Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας λυμάτων ΙI

Transcript

1 Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας λυμάτων ΙI Π. Σιδηρόπουλος Εργαστήριο Υδρολογίας και Ανάλυσης Υδατικών Συστημάτων Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Π.Θ.

2 Δευτεροβάθμια επεξεργασία αστικών λυμάτων o Η δευτεροβάθμια επεξεργασία των αστικών λυμάτων ακολουθεί συνήθως την πρωτοβάθμια και αποσκοπεί: στη περαιτέρω μείωση του διαλυτού οργανικού φορτίου (BOD), των αιωρούμενωνστερεών (S.S.), ενώ ακόμα μπορεί να στοχεύει στη μείωση των αζωτούχων (Ν) και φωσφορικών (Ρ) ενώσεων, που μπορεί να υπάρχουν στα υγρά απόβλητα. o Με δεδομένο ότι το κυριότερο ρυπαντικό φορτίο στα αστικά λύματα είναι κατά το μεγαλύτερο μέρος (σε ποσοστό περίπου 70 %) οργανικής σύνθεσης, η βιολογική επεξεργασία των υγρών αποβλήτων στηρίζεται στη βιοχημική αποικοδόμηση και μετατροπή των πολύ λεπτών και διαλυμένων οργανικών ουσιών σε συσσωματώματα, τα οποία στη συνέχεια απομακρύνονται με καθίζηση.

3 Δευτεροβάθμια επεξεργασία αστικών λυμάτων o Διακρίνεται ανάλογα με τους μικροοργανισμούς οι οποίοι παίζουν το σπουδαιότερο ρόλο και είναι υπεύθυνοι για τη διάσπαση και τη σταθεροποίηση των οργανικών ουσιών σε: αερόβια, κατά την οποία επιτυγχάνεται διάσπαση και σταθεροποίηση από αερόβιους και επαμφοτερίζοντες μικροοργανισμούς, αναερόβια, κατά την οποία επιτυγχάνεται διάσπαση και σταθεροποίηση από αναερόβιους και επαμφοτερίζοντες μικροοργανισμούς και αερόβια-αναερόβια, κατά την οποία επιτυγχάνεται διάσπαση και σταθεροποίηση και από τα τρία είδη των οργανισμών (αερόβιοι, αναερόβιοι και επαμφοτερίζοντες). o Κατά τη βιολογική διεργασία οι μικροοργανισμοί χρησιμοποιούν ένα μέρος της τροφής (του υποστρώματος) σε διεργασίες αποσύνθεσης, εξασφαλίζοντας την απαιτούμενη για τις λειτουργικές τους ανάγκες ενέργεια, ενώ παράλληλα χρησιμοποιούν ένα άλλο μέρος του υποστρώματος για τη σύνθεση της κυτταρικής τους δομής.

4 Δευτεροβάθμια επεξεργασία αστικών λυμάτων Αερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων o Η απομάκρυνση και η σταθεροποίηση της διαλυμένης και της σωματιδιακής οργανικής ύλης που βρίσκεται στα λύματα επιτυγχάνεται βιολογικά με τη χρήση αερόβιων μικροοργανισμών, κυρίως βακτηρίων. o Οι μικροοργανισμοί λαμβάνουν ενέργεια καταναλώνοντας στοιχειακό οξυγόνο (Ο 2 ) και οξειδώνουν το οργανικό υλικό των αποβλήτων (την τροφή τους) σε διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), νερό (H 2 O) και επιπρόσθετη βιομάζα (νέα κύτταρα).

5 Δευτεροβάθμια επεξεργασία αστικών λυμάτων Αερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων o Τα θρεπτικά συστατικά (Ν και Ρ) απαιτούνται για τη μετατροπή της οργανικής ύλης σε απλά τελικά προϊόντα. o Ο όρος νέα κυτταρική μάζα χρησιμοποιείται για να αναπαραστήσει τη βιομάζα που παράγεται ως αποτέλεσμα της οξείδωσης της οργανικής ύλης των υγρών αποβλήτων. o Η αμμωνία (ΝΗ 3 ) που υπάρχει στα απόβλητα οξειδώνεται από ειδικά βακτήρια σε νιτρώδη (NO 2- ) και νιτρικά (NO 3- ) άλατα σε μια διαδικασία η οποία ονομάζεται νιτροποίηση και τα νιτρικά άλατα μετατρέπονται από άλλα ειδικά βακτήρια σε αέριο άζωτο (Ν 2 ) σε μια διαδικασία η οποία ονομάζεται απονιτροποίηση. o Έτσι απομακρύνεται το άζωτο από τα απόβλητα. o Για την απομάκρυνση του φωσφόρου, οι βιολογικές διεργασίες διαμορφώνονται έτσι ώστε να προάγουν την ανάπτυξη βακτηρίων με την ικανότητα να απορροφούν και να αποθηκεύουν μεγάλα ποσά ανόργανου φωσφόρου.

6 Δευτεροβάθμια επεξεργασία αστικών λυμάτων Αερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων o Η μέθοδος της αερόβιας επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων βασίζεται στην ανάμιξη και τον αερισμό των αποβλήτων υπό συνθήκες που επιτρέπουν την επικράτηση κατάλληλων αερόβιων μικροοργανισμών, σε βιοαντιδραστήρες, όπου τα διαλυτά και κολλοειδή ρυπαντικά φορτία (εκπεφρασμένα ως οργανικό φορτίο μετρούμενο με το ΒΟD 5, ολικό άζωτο, ολικός φώσφορος κ.λ.π.) μετατρέπονται σε προϊόντα αποσύνθεσης (CO 2, N 2 ) και προϊόντα σύνθεσης (νέα κυτταρική μάζα), τα οποία μπορούν εύκολα να διαχωριστούν και να απομακρυνθούν από την υγρή φάση. o Η βιομάζα που παράγεται έχει σχετική πυκνότητα ελαφρώς μεγαλύτερη απ αυτή του νερού και μπορεί να απομακρυνθεί από τα επεξεργασμένα υγρά απόβλητα με καθίζηση με βαρύτητα στις δεξαμενές τελικής καθίζησης. o Εάν δεν απομακρυνθεί δεν επιτυγχάνεται ολοκληρωμένη επεξεργασία γιατί η βιομάζα είναι εκ φύσεως οργανικό υλικό και θα προσμετρηθεί ως BOD 5 στην εκροή. o Οι βιοαντιδραστήρες σχεδιάζονται κατάλληλα, ώστε να παρέχουν ιδανικές συνθήκες ανάπτυξης των μικροοργανισμών (θερμοκρασία, ph, συγκέντρωση οξυγόνου, αλκαλικότητα, ανάδευση, κ.α.) και διαστασιολογούνται από την ένταση και το είδος των διεργασιών (αερόβιοι, αναερόβιοι) ενώ οι δεξαμενές καθίζησης είναι κοινές σε όλες τις περιπτώσεις.

