ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ με τίτλο ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ. ΤΕΥΧΟΣ 3 ο. Δευτεροβάθμια (Βιολογική) Eπεξεργασία Γεωργο - Βιομηχανικών Aποβλήτων ΜΕΡΟΣ Α

Transcript

1 ΓΕΩΠΟΝΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ & ΓΕΩΡΓΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΓΕΩΡΓΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ με τίτλο ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΤΕΥΧΟΣ 3 ο Δευτεροβάθμια (Βιολογική) Eπεξεργασία Γεωργο - Βιομηχανικών Aποβλήτων ΜΕΡΟΣ Α ΑΝΑΕΡΟΒΙΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ [Αναθεωρημένη έκδοση] Για τους φοιτητές και τις φοιτήτριες του 9 ου εξαμήνου του Τομέα Α.Κ. & Γ.Μ και του 8 ου εξαμήνου του Τομέα Δ.Υ.Π. στα πλαίσια του προπτυχιακού μαθήματος : ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ & του 1 ου & 2 ου εξαμήνου σπουδών στα πλαίσια των μεταπτυχιακών μαθημάτων : ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΣΤΕΡΕΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΚΑΙ ΟΣΜΩΝ & ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΔΗΜΗΤΡΗ ΓΕΩΡΓΑΚΑΚΗ Γεωπόνου, Δρα Γεωργικής Μηχανικής, Καθηγητή Γ.Π.Α. Επιμέλεια κειμένου ΓΑΡΥΦΑΛΛΙΑΣ ΤΖΙΧΑ, γεωπόνου, MSc, Ε.Ε.ΔΙ.Π. Α ΑΘΗΝΑ, 2017

2 4. ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΩΝ ΑΝΟΙΧΤΩΝ ΧΩΜΑΤΙΝΩΝ ΑΝΑΕΡΟΒΙΩΝ ΔΕΞΑΜΕΝΩΝ 4.1 ΓΕΝΙΚΑ ΕΠΕΝΔΥΣΗ ΜΕ ΠΛΑΣΤΙΚΑ ΚΑΙ ΚΑΛΥΨΗ ΓΙΑ ΑΜΜΩΝΙΑ ΚΑΙ ΒΙΟΑΕΡΙΟ Από τα αναερόβια συστήματα βιολογικής επεξεργασίας, το σύστημα των ανοιχτών αναερόβιων χωμάτινων δεξαμενών (ΑΧΑΔ) διακρίνεται για την απλότητα και την οικονομικότητά του. Είναι το σύστημα, που κατεξοχήν ταιριάζει σε υγρά πτηνο - κτηνοτροφικά απόβλητα, αλλά και σε κάθε άλλη κατηγορία υγρών αποβλήτων μεγάλου οργανικού φορτίου. Λόγω της μεγάλης προσαρμοστικότητας και της ευκολίας συνδυασμού του με άλλα συστήματα, μπορεί να θεωρηθεί ως το βασικό σύστημα επεξεργασίας αποβλήτων μεγάλου ρυπαντικού φορτίου. Ειδικότερα, στις περιπτώσεις υγρών αποβλήτων χοιροστασίων και βουστασίων συνιστά τον πυρήνα, γύρω από τον οποίο αναπτύσσεται το όλο σύστημα επεξεργασίας, ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες και τις συνθήκες λειτουργίας κάθε μονάδας. Το σύστημα των ΑΧΑΔ αποτελείται από μία ή δύο συνεχόμενες χωμάτινες βαθιές δεξαμενές (πάνω από 4 m), οι οποίες κατασκευάζονται με εκσκαφή μέσα στο έδαφος ή απλή επιχωμάτωση πάνω σ' αυτό ή τέλος, με συνδυασμό και των δύο. Τα χωμάτινα τοιχώματα και ο πυθμένας στεγανοποιούνται, κατά το δυνατό, με καλή συμπίεση, μετά από διαβροχή τους, κατά την κατασκευή ή με επίστρωση αργιλοχώματος ή ειδικών πλαστικών φύλλων στην εσωτερική τους πλευρά και τον πυθμένα, μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής. Κατά τον Παπουτσόγλου (1989), διαφυγή νερού μπορεί να προκύπτει σε μια ανοιχτή χωμάτινη υδατοδεξαμενή οριζόντια, δια μέσου των τοιχωμάτων και κατακόρυφα, δια μέσου του πυθμένα. Αν όμως ακολουθηθεί η σωστή διαδικασία κατασκευής των τοιχωμάτων, τότε το σύνολο της ποσότητας, που τελικά διαρρέει περιορίζεται πρακτικά μόνο σ εκείνο, που αντιστοιχεί στον πυθμένα. Γενικά, η ποσότητα κάθετης διαρροής νερού από τον πυθμένα είναι μεγάλη σε καινούργιες δεξαμενές, ιδιαίτερα κατά την έναρξη της λειτουργίας τους (πρώτο γέμισμα με νερό). Το μέγεθος της απώλειας, στις περιπτώσεις αυτές, μειώνεται αισθητά μετά την παρέλευση μικρού χρονικού διαστήματος, στο διάστημα του οποίου, οι μεγάλου και μικρού μεγέθους πόροι, καθώς και τα τυχόν ανοίγματα (ρωγμές) του εδάφους γεμίζουν από οργανικά υλικά, που συσσωρεύονται στον πυθμένα της δεξαμενής. Σημειώνεται, ότι στη διαπερατότητα του εδάφους επιδρούν όλοι εκείνοι οι παράγοντες, εξαιτίας των οποίων, είναι δυνατό να προκληθεί θρόμβωση ή συσσωμάτωση των κολλοειδών του, με αποτέλεσμα τη διαμόρφωση πόρων διαφόρων μεγεθών, μέσω των οποίων, διαρρέει το νερό. 120

3 Πίνακας 2.1 Διαρροή νερού μέσω διαφόρων τύπων εδάφους [Παπουτσόγλου, 1989]. Τύπος εδάφους Κάθετη διαρροή σε ακατέργαστο (φυσικό) έδαφος (mm/ημέρα) Κάθετη διαρροή σε κατεργασμένο επιφανειακά έδαφος (mm ημέρα) Αμμώδες 25,00-250, Αμμοπηλώδες 13,00-76, Πηλώδες 8,00-20, Αργιλοπηλώδες 2,50-15,00 περίπου 1 Πηλοαργιλώδες 0,25-5,00 περίπου 1 Αργιλώδες 1,25-10,00 - Η επίδραση και ο ρόλος της κατασκευής μειώνονται αισθητά στις περιπτώσεις, όπου η σύνθεση και η υφή του εδάφους επιτρέπουν την απώλεια μεγάλων ποσοτήτων νερού. Κάνοντας χρήση των δεδομένων του Πίνακα 2.1 μπορεί να υπολογιστεί η απώλεια νερού, λόγω κάθετης διαρροής (Παπουτσόγλου, 1989). Η διαπερατότητα του εδάφους μπορεί να μειωθεί με τη δράση όλων εκείνων των παραγόντων, οι οποίοι δημιουργούν συνθήκες πυκνής διάταξης των κόκκων του. Με τη διάταξη αυτή περιορίζεται η έκταση του συστήματος των μεγάλων πόρων του εδάφους και καθίσταται έντονα αδιαπέρατο από το νερό. Στην αύξηση της διαπερατότητας συντελεί και η παρουσία ιόντων Ca ++, Mg ++, ενώ στη μείωσή της, η παρουσία ιόντων K +, Na +. Ως εκ τούτου, ταχύτατη μείωση της διαπερατότητας μπορεί να επέλθει με την προσθήκη αλάτων K και Νa, όπως Na 2CO 3, NaHCO 2, NaCl, NaNO 3, K 2CO 3, KHCO 3, καθώς και (NH 4) 2CO 3. Ένας πρακτικός και αποτελεσματικός τρόπος μείωσης των απωλειών νερού, εξαιτίας κάθετης διαρροής, είναι η διατάραξη της επιφανειακής δομής του εδάφους της δεξαμενής. Αυτό επιτυγχάνεται με τον κορεσμό του επιφανειακού εδάφους στον πυθμένα με νερό. Η ποσότητα νερού, που απαιτείται για τη διαδικασία αυτή, εξαρτάται από τον τύπο του εδάφους. Συνιστάται η εφαρμογή περίπου mm ύψους νερού στην επιφάνεια του πυθμένα της δεξαμενής. Μετά την απορρόφηση του νερού από το έδαφος ακολουθεί η μηχανική αναμόχλευση του επιφανειακού στρώματός του (σκάψιμο με εργαλεία χειρός ή όργωμα). Μετά την επεξεργασία αυτή, οι απώλειες νερού, εξαιτίας κάθετης διαρροής του, σπάνια ξεπερνούν τα 6 mm / ημέρα (Πίνακας 2.1). Η ανοιχτή αναερόβια δεξαμενή γίνεται βαθειά, 4 m και πάνω, για τη δημιουργία και διατήρηση αναερόβιων συνθηκών, τον περιορισμό της απαιτούμενης εδαφικής έκτασης και τη δυνατότητα μακροχρόνιας αποθήκευσης του προκύπτοντος ιζήματος, χωρίς να παραβλάπτεται η λειτουργία της. 121

