Περιβαλλοντική Τεχνολογία και Διαχείριση

Transcript

1 Περιβαλλοντική Τεχνολογία και Διαχείριση Απόστολος Βλυσίδης Καθηγητής ΕΜΠ Σχολή Χημικών Μηχανικών Εργαστήριο Οργανικής Χημικής Τεχνολογίας ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ

2 Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 Πρόεπεξεργασία Εσχαρισμό Απομάκρυνση άμμου Διαχωρισμός ελαίων Εξισορρόπηση παροχής Προ-αερισμός Μέτρηση παροχής ΤΥΠΙΚΗ ΜΟΝΑΔΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ πρωτογενή επεξεργασία Προσρόφηση Κροκίδωση Συσσωμάτωση Εξουδετέρωση Δευτερογενή επεξεργασία Βιολογική Οξείδωση Χημική Οξείδωση Χημική Βιολογική οξείδωση Τριτογενή επεξεργασία Απολύμανση Διήθυση Απόσμηση- Αποχρωματισμός Μετα-αερισμός Επεξεργασία Λασπών: κοσκίνισμα, απομάκρυνση άμμου, ξέπλυμα, πάχυνση, σταθεροποίηση, conditioning, απολύμανση, αφυδάτωση, ξήρανση, θερμική υποβάθμιση, ενδεδειγμένη διάθεση.

4 Βιολογική Επεξεργασία το αντικείμενο της βιολογικής επεξεργασίας είναι: Να σταθεροποιήσει το οργανικό περιεχόμενο Να απομακρύνει τα θρεπτικά συστατικά όπως το άζωτο και τον φώσφορο Τύποι: Αερόβια διεργασία Ανοξική διεργασία Αναερόβια διεργασία Συνδιασμός αναερόβιαςανοξικής-αερόβιας διεργασιας Διεργασίες αβαθών δεξαμενών Ανάπτυξη σε σταθερό υπόβαθρο Ανάπτυξη σε διασπορά Συνδυασμένα συστήματα Αερόβια Ωρίμανσης Επαμφοτερίζουσα Αναερόβια

5 Τα Σπουδαιότερα Αερόβια Βιολογικά Συστήματα Τύπος μικροβιακής ανάπτυξης Ανάπτυξη σε διασπορά Ανάπτυξη σε Σταθερό υπόστρωμα Συνδυασμένη ανάπτυξη Ονομα Ενεργή ιλύς (AS) Αερόβιες Λαγκούνες Βιόφιλτρα (trickling filters) Βιόφιλτρα (Roughing Filters) Περιστρεφόμενοι δίσκοι (Rotating Biological Contactors) Packed-bed reactors Activated Biofilter Process Trickling filter-solids contact process Biofilter-AS process Series trickling filter-as process Χρήση Απομάκρυνση ΤOC, TKN, P Απομάκρυνση ΤOC, TKN, P Απομάκρυνση ΤOC, TKN, P Απομάκρυνση ΤOC Απομάκρυνση ΤOC, TKN, P Απομάκρυνση ΤOC, TKN, P Απομάκρυνση ΤOC, TKN, P

6 ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ Η δεξαμενή αερισμού περιέχει μίγμα αποβλήτου και μικροοργανισμών σε διασπορά (MLSS). Στη δεξαμενή τροφοδοτείται αέρας με ειδικούς μηχανισμούς ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη μεταφορά οξυγόνου Η μικροβιακή μάζα διαχωρίζεται σε μία δεξαμενή καθίζησης και μέρος απο αυτήν επιστρέφει στη δεξαμενή αερισμού Παραλλαγές της Ενεργούς Ιλύος είναι : Συμβατικοί, Υψηλού ρυθμού, Παρατεταμένου αερισμού Προσαρμοσμένου αερισμού, Διαλείποντος έργου SBR

7

8 SBR

9 SBR Sequential Biological Reactor

10 Οξειδωτικοί Τάφροι

11 Πλεονεκτήματα/Μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα Ευέλικτη στις μεταβολές του ph, της οργανικής φόρτισης και των μεταβολών της θερμοκρασίας Απαιτείται σχετικά μικρή έκταση Ο βαθμός νιτροποίησης μπορεί να ελεγχθεί Σχετικά μικρά προβλήματα δυσοσμοιών Μειονεκτήματα Μεγάλο λειτουργικό κόστος Παράγονται μεγάλες ποσότητες βιολογικής λάσπης Είναι ευαίσθητη στις τοξικότητες του αποβλήτου Απαιτεί συνεχή τροφοδοσία σε αέρα

12 Βιόφιλτρα Τα βιόφιλτρα περιέχουν ένα σταθερό υπόστρωμα, από πλαστικό ή πέτρες, όπου αναπτύσσονται οι μικροοργανισμοί Οι μικροοργανισμοί επικάθονται στο σταθερό υπόστρωμα και σχηματίζουν έναν βιολογικό υμένα. Τα διαλυτά οργανικά διαχέονται εντός του υμένα και αποδομούνται. Περιοδικά μέρος του υμένα απορρίπτεται με μηχανικό τρόπο.

