση των SS είναι 468,2 mg/l. 94

95 kg/d. Μάζα απομακρυνόμενων SS: Μ = 0,6 x 0,4682 kg/ m 3 x 388,5 m 3 /d = 109 Παροχή λάσπης Q λ = M 1000 c s = 3,05 m3 /d. όπου, c = συγκέντρωση στερεών λάσπης (από διάγραμμα, για χρόνο παραμονής 89 min, c = 3,5%) (Στάμου και Βογιατζής, 1994). s = ειδική βαρύτητα λάσπης (s = 1,02) (Στάμου και Βογιατζής, 1994). Ισοζύγιο μάζας στη δεξαμενή: i. Εισροή: Συγκέντρωση SS = 468,2 mg/l Μάζα SS = 121,3 kg/d ii. Εκροή: Συγκέντρωση SS = (1-0,6) x 468,2 = 187,28 mg/l Μάζα SS = 48,52 kg/d Τέλος, από πίνακες (Στάμου και Βογιατζής, 1994) και για επιφανειακή φόρτιση ίση με 48 m 3 /m 2 d, λαμβάνεται το ποσοστό απομάκρυνσης του BOD ίσο με 32%. Ισοζύγιο BOD στη δεξαμενή: i. Εισροή: Συγκέντρωση BOD = 374,6 mg/l Μάζα BOD = 97 kg/d ii. Εκροή: Συγκέντρωση BOD = (1-0,32) x 374,6 = 254,7 mg/l Μάζα BOD = 66 kg/d 95

96 B. Εξυπηρετούμενοι οικισμοί: Βεργίνα Παλατίτσια Για απαιτούμενο ποσοστό απομάκρυνσης στερεών ίσο με 60%, λαμβάνονται από πίνακες (Στάμου και Βογιατζής, 1994) ο χρόνος παραμονής και η επιφανειακή φόρτιση και διορθώνονται για τις πραγματικές συνθήκες με ένα συντελεστή ασφάλειας 1,75, ενώ λόγω της μικρής τιμής των παροχών, ο σχεδιασμός θα γίνει για τη μέγιστη ημερήσια παροχή (607,5 m 3 /d). Επιφανειακή φόρτιση: q = 84 / 1,75 = 48 m 3 /m 2 d. Χρόνος παραμονής: θ = 51 x 1,75 = 89 min. Υπολογίζεται η επιφάνεια (Α), ο όγκος (V) και το βάθος (H) της δεξαμενής πρωτοβάθμιας καθίζησης: A = Q / q = 607,5 / 48 = 12,65 m 2. Για κυκλική δεξαμενή (Εικ ): διαμέτρος d = 4 m. V = Q θ = 607,5 x [89 / (24x60)] = 38 m 3. H = V / A = 3 m. Στη συνέχεια, υπολογίζεται η φόρτιση του υπερχειλιστή για κυκλική δεξαμενή: Μήκος υπερχειλιστή: 2πr = 2π2 = 12,6 m. Φόρτιση υπερχειλιστή: 607,5 / 12,6 = 48 m 3 /m μήκους, d. Ακολούθως, υπολογίζεται η μάζα των στερεών της λάσπης και η παροχή της και γίνεται το ισοζύγιο μάζας στη δεξαμενή. Η αρχική συγκέντρωση των SS είναι 469,3 mg/l. kg/d. Μάζα απομακρυνόμενων SS: Μ = 0,6 x 0,4693 kg/ m 3 x 607,5 m 3 /d = 171 Παροχή λάσπης Q λ = M 1000 c s = 4,8 m3 /d. όπου, c = συγκέντρωση στερεών λάσπης (από διάγραμμα, για χρόνο παραμονής 89 min, c = 3,5%) (Στάμου και Βογιατζής, 1994). s = ειδική βαρύτητα λάσπης (s = 1,02) (Στάμου και Βογιατζής, 1994). Ισοζύγιο μάζας στη δεξαμενή: 96