7 Δευτεροβάθμια επεξεργασία αστικών λυμάτων Αναερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων o Κατά την αναερόβια διεργασία η βιολογική αποικοδόμηση του οργανικού υλικού πραγματοποιείται απουσία οξυγόνου με τη δράση αναερόβιων μικροοργανισμών, οι οποίοι αναπτύσσονται χρησιμοποιώντας ως πηγή ενέργειας τις οργανικές ενώσεις. Τα βασικότερα προϊόντα της αναερόβιας διεργασίας, είναι μεθάνιο (CH 4 ), διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), υδρόθειο (H 2 S), υδρογόνο (Η 2 ), αμμωνία (ΝΗ 3 ) και αναερόβια βιομάζα. o Η δημιουργία των προϊόντων εξαρτάται από τις συνθήκες λειτουργίας, τα χαρακτηριστικά της τροφοδοσίας και τα εμπλεκόμενα είδη των μικροοργανισμών.

8 Δευτεροβάθμια επεξεργασία αστικών λυμάτων Αναερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων o Η αναερόβια αποικοδόμηση είναι μια πολύ αργή και ευαίσθητη διαδικασία στην οποία συμμετέχουν υποχρεωτικά αναερόβιοι μικροοργανισμοί όπως τα αρχαιοβακτήρια και τα μεθανοβακτήρια, τα οποία χαρακτηρίζονται από πολύ χαμηλούς ρυθμούς ανάπτυξης, καθώς και μύκητες και πρωτόζωα. o Τα θετικά της αναερόβιας διαδικασίας είναι: η παραγωγή μεθανίου (CH 4 ), το οποίο μαζί με το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) συνθέτει το βιοαέριο, δεν απαιτείται αερισμός, επιτυγχάνεται αποικοδόμηση δύσκολα βιοαποικοδομήσιμων ουσιών υπάρχει πολύ χαμηλή παραγωγή ιλύος. o Αναερόβια επεξεργασία εφαρμόζεται ως επί το πλείστον για τη χώνευση ή ζύμωση της ιλύος η οποία προκύπτει από τα συστήματα καθίζησης και για την επεξεργασία πυκνών βιομηχανικών ή άλλων αποβλήτων.

9 Δευτεροβάθμια επεξεργασία αστικών λυμάτων Αναερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων o Η διεργασία αποικοδόμησης πραγματοποιείται σε δυο στάδια από διαφορετικές ομάδες μικροοργανισμών. 1. Στο πρώτο στάδιο γίνεται υδρόλυση και ζύμωση των σύνθετων οργανικών ενώσεων με παραγωγή απλών οργανικών οξέων από επαμφοτερίζοντα και αναερόβια βακτήρια, 2. Στο δεύτερο στάδιο μετατρέπονται τα οργανικά οξέα σε μεθάνιο (CH 4 ) και διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) από αναερόβια βακτήρια. o Λεπτομερέστερη περιγραφή των διεργασιών δίνεται στο κεφάλαιο που αφορά την αναερόβια χώνευση της ιλύος.

10 Δευτεροβάθμια επεξεργασία αστικών λυμάτων Αερόβια - αναερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων o Πρόκειται για συστήματα μικτής επεξεργασίας η οποία πραγματοποιείται σε δεξαμενές ή λίμνες σταθεροποίησης, όπου: στο ανώτερο στρώμα διατηρούνται αερόβιες συνθήκες εξαιτίας του ατμοσφαιρικού οξυγόνου ή του παραγόμενου από τα φύκια οξυγόνου με τη διεργασία της φωτοσύνθεσης, στο κατώτερο στρώμα όπου δεν διεισδύει το φως επικρατούν αναερόβιες συνθήκες. o Οι δεξαμενές σταθεροποίησης είναι σχετικά μικρού βάθους λεκάνες με επίπεδο πυθμένα και συνήθως κατασκευάζονται με χωμάτινο ανάχωμα. o Το σχήμα και οι ακριβείς διαστάσεις των λιμνών ποικίλουν ανάλογα με τη διεργασία, τον τύπο των αποβλήτων (ποσότητα, ποιοτικά χαρακτηριστικά) και το κλίμα της περιοχής. o Το σχήμα μπορεί να είναι στρογγυλό, τετράγωνο ή ορθογώνιο με στρογγυλεμένες γωνίες και το μήκος δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το τριπλάσιο του πλάτους.

11 Δευτεροβάθμια επεξεργασία αστικών λυμάτων Αερόβια - αναερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων o Ο πυθμένας των δεξαμενών πρέπει να είναι επίπεδος, εκτός από το σημείο εισροής, για να διευκολύνεται η συνεχής ροή των αποβλήτων. o Η στρογγύλευση των γωνιών βοηθά επίσης τη διατήρηση του υδραυλικού τύπου και αποτρέπει τα νεκρά σημεία στη ροή που μπορεί να δημιουργήσουν επιπτώσεις στην επεξεργασία. o Κατά το σχεδιασμό πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι ιδιαιτερότητες της περιοχής της εγκατάστασης όπως ο τύπος του εδάφους, το κλίμα κ.λ.π., η διαθέσιμη έκταση, η ποσότητα και η ποιότητα των αποβλήτων και το απαιτούμενο επίπεδο επεξεργασίας.