4 Τα τοιχώματα της δεξαμενής διαμορφώνονται κατάλληλα, ώστε να παραμένουν σταθερά, απαλλαγμένα, κατά το δυνατό, από βλάστηση και προσεγγίσιμα όλο το χρόνο, με πρόβλεψη στέψης (δρόμου), πλάτους 1,0-2,5 m, στο υψηλότερο σημείο τους, περιφερειακά της δεξαμενής. Τα τοιχώματα στο τμήμα τους, που είναι εμβαπτισμένο στα υγρά, μπορεί να είναι κατακόρυφα ή με κλίση, ανάλογα με τη φύση και την συνεκτικότητα του φυσικού υπεδάφους. Στο ελεύθερο τμήμα των τοιχωμάτων πάνω από τα υγρά της δεξαμενής δίνεται κλίση συνήθως από 1:0,5 μέχρι και 1:2 (οριζόντια : κατακόρυφα). Η θέση κατασκευής μιας ΑΧΑΔ, όπως και κάθε εγκατάστασης επεξεργασίας αποβλήτων, θα πρέπει να επιλέγεται μακριά από κατοικημένους ή πολυσύχναστους χώρους και με τέτοιο προσανατολισμό, ώστε οι επικρατούντες στην περιοχή άνεμοι να απομακρύνουν τις εποχιακές οσμές, όπου αυτές υπάρχουν (διάγραμμα 2.1). Η οικονομική κατασκευή μιας ΑΧΑΔ προϋποθέτει κατακόρυφα τοιχώματα και έδαφος συνεκτικό, αδιαπέρατο, με χαμηλό υπόγειο υδατικό ορίζοντα. Παρά το γεγονός, ότι ο υδατικός ορίζοντας είναι προτιμότερο να βρίσκεται, όσο το δυνατό, σε μεγάλα βάθη, έχουν αναφερθεί στη βιβλιογραφία αποστάσεις του πυθμένα από τον ορίζοντα αυτόν μέχρι και 0,5 m (ASAE, 1993). Όταν το έδαφος δεν είναι συνεκτικό και ο υδατικός ορίζοντας είναι υψηλός, το κόστος κατασκευής επιβαρύνεται ανάλογα με τον απαιτούμενο βαθμό στεγανοποίησης και την πρόσθετη έκταση, που θα χρειαστεί, λόγω περιορισμού του βάθους της δεξαμενής. Το σχήμα της δεξαμενής μπορεί να είναι κυκλικό, τετραγωνικό ή ορθογωνικό, ανάλογα με τον διαθέσιμο χώρο στη μονάδα και το μέγεθος της δεξαμενής. Το κυκλικό ή τετραγωνικό σχήμα συνιστάται για τις μεγάλες, ενώ το ορθογωνικό για τις μικρές δεξαμενές, ώστε να αποφεύγεται η γρήγορη έξοδος των εισερχόμενων υγρών και να διευκολύνεται η ομοιόμορφη κατανομή του ρυπαντικού φορτίου των αποβλήτων μέσα σε αυτές. Στις περιπτώσεις, που γίνεται χρήση ζιζανιοκτόνων για την αντιμετώπιση της αυτοφυούς βλάστησης πάνω στα τοιχώματα, η κλίση των πρανών δεν θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 30 ο (1 : 1,7). Κάτω από την ανώτερη στάθμη των υγρών αποβλήτων, η κλίση των πρανών μπορεί να μειωθεί ακόμα περισσότερο, αρκεί να μην επηρεάζεται η εδαφική σταθερότητα. Οι βαθιές δεξαμενές, με απότομες κλίσεις των πρανών τους, ελαχιστοποιούν την απώλεια θερμότητας, αυξάνουν την εσωτερική ανάμιξη των υγρών, ελαττώνουν την παραγωγή οσμών, ευνοούν τη δημιουργία αναερόβιων συνθηκών, ελαχιστοποιούν τα προβλήματα από την ανάπτυξη των ζιζανίων, ελαττώνουν το κόστος εκσκαφής του εδάφους και ελαχιστοποιούν τον κίνδυνο ανάπτυξης κουνουπιών και μυγών. 122

5 Για την αποφυγή έμφραξης των στομίων από την επιφανειακή κρούστα, τα στόμια των αγωγών υπερχείλισης και άντλησης των υγρών της δεξαμενής συνιστάται να είναι εξ ολοκλήρου εμβαπτισμένα στα υγρά και σε αντιδιαμετρική θέση από το στόμιο εισόδου, για να αποφεύγεται η γρήγορη απομάκρυνση αποβλήτων, πριν από την ολοκλήρωση της επεξεργασίας τους μέσα σε αυτή. Διάγραμμα 2.1 Επιθυμητή θέση κατασκευής και προσανατολισμός μιας ανοιχτής χωμάτινης αναερόβιας δεξαμενής [Γεωργακάκης, 1998]. Για αισθητικούς λόγους, τα τοιχώματα θα πρέπει να παραμένουν χωρίς υπερβολική βλάστηση, σε ύψος τουλάχιστον ενός μέτρου πάνω από την υγρή επιφάνεια της δεξαμενής. Η καταπολέμηση των ζιζανίων είναι απαραίτητη επί πλέον και για τους εξής λόγους : - Δεξαμενές με πλούσια βλάστηση στα τοιχώματα είναι πιθανές εστίες αναπαραγωγής μυγών και κουνουπιών. - Από την πτώση τμημάτων της βλάστησης αυτής προστίθεται οργανική ύλη στη δεξαμενή, ελαττώνοντας έτσι τις δυνατότητες επεξεργασίας των αποβλήτων. Επίσης μπορεί να αποφραχτούν οι αγωγοί μεταφοράς των υγρών και οι αντλίες. - Εκτός από την αισθητική πλευρά, παρέχεται και η ευχέρεια ταχύτερου και ευκολότερου ελέγχου της δεξαμενής. Καθαρά τοιχώματα κάνουν αμέσως αντιληπτή οποιαδήποτε αλλαγή, τόσο στη λειτουργία, όσο και στην εμφάνιση της δεξαμενής. 123

6 Ο καλύτερος τρόπος ελέγχου των ζιζανίων είναι ο μηχανικός. Η μηχανική κοπή των ζιζανίων 1-2 φορές το χρόνο δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα. Αν τα τοιχώματα της δεξαμενής είναι πολύ απότομα, είναι δυνατή η χημική ζιζανιοκτονία με ορισμένες όμως προφυλάξεις. Πρέπει να αποφεύγεται η χρησιμοποίηση ζιζανιοκτόνων, που προσβάλλουν όλη τη βλάστηση, καθώς επίσης και ο ψεκασμός ζιζανιοκτόνων απευθείας στα υγρά της δεξαμενής. Για λόγους ασφάλειας και προστασίας των τοιχωμάτων, ο χώρος γύρω από την δεξαμενή θα πρέπει να περιφράσσεται και να τοποθετούνται ενδεικτικές πινακίδες, για την αποφυγή ατυχημάτων σε ανθρώπους και ζώα. Η άντληση των υγρών της δεξαμενής για διασπορά στα γύρω εδάφη συνιστάται να γίνεται νωρίς την άνοιξη ή αργά το φθινόπωρο, κατά τις πρωϊνές ώρες, όταν οι θερμοκρασίες είναι ακόμα χαμηλές, για περιορισμό της έκλυσης δυσάρεστων οσμών και ενόχλησης των περιοίκων. Ο έλεγχος της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των υγρών μιας ΑΧΑΔ πρέπει να γίνεται τουλάχιστον κάθε δύο χρόνια. Αν τα υγρά της δεξαμενής προορίζονται για λίπανση ή άρδευση καλλιεργειών, τα ανεκτά όρια τιμών ηλεκτρικής αγωγιμότητας είναι λιγότερο ελαστικά από όταν προορίζονται για διάθεση σε εδαφικό - φυτικό φίλτρο ανάπτυξης αυτοφυών, χωρίς απορροή. Κατά τη διάρκεια ξηρών περιόδων, οπότε δε γίνεται φυσική αραίωση των υγρών της δεξαμενής με τις βροχοπτώσεις, συνιστάται η προσθήκη ποσοτήτων νερού για διατήρηση της επιθυμητής στάθμης και αραίωσης των υγρών. Έχει αποδειχθεί στην πράξη, πως η τακτική της αφαίρεσης, με άντληση, υγρών από την περιοχή του πυθμένα, μέχρι του μισού μόνιμου όγκου της δεξαμενής, κάθε δύο ή τρία χρόνια και η συμπλήρωσή του με αραιωμένα υγρά της δεύτερης ανοιχτής αναερόβιας και αποθηκευτικής δεξαμενής, εφόσον προβλέπεται τέτοια ή με νερό, π.χ. πρόσθετο νερό πλυσίματος χώρων και εξοπλισμού, μπορεί να διατηρήσει σε άριστη κατάσταση το περιεχόμενο μιας ΑΧΑΔ για πολλά χρόνια. Σε μια ΑΧΑΔ καταλήγουν τα υγρά απόβλητα, μετά την απομάκρυνση των χονδρόκοκκων αιωρούμενων συστατικών με μηχανικό διαχωρισμό, ακολουθούμενο, κατά περίπτωση, με φυσική καθίζηση σε δεξαμενή ηρεμίας. Το υγρό περιεχόμενο μιας ΑΧΑΔ διακρίνεται στο κατώτερο τμήμα ή τη ζώνη του ιζήματος, στο ενδιάμεσο τμήμα ή τη ζώνη των υπερκείμενων υγρών και στο ανώτερο τμήμα ή τη ζώνη επιπλεόντων συστατικών ή κρούστας. Η ζώνη του ιζήματος συνίσταται από αδρανή υλικά, συσσωματώματα μικροβιακών κυττάρων και γενικά αιωρούμενων συστατικών, βαρύτερων του νερού, που τελικά καθιζάνουν με τη βοήθεια της βαρύτητας στον πυθμένα της δεξαμενής. Η ζώνη των υπερκείμενων υγρών συνίσταται κυρίως από ένα σκουρόχρωμο υγρό, μικρής περιεκτικότητας σε ολικά στερεά (κάτω από 0,5%). Είναι η κυρίως ενεργή ζώνη, στην οποία 124