97 i. Εισροή: Συγκέντρωση SS = 469,3 mg/l Μάζα SS = 190,1 kg/d ii. Εκροή: Συγκέντρωση SS = (1-0,6) x 469,3 = 187,72 mg/l Μάζα SS = 76,04 kg/d Τέλος, από πίνακες (Στάμου και Βογιατζής, 1994) και για επιφανειακή φόρτιση ίση με 48 m 3 /m 2 d, λαμβάνεται το ποσοστό απομάκρυνσης του BOD ίσο με 32%. Ισοζύγιο BOD στη δεξαμενή: i. Εισροή: Συγκέντρωση BOD = 375,4 mg/l Μάζα BOD = 152 kg/d ii. Εκροή: Συγκέντρωση BOD = (1-0,32) x 375,4 = 255,3 mg/l Μάζα BOD = 104 kg/d. Εικόνα Κυκλική Δεξαμενή Πρωτοβάθμιας Καθίζησης. 97

98 4.4.3 Τεχνητός Υγροβιότοπος (SFS) Σύμφωνα με τη μέθοδο που προτείνεται (Reed et al., 1995; Αγγελάκης και Tsobanoglous, 1995), για την εκτίμηση της απαραίτητης έκτασης που πρέπει να καταλαμβάνει ο υγροβιότοπος, καθοριστική παράμετρος είναι η απομάκρυνση του οργανικού φορτίου. Έτσι, η διαστασιολόγηση του συστήματος εξαρτάται από την επιθυμητή συγκέντρωση οργανικού φορτίου των εκροών. Ως εξερχόμενη συγκέντρωση του BOD (C e ) θεωρείται η τιμή 9 mg/l, ώστε να είναι δυνατή και η επαναχρησιμοποίηση των λυμάτων για οποιαδήποτε χρήση (άρδευση, αστική και βιομηχανική χρήση), σύμφωνα και με τους Πίνακες και Το υπόστρωμα των υγροβιότοπων επιλέγεται να αποτελείται από χονδρόκοκκη άμμο (πορώδες α = 0,39, υδραυλική αγωγιμότητα K = 480,06 m 3 /m 2 d και K 20 = 1,35). Όσον αφορά στη φυτική βλάστηση, επιλέγεται να τοποθετηθούν καλάμια (Phragmites australis), που είναι και τα περισσότερο χρησιμοποιούμενα φυτά σε υγροβιότοπους υπόγειας ροής στην Ευρώπη (Καραμούζης, 2003). Επιπλέον, πρόκειται για ταχέως αναπτυσσόμενα, ανθεκτικά φυτά, που δεν αποτελούν πηγή τροφής ή χώρο δημιουργίας φωλιών για τα ζώα ή τα πτηνά, ενώ, παράλληλα, αποτελούν ιθαγενές είδος φυτικής βλάστησης τόσο της περιοχής, όσο και των φυσικών υγρότοπων. Το βάθος της λεκάνης (d) λαμβάνεται ίσο με 0,60 m, που είναι η συνήθης τιμή ενός υγροβιότοπου υπόγειας οριζόντιας ροής (Σκουλά, 2001) και αφού το χρησιμοποιούμενο είδος της φυτικής βλάστησης είναι του γένους Phragmites. Η κλίση του πυθμένα της λεκάνης (S) είναι ίση με 1%. Η ελάχιστη μέση μηνιαία θερμοκρασία (Τ) για την περιοχή των οικισμών Στενήμαχος Τρίλοφο είναι 3 C (Ιανουάριος 2012). Τα στατιστικά στοιχεία του κλίματος βασίζονται σε δεδομένα του καιρού για την περίοδο Αντίστοιχα, για την περιοχή των οικισμών Βεργίνα Παλατίτσια είναι 3,75 C (Ιανουάριος 2012), ενώ τα στατιστικά στοιχεία σε αυτήν την περίπτωση προέρχονται από δεδομένα του κλίματος για την περίοδο (www. meteoclub.gr). 98