12 Δευτεροβάθμια επεξεργασία αστικών λυμάτων Αερόβια - αναερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων o Τα τοιχώματα και ο πυθμένας των λιμνών επενδύονται συνήθως με υλικά όπως η άργιλος ή ένα τεχνητό επικαλυπτικό (μπετονίτης, πλαστικό, ελαστικό, σκυρόδεμα ή άλλο υλικό), για να αποτραπεί η ρύπανση του υδροφόρου ορίζοντα από τυχόν διαρροές. o Όλες αυτές οι κατασκευές διακρίνονται σε: δεξαμενές σταθεροποίησης ή οξείδωσης (αερόβιες, αερόβιες-αναερόβιες, αναερόβιες) αεριζόμενες δεξαμενές (αερόβιες, αερόβιες-αναερόβιες, παρατεταμένου αερισμού) o Οι λίμνες σταθεροποίησης είναι κατάλληλες για μικρές εγκαταστάσεις, εφόσον υπάρχει αρκετή εδαφική έκταση με πρόσφορη τοπογραφική διαμόρφωση και κατάλληλη φύση του εδάφους για την αποφυγή ρύπανσης του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα και λειτουργούν υπό συνθήκες φυσικού ή τεχνητού αερισμού ή και αναερόβια. o Ο φυσικός αερισμός στηρίζεται στη διάλυση και διάχυση του ατμοσφαιρικού οξυγόνου στην ανεπτυγμένη επιφάνεια και στη διαδικασία της παραγωγής οξυγόνου με φωτοσύνθεση από τα φύκια.

13 Δευτεροβάθμια επεξεργασία αστικών λυμάτων Αερόβια - αναερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων o Μια αεριζόμενη λίμνη είναι στην ουσία ένας βιολογικός αντιδραστήρας πλήρους ανάμιξης, χωρίς επανακυκλοφορία, όπου πραγματοποιείται οξείδωση του οργανικού φορτίου. o Ο χρόνος παραμονής των αποβλήτων κυμαίνεται από 3 έως 6 ημέρες. o Ανάλογα με τη ποσότητα του αέρα που προστίθεται κατά τη διεργασία διακρίνονται σε αερόβιες και αερόβιες / αναερόβιες. o Όταν ο αερισμός δεν δημιουργεί συνθήκες πλήρους ανάμιξης στον πυθμένα της λίμνης μπορεί να εμφανιστούν αναερόβιες συνθήκες. o Η εκροή περιέχει το 1/2 έως 1/3 της ποσότητας του BOD εισόδου υπό μορφή βακτηριακής μάζας ενώ το μεγαλύτερο μέρος του φορτίου απομακρύνεται με καθίζηση. o Εάν ανακυκλωθεί η ιλύς από τη δεξαμενή καθίζησης, η μέθοδος μετατρέπεται σε μέθοδο ενεργού ιλύος. o Η εκροή των επεξεργασμένων αποβλήτων χαρακτηρίζεται από το απομένον φορτίο του BOD και από τη συγκέντρωση των αιωρούμενων στερεών.

14 Δευτεροβάθμια επεξεργασία αστικών λυμάτων Αερόβια - αναερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων o Κατά το σχεδιασμό μιας λίμνης αερισμού οι παράμετροι που πρέπει να εξετάζονται είναι η απομάκρυνση του βιοχημικά απαιτούμενου οξυγόνου (BOD), τα χαρακτηριστικά των αποβλήτων, η απαίτηση σε οξυγόνο, η θερμοκρασία, η ενέργεια για ανάμειξη και ο διαχωρισμός των στερεών. o Ο τεχνητός αερισμός γίνεται συνήθως με επιπλέοντες αναμικτήρες (αεριστήρες). o Οι δεξαμενές μεγάλου βάθους χωρίς μηχανικό αερισμό παρουσιάζουν είτε μικτή βιολογική δράση (αερόβια κοντά στην επιφάνεια, αναερόβια στον πυθμένα και επαμφοτερίζουσα στη μέση) είτε λειτουργούν πρακτικά ως αναερόβιες, λόγω του υψηλού φορτίου και της φύσης των αποβλήτων.

15 Δευτεροβάθμια επεξεργασία αστικών λυμάτων Αερόβια - αναερόβια συστήματα επεξεργασίας λυμάτων

16 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Μέθοδος ενεργού ιλύος o Στα αερόβια συστήματα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων κυριαρχεί η μέθοδος της «ενεργού ιλύος». Η ενεργός ιλύς αποτελείται από μια συσσωμάτωση: ζωντανών και νεκρών μικροοργανισμών που δεν έχουν ακόμα αποσυντεθεί, οργανικών αιωρούμενων και κολλοειδών στερεών που δεν έχουν απομακρυνθεί στο στάδιο της προεπεξεργασίας των αποβλήτων, οργανικών ουσιών κολλοειδούς υφής, ενδιάμεσων προϊόντων βιολογικής αποικοδόμησης οργανικών ενώσεων και αδρανών στερεών που δεν επιδέχονται αποσύνθεση. o Η μέθοδος της ενεργού ιλύος εφαρμόζεται σε έναν αριθμό παραλλαγών που παρουσιάζουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, είναι όμως κατά περίπτωση επιλέξιμες για την ικανοποίηση των ιδιαιτεροτήτων κάθε εφαρμογής.

17 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Μέθοδος ενεργού ιλύος o Η διαδικασία συνίσταται από δύο βασικές διεργασίες, τον αερισμό και την καθίζηση

18 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Μέθοδος ενεργού ιλύος o Στη δεξαμενή αερισμού ή δεξαμενή ενεργού ιλύος ή βιοαντιδραστήρα, παρέχεται ο κατάλληλος χρόνος για την ανάμιξη και τον αερισμό των εισερχόμενων υγρών αποβλήτων με την αιωρούμενη βιομάζα, δηλαδή το μικροβιακό εναιώρημα, το οποίο γενικά αναφέρεται ως αιωρούμενα στερεά ανάμικτου υγρού (Mixed Liquor Suspended Solids, MLSS) και πτητικά στερεά ανάμικτου υγρού (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids, MLVSS) που είναι ουσιαστικά το οργανικό περιεχόμενο των MLSS. o Η δεξαμενή ενεργού ιλύος προσφέρει το κατάλληλο περιβάλλον όπου η αιωρούμενη βιολογικά ενεργός μάζα, αυξάνεται συνεχώς. o Οι μικροοργανισμοί προσροφούν διαλυμένες οργανικές ενώσεις, τις οξειδώνουν και τις απομακρύνουν από το ρεύμα των αποβλήτων.