7 γίνεται η βιοαποικοδόμηση των οργανικών ουσιών από τους μικροοργανισμούς. Τα προϊόντα διάσπασης είναι νερό και αέρια με σημαντικότερο το βιοαέριο (μίγμα μεθανίου, κατά 60-65% και διοξειδίου του άνθρακα, κατά 34-38%, όπως προαναφέρθηκε, καθώς και ιχνών άλλων αερίων, π.χ. υδογόνου, υδροθείου, μονοξειδίου του άνθρακα, υδρατμών και αμμωνίας), κατά 1-2% περίπου. Η ζώνη των επιπλεόντων συστατικών ή κρούστας συνίσταται από συστατικά των αποβλήτων, που είναι ελαφρύτερα από το νερό και ανέρχονται στην επιφάνεια μαζί με τον αφρό, που παράγεται από τη βιολογική δραστηριότητα στην ενεργό κυρίως ζώνη των υγρών. Η ζώνη αυτή, ανάλογα με την ένταση του ανέμου και τη σύσταση των αποβλήτων, καλύπτει ολόκληρη ή μέρος της υγρής επιφάνειας της δεξαμενής. Το πάχος της κυμαίνεται από μερικά χιλιοστά μέχρι μερικά εκατοστά, ανάλογα με την εποχή, το είδος των αποβλήτων και τους χειρισμούς, πριν από την είσοδό τους στη δεξαμενή. Διάγραμμα 2.2 Σχηματική απεικόνιση σε τομή μιας τυπικήςαχαδ [Γεωργακάκης, 1998] Οι αγωγοί εισόδου των υγρών σε μια ΑΧΑΔ θα πρέπει να έχουν κλίση τουλάχιστο 2% και το στόμιό τους να βρίσκεται πάντα εμβαπτισμένο σε βάθος, τουλάχιστον 0,5 m από την επιφάνεια των υγρών, για λόγους αισθητικής και οσμών. Το στόμιο εισόδου των αποβλήτων είναι προτιμότερο να τοποθετείται μακριά από τα τοιχώματα, περίπου κατά 1-2 m προς το εσωτερικό της δεξαμενής, για ομοιόμορφη κατανομή των νεοεισερχόμενων ακατέργαστων αποβλήτων και αποφυγή τοπικής υπερφόρτωσής της. H αποδοτική λειτουργία μιας ΑΧΑΔ, δηλ. η μέγιστη δυνατή βιοαποικοδόμηση του οργανικού φορτίου των αποβλήτων και η ελαχιστοποίηση των ανεπιθύμητων οσμών, καθώς και της συσσώρευσης ιζήματος στον πυθμένα και τα πρανή της, γίνονται δυνατά μόνο, όταν οι 125

8 αναερόβιοι μικροοργανισμοί, που δραστηριοποιούνται μέσα σε αυτήν, βρίσκονται κάτω από ευνοϊκές συνθήκες περιβάλλοντος και ισορροπούν μεταξύ τους. Η εμπειρία που υπάρχει από τη συστηματική εφαρμογή της σε διάφορες χώρες και ιδιαίτερα στις κεντροδυτικές πολιτείες των ΗΠΑ, αλλά και την Ελλάδα, την τελευταία 25ετία, έχουν δείξει ότι, η λειτουργία και γενικά, η διαχείριση μιας ΑΧΑΔ εξαρτάται από τον έλεγχο τριών βασικών παραμέτρων: του pη, της ηλεκτρικής αγωγιμότητας και του πάχους του λασπώδους ιζήματος, που βαθμιαία κατακάθεται στον πυθμένα και τα πρανή της. Ευνοϊκές τιμές του pη θεωρούνται μεταξύ 6,8 και 7,4 (White, 1977) και ηλεκτρικής αγωγιμότητας μs/cm (Georgakakis et al, 1979). Στην πράξη έχουν παρατηρηθεί, σε υγρά απόβλητα κτηνοτροφικών μονάδων, τιμές ph μεταξύ 7,5-8,5, λόγω της παραγόμενης αμμωνίας κατά τη διαδικασία της βιοαποικοδόμησης των οργανικών ουσιών και ηλεκτρικής αγωγιμότητας, πάνω από μs/cm, χωρίς εμφανή δυσμενή επίδραση στη λειτουργία της ΑΧΑΔ. Όσον αφορά στις τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας, ερευνητικά αποτελέσματα του Εργαστηρίου Γεωργικών Κατασκευών (Georgakakis et al, 1986) έδειξαν ότι, τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας μέχρι και μs/cm δεν επηρέασαν δυσμενώς τη βιολογική δραστηριότητα. Εν τούτοις, λόγοι ασφάλειας, οδηγούν στο καθορισμό των τιμών μs/cm, ως το ανώτερο όριο ασφαλούς και αποδοτικής λειτουργίας μιας ανοιχτής αναερόβιας δεξαμενής. Το πάχος του ιζήματος, χωρίς την παρεμβολή μηχανικού διαχωρισμού ή φυσικής καθίζησης, αυξάνει με το χρόνο, σύμφωνα με την ακόλουθη σχέση (Fulhage, 1980) : Πάχος στρώσης ιζήματος = F x ηλικία ανοιχτής αναερόβιας δεξαμενής όπου ο συντελεστής F είναι συνάρτηση του όγκου και της επιφάνειας της δεξαμενής, που διαβρέχεται από τα υγρά και δίνεται από τη σχέση : 0,02 x ωφέλιμος όγκος δεξαμενής F = (2.1) Επιφάνεια πυθμένα + 0,5 x επιφάνεια τοιχωμάτων Η περιεκτικότητα σε ολικά στερεά (Ο.Σ.) της ζώνης αυτής της δεξαμενής κυμαίνεται μεταξύ 15 και 20%. Η συσσώρευση ιζήματος στον πυθμένα εξαρτάται από το είδος των ζώων, το οργανικό φορτίο και τους χειρισμούς στα απόβλητα, πριν από την είσοδό τους στη δεξαμενή. Σύμφωνα με βιβλιογραφικές πηγές (White 1977), το 4-10% (χοιρινά) και το 15-25% (βοοειδή) του μόνιμου όγκου της δεξαμενής μπορεί να καταληφθεί τελικά από το συσσωρευόμενο κάθε χρόνο ίζημα, όταν τα απόβλητα ρίχνονται στη δεξαμενή, χωρίς προηγούμενη επεξεργασία. 126