99 Οι εισερχόμενες παροχές (Q) και το εισερχόμενο φορτίο BOD ισούνται με: A. Στενήμαχος Τρίλοφο: Q = 259 m 3 /d και C 0 = 254,7 mg/l. B. Βεργίνα Παλατίτσια: Q = 405 m 3 /d και C 0 = 255,3 mg/l. Ακολουθεί ο υπολογισμός των παραμέτρων των συστημάτων SFS: Α. Εξυπηρετούμενοι οικισμοί: Στενήμαχος Τρίλοφο 1. Προσδιορισμός της τιμής του K T σε 3 C: K T = K 20 Θ (Τ-20) = 1,35 x 1,06 (3-20) = 0,50 d Προσδιορισμός του χρόνου κράτησης πορώδους, t : t = ln (C 0/C e ) ln (9/254,7) = = 6,7 d K T 0,5 3. Προσδιορισμός της επιφάνειας της κάθετης στην κατεύθυνση ροής: A S = Q K S = 259 = 54 m2 480,06 x 0,01 4. Προσδιορισμός του πλάτους της λεκάνης: W = A S d = 54 0,6 = 90 m 5. Προσδιορισμός του μήκους της λεκάνης: B = t Q W d α = 6,7 x x 0,6 x 0,39 = 82,4 m 6. Προσδιορισμός της απαιτούμενης έκτασης: Α = BW = 90 x 82,4 = 7416 m 2 = 7,42 στρ. 7. Έλεγχος της παροχής ανά μονάδα επιφάνειας υγροτόπου ή της ειδικής έκτασης: L w = Q B W = ,4 x 90 = 34,9 m3 /στρ. d και ισχύει 15 < L w < 50 ή Α c = 1 1 = L w 34,9 = 0,029 και ισχύει 0,021 < Α c < 0,

100 8. Έλεγχος ρυθμού εφαρμογής φορίου BOD 5 : L BOD5 = (259 m 3 /d) x (254,7 mg/l) = 65,97 kg/d Επίσης L BOD5 = 65,97 7,42 = 8,89 kg/στρ. d και ισχύει L BOD5 < 11 kg/στρ. d 9. Υπολογισμός αιωρούμενων στερεών στην έξοδο του τεχνητού υγροβιότοπου: C e = C 0 (0, ,0011 L w ) = 187,28 (0, ,0011 x 3,49) = 20,53 mg/l όπου, L w = ταχύτητα υδραυλικού φορτίου ή ρυθμός υδραυλικής φόρτισης (cm/d). C 0 = συγκέντρωση TSS στην εισροή (mg/l). C e = συγκέντρωση TSS στην εκροή (mg/l). Β. Εξυπηρετούμενοι οικισμοί: Βεργίνα Παλατίτσια 1. Προσδιορισμός της τιμής του K T σε 3,75 C: K T = K 20 Θ (Τ-20) = 1,35 x 1,06 (3,75-20) = 0,52 d Προσδιορισμός του χρόνου κράτησης πορώδους, t : t = ln (C 0/C e ) ln (9/405) = = 7,3 d K T 0,52 3. Προσδιορισμός της επιφάνειας της κάθετης στην κατεύθυνση ροής: A S = Q K S = 405 = 84,4 m2 480,06 x 0,01 4. Προσδιορισμός του πλάτους της λεκάνης: W = A S d = 84,4 0,6 = 141 m 5. Προσδιορισμός του μήκους της λεκάνης: B = t Q W d α = 7,3 x x 0,6 x 0,39 = 89,6 m 100

101 6. Προσδιορισμός της απαιτούμενης έκτασης: Α = BW = 89,6 x 141 = m 2 = 12,7 στρ. 7. Έλεγχος της παροχής ανά μονάδα επιφάνειας υγροτόπου ή της ειδικής έκτασης: L w = Q B W = ,6 x 141 = 32,1 m3 /στρ. d και ισχύει 15 < L w < 50 Α c = 1 L w = 1 ή 32,1 = 0,031 και ισχύει 0,021 < Α c < 0, Έλεγχος ρυθμού εφαρμογής φορίου BOD 5 : L BOD5 = (405 m 3 /d) x (255,3 mg/l) = 103,4 kg/d Επίσης L BOD5 = 103,4 12,7 = 8,14 kg/στρ. d και ισχύει L BOD5 < 11 kg/στρ. d 9. Υπολογισμός αιωρούμενων στερεών στην έξοδο του τεχνητού υγροβιότοπου: C e = C 0 (0, ,0011 L w ) = 187,72 (0, ,0011 x 3,21) = 20,52 mg/l Πίνακας Παράμετροι σχεδιασμού τεχνητών υγροβιότοπων στις υπό έρευνα περιοχές. Παράμετρος σχεδιασμού Στενήμαχος Τρίλοφο Βεργίνα - Παλατίτσια Χρόνος κράτησης πορώδους t (d) Eπιφάνειας κάθετη στην κατεύθυνση ροής A S (m 2 ) 6,7 7, ,4 Πλάτος λεκάνης W (m) Μήκος λεκάνης B (m) 82,4 89,6 Απαιτούμενη έκταση (στρ.) 7,42 12,7 101