19 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Μέθοδος ενεργού ιλύος o Στη δεξαμενή καθίζησης η οποία ακολουθεί, η αιωρούμενη βιολογική μάζα, δηλαδή οι οργανικές ενώσεις που δεν οξειδώθηκαν προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό, αλλά μετατράπηκαν σε βακτηριακή μάζα καθιζάνει και απομακρύνεται από το σύστημα. o Ένα μέρος όμως αυτής της βακτηριακής μάζας επιστρέφει από τη δεξαμενή καθίζησης στη δεξαμενή αερισμού. o Αυτό ονομάζεται επανακυκλοφορία ιλύος (βιομάζας). o Ο σκοπός της επανακυκλοφορίας είναι να διατηρηθεί επαρκής συγκέντρωση ενεργού ιλύος στη δεξαμενή αερισμού έτσι ώστε να επιτευχθεί ο επιθυμητός βαθμός επεξεργασίας στο χρονικό διάστημα που είναι επιθυμητό. o Με αυτόν δηλαδή τον τρόπο επιτυγχάνεται υψηλή συγκέντρωση μικροοργανισμών ικανή για την προσρόφηση και αποικοδόμηση του εισερχόμενου οργανικού φορτίου. o Η επανακυκλοφορία της βιομάζας, η οποία μπορεί να φτάσει σε ποσοστό και το 100 %, είναι σημαντικότατη λειτουργική παράμετρος ελέγχου που ρυθμίζει τη λειτουργία της διεργασίας.

20 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Μέθοδος ενεργού ιλύος o Η ελεγχόμενη δηλαδή αυξομείωση της συγκέντρωσης των μικροοργανισμών στον βιοαντιδραστήρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να επιτευχθεί απόκριση σε μεταβαλλόμενες συνθήκες εισόδου. o Σημειώνεται τέλος, ότι η ορθή λειτουργία της δεξαμενής δευτεροβάθμιας καθίζησης παίζει σπουδαίο ρόλο στην βιολογική επεξεργασία των υγρών αποβλήτων. Οι δεξαμενές ενεργού ιλύος o Το σχήμα των δεξαμενών ενεργού ιλύος εξαρτάται από τους αεριστήρες οι οποίοι επιλέγονται. Συνήθως πρόκειται για ορθογώνιες δεξαμενές.

21 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Οι δεξαμενές ενεργού ιλύος o Οι βασικοί τύποι αεριστήρων είναι: οι επιφανειακοί αεριστήρες και οι αεριστήρες (διαχυτήρες από κεραμικά ή πλαστικά αφρώδη υλικά) εμφύσησης φυσαλίδων αέρα. o Έχουν αναπτυχθεί διαφορετικοί τύποι δεξαμενών οι οποίοι διαφέρουν ως προς την θέση τοποθέτησης των αεριστήρων. o Υπάρχουν δηλαδή δεξαμενές με αεριστήρες στον πυθμένα και δεξαμενές με αεριστήρες κοντά στην ελεύθερη επιφάνεια. o Στις δεξαμενές με αεριστήρες κοντά στον πυθμένα χρησιμοποιούνται φυσαλίδες μικρής ή μέσης διαμέτρου ενώ στις δεξαμενές με αεριστήρες στην επιφάνεια φυσαλίδες με μέση ή μεγάλη διάμετρο.

22 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Οι δεξαμενές ενεργού ιλύος o Οι βασικοί τύποι αεριστήρων είναι: οι επιφανειακοί αεριστήρες και οι αεριστήρες (διαχυτήρες από κεραμικά ή πλαστικά αφρώδη υλικά) εμφύσησης φυσαλίδων αέρα. o Επιγραμματικά θα μπορούσαμε να πούμε ότι η πρόσδοση οξυγόνου για την οξείδωση των οργανικών ενώσεων στις δεξαμενές ενεργού ιλύος επιτυγχάνεται με: διαχυτήρες λεπτής φυσαλίδας (σε όλη την επιφάνεια, ή πλατιάς δέσμης), αεριστήρες τύπου βούρτσας (Mammutrotor) ή κυλινδρικούς αεριστήρες, επιφανειακούς περιστρεφόμενους αεριστήρες σταθερού άξονα, επιφανειακούς περιστρεφόμενους πλωτούς αεριστήρες, πρόσδοση καθαρού οξυγόνου.

23 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Οι δεξαμενές ενεργού ιλύος o Οι συνθήκες του περιβάλλοντος που επηρεάζουν κατά κύριο λόγο την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων με ένα συμβατικό σύστημα ενεργού ιλύος είναι κυρίως η θερμοκρασία και το ph. o Η θερμοκρασία έχει σημαντική επίδραση στην ταχύτητα βιοαποικοδόμησης των οργανικών ουσιών. o Συνεπώς η παράμετρος αυτή συνδέεται με τον χρόνο παραμονής των αποβλήτων στη δεξαμενή αερισμού, αυτός όμως καθορίζει και το μέγεθος αυτής της δεξαμενής. o Ακόμα, για τη σωστή λειτουργία του βιολογικού συστήματος απαιτείται η ύπαρξη θρεπτικών συστατικών σε σωστές αναλογίες. o Εκτός από άνθρακα, άζωτο και φώσφορο απαιτούνται και διάφορα άλλα ιχνοστοιχεία.