9 Η απομάκρυνση των αιωρούμενων συστατικών με μηχανικό διαχωρισμό και συμπληρωματικά, όπου απαιτείται, με φυσική καθίζηση σε δεξαμενή ηρεμίας, πριν από την είσοδο των υγρών στην ΑΧΑΔ, μειώνει σημαντικά τον ρυθμό συσσώρευσης στερεών στον πυθμένα και τα πρανή και επιμηκύνει το χρόνο αποδοτικής λειτουργίας της, όπως έχει δείξει η εμπειρία της συστηματικής εφαρμογής της σε χοιροστάσια της χώρας μας, κατά την τελευταία 30ετία. Το πάχος του ιζήματος, που επικάθεται βαθμιαία στα πρανή και ιδιαίτερα τον πυθμένα της ΑΧΑΔ, θα πρέπει να διατηρείται σε κανονικά επίπεδα για να εξασφαλίζεται η μακρόχρονη και απρόσκοπτη λειτουργία της. Για τους λόγους αυτούς, η πρόβλεψη κατά το σχεδιασμό του ανάλογου μεγέθους της δεξαμενής και των κατάλληλων χειρισμών στα απόβλητα πριν την είσοδό τους σε αυτήν είναι η απαραίτητη προϋπόθεση για τη μακρόχρονη και χωρίς προβλήματα αποδοτική λειτουργία της για διάστημα χρόνων. Η ισορροπία των μικροοργανισμών μιας ΑΧΑΔ, που λειτουργεί σωστά, κύριο εξωτερικό γνώρισμα της οποίας είναι ο μεγάλος αριθμός φυσαλίδων, που αναδύονται συνεχώς από την υγρή επιφάνειά της, μπορεί να διαταραχθεί από τη μεταβολή διαφόρων παραγόντων, όπως η θερμοκρασία, η ποσότητα και η σύσταση των αποβλήτων, σε συνδυασμό με τη συχνότητα διοχέτευσής τους στη δεξαμενή και τέλος, η συγκέντρωση διαφόρων κατιόντων (συγκεκριμένα Νa +, Κ +, Ca ++, Mg ++, NH 4+ ), βαρέων μετάλλων (Cu, Zn κλπ) και τυχόν τοξικών ουσιών (αντιβιοτικών, απολυμαντικών, φαρμάκων κλπ). Η παρουσία (συγκέντρωση) των κατιόντων στα υγρά, εκφρασμένη ως ηλεκτρική αγωγιμότητα, έχει ιδιαίτερη σημασία για μια ΑΧΑΔ, ιδιαίτερα, κατά το καλοκαίρι, που οι θερμοκρασίες ευνοούν την εξάτμιση του υγρού περιεχομένου της, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση αλάτων και την αύξηση της τιμής της ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Ως εκ τούτου, συνιστάται η παρακολούθηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας στα υγρά των ΑΧΑΔ, κατά τη θερινή περίοδο, ιδιαίτερα στις ξηροθερμικές περιοχές της χώρας. Αν διαπιστωθούν τιμές πάνω από μs/cm, θα πρέπει να παίρνονται μέτρα αραίωσης του περιεχομένου της δεξαμενής, όπως π.χ. η χρησιμοποίηση περισσότερου νερού στα αποχετευτικά κανάλια ή συχνότερου πλυσίματος των στάβλων κλπ. Η τιμή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των υγρών θα πρέπει να λαμβάνεται επίσης υπόψη και κατά τη διάθεση των υγρών στο έδαφος για τη λίπανση καλλιεργειών. Για το λόγο αυτό, αλλά και το γεγονός ότι τα υγρά περιέχουν, εν διαλύσει, σημαντικές ποσότητες θρεπτικών στοιχείων, δε συνιστάται η εφαρμογή τους με σκοπό την κάλυψη των αναγκών των φυτών σε νερό άρδευσης, αλλά των αναγκών τους σε λίπανση, με βάση το θρεπτικό στοιχείο, που εμφανίζεται με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση στα υγρά. Συνιστάται όμως η διάθεσή τους να 127

10 συμπληρώνεται με νερό άρδευσης για μείωση κατά το δυνατό της ηλεκτρικής τους αγωγιμότητάς. Θερμοκρασίες υγρών πάνω από 15 ο C θεωρούνται ευνοϊκές για την επιθυμητή δραστηριοποίηση των μικροοργανισμών (διάγραμμα 2.3). Για την επίτευξη του καλύτερου δυνατού αποτελέσματος θα πρέπει η ρίψη των αποβλήτων στην ΑΧΑΔ να είναι καθημερινή και, κατά το δυνατό, σταθερή σε όγκο και σύσταση. Σε μια καλά λειτουργούσα ΑΧΑΔ, οι οσμές (κύρια αμμωνίας) συγκρατούνται στα ελάχιστα δυνατά επίπεδα, είναι εποχιακού χαρακτήρα και συνήθως δεν ανιχνεύονται σε απόσταση μεγαλύτερη των m από τη δεξαμενή. Έντονη δυσοσμία σημαίνει ότι η δεξαμενή δε λειτουργεί καλά και θα πρέπει να μειωθούν οι ποσότητες υγρών, που πέφτουν σε αυτήν και να προστεθεί νερό ή ότι δεν έχει σχεδιαστεί επαρκώς. Εκεί όπου η έκλυση χαμηλής έντασης οσμών, έστω και εποχιακών, μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα, το επιφανειακό στρώμα του υγρού περιεχομένου της δεξαμενής είναι δυνατό να διατηρηθεί σε αερόβια κατάσταση με συνεχή ανατάραξη των υγρών (εφαρμογή επιφανειακού καταιονισμού από τα ίδια τα υγρά με σύστημα τεχνητής βροχής) σε βάθος 0,30-0,50 m. Κάτω από το επιφανειακό αερόβιο στρώμα των υγρών εξακολουθούν να επικρατούν οι επιθυμητές, αμιγώς αναερόβιες συνθήκες και η έλλειψη φωτός. Η ποσότητα των αντιβιοτικών, απολυμαντικών και άλλων παρασκευασμάτων, που χρησιμοποιούνται για την υγιεινή των ζώων και την απολύμανση των χώρων διαβίωσής τους, μπορεί να επηρεάσει δυσμενώς τη δραστηριότητα των μικροοργανισμών μιας ΑΧΑΔ, όταν ξεπεράσει για κάποιο λόγο τα επιτρεπτά επίπεδα. Από τη μέχρι σήμερα εμπειρία προκύπτει ότι, όπου δεν γίνεται υπερβολική και απρογραμμάτιστη χρήση των παραπάνω ουσιών, δεν υπάρχει ουσιαστικός κίνδυνος για την απρόσκοπτη δραστηριότητα των μικροοργανισμών. Σ αυτό συμβάλλει καθοριστικά και η μεγάλη σχετικά αραίωση των αποβλήτων μέσα στη δεξαμενή. Στην αρχή της λειτουργίας της μια καινούργια ΑΧΑΔ συνιστάται να γεμίζει μέχρι το 30-40% της χωρητικότητάς της με νερό και στη συνέχεια, να προστίθενται σε αυξανόμενες βαθμιαία δόσεις τα υγρά απόβλητα, μέχρι το συνολικό ημερήσιο όγκο τους. Η έναρξη λειτουργίας μιας ΑΧΑΔ συνιστάται να γίνεται, κατά προτίμηση, την άνοιξη, ώστε οι ζεστοί μήνες, που θα ακολουθήσουν, να ευνοήσουν την εκδήλωση έντονης βιολογικής δραστηριότητας μέσα σε αυτή. Στη φάση του ξεκινήματος θα πρέπει το ph των υγρών να διατηρείται πάνω από 7,0 για διασφάλιση της ομαλής πορείας της βιολογικής διεργασίας και, ως εκ τούτου, ελαχιστοποίησης των οσμών. 128

11 2.2 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΩΝ ΑΝΟΙΧΤΩΝ ΧΩΜΑΤΙΝΩΝ ΑΝΑΕΡΟΒΙΩΝ ΔΕΞΑΜΕΝΩΝ Στις ΑΧΑΔ, ο κύριος στόχος είναι η απρόσκοπτη ανάπτυξη και δράση των αναερόβιων μικροοργανισμών, η επαρκής αποθήκευση των αποβλήτων και παράλληλα, η ελαχιστοποίηση των οσμών, μέχρις ότου οι καιρικές συνθήκες επιτρέψουν την προγραμματισμένη διάθεση των υγρών για λίπανση - άρδευση καλλιεργειών ή σε εδαφικό - φυτικό φίλτρο ανάπτυξης αυτοφυών, χωρίς απορροή. Διάγραμμα 2.3 Επίδραση της θερμοκρασίας στη βιολογική δραστηριότητα μιας ΑΧΑΔ [White, 1977]. Διάγραμμα 2.4 Διακύμανση της βιολογικής δραστηριότητας με την ηλεκτρική αγωγιμότητα, στα υγρά μιας ΑΧΑΔ αποβλήτων χοιροστασίου [Γεωργακάκης κ.ά., 1986]. 129