102 Σύμφωνα με εμπειρικά δεδομένα, το πλάτος ενός υγρότοπου δεν θα πρέπει να ξεπερνά το 1000% του βάθους του νερού, δηλαδή τα 60 m στις συγκεκριμένες περιπτώσεις. Με τον τρόπο αυτό περιορίζεται η πιθανότητα ο υγροβιότοπος να είναι ξηρός σε σημεία κοντά στην έξοδο. Το ελάχιστο πλάτος ορίζεται, αντίστοιχα, στα 15 m, για την αποφυγή εσωτερικών κλειστών κυκλωμάτων ροής μέσα στη λεκάνη. Παράλληλα είναι αποδεκτό ότι ο λόγος πλάτος προς μήκος δεν πρέπει να ξεπερνά την αναλογία 4:1 (US EPA, 2000). Συνεπώς, η κάθε λεκάνη μπορεί να χωριστεί σε επιμέρους ζώνες (υπολεκάνες) (Εικ ), παρέχοντας έτσι τη δυνατότητα και για μη χρησιμοποίηση της μίας λεκάνης σε περιόδους χαμηλότερης παροχής λυμάτων ή συντήρησης του υγροβιότοπου. Για την περίπτωση των οικισμών Στενημάχου Τριλόφου, προτείνεται ο διαχωρισμός σε δύο υπολεκάνες, μήκους B = 82,4 m και πλάτους W = 45 m η καθεμιά, ενώ για τους οικισμούς Βεργίνα Παλατίτσια προτείνεται η κατασκευή τριών υπολεκανών, με επιμέρους μήκος B = 89,6 m και πλάτος W = 47 m. Εικόνα Κάτοψη τεχνητού υγροβιότοπου με δύο υπολεκάνες. 102

103 Παράλληλα, προτείνεται η εξασφάλιση μεγαλύτερης έκτασης από την υπολογισμένη απαιτούμενη, ώστε να είναι δυνατή η κάλυψη αναγκών σε πιθανές περιόδους μεγαλύτερης παροχής ή να γίνει εφικτή η μελλοντική σύνδεση με το σύστημα τεχνητών υγροβιότοπων και ενός η περισσότερων κοντινών οικισμών για την επεξεργασία των λυμάτων τους. Έλεγχος αριθμού Reynolds Για την ισχύ του νόμου του Darcy, θα πρέπει ο αριθμός Reynolds να λαμβάνει τιμές μικρότερες από ένα όριο. Το όριο αυτό είναι γενικά η μονάδα, αλλά σε πρακτικές εφαρμογές λαμβάνεται ίσο με 10. Α. Εξυπηρετούμενοι οικισμοί: Στενήμαχος Τρίλοφο Η ταχύτητα των λυμάτων σε κάθε υπολεκάνη υπολογίζεται ως εξής: U = Q / (W d) = 259 / (45 x 0,6) = 9,59 m/d Για D 10 = 2 mm (χονδρόκοκκη άμμος) και κινηματικό ιξώδες των λυμάτων, ν = 10-6 m/s, δηλαδή ίσο με αυτό του νερού, ο αριθμός Reynolds υπολογίζεται: Re = U D 10 / ν = 0,22 < 10 (και < 1) Β. Εξυπηρετούμενοι οικισμοί: Βεργίνα Παλατίτσια Η ταχύτητα των λυμάτων σε κάθε υπολεκάνη υπολογίζεται ως εξής: U = Q / (W d) = 405 / (47 x 0,6) = 14,36 m/d Για D 10 = 2 mm (χονδρόκοκκη άμμος) και κινηματικό ιξώδες των λυμάτων, ν = 10-6 m/s, δηλαδή ίσο με αυτό του νερού, ο αριθμός Reynolds υπολογίζεται: Re = U D 10 / ν = 0,33 < 10 (και < 1) 103