13 Βιόφιλτρα

14 Βιομάζα σ ένα βιόφιλτρο

15 Βιόφιλτρα (Roughing Filters)

16 Βιόφιλτρα (Roughing Filters)

17 Trickling Biofilters

18 Packed-bed reactors

19 Πλεονεκτήματα/Μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα Καλή απόδοση (80-90% BOD 5 removal) και για δύο στάδια μπορεί να φτάσει και τα 95% Μέτριο λειτουργικό κόστος (χαμηλότερο από την ενεργό ιλύ) Αντιστέκεται στα sock της τροφοδοσίας περισσότερο από κάθε άλλο σύστημα Disadvantages Μεγάλο πάγιο κόστος Παρουσιάζει προβλήματα μπλοκαρίσματος Προβλήματα ανάπτυξης μεταζώων (σκουλίκια, κουνούπια κ.ά.)

20 Περιστρεφόμενοι Δίσκοι Rotating Biological Contactors Αποτελείται από μία σειρά δίσκων από πολυστυρένιο ή PVC Οι δίσκοι περιστρέφονται ερχόμενοι διαδοχικά σε επαφή με το απόβλητο και κατόπιν με τον ατμοσφαιρικό αέρα ώστε να απορροφούν την απαραίτητη ποσότητα οξυγόνου. Η περίσσεια λάσπης απομακρύνεται με μηχανισμούς τριβής των δίσκων

21 Περιστρεφόμενοι Δίσκοι Q S o Αεριζόμενο τμήμα Ωω Q Rr i Rr o S e Βυθιζόμενο τμήμα 2 2 ½ Rr ( o Rr i )

22 Moving Bed Biofilm Reactor MBBR

23 Advantages/Disdvantages Advantages Short contact periods Handles a wide range of flows Easily separates biomass from waste stream Low operating costs Short retention time Low sludge production Excellent process control Disadvantages Need for covering units installed in cold climate to protect against freezing Shaft bearings and mechanical drive units require frequent maintenance

24 Σπουδαιότερες Αναερόβιες Διεργασίες Τύπος Μικροβιακή ς Ανάπτυξης Ανάπτυξη σε Διασπορά Ανάπτυξη σε Σταθερό υπόστρωμα Κοινή Ονομασία Διεργασία αναερόβιας Επαφής Upflow Anaerobic Sludge- Blanket (UASB) Αναερόβια Φίλτρα Διαστελόμενης κλίνης Expanded Bed Χρήση Απομάκρυνση ανθρακούχου BOD Απομάκρυνση ανθρακούχου BOD Απομάκρυνση ανθρακούχου BOD, Απονιτροποίηση Απομάκρυνση ανθρακούχου BOD, Απονιτροποίηση

25 Διεργασία Αναερόβιας Επαφής Τα ανεπεξέργαστα απόβλητα αναμιγνύονται με λάσπη που ανακυκλοφορεί μέσα σε έναν στεγανό χωνευτήρα Τα αιωρούμενα στερεά διαχωρίζονται από το ανάμικτο υγρό σε έναν διαυγαστήρα Η υπερχείλιση απορρίπτεται σαν επεξεργασμένο απόβλητο ενώ η καθιζάνουσα λάσπη επιστρέφει στον χωνευτήρα.