12 Για καλύτερα αποτελέσματα, ιδιαίτερα στα χοιροστάσια, συνιστάται η κατασκευή δύο συνεχόμενων ΑΧΑΔ. Αντίθετα, στα βουστάσια γαλακτοπαραγωγής συνιστάται συνήθως η κατασκευή μιας μονής ΑΧΑΔ, λόγω του μικρού σχετικά όγκου υγρών αποβλήτων, που παράγονται. Στη περίπτωση των δύο συνεχόμενων ΑΧΑΔ, τα υγρά της πρώτης εισέρχονται με υπερχείλιση στη δεύτερη δεξαμενή, όπου και αποθηκεύονται. Στην πρώτη δεξαμενή γίνεται κυρίως η αναερόβια χώνευση των υγρών, ενώ στην δεύτερη, κυρίως η αποθήκευση των υγρών και παράλληλα, συμπληρώνεται η αναερόβια χώνευσή τους. Στην περίπτωση της μονής ΑΧΑΔ, τόσο η αναερόβια χώνευση, όσο και η αποθήκευση των υγρών διενεργούνται ταυτόχρονα μέσα στην ίδια δεξαμενή. Α. Υπολογισμός του όγκου και των διαστάσεων των ανοιχτών αναερόβιων δεξαμενών Η χωρητικότητα μιας ανοιχτής αναερόβιας δεξαμενής, απλής ή διπλής, που προορίζεται για την επεξεργασία και αποθήκευση υγρών κτηνοτροφικών αποβλήτων, καθορίζεται από το άθροισμα τεσσάρων επί μέρους όγκων : του μόνιμου όγκου, του όγκου των υγρών διαχωρισμού, του όγκου νερών βροχής και του όγκου ασφάλειας. 1) Μόνιμος όγκος Είναι ο όγκος, που απαιτείται για απρόσκοπτη ανάπτυξη και δράση των αναερόβιων μικροοργανισμών και ο όγκος, που καταλαμβάνεται από το ίζημα, που προκύπτει κατά την παραμονή των αποβλήτων στη δεξαμενή. Το μέγεθος του μόνιμου όγκου είναι καθοριστικό για την απόδοση και την οικονομικότητα του συστήματος. Μεγάλες τιμές μόνιμου όγκου επιτρέπουν μακρόχρονη αποθήκευση ιζημάτων και υψηλή απόδοση στην ελάττωση οσμών και ρυπαντικού φορτίου με μηδενικό σχεδόν κόστος λειτουργίας και παρακολούθησης, αλλά υψηλό σχετικά κόστος κατασκευής. Αντίθετα, μικρές τιμές μόνιμου όγκου επιτρέπουν οικονομικότερες κατασκευές, αλλά μικρότερη απόδοση του συστήματος ή απαιτούν συστηματικότερη παρακολούθηση και επεμβάσεις για διατήρηση του επιθυμητού βαθμού απόδοσης. Τέτοιες επεμβάσεις είναι η επιφανειακή ανάδευση, η ανακύκλωση υγρών, η συχνότερη απομάκρυνση μέρους από το συσσωρευμένο ίζημα κλπ., που με τη σειρά τους, αυξάνουν το κόστος λειτουργίας. Είναι λοιπόν απαραίτητο σε κάθε περίπτωση, η εξεύρεση της χρυσής τομής - κύρια αποστολή του μελετητή - ώστε να εξασφαλίζεται η απόδοση του συστήματος με τον απλούστερο και οικονομικότερο τρόπο. Μόνιμος όγκος = Παράμετρος υπολογισμού (Πίνακας 2.2) x Ολικό ζωντανό βάρος (kg) x Ποσοστό ρυπαντικού φορτίου, που φτάνει στη δεξαμενή (%) (Υποσημείωση 2.1) x Ποσοστό όγκου αποβλήτων, που φτάνει στη δεξαμενή (%) (Υποσημείωση 2.2) 130

13 Υποσημείωση 2.1 Το ποσοστό είναι εκείνο, που απομένει, αν από το σύνολο του ρυπαντικού φορτίου των παραγόμενων αποβλήτων, αφαιρεθεί το ποσοστό κατά το οποίο ελαττώθηκε το ρυπαντικό φορτίο (εκφρασμένο ως BOD 5 ή COD) των αποβλήτων, από τυχόν προεπεξεργασία τους, όπως π.χ. απομάκρυνση στερεών με καθίζηση ή μηχανικό διαχωρισμό, τυχόν αναερόβια χώνευση για παραγωγή μεθανίου κλπ. Υποσημείωση 2.2 Το ποσοστό είναι εκείνο, που απομένει, αν από το σύνολο του όγκου των παραγόμενων αποβλήτων, αφαιρεθεί το ποσοστό απώλειας όγκου υγρών, κατά τη διακίνηση των αποβλήτων από τα κτίρια μέχρι την ανοιχτή αναερόβια δεξαμενή, λόγω των διαφόρων χειρισμών, όπως π.χ. μηχανικός διαχωρισμός, υπολείμματα αποβλήτων στο στάβλο, που για διάφορους λόγους, δε διοχετεύονται τελικά στην αναερόβια δεξαμενή. Το ποσοστό αυτό αφορά στο σύνολο των αποβλήτων για το επιθυμητό χρονικό διάστημα παραμονής τους στη δεξαμενή. Διάγραμμα 2.5 Κάτοψη ενός συστήματος δύο συνεχόμενων ανοιχτών αναερόβιων δεξαμενών [Γεωργακάκης, 1998] ΠΙΝΑΚΑΣ 2.2. Παράμετρος υπολογισμού μόνιμου όγκου. Χοιρινά Μοσχάρια Αγελάδες Πουλερικά 0,022-0,031 0,026-0,037 0,040-0,056 0,040-0,056 Η ποσότητα των υγρών, που αντιστοιχεί στο μόνιμο όγκο παραμένει σταθερή σε όλη τη διάρκεια λειτουργίας της δεξαμενής. Η σταθερότητα αυτή επιτυγχάνεται, είτε με αποφυγή άντλησης των υγρών του όγκου αυτού, κατά τη λήψη των υγρών της δεξαμενής για διάθεση στον αποδέκτη (περίπτωση απλής δεξαμενής), είτε με σύστημα συνεχούς υπερχείλισης προς τη δεύτερη δεξαμενή (περίπτωση διπλής δεξαμενής). Το μέγεθος του μόνιμου όγκου καθορίζεται από το βάρους του ζωϊκού πληθυσμού και τη μέση θερμοκρασία του αέρα στην περιοχή, κατά τη διάρκεια του ετήσιου κύκλου. Εκφράζεται ως παράμετρος υπολογισμού και λαμβάνεται από τον Πίνακα 2.2. Η τιμή του μόνιμου όγκου διορθώνεται στη συνέχεια, ανάλογα με τους χειρισμούς και την τυχόν επεξεργασία, που υφίστανται τα απόβλητα, πριν εισέλθουν στην ανοιχτή αναερόβια δεξαμενή. Ο μόνιμος όγκος μπορεί να ελαττωθεί σε ορισμένες περιπτώσεις, όταν συντρέχουν οι προϋποθέσεις (μεγάλες μονάδες, έλλειψη χώρου, δυσμενείς εδαφικές συνθήκες), ακόμα και μέχρι 60% της αρχικής του τιμής, αν το ποσοστό του μειούμενου όγκου αντικατασταθεί με 131

14 ισοδύναμη ημερήσια επιστροφή "καθαρών" υγρών από το τελικό στάδιο επεξεργασίας, ως εξής: Ημερήσια επιστροφή υγρών) = Επιθυμητή ελάττωση (%) του μόνιμου όγκου / 100 x (μέχρι 60 % του αρχικού) Αρχική τιμή του μόνιμου όγκου x (m 3 ) 6 / 365 Διάγραμμα 2.6 Οι επί μέρους όγκοι, που καθορίζουν τη χωρητικότητα μιας μονής ή διπλής ανοιχτής αναερόβιας δεξαμενής [Γεωργακάκης, 1998]. 2) Όγκος υγρών διαχωρισμού Είναι ο τελικός όγκος των παραγόμενων καθημερινά υγρών αποβλήτων στη μονάδα (μίγμα κοπριάς, ούρων και νερού), μετά την απομάκρυνση των χονδρόκοκκων αιωρούμενων συστατικών στο μηχανικό διαχωριστή. Το νερό προέρχεται από το πλύσιμο των χώρων εκτροφής των ζώων, από τυχόν διαρροές του συστήματος ύδρευσης και από τη βροχή, που πέφτει σε ανοιχτά προαύλια άσκησης των ζώων και σε στέγες κτιριακών εγκαταστάσεων (όπου δεν προβλέπονται υδρορροές). 132