24 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Οι δεξαμενές ενεργού ιλύος o Όταν η απαιτούμενη αναλογία C/N/P δεν υπάρχει στα απόβλητα ή η συγκέντρωση ενός στοιχείου είναι μικρότερη από την απαιτούμενη, πρέπει να προστεθεί το στοιχείο που λείπει. o Η ύπαρξη διαφόρων χημικών με τοξική επίδραση στους μικροοργανισμούς επηρεάζει αρνητικά την αύξηση των μικροοργανισμών και υπό ορισμένες συνθήκες την αποκλείει τελείως προκαλώντας παρεμποδίσεις. o Η θεωρητική απαίτηση σε οξυγόνο υπολογίζεται κυρίως με βάση το BOD 5 ανθρακούχων και των αζωτούχων ενώσεων των αποβλήτων. o Επειδή όμως ένα μέρος του οργανικού φορτίου των αποβλήτων μετατρέπεται σε βιομάζα η οποία απομακρύνεται καθημερινά από το σύστημα, η θεωρητική απαίτηση σε οξυγόνο είναι μικρότερη κατά την ποσότητα του οξυγόνου που θα απαιτείτο για την οξείδωση αυτής της βιομάζας. o Στην πράξη όμως και με στόχο την ομαλή λειτουργία και τον υψηλό βαθμό απόδοσης του συστήματος, απαιτούνται πάντα πολύ μεγαλύτερες ποσότητες οξυγόνου από τις θεωρητικές τιμές. των

25 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Οι δεξαμενές ενεργού ιλύος

26 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Οι δεξαμενές ενεργού ιλύος o Υπάρχουν πολλές παραλλαγές συστημάτων αερόβιας βιολογικής επεξεργασίας με τη μέθοδο της αιωρούμενης βιομάζας. o Τα ταχύρυθμα συστήματα επεξεργασίας απαιτούν μικρούς βιοαντιδραστήρες και μικρή μεταφορά οξυγόνου στην υγρή φάση, αλλά το ποσοστό βιοαποικοδόμησης του οργανικού φορτίου (BOD) είναι χαμηλό (50-80 %). o Στα αργόρυθμα συστήματα επιτυγχάνονται υψηλά ποσοστά καθαρισμού (> 90 %), αλλά απαιτούνται μεγάλοι βιοαντιδραστήρες και υψηλή παροχή οξυγόνου. o Τα συστήματα παρατεταμένου αερισμού στηρίζονται στην συνεχή προσφορά οξυγόνου, χωρίς ανάλογη προσφορά τροφής οδηγώντας την ιλύ στο στάδιο της ενδογενούς αναπνοής (αυτοκατανάλωσης) με αποτέλεσμα τη δημιουργία ελάχιστης ή καθόλου περίσσειας ιλύος. o Τα συστήματα απαιτούν περισσότερο αερισμό, άρα μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας. Το ποσοστό βιοαποικοδόμησης του οργανικού φορτίου (BOD) μπορεί να φτάσει και το 97 %.

27 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας o Παράμετροι για τον βέλτιστο σχεδιασμό των μονάδων ενεργούς ιλύος και αυτής αποτελούν: λειτουργία 1. Η συγκέντρωση της βιομάζας στη δεξαμενή ενεργού ιλύος (Kg/m 3 ) Η συγκέντρωση της βιομάζας στη δεξαμενή ενεργού ιλύος κυμαίνεται συνήθως από 2,0 5,0 Kg/m 3 και αποτελεί ίσως την πιο σπουδαία παράμετρο για τη σωστή λειτουργία του συστήματος. 2. Ο δείκτης όγκου ιλύος (ml/gr) Ο Δείκτης Όγκου Ιλύος (ΔΟΙ) ή Sludge Volume Index (SVI) χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της καταλληλότητας των διαστάσεων των βιολογικών θρόμβων και εκφράζει τον όγκο που καταλαμβάνει ένα γραμμάριο ξηράς ουσίας ενεργού ιλύος σε ενυδατωμένη κατάσταση μετά από καθίζηση 30 λεπτών στον κώνο του Imhoff.

28 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας o Παράμετροι για τον βέλτιστο σχεδιασμό των μονάδων ενεργούς ιλύος και αυτής αποτελούν: λειτουργία 3. Η ηλικία της ιλύος (ημέρες) Η ηλικία ιλύος (H ιλ ) δίνει προσεγγιστικά το χρόνο για τον οποίο η βιομάζα, δηλαδή οι ενεργοί μικροοργανισμοί, παραμένει στη δεξαμενή αερισμού. Όσο μεγαλύτερος είναι ο επιθυμητός βαθμός επεξεργασίας των λυμάτων τόσο αυξάνεται και η ηλικία της ιλύος που απαιτείται. 4. Η διάρκεια αερισμού t (ώρες) και η κατανάλωση οξυγόνου (Kg O 2 /Kg BOD 5 ) Το απαιτούμενο O 2 /kg οργανικής ύλης ως BOD 5 που αποδομείται ανάλογα με τις απαιτήσεις επεξεργασίας είναι: 1,5-2,0 kg O 2 /kg BOD 5 για βιολογική επεξεργασία χωρίς νιτροποίηση, 2,5 kg O 2 /kg BOD 5 για βιολογική επεξεργασία με νιτροποίηση. 5. Ο συντελεστής απόδοσης της εγκατάστασης Ο συντελεστής απόδοσης μιας Ε.Ε.Λ. με τη μέθοδο της ενεργού ιλύος συνδέεται με την παράμετρο της οργανικής φόρτισης των δεξαμενών και πιο συγκεκριμένα με το οργανικό φορτίο εκροής και το οργανικό φορτίο εισροής.

29 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας o Παράμετροι για τον βέλτιστο σχεδιασμό των μονάδων ενεργούς ιλύος και αυτής αποτελούν: 6. Απόδοση της μεθόδου ενεργού ιλύος Η απόδοση της μεθόδου της ενεργού ιλύος είναι η εξής: Μείωση οργανικής ύλης ως BOD 5 : % Μείωση αιωρούμενων στερεών : % Μείωση βακτηρίων : %. λειτουργία

30 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Οι δεξαμενές δευτεροβάθμιας καθίζησης o Οι δεξαμενές δευτεροβάθμιας καθίζησης μπορεί να είναι ορθογώνιες, κυκλικές ή χωνοειδείς και αποτελούν αναπόσπαστο τμήμα όλων των συστημάτων αερόβιας επεξεργασίας. o Τον πιο συνηθισμένο τύπο αποτελούν οι κυκλικές δεξαμενές.