26 Πλεονεκτήματα/Μειονεκτήματα Αναερόβιας Διεργασίας Επαφής Πλεονεκτήματα Επιδέχεται αιωρούμενα στερεά στην είσοδο Παραλαμβάνεται το μεθάνιο Απαιτείται μικρή έκταση Τα οργανικά στερεά χωνεύονται Μειονεκτήματα Απαιτείται θέρμανση Το COD της εξόδου είναι σημαντικό και απαιτείται περαιτέρω επεξεργασία Απαιτούνται ειδικευμένες γνώσεις για την λειτουργία της μονάδας Η απορριπτόμενη λάσπη δεν είναι πλήρως χωνεμένη

27 ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ ΕΜΒΟΛΙΚΗΣ ΡΟΗΣ CH 4 + CO 2 10 %< VSS ΥΠΕΡΧΕΙΛΙΣΗ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΑΠΟΒΛΗΤΟΥ ΑΝΑΕΡΟΒΙΟΣ ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ

28 ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ ΧΩΡΙΣ ΑΝΑΜΙΞΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΛΑΣΠΗΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΑΠΟΒΛΗΤΟΥ CH 4 + CO 2 ΥΠΕΡΧΕΙΛΙΣΗ ΑΝΑΕΡΟΒΙΟΣ ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ

29 ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ ΕΝΟΣ ΣΤΑΔΙΟΥ ΠΛΗΡΟΥΣ ΑΝΑΜΙΞΗΣ ΧΩΡΙΣ ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΛΑΣΠΗΣ CH 4 + CO 2 60 g/l<cod<100 g/l 0 %< VSS < 10% ΥΠΕΡΧΕΙΛΙΣΗ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΑΠΟΒΛΗΤΟΥ ΑΝΑΕΡΟΒΙΟΣ ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ ΔΙAΧΩΡΙΣΜΟΣ ΛΑΣΠΩΝ ΔΙΑ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ

30 ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ ΕΝΟΣ ΣΤΑΔΙΟΥ ΠΛΗΡΟΥΣ ΑΝΑΜΙΞΗΣ ΜΕ ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΛΑΣΠΗΣ CH 4 + CO 2 15 g/l<cod<60 g/l 0 %< VSS < 10% ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΑΠΟΒΛΗΤΟΥ ΥΠΕΡΧΕΙΛΙΣΗ ΠΑΧΥΝΤΗΡΑΣ ΑΝΑΕΡΟΒΙΟΣ ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ ΠΕΡΙΣΕΙΑ ΛΑΣΠΗΣ

31 ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ ΔΥΟ ΣΤΑΔΙΩΝ ΠΛΗΡΟΥΣ ΑΝΑΜΙΞΗΣ ΜΕ ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΛΑΣΠΗΣ Η 2 + Η 2 S+ CO 2 CH 4 + CO 2 15 g/l<cod<60 g/l 0 %< VSS < 10% ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΑΠΟΒΛΗΤΟΥ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΠΡΟΥΔΡΟΛΥΣΗΣ ΑΝΑΕΡΟΒΙΟΣ ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ ΥΠΕΡΧΕΙΛΙΣΗ ΠΑΧΥΝΤΗΡΑΣ ΠΕΡΙΣΕΙΑ ΛΑΣΠΗΣ

32 ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ ΣΤΑΘΕΡΗΣ ΚΛΙΝΗΣ CH 4 + CO 2 ΥΠΕΡΧΕΙΛΙΣΗ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΑΠΟΒΛΗΤΟΥ ΑΝΑΕΡΟΒΙΟΣ ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ ΔΙAΧΩΡΙΣΜΟΣ ΛΑΣΠΩΝ ΔΙΑ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ

33 ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ UASB ΔΥΟ ΣΤΑΔΙΩΝ H 2 + CO 2 + H 2 S CH 4 + CO 2 ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΑΠΟΒΛΗΤΟΥ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΟΞΥΓΕΝΕΣΗΣ ΑΝΑΕΡΟΒΙΟΣ ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ

34 ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ ΡΕΥΣΤΟΣΤΕΡΕΑΣ ΚΛΙΝΗΣ H 2 + CO 2 + H 2 S CH 4 + CO 2 ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΑΠΟΒΛΗΤΟΥ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΟΞΥΓΕΝΕΣΗΣ ΑΝΑΕΡΟΒΙΟΣ ΧΩΝΕΥΤΗΡΑΣ

35 Anaerobic Clarigester Effluent Influent

36 UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket

37 EGSB Expanded Granular Sludge Blanket

38 Τι είναι κοκκώδη λάσπη

39 Πως δημιουργείται η κοκκώδη λάσπη

40 Πως είναι εσωτερικά ένας κόκκος;

41 Ιδιότητες καθίζησης της λάσπης

42 Οριακή ταχύτητα καθόδου των κόκκων v = 2r 2 g(ρ p -ρ w )/9N v = οριακή ταχύτητα r = ακτίνα του κόκκου g = επιτάγχυνση βαρύτητας ρ p = density of sludge particle ρ w = density of water Ν = viscosity