15 Ο υπολογισμός του όγκου αυτού βασίζεται στη μέγιστη αναμενόμενη βροχόπτωση της δεκαετίας, που πέφτει στους ανοιχτούς χώρους της μονάδας και τον ημερήσιο τελικό όγκο των υγρών αποβλήτων, που καταλήγουν στην ΑΧΑΔ, μετά τη διέλευσή τους από το μηχανικό διαχωριστή. Ο όγκος αυτός δίνεται από τη σχέση : Όγκος υγρών διαχωρισμού Ημερήσιος τελικός όγκος υγρών αποβλήτων Ποσοστό όγκου υγρών αποβλήτων, που φτάνει στην ΑΧΑΔ Χρόνος αποθήκευσης στην ΑΧΑΔ Ύψος μέγιστης βροχόπτωσης δεκαετίας Επιφάνεια τυχόν ακάλυπτων χώρων στάβλου Ποσοστό επιφανειακής απορροής m 3 = [m 3 x (%) / 100 x ημέρες] + [m x m 2 x (%) / 100] Υποσημείωση 2.3 Το ύψος της μέγιστης βροχόπτωσης μπορεί να προσδιοριστεί από το γινόμενο 1,3 x μέση ετήσια βροχόπτωση της περιοχής (Οικονόμου, 1981). Στην περίπτωση, που το μεταξύ δύο διαδοχικών αντλήσεων διάστημα είναι μικρότερο από 12 μήνες, για τον υπολογισμό της μέγιστης βροχόπτωσης λαμβάνεται το διάστημα μεταξύ 2 αντλήσεων με το μεγαλύτερο ύψος βροχής μέσα στην ίδια χρονιά. Υποσημείωση 2.4 Ως ποσοστό επιφανειακής απορροής λαμβάνεται το 100% του ύψους βροχής για δάπεδα από σκυρόδεμα και το 70% για φυσικό έδαφος, με την προϋπόθεση ότι η βροχόπτωση είναι πάνω από 13 mm (MWPS - 18, 1975). Το άθροισμα των δύο προαναφερθέντων επί μέρους όγκων δίνει το βασικό όγκο στην περίπτωση μονής δεξαμενής : Βασικός όγκος δεξαμενής = (m 3 ) Μόνιμος όγκος + (m 3 ) Όγκος υγρών διαχωρισμού (m 3 ) Στην περίπτωση δύο συνεχόμενων δεξαμενών, ο βασικός όγκος της πρώτης ταυτίζεται με το μόνιμο όγκο, μειωμένο κατά 15-30%. Η μείωση αυτή προστίθεται στο βασικό όγκο της δεύτερης δεξαμενής, ο οποίος περιλαμβάνει μόνο τον όγκο των υγρών διαχωρισμού. 3) Όγκος νερών βροχής Είναι ο όγκος των νερών της βροχής, που πέφτει: α) απ ευθείας στην επιφάνεια της δεξαμενής (περίπτωση μονής δεξαμενής) και β) απ ευθείας στη δεύτερη δεξαμενή και επί πλέον, στην πρώτη και καταλήγει με υπερχείλιση στη δεύτερη επίσης (περίπτωση δύο συνεχόμενων δεξαμενών). 133

16 4) Όγκος ασφάλειας Επί πλέον των παραπάνω όγκων, για την αποφυγή ανεπιθύμητων υπερχειλίσεων και, ως εκ τούτου, καταστροφής, λόγω διάβρωσης των χωμάτινων τοιχωμάτων, προβλέπεται ένα περιθώριο όγκου, πάνω από τη μέγιστη στάθμη των υγρών (χειμώνα), ο οποίος διαμορφώνεται με προσαύξηση της μέγιστης στάθμης των υγρών της δεξαμενής, κατά 1,0 m περίπου. Συνολικός όγκος δεξαμενής Περίπτωση 1 η : α) μονή δεξαμενή : Ο συνολικός όγκος της δεξαμενής είναι το άθροισμα του βασικού όγκου (μόνιμου όγκου και όγκου υγρών διαχωρισμού), του όγκου νερών βροχής και του όγκου ασφάλειας και β) η δεύτερη δεξαμενή, αν πρόκειται για δύο συνεχόμενες δεξαμενές: Ο συνολικός όγκος της δεξαμενής είναι το άθροισμα του βασικού όγκου (15-30% του μόνιμου όγκου και ο όγκος των υγρών διαχωρισμού), του όγκου νερών βροχής και του όγκου ασφάλειας: Συνολικός όγκος = Βασικός όγκος + Όγκος νερών + Όγκος δεξαμενής (m 3 ) δεξαμενής (m 3 ) βροχής (m 3 ) ασφάλειας (m 3 ) Περίπτωση 2 η : Η πρώτη δεξαμενή, αν πρόκειται για δύο συνεχόμενες δεξαμενές Στη περίπτωση αυτή ο συνολικός όγκος είναι το άθροισμα του βασικού όγκου (μόνιμου όγκου μειωμένου κατά 15-30%) και του όγκου ασφάλειας : Συνολικός όγκος = Βασικός όγκος + Όγκος δεξαμενής (m 3 ) δεξαμενής (m 3 ) ασφάλειας (m 3 ) - Προσδιορισμός διαστάσεων Για τον προσδιορισμό των διαστάσεων μιας ΑΧΑΔ χρησιμοποιούνται οι παρακάτω σχέσεις, οι οποίες προέκυψαν από τις σχέσεις υπολογισμού του όγκου και των διαστάσεων μιας ισοσκελούς κωλούρου πυραμίδας : β 1 = β 2-2kh ολ β 2 = β 1 +2kh α 1 = [V / [h x (β 2 - kh)]] - kh (2.2) α 2 = α 1 + 2kh ολ α 2 = α 1 + 2kh όπου: k = η κλίση των τοιχωμάτων (πρανών) της δεξαμενής = (α 2 - α 1) / 2h = (β 2 - β 1) / 2h 134

17 h ολ = το συνολικό βάθος της δεξαμενής και h το ύψος της στάθμης των υγρών μέσα στη δεξαμενή, σε m. Στην περίπτωση μονής δεξαμενής ή της δεύτερης δεξαμενής, στην περίπτωση δύο συνεχόμενων δεξαμενών, ισχύει : h = h ολ - h ασφ - h βρ. Για την πρώτη δεξαμενή, στην τελευταία περίπτωση, ισχύει : h = h ολ - h ασφ, όπου : h ασφ = ύψος ασφάλειας και h βρ = μέγιστο ύψος βροχής, σε m. V = ο όγκος των υγρών της δεξαμενής (αντιστοιχεί στο ύψος h). α 1,β 1 = διαστάσεις πυθμένα και α 2,β 2 = άνω διαστάσεις δεξαμενής (κορυφή τοιχωμάτων). α 2,β 2 = διαστάσεις υγρής επιφάνειας στο ύψος της στάθμης των υγρών (h) Οι τιμές των α 2 και β 2 χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο του όγκου των υγρών (V) της δεξαμενής με εφαρμογή τους στη σχέση : Υποσημείωση 2.5 : V = (h/3) x [α 2 x β 2 + α 1 x β 1 + (α 2 x β 2 x α 1 x β 1) 0,5 ] Με την ίδια ως άνω σχέση μπορεί να υπολογιστεί επίσης ο συνολικός όγκος (V ολ) εκσκαφής, αν η τιμή του h αντικατασταθεί με την τιμή h ολ και οι τιμές των α 2 και β 2 αντικατασταθούν με τις τιμές των α 2 και β 2. Υποσημείωση 2.6 : Στις περιπτώσεις που η κλίση των αναχωμάτων του υπέργειου τμήματος της δεξαμενής είναι διαφορετική από την κλίση των τοιχωμάτων του υπόγειου τμήματος, η εφαρμογή των ως άνω σχέσεων γίνεται χωριστά για κάθε τμήμα (δίνοντας διαφορετικές τιμές στους επί μέρους όγκους, που απαρτίζουν τη δεξαμενή, μέχρι να διαμορφωθούν κοινές διαστάσεις του πυθμένα του υπέργειου τμήματος (α 1,β 1) και της κορυφής (άνω μέρους) του υπόγειου τμήματος (α 2,β 2 = α 2,β 2 ) της δεξαμενής. Τυχόν διαθέσιμα στοιχεία εξάτμισης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μείωση του απαιτούμενου συνολικού όγκου της δεξαμενής. Για λόγους ασφαλείας, αλλά και, λόγω έλλειψης συνήθως επαρκών στοιχείων εξάτμισης, μπορεί να παραλείπεται, κατά περίπτωση, το ύψος εξάτμισης των υγρών στους υπολογισμούς. Γενικά, σε μικρού και μεσαίου μεγέθους κτηνοτροφικές μονάδες, η επιλογή κατασκευής μονής δεξαμενής είναι εξίσου ρεαλιστική (ιδιαίτερα σε βουστάσια γαλακτοπαραγωγής), όσο και η επιλογή κατασκευής δύο συνεχόμενων δεξαμενών (ιδιαίτερα σε χοιροστάσια). Αντίθετα στις μεγάλες μονάδες, η επιλογή κατασκευής δύο συνεχόμενων δεξαμενών θα πρέπει να αποτελεί τον κανόνα σε όλες σχεδόν τις περιπτώσεις, ιδιαίτερα στα χοιροστάσια. Β. Απόδοση της ΑΧΑΔ στην επεξεργασία των υγρών αποβλήτων κτηνοτροφικών μονάδων Η επεξεργασία των υγρών κτηνοτροφικών αποβλήτων με το σύστημα της ανοιχτής αναερόβιας δεξαμενής είναι εξίσου αποτελεσματική με εκείνη της αερόβιας βιολογικής επεξεργασίας, όταν η τελευταία εφαρμόζεται σωστά. 135