104 Μελετώντας τις συγκεντρώσεις των εκροών του συστήματος επεξεργασίας λυμάτων, παρατηρείται πως η συγκέντρωση των αιωρούμενων στερεών είναι μικρότερη από τις μέγιστες συγκεντρώσεις που επιβάλλει η Οδηγία (60 mg/l), επομένως οι διαστάσεις, που εκτιμήθηκαν με βάση την απομάκρυνση του οργανικού φορτίου (BOD), κρίνονται ικανοποιητικές. Τα ποσοστά απομάκρυνσης και οι συγκεντρώσεις του οργανικού φορτίου και των αιωρούμενων στερεών, με τη χρήση του συστήματος τεχνητού υγροβιότοπου, τα οποία είναι ίδια και για τις 2 περιοχές έρευνας, παρατίθενται παρακάτω (Πίν και ). Πίνακας Ποσοστά (%) αφαίρεσης ρυπαντικών φορτίων μετά την επεξεργασία των λυμάτων στις υπό έρευνα περιοχές. Περιοχή Στενήμαχος Τρίλοφο Βεργίνα Παλατίτσια Ποσοστό απομάκρυνσης BOD (%) Σύστημα SFS Ποσοστό απομάκρυνσης TSS (%) Συνολική εγκατάσταση (σχάρα Δ.Π.Κ. T.Y. SFS) Ποσοστό απομάκρυνσης BOD (%) Ποσοστό απομάκρυνσης TSS (%) 96, ,6 95,6 Πίνακας Συγκεντρώσεις ρυπαντικών φορτίων κατά την επεξεργασία των λυμάτων στις υπό έρευνα περιοχές. Περιοχή Αρχικές συγκεντρώσεις (mg/l) Συγκεντρώσεις μετά την προεπεξεργασία (mg/l) Τελικές συγκεντρώσεις (mg/l) BOD Στενήμαχος Τρίλοφο 374,6 254,7 9 Βεργίνα Παλατίτσια 375,4 255,3 9 TSS Στενήμαχος Τρίλοφο 468,2 187,28 20,53 Βεργίνα Παλατίτσια 469,3 187,72 20,52 104

105 Για την εκτίμηση του ποσοστού της απομάκρυνσης των θρεπτικών στοιχείων των λυμάτων, χρησιμοποιούνται οι παρακάτω εμπειρικοί τύποι (Kadlec and Knight, 1996) και τα αποτελέσματα παρατίθενται στον Πίνακα , ενώ για την εκτίμηση του, εκφρασμένου σε COD, οργανικού φορτίου, που απομακρύνεται κατά την επεξεργασία των λυμάτων και λόγω της έλλειψης στη διεθνή βιβλιογραφία κάποιας, έστω και προσεγγιστικής, εξίσωσης, χρησιμοποιείται το μέσο ποσοστό απομάκρυνσης, που προέκυψε από παγκόσμια καταγραφή και ισούται με 75% (Πίν ). Η εξαγωγή συμπερασμάτων, πάντως, δεν είναι ασφαλής και συνιστάται η μέτρηση των συγκεντρώσεων των παραπάνω ρύπων στην έξοδο του τεχνητού υγροβιότοπου μετά την κατασκευή του. ΤΝ: C e = 2,6 + 0,46 C 0 + 0,124 q (q = υδραυλικό φορτίο = Q/LW) q A = 3,49 cm/d και q B = 3,21 cm/d. 1,10 TP: C e = 0,51 C 0 Πίνακας Συγκεντρώσεις θρεπτικών στοιχείων και COD στην είσοδο και στην έξοδο των τεχνητών υγροβιότοπων. Περιοχή Αρχικές συγκεντρώσεις (mg/l) Τελικές συγκεντρώσεις (mg/l) Ποσοστό απομάκρυνσης (%) TN Στενήμαχος Τρίλοφο 74,9 37,49 50 Βεργίνα Παλατίτσια 75,1 37,54 50 TP Στενήμαχος Τρίλοφο 15,6 10,47 33 Βεργίνα Παλατίτσια 15,6 10,47 33 COD Στενήμαχος Τρίλοφο 874,1 218,5 75 Βεργίνα Παλατίτσια 876,