43 Πλεονεκτήματα/Μειονεκτήματα αντιδραστήρων UASB Πλεονεκτήματα Χαμηλή κατανάλωση ενέργειεας Μικρή εδαφική έκταση Χαμηλή παραγωγή λάσπης Έχει το χαμηλότερο κόστος εγκατάστασης από τις άλλες αναερόβιες Μεγάλη απόδοση στην αποδόμηση του οργανικού άνθρακα Μειονεκτήματα Μεγάλη περίοδο έναρξης Απαιτεί κοκκώδη λάσπη που είναι δύσκολο να επιτευχθεί Χάνεται σημαντική ποσότητα λάσπης κατά την έναρξη ώσπου να επιτευχθούν κοκκώδεις ιδιότητες Χαμηλότερη παραγωγή βιοαερίου από τις άλλες αναερόβιες τεχνικές

44 Συνδυασμένες Βιολογικές Διεργασίες Τύπος Διεργασία ς Τύπος μικροβιακής ανάπτυξης Κοινή Ονομασία Χρησιμοποιείται για Ανοξική Σε διασπορά Απονιτροποίηση σε διασπορά Απονιτροποίηση Σε σταθερό υπόβαθρο Απονιτροπίηση σε σταθερό υπόβαθρο Απονιτροποίηση Συνδιασμένη Αερόβια, Ανοξική, και αναερόβια Διεργασία Σε διασπορά Σε σταθερό υπόβαθρο Ενός ή δύο σταδίων Α 2 Ο, διεργασία Ενός ή δύο σταδίων Α 2 Ο, διεργασία Απομάκρυνση ανθρακούχου BOD, οργανικού αζώτου και φωσφόρου Απομάκρυνση ανθρακούχου BOD, οργανικού αζώτου και φωσφόρου

45 Sharon Anammox process

46

47

48 SHARON WWTP Utrecht

49 SHARON Dokhaven, Rotterdam (NL)

50 SHARON New York, USA

51 ΛΑΓΚΟΥΝΕΣ Κοινή Ονομασία Παρατηρήσεις Χρήση Αβαθή Λίμνη Αερόβιας Σταθεροποίησης Αβαθή Λίμνη Ωρίμανσης (Τριτογενή επεξεργασία) Επαμφοτερίζουσες Αβαθείς Λίμνες Αναερόβιες Αβαθείς Λίμνες Η επεξεργασία επιτυγχάνεται με αερόβια βακτήρια. Το απαραίτητο οξυγόνο προσφέρεται από την φωτοσύνθεση άλγεων και φυσικά συστήματα επανα-αερισμού. Το βάθος τους είναι από 0.15 έως 1,5 m Χρησιμοποιεί αερόβια επεξεργασία διότι οι εφαρμοζόμενες φορτίσεις αδυνατούν να συντηρήσουν αερόβιες συνθήκες. Επεξεργασία με αερόβια, επαμφοτερίζοντα και αναερόβια βακτήρια σε τρεις διαφορετικές ζώνες βάθους: Η επιφανειακή αερόβια ζώνη, η αναερόβια ζώνη στον πυθμένα και η ενδιάμεση μερικώς Αναερόβια αερόβια ζώνη. Επεξεργασία με αναερόβιους μικροοργανισμούς. Το βάθος φθάνει μέχρι και 9 m ώστε να επιτυγχάνονται αναερόβιες συνθήκες. (σταθεροποίηση λασπών) Απομάκρυνση ανθρακούχου BOD Τριτογενή επεξεργασία και εποχιακή νιτροποίηση. Απομάκρυνση ανθρακούχου BOD Απομάκρυνση ανθρακούχου BOD

52

53

54 Εσχαρισμός Κοσκίνισμα Αμμοελαιοδιαχωρ ισμός Άντληση Εξαερισμός Δεξαμενή αερισμού Άντλιση Πρωτογενή καθίζηση Διανομέας Δευτερογενή καθίζηση Μετρητής Parssal Αντλιοστάσιο απομάκρυνσης καθαρών

55 Εξυπηρετεί κατοίκους Μέγιστη παροχή: 2.6 m 3 /s; μέση: 1.6 m 3 /s; Αναμενόμενη ελάχιστη: 1.1 m 3 /s ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ

56 ΑΝΤΛΙΕΣ ΑΝΟΔΟΥ ΕΣΧΑΡΙΣΜΟΣ ΑΜΜΟΕΛΑΙΟΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ

57 ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΑΕΡΙΣΜΟΥ

58 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα» του ΕΜΠ έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.