31 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Οι δεξαμενές δευτεροβάθμιας καθίζησης o Tο συνολικό βάθος των δεξαμενών τελικής καθίζησης δεν πρέπει να είναι μικρότερο από τα 2.5 m και μετριέται σε απόσταση 2/3 L από το σημείο εισόδου των λυμάτων στις δεξαμενές (L=μήκος ροής). o O όγκος των δεξαμενών κατανέμεται σε τέσσερις επιμέρους ζώνες οι οποίες εξυπηρετούν τέσσερις διαφορετικούς σκοπούς: 1. Στο πάνω μέρος της δεξαμενής βρίσκεται η ζώνη καθαρού νερού, το βάθος της οποίας είναι τουλάχιστον 0,5 m. 2. Η ζώνη καθίζησης είναι η δεύτερη ζώνη στην οποία γίνεται ο διαχωρισμός των καθιζανουσών ουσιών και της οποίας το βάθος πρέπει κατά κανόνα να είναι 1,0 m αλλά στην περίπτωση ΕΕΛ που δέχονται λύματα παντορροϊκών δικτύων μπορεί να περιορισθεί σε 0,5 m. 3. Ακολουθεί ο αποθηκευτικός χώρος για τη συγκράτηση της βιομάζας η οποία φεύγει από τις δεξαμενές αερισμού λόγω αύξησης της παροχής κατά τις περιόδους βροχών στις εγκαταστάσεις παντορροϊκών δικτύων. 4. Τέλος η ζώνη πάνω από τον πυθμένα στην οποία συγκεντρώνεται η ιλύς η οποία έχει κατακαθίσει ονομάζεται ζώνη πάχυνσης.

32 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Οι δεξαμενές δευτεροβάθμιας καθίζησης o Ο τρόπος εισόδου και εξόδου των λυμάτων στις δεξαμενές καθίζησης είναι πολύ σημαντική υπόθεση. o Η ομοιόμορφη, ομαλή και ήρεμη ροή ιδίως κατά την είσοδο με ειδικές διατάξεις ηρεμίας, με τις οποίες επιδιώκεται αφενός η καταστροφή της ενέργειας των εισερχομένων λυμάτων στις δεξαμενές και αφετέρου η ισομερής κατανομή τους σε όλο το πλάτος ή την περίμετρό τους, αλλά και κατά την έξοδο των λυμάτων εξασφαλίζει την καλή λειτουργία των δεξαμενών καθίζησης. o Αυτό επιτυγχάνεται με τα έργα εισόδου (προσαγωγοί αύλακες εισροής) και εξόδου (υπερχειλιστές). o Το ίδιο ισχύει και για τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση της ιλύος που έχει κατακαθίσει στον πυθμένα των δεξαμενών (σαρωτές ιλύος και ξέστρα).

33 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Οι δεξαμενές δευτεροβάθμιας καθίζησης Δεξαμενές καθίζησης (Επιφανειακό ξέστρο - απαγωγός επιπλεόντων)

34 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Οι δεξαμενές δευτεροβάθμιας καθίζησης o Η αύλακα εισροής πρέπει να εξασφαλίζει ομοιόμορφη τροφοδότηση της δεξαμενής σε όλο το πλάτος της χωρίς τη δημιουργία δευτερογενών ρευμάτων. o Η κατακάθιση φερτών στον πυθμένα της αύλακας των ορθογωνίων δεξαμενών είναι δυνατόν να αποφευχθεί με τεχνητή ανάδευση (εμφύσηση αέρα), διαφορετικά θα πρέπει να διαμορφωθεί ο πυθμένας της αύλακας κατάλληλα ώστε η ιλύς που καθιζάνει να συμπαρασύρεται μέσα στη δεξαμενή μαζί με τα εισρέοντα λύματα. o Στις κυκλικές δεξαμενές καθίζησης κατασκευάζεται στο κέντρο ένας θάλαμος ηρεμίας στον οποίο καταλήγει ο προσαγωγός σωλήνας ο οποίος λειτουργεί σαν σίφωνας. o Η έξοδος των λυμάτων από τις δεξαμενές καθίζησης γίνεται με υπερχειλιστές οι οποίοι τοποθετούνται στο τέλος των ορθογωνίων δεξαμενών καθίζησης και στην εξωτερική περιφέρεια των κυκλικών δεξαμενών καθίζησης. o Υπάρχουν δύο είδη υπερχειλιστών, οι υπερχειλιστές ευθείας και οδοντωτής στέψης.

35 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Οι δεξαμενές δευτεροβάθμιας καθίζησης o Η οδοντωτή στέψη παρουσιάζει το πλεονέκτημα της ομοιόμορφης ροής σε όλο το μήκος του υπερχειλιστή ακόμα και όταν η οριζοντίωση της στέψης δεν είναι τελείως ακριβής. o Η ιλύς που καθιζάνει στον πυθμένα των δεξαμενών μπορεί να κυλήσει προς τον θάλαμο συγκέντρωσης μόνον όταν η κλίση του πυθμένα των δεξαμενών είναι κατάλληλη. o Μεγάλες κλίσεις πυθμένα υπάρχουν μόνο στις χωνοειδείς δεξαμενές. o Στις άλλες περιπτώσεις η μετακίνηση της ιλύος προς τον θάλαμο συγκέντρωσης γίνεται με μηχανικά μέσα. Δεξαμενές καθίζησης (Οδοντωτός υπερχειλιστής αύλακα εκροής)

36 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Οι δεξαμενές δευτεροβάθμιας καθίζησης o Ο βαθμός απόδοσης των δεξαμενών δευτεροβάθμιας ή τελικής καθίζησης είναι ικανοποιητικός όταν η επανακυκλοφορία της ιλύος είναι μικρότερη του 50 % της παροχής λυμάτων. o Στην αντίθετη περίπτωση δηλαδή για μεγάλες παροχές επανακυκλοφορίας η ηρεμία στις δεξαμενές καθίζησης διαταράσσεται και η απόδοση των δεξαμενών ελαττώνεται. o Στις περιπτώσεις αυτές, π.χ. σε εγκαταστάσεις με νιτροποίηση - απονιτροποίηση, η επανακυκλοφορία γίνεται αμέσως μετά την εκροή από τις δεξαμενές αερισμού αποφορτίζοντας έτσι τις δεξαμενές καθίζησης. o Η τελική καθίζηση επηρεάζεται από πολλές παραμέτρους όπως είναι ο χρόνος πάχυνσης, το ύψος της στρώσης πάχυνσης, οι μετακινήσεις της ιλύος μέσα στις δεξαμενές με τη βοήθεια των ξέστρων, η επανακυκλοφορία κ.λ.π.