18 Η διαφορά τους έγκειται κύρια στο συνολικό κόστος εγκατάστασης και λειτουργίας, όπου σημαντικά οικονομικότερο είναι το σύστημα της ανοιχτής αναερόβιας δεξαμενής για μικρές ή μεσαίες μονάδες. Για τις μεγάλες μονάδες το κόστος εγκατάστασης των δύο συστημάτων συγκλίνει, ενώ, όσον αφορά στο κόστος λειτουργίας, το σύστημα της ανοιχτής αναερόβιας δεξαμενής εξακολουθεί να είναι σημαντικά μικρότερο. Στους Πίνακες 2.3 και 2.4 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα διετούς έρευνας του Εργαστηρίου Γεωργικών Κατασκευών, πάνω στη λειτουργία των ΑΧΑΔ σε δύο αντιπροσωπευτικά χοιροστάσια (Γεωργακάκης κ.ά., 1985). Τα στοιχεία που προέκυψαν, αν και περιορισμένα, παρέχουν μία πολύ ενθαρρυντική εικόνα για την αποτελεσματικότητα του συστήματος στη χώρα μας. Στον Πίνακα 2.3 παρουσιάζονται επίσης και στοιχεία συγκριτικά με αντίστοιχα της βιβλιογραφίας, από όπου συμπεραίνεται η καλή απόδοση των ανοιχτών αναερόβιων δεξαμενών στην επεξεργασία των υγρών αποβλήτων χοιροτροφικών μονάδων. Στο χοιροστάσιο δυναμικότητας 500 χοιρομητέρων - βιομηχανικού τύπου - γινόταν χρήση άφθονου νερού για τον καθαρισμό των χώρων εκτροφής των ζώων, ενώ στο χοιροστάσιο δυναμικότητας 100 χοιρομητέρων γινόταν περιορισμένη χρήση νερού. Και στις δύο περιπτώσεις, χαρακτηριστικές για ελληνικά χοιροστάσια, η λειτουργία των δεξαμενών υπήρξε εξίσου ικανοποιητική, χαρακτηριζόμενη από έντονη παραγωγή φυσαλίδων και ελάχιστη έκλυση οσμών. Η ελάχιστη έκλυση οσμών, που παρατηρήθηκε σε σταθερή ένταση, σχεδόν όλο το χρόνο, σε αντίθεση με τις εποχιακές αυξημένες οσμές, που αναφέρονται στη βιβλιογραφία (White, 1977), συνηγορεί υπέρ της άποψης, ότι το σύστημα των ανοιχτών αναερόβιων δεξαμενών προσαρμόζεται ιδιαίτερα στη χώρα μας και γενικότερα στις μεσογειακές χώρες, λόγω των ευνοϊκών κλιματικών συνθηκών (μικρή ετήσια διακύμανση θερμοκρασίας). Το γεγονός αυτό επηρεάζει και το μέγεθος των απαιτούμενων δεξαμενών, οδηγώντας έτσι σε οικονομικότερες ατασκευές. Πίνακας 2.3 Βαθμός ελάττωσης του φορτίου ρύπανσης υγρών αποβλήτων χοιροστασίων με το σύστημα της ανοιχτής αναερόβιας δεξαμενής. Παράμετρος Ολικά στερεά (%) Πτητικά στερεά (%) Χημική ζήτηση Ο 2 (%) 100 χοιρομητέρες 500 χοιρομητέρες Βιβλιογραφικές τιμές (White, 1977) 84,98 85, ,04 86, ,02 89,

19 Πίνακας 2.4 Τιμές παραμέτρων στα υγρά εκροής αποβλήτων χοιροστασίων μετά τη διέλευσή τους από σύστημα δύο συνεχόμενων ανοιχτών αναερόβιων δεξαμενών. Α. Χοιροστάσιο 500 χοιρομητέρων (Βοιωτία, ) Περίοδος Φθινοπωρινή Χειμερινή Ανοιξιάτικη Καλοκαιρινή Ετήσια Ολικά στερεά (% κ.β.) 0,35 0,36 0,34 0,34 0,35 Πτητικά στερεά (% κ.β.) 0,14 0,17 0,16 0,15 0,16 COD (mg/l) Hλ. αγωγιμ. (μs/cm) Β. Χοιροστάσιο 100 χοιρομητέρων (Νάξος, ) Περίοδος Φθινοπωρινή Χειμερινή Ανοιξιάτικη Καλοκαιρινή Ετήσια Ολικά στερεά (% κ.β.) 0,22 0,31 0,30 0,34 0,29 Πτητικά στερεά (% κ.β.) 0,17 0,22 0,22 0,20 0,20 COD (mg/l) Hλ. αγωγιμ. (μs/cm)

20 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2.1 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΟΓΚΟΥ ΜΙΑΣ ΜΟΝΗΣ ή ΔΙΠΛΗΣ ΑΝΟΙΧΤΗΣ ΧΩΜΑΤΙΝΗΣ ΑΝΑΕΡΟΒΙΑΣ ΔΕΞΑΜΕΝΗΣ 1. Δυναμικότητα μονάδας σε ισοδύναμα χοιρομητέρων... : 280 χοιρομητέρες 2. Αρχικός όγκος αποβλήτων, που παράγεται καθημερινά από τα ζώα στη μονάδα (μίγμα κοπριάς και ούρων με 10%κ.β. Ο.Σ., από Πίνακα 4.3, Τεύχος 2 ο ) Βάρος ζωϊκού πληθυσμού... : 154 t x 0,058 = 8,93 m 3 /ημέρα 3. Μέση περιεκτικότητα των αποβλήτων σε ολικά στερεά (% του βάρους τους) μετά την αραίωσή τους με νερά πλυσίματος (με εκτίμηση ή με ξήρανση δειγμάτων σε 103 o C για 24 ώρες)... : 3,5% κ.β. 4. Τελικός όγκος αποβλήτων, που παράγεται καθημερινά στη μονάδα (μίγμα κοπριάς, ούρων και νερών) :. : 8,93 x 10 / 3,5 = 25,5 m 3 /ημέρα 5. Επιθυμητός χρόνος διατήρησης των αποβλήτων στην ΑΧΑΔ... : 120 ημέρες 6. Ποσοστό αποβλήτων, που φτάνει στη δεξαμενή... : 90% 7. Συνολική επιφάνεια προαυλίων και στέγης κτιρίων, που απορρέουν βρόχινο νερό προς τη δεξαμενή... : m 2 8. Μέγιστο ύψος βροχής δεκαετίας στην περιοχή (Μέση ετήσια βροχόπτωση x 1,3) mm x 1,3 = : mm 9. Ύψος εξάτμισης στην περιοχή (Μέση ελάχιστη εξάτμιση χειμώνα 10ετίας)... : 400 mm 10. Ελάχιστο βάθος υδατικού ορίζοντα χειμώνα... : 10,0 m 11. Συνολικό βάθος δεξαμενής (h ολ)... : 5,0 m 12. Κλίση τοιχωμάτων (k)... : 1 : 1,5 = 0, Επιθυμητός αριθμός δεξαμενών... : 1 ή Ποσοστό παραμένοντος ρυπαντικού φορτίου στα απόβλητα, μετά τη διέλευσή τους από μηχανικό διαχωριστή και δεξαμενή φυσικής καθί... : 85% 15. Μήκος μιας άνω πλευράς της δεξαμενής (β 2)... : 50,0 m 16. Μέγιστο ύψος στάθμης υγρών στη δεξαμενή (h) : 5,0 m 138