106 Όσον αφορά στη δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης των επεξεργασμένων λυμάτων, η τελική συγκέντρωση TSS χαρακτηρίζει την ποιότητα των επεξεργασμένων λυμάτων ικανοποιητική, για την περίπτωση της βιομηχανικής χρήσης (μόνο ως νερό ψύξης μιας χρήσης) και της περιορισμένης άρδευσης (< 35 mg/l), αλλά όχι ικανή για αστική χρήση και απεριόριστη άρδευση (> 2 mg/l και > 10 mg/l αντίστοιχα). Αν θεωρηθεί ότι η παροχή του νερού, που λαμβάνεται από τα επεξεργασμένα λύματα, είναι ίδια με την παροχή σχεδιασμού των τεχνητών υγροβιότοπων (259 και 405 mg/l αντίστοιχα) και ότι οι απαιτήσεις των καλλιεργειών κατά το μήνα Ιούλιο ή Αύγουστο είναι 120 mm = 120 m 3 /στρ./μήνα = 4 m 3 /ημέρα/ στρ., τότε με το νερό αυτό θα μπορούν να αρδευτούν συνολικά (Καραμούζης, 2003): A B = 64 στρέμματα = 101 στρέμματα Κατασκευή των τεχνητών υγροτόπων Τέλος, περιγράφονται οι εργασίες κατασκευής του συστήματος. Αφού γίνουν κάποιες προκαταρκτικές εργασίες στο χώρο που θα κατασκευαστεί η εδαφική κλίνη, γίνονται δειγματοληψίες και αναλύσεις του εδάφους. Έπειτα, γίνεται στεγανοποίηση της εδαφικής κλίνης με τη στρώση του γεωυφάσματος. Ακολουθεί εκχωμάτωση της εδαφικής κλίνης στο απαραίτητο βάθος και μετά επιχωμάτωση. Όσον αφορά στη μεταφορά των λυμάτων από τη δεξαμενή στο σύστημα της εδαφικής κλίνης, αυτό θα γίνει με αγωγούς αποχετευτικούς και αποστραγγιστικούς. Θα χρειαστεί επίσης και η κατασκευή τάφρου εισόδου των λυμάτων. Μετά ακολουθεί το τελικό στάδιο κατασκευής της εδαφικής κλίνης, το οποίο περιλαμβάνει: Την κατασκευή και τον έλεγχο των κλίσεων των πρανών. Την ισοπέδωση και ευθυγράμμιση της κλίνης. Την αγορά και την τοποθέτηση της άμμου (ή άλλου πληρωτικού υλικού). Τη φύτευση της κλίνης. 106

107 Επισημαίνεται ότι η κάθε λεκάνη σε ένα υγρότοπο μπορεί να χωριστεί σε τέσσερις ζώνες: εισόδου (ζώνη διανομής), εξόδου (ζώνη συλλογής), αρχικής και τελικής επεξεργασίας. Συγκεκριμένα, οι ζώνες εισόδου και εξόδου έχουν το ρόλο να διανέμουν το νερό στο σύστημα και να το συλλέγουν χωρίς προβλήματα, αντίστοιχα. Πρέπει να αποτελούνται από χαλίκι ή θραύσματα βράχου, μεγαλύτερης διαμέτρου απ ό,τι η υπόλοιπη λεκάνη, συνήθως mm. Το μήκος τους για καλύτερα αποτελέσματα θα πρέπει να είναι 2 m για τη ζώνη εισόδου και 1 m για τη ζώνη εξόδου (Εικ ) (Σκουλά, 2001). Το υπόλοιπο τμήμα της λεκάνης είναι αυτό, όπου γίνεται η κύρια επεξεργασία των υγρών αποβλήτων και από τη στιγμή που στο αρχικό 30% του μήκους αυτού (ζώνη αρχικής επεξεργασίας), γίνεται το μεγαλύτερο στάδιο της επεξεργασίας, είναι δυνατή η διαίρεσή του σε δύο τμήματα (ζώνη αρχικής και τελικής επεξεργασίας) (Σκουλά, 2001). Εικόνα Τομή τεχνητού υγροβιότοπου υπόγειας οριζόντιας ροής ( Εφόσον έχει κατασκευαστεί το αποχετευτικό και αποστραγγιστικό σύστημα καθώς και η εδαφική κλίνη, πρέπει να κατασκευαστεί το φρεάτιο εκροής που αποτελεί και το τελικό στάδιο (Αλμπανέλλης, 2007). 107