37 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Τα συστήματα SBR (Sequencing Batch Reactors ή Αντιδραστήρες διαλείποντος έργου εναλλασσόμενων κύκλων λειτουργίας) o Τα συστήματα SBR χρησιμοποιούνται σαν παραλλαγή της μεθόδου της ενεργού ιλύος για την επεξεργασία αστικών λυμάτων αλλά και βιομηχανικών αποβλήτων. o Είναι κατάλληλα κυρίως για εφαρμογές επεξεργασίας λυμάτων που χαρακτηρίζονται από χαμηλή ή διακεκομμένη ροή. o Σε ένα τέτοιο σύστημα τα υγρά απόβλητα εισάγονται σε έναν μόνο αντιδραστήρα, επεξεργάζονται ώστε να απαλλαχθούν από τις ανεπιθύμητες ουσίες και εκρέουν. o Εξισορρόπηση, αερισμός και καθίζηση μπορούν να επιτευχθούν σε ένα και μόνο αντιδραστήρα. o Για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης του συστήματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν δύο ή περισσότεροι αντιδραστήρες σε μια προκαθορισμένη αλληλουχία λειτουργιών. o Πρόκειται για ένα σύστημα ενεργού ιλύος το οποίο λειτουργεί σε διαφορετικούς χρόνους και όχι σε διαφορετικούς χώρους, δηλαδή οι φάσεις της επεξεργασίας διαχωρίζονται χρονικά και όχι χωρικά.

38 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Τα συστήματα SBR (Sequencing Batch Reactors ή Αντιδραστήρες διαλείποντος έργου εναλλασσόμενων κύκλων λειτουργίας) o Η διαφορά μεταξύ των δύο τεχνολογιών είναι ότι οι αντιδραστήρες SBR εκτελούν εξισορρόπηση, βιολογική επεξεργασία και δευτεροβάθμια καθίζηση σε μια μόνο δεξαμενή με ελεγχόμενη χρονική αλληλουχία. o Αφού ολοκληρωθεί η προεπεξεργασία των λυμάτων, αυτά εισέρχονται σε ένα μερικώς γεμάτο αντιδραστήρα, που περιέχει βιομάζα και έχει εγκλιματιστεί στα συστατικά των λυμάτων κατά τους προηγούμενουςκύκλους. o Μόλις ο αντιδραστήρας γεμίσει, συμπεριφέρεται όπως ένα συμβατικό σύστημα ενεργού ιλύος, αλλά χωρίς συνεχόμενη εισροή ή εκροή σταθερής παροχής λυμάτων. o Ο αερισμός και η ανάμειξη διακόπτεται αφού οι βιολογικές αντιδράσεις ολοκληρωθούν, η βιομάζα καθιζάνει και το επεξεργασμένο υλικό από την επιφάνεια απομακρύνεται. o Η περίσσεια της βιομάζας απομακρύνεται σε οποιαδήποτε στιγμή κατά τη διάρκεια του κύκλου. o Η συχνή απομάκρυνση έχει ως αποτέλεσμα τη διατήρηση του δείκτη μάζας του υποστρώματος των εισρεόντων λυμάτων σε βιομάζα σχεδόν σταθερή από κύκλο σε κύκλο.

39 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Τα συστήματα SBR (Sequencing Batch Reactors ή Αντιδραστήρες διαλείποντος έργου εναλλασσόμενων κύκλων λειτουργίας) Τα πέντε βήματα στη λειτουργία ενός συστήματος SBR

40 Αερόβια βιολογική επεξεργασία αιωρούμενης βιομάζας Τα συστήματα SBR (Sequencing Batch Reactors ή Αντιδραστήρες διαλείποντος έργου εναλλασσόμενων κύκλων λειτουργίας) o Οι αντιδραστήρες SBR χρησιμοποιούνται κυρίως σε μικρές παροχές καθώς σε μεγάλες απαιτείται πιο εξειδικευμένη λειτουργία. o Δεδομένου ότι τα συστήματα καταλαμβάνουν σχετικά μικρό χώρο, είναι χρήσιμα για τις περιοχές όπου η διαθέσιμη γη είναι περιορισμένη. o Επιπλέον, οι εναλλασσόμενοι κύκλοι του συστήματος μπορούν εύκολα να τροποποιηθούν για την απομάκρυνση των θρεπτικών συστατικών στο μέλλον, εάν αυτό καθίσταται απαραίτητο. o Αυτό καθιστά εξαιρετικά ευέλικτα τα συστήματα SBR ώστε να προσαρμόζονται στις αλλαγές των παραμέτρων των εκρεόντων λυμάτων. o Επίσης τα συστήματα SBR βρίσκουν ευρεία εφαρμογή σε μεμονωμένες κατοικίες και οικισμούς με τη μορφή μονάδων compact.

41 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση αζώτου Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο o Το άζωτο και ο φώσφορος είναι δυο πολύ σημαντικά στοιχεία με ιδιαίτερη σημασία στην επεξεργασία των λυμάτων. o Τα θρεπτικά άλατα, δηλαδή οι αζωτούχες και οι φωσφορικές ενώσεις που υπάρχουν στα υγρά απόβλητα, αποτελούν απαραίτητα συστατικά για την επιβίωση των βακτηρίων στους βιοαντιδραστήρες, πρέπει όμως οπωσδήποτε να απομακρυνθούν ώστε να μην δημιουργήσουν προβλήματα αποξυγόνωσης και ευτροφισμού στον τελικό αποδέκτη. o Όταν η ουρία (ΝΗ 2 COΝΗ 2 ) εισέρχεται στο νερό μετατρέπεται σε αμμωνία (ΝΗ 3 ). o Η αμμωνία βρίσκεται στα απόβλητα είτε με τη μορφή των αμμωνιακών (ΝΗ 4+ ) ιόντων είτε με τη μορφή της ελεύθερης αμμωνίας (ΝΗ 3 ) σε αέρια μορφή. o Για χαμηλές τιμές ph κυριαρχεί η ιοντική μορφή ενώ για αλκαλικές τιμές ph κυριαρχεί η αέρια μορφή. o Για τιμές ph = 9,0 υπάρχει ισορροπία. o Το ph των αποβλήτων κυμαίνεται από 6 έως 9 και συνεπώς οι διεργασίες απομάκρυνσης της αμμωνίας συνδέονται με το ph.

42 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση αζώτου Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο o Νιτροποίηση είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη βιολογική διεργασία δύο σταδίων κατά την οποία η αμμωνία μετατρέπεται (οξειδώνεται) σε νιτρικά (ΝΟ 3- ) ιόντα με ενδιάμεση βαθμίδα τα νιτρώδη (ΝΟ 2- ) ιόντα. o Απονιτροποίηση είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη βιολογική διεργασία κατά την οποία τα νιτρικά ιόντα μετατρέπονται σε αέριο άζωτο. o Η διεργασία της νιτροποίησης απονιτροποίησης στοχεύει στην απομείωση των αμμωνιακών που περιέχονται στα απόβλητα και εφαρμόζεται μαζί με την βιολογική οξείδωση του οργανικού φορτίου (BOD) στα συστήματα της ενεργού ιλύος, γιατί έχει πλεονεκτήματα όπως υψηλό βαθμό απόδοσης, σταθερότητα και αξιοπιστία, εύκολο έλεγχο και σχετικά χαμηλό κόστος.

43 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση αζώτου o Απαραίτητες προϋποθέσεις για ικανοποιητική νιτροποίηση είναι: Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο η υψηλή συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου (οπωσδήποτε πάνω από 1,5 mg/lt) επειδή τα βακτήρια νιτροποίησης είναι υποχρεωτικά αερόβια, η θερμοκρασία (πρακτικά δεν επιτυγχάνεται νιτροποίηση σε θερμοκρασίες χαμηλότερες των 5 οc και υψηλότερες των 45 ο C, η βέλτιστη θερμοκρασία νιτροποίησης κυμαίνεται από 28 έως 32 ο C και η μείωση της θερμοκρασίας συνεπάγεται σημαντική μείωση της ταχύτητας της αντίδρασης), η αρκετά μεγάλη ηλικία ιλύος (ο απαιτούμενος χρόνος παρακράτησης για ικανοποιητική νιτροποίηση είναι αρκετές φορές μεγαλύτερος το χειμώνα από το καλοκαίρι, με αποτέλεσμα να απαιτείται κατά τη διάρκεια του χειμώνα η λειτουργία των εγκαταστάσεων με μεγαλύτερες τιμές MLSS για τη διατήρηση του επιθυμητού επιπέδου νιτροποίησης), το ph των αποβλήτων (βέλτιστη τιμή στην αλκαλική περιοχή ph = 8.2),

44 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση αζώτου o Απαραίτητες προϋποθέσεις για ικανοποιητική νιτροποίηση είναι: Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο η ικανοποιητική συγκέντρωση αλκαλικότητας των αποβλήτων (εξαπλάσια τουλάχιστον της συγκέντρωσης των αμμωνιακών) για να εξουδετερώνεται το οξύ το οποίο παράγεται κατά το πρώτο στάδιο της νιτροποίησης και έχει καταστρεπτικές συνέπειες στην επιβίωση των νιτροποιητικών βακτηρίων, το αμμωνιακό φορτίο των λυμάτων. o Η απονιτροποίηση, πραγματοποιείται μέσω μιας κατηγορίας ετερότροφων μικροοργανισμών υπό ανοξικές συνθήκες (συγκέντρωση οξυγόνου < 0,5 mg/lt). o Τα ετερότροφα βακτήρια της απονιτροποίησης χρησιμοποιούν ως πηγή οξυγόνου το οξυγόνο των νιτρωδών και των νιτρικών που παράγονται κατά τη νιτροποίηση. o Αυτό συμβαίνει μόνον σε ανοξικές καταστάσεις γιατί στην αντίθετη περίπτωση τα εν λόγω βακτήρια προτιμούν το διαλυμένο οξυγόνο που υπάρχει στο σύστημα με αποτέλεσμα την αναστολή της νιτροποίησης.

45 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση αζώτου Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο o Για την αναγωγή όμως των νιτρικών σε άζωτο απαιτείται οπωσδήποτε μια πηγή άνθρακα. o Οι μικροοργανισμοί χρειάζονται δηλαδή τροφή για την απόκτηση ενέργειας. o Πηγή άνθρακα των ετερότροφων βακτηρίων μπορεί να είναι είτε διαλυτές και κολλοειδείς οργανικές ενώσεις των ακατέργαστων αποβλήτων (BOD), είτε ο ενδογενής άνθρακας των μικροοργανισμών, δηλαδή ο άνθρακας των σηπόμενων νεκρών κυττάρων, είτε η μεθανόλη (CH 3 OH) που αποτελεί το καλύτερο οργανικό υπόστρωμα για την απονιτροποίηση. o Η επιλογή της πηγής άνθρακα μπορεί να επηρεάσει σημαντικά το σχεδιασμό της διεργασίας και γίνεται με πολλούς τρόπους. o Στην πράξη, κατά την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων με τη μέθοδο της ενεργού ιλύος, η απονιτροποίηση πρέπει να γίνει σε ξεχωριστή δεξαμενή και όχι στην ίδια δεξαμενή με τη νιτροποίηση γιατί κατά την απονιτροποίηση απαγορεύεται η παρουσία διαλυμένου οξυγόνου ενώ κατά τη νιτροποίηση η παρουσία διαλυμένου οξυγόνου επιβάλλεται.

46 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση αζώτου Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο o Συνήθως η δεξαμενή απονιτροποίησης τοποθετείται πριν τη δεξαμενή νιτροποίησης Προανοξική απονιτροποίηση υποστρώματος σε ξεχωριστή δεξαμενή o Τα υγρά απόβλητα αναμιγνύονται με την ιλύ επανακυκλοφορίας. o Τα απονιτροποιητικά