21 Α. ΜΟΝΗ ΔΕΞΑΜΕΝΗ Α 1 Βασικός όγκος Παράμετρος υπολογισμού (από Πίνακα 2.2) Ολικό ζωντανό βάρος (περίπου 550 kg ανά χοιρομητέρα) (kg) Ποσοστό όγκου αποβλήτων, που φτάνει στη δεξαμενή από (6) Πoσοστό φορτίου ρύπανσης, που φτάνει στη δεξαμενή από (14) (m 3 ) 0,030 x x 0,90 x 0,85 = Ημερήσιος όγκος παραγόμενων απoβλήτων ΜΟΝΙΜΟΣ ΟΓΚΟΣ ΔΕΞΑΜΕΝΗΣ Επιθυμητός χρόνος παραμονής των αποβλήτων στη δεξαμενή Ποσοστό όγκου αποβλήτων, που φτάνει στη δεξαμενή από (6) από (4) από (5) (m 3 ) 25,5 x 120 x 0,90 = Καθαρή βροχόπτωση (8) - (9) x Συνολική επιφάνεια ακάλυπτων χώρων στο στάβλο από (7) x Ποσοστό επιφανειακής απορροής (*) 1,0 (*) Ποσοστό απορροής από τσιμεντένιες επιφάνειες = 1,0 ή Ποσοστό απορροής από φυσικό έδαφος = 0,7 = + ΟΓΚΟΣ ΥΓΡΩΝ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ + ΟΓΚΟΣ ΝΕΡΩΝ ΒΡΟΧΗΣ (m 3 ) 704 = ΜΕΡΙΚΟΣ ΟΓΚΟΣ ΜΟΝΗΣ ΔΕΞΑΜΕΝΗΣ (**) (m 3 ) (**) Απομένει να προστεθεί ακόμα ο όγκος ασφάλειας για να προκύψει ο συνολικός όγκος της μονής δεξαμενής Α 2. Διαστάσεις : για h = h ολ h ασφ - h βρ = 6,0-1,0-1,04 = 2,96 m (από σχέσεις 2.2) - Πυθμένα : β 1 = β 2-2kh ολ = 50,0-2 x 0,667 x 5,0 = 43,50 m (στρογγυλοποίηση) α 1 = [V / [h x (β 2 - kh)]] - kh = / (2,96 x (47,5-0,67 x 2,96)] - (0,67x2,96) = 50,0 m (στρογγυλοποίηση) - Υγρής επιφάνειας : β 2 = β 1 + 2kh = 43,5 m + 2 x 0,67 x 2,96 = 47,5 m (στρογγυλοποίηση) α 2 = α 1 + 2kh = 50,0 m + 2 x 0,67 x 2,96 = 54,0 m (στρογγυλοποίηση) - Κορυφής τοιχωμάτων : β 2 = 50,0 m, α 2 = α 1 + 2kh ολ = 50,0 + 2 x 0,667 x 5,0 = 56,5 m (στρογγυλοποίηση) - Επαλήθευση όγκου : V = (h/3) x [α 2 x β 2 + α 1 x β 1 + (α 2 x β 2 x α 1 x β 1) 0,5 ] = m 3 > m 3, άρα αποδεκτές οι διαστάσεις : 50,0 m x 56,5 m (άνω) και 43,5 m x 50,0 m (κάτω). 139

22 Β. ΔΙΠΛΗ ΔΕΞΑΜΕΝΗ Β1. Πρώτη δεξαμενή Β 1.1 Βασικός όγκος = 80% x μόνιμου όγκου = 80% x m 3 = m 3 (μείωση του όγκου κατά 20% και αντίστοιχη προσαύξηση του όγκου της δεύτερης δεξαμενής) B 1.2 Διαστάσεις : για h = h ολ h ασφ = 5,0-1,0 = 4,0 m - Πυθμένα : β 1 = 50,0-2 x 0,667 x 5,0 = 43,5 m (στρογγυλοποίηση) α 1 = / 4,0 (49,0-4,0 x 0,67 - (0,67 x 4,0) = 12,5 m (στρογγυλοποίηση) - Υγρής επιφάνειας : β 1 = β 1 + 2kh = 43,5 m + 2 x 0,67 x 4,0 = 49,0 m (στρογγυλοποίηση) α 1 = α 1 + 2kh = 12,5 m + 2 x 0,67 x 4,0 = 18,0 m (στρογγυλοποίηση) - Κορυφής τοιχωμάτων : β 2 = 50,0 m α 2 = α 1 + 2kh ολ = 12,5 + 2 x 0,667 x 5,0 = 19,0 m (στρογγυλοποίηση) - Επαλήθευση όγκου : V = (h/3) x [α 1 x β 1 + α 1 x β 1 + (α 1 x β 1 x α 1 x β 1) 0,5 ] = m 3 = m 3 άρα αποδεκτές οι διαστάσεις : 50,0 m x 19,0 m (άνω) και 43,5 m x 12,5 m (κάτω) Β2. Δεύτερη δεξαμενή (κοινό τοίχωμα με τη πρώτη δεξαμενή : η πλευρά β 2 = 50,0 m) Β 2.1. Βασικός όγκος = 20% x (50,00 x 19,32) x ( ) / = 4.783m 3 Β 2.2. Διαστάσεις : h = h ολ h ασφ - h βρ = 6,0-1,0-1,04 = 2,96 m (από σχέσεις 2.2) - Πυθμένα : β 1 = β 2-2kh ολ = 50,0 2 x 0,667 x 5 = 43,5 m (στρογγυλοποίηση) α 1 = [V / [h x (β 2 - kh)]] - kh = / 2,96 (47,5-0,67 x 2,96)] - [0,67 x 2,96] = 33,5 m - Υγρής επιφάνειας : β 1 = β 1 + 2kh = 43,5 m + 2 x 0,67 x 2,96 = 47,5 m (στρογγυλοποίηση) α 1 = α 1 + 2kh = 33,5 m + 2 x 0,67 x 2,96 = 37,5 m (στρογγυλοποίηση) - Κορυφής τοιχωμάτων : β 2 = 50,0 m α 2 = α 1 + 2kh ολ = 33,5 + 2 x 0,67 x 5,0 = 40,0 m - Επαλήθευση όγκου : V = (h/3) x [α 1 x β 1 + α 1 x β 1 + (α 1 x β 1 x α 1 x β 1) 0,5 ] = m 3 > m 3, άρα αποδεκτές οι διαστάσεις : 40,0 m x 50,0 m (άνω) και 43,5 m x 33,5 m (κάτω) 140

23 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2.2 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΟΓΚΟΥ ΜΙΑΣ ΜΟΝΗΣ ΑΝΟΙΧΤΗΣ ΧΩΜΑΤΙΝΗΣ ΑΝΑΕΡΟΒΙΑΣ ΔΕΞΑΜΕΝΗΣ ΜΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΗ ΚΛΙΣΗ ΤΟΙΧΩΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΞΥ ΥΠΕΡΓΕΙΟΥ ΚΑΙ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΤΜΗΜΑΤΟΣ Όγκος δεξαμενής : m 3, 1. Υπέργειο τμήμα : Για V = 635 m 3, β 2 = 9,0 m, k = 1/1,5 = 0,67, h = 1,0 m και h ολ = 1,5 m, προκύπτουν οι εξής διαστάσεις : - β 1 = β 2-2kh ολ = 9,0-2,0 = 7,0 m και β 1 = β 1 + 2kh = 7,0 + 1,34 = 8,34 m - α 1 = V / [(h x (β 1 - kh)] - kh = 82,0 m (στρογγυλοποίηση) - α 2 = α 1 + 2kh ολ = 84,0 m και α 1 = α 1 + 2kh = 83,34 m Έλεγχος όγκου (για α 1 = 83,34 β 1 = 8,34 m) : V = (h/3) x [α 1 x β 1 + α 1 x β 1 + (α 1 x β 1 x α 1 x β 1) 0,5 ] = 634 m 3, άρα γίνονται αποδεκτές οι διαστάσεις : 84,0 m x 9,0 m (άνω) και 82,0 m x 7,0 m (κάτω). 2. Υπόγειο τμήμα : V = m m 3 = m 3, β 2 = 7,0 m, k =1/3 = 0,33, h = h ολ = 3,0 m, προκύπτουν οι εξής διαστάσεις : - β 1 = β 2-2kh ολ = 7,0-2,0 = 5,0 m και β 1 = β 1 + 2kh = 5,0 + 2,0 = 7,0 m - α 1 = V / [(h x (β 1 - kh)] - kh = 80,0 m (στρογγυλοποίηση) - α 2 = α 1 + 2kh ολ = 82,0 m και α 1 = α 1 + 2kh = 82,0 m Έλεγχος όγκου (για α 1 = 82,0 β 1 = 7,0 m) : V = (h/3) x [α 1 x β 1 + α 1 x β 1 + (α 1 x β 1 x α 1 x β 1) 0,5 ] = m 3 > m 3, άρα γίνονται αποδεκτές οι διαστάσεις : 82,0 m x 7,0 m (άνω) και 80,0 m x 5,0 m (κάτω). Οι τελικές διαστάσεις της δεξαμενής θα είναι λοιπόν : 1. Υπέργειο τμήμα : 84,0 m x 9,0 m (άνω) και 82,0 m x 7,0 m (κάτω), με κλίση 1 οριζ : 1,5 κατακ. και ολικό ύψος αναχωμάτων 1,5 m 2. Υπόγειο τμήμα : 82,0 m x 7,0 m (άνω) και 80,0 m x 5,0 m (κάτω), με κλίση 1 οριζ.: 3 κατακ. και ολικό βάθος 3,0 m 141

24 Διάγραμμα 2.7 Βροχομετρικός χάρτης της Ελλάδος [Μάρκου κ.ά., 1975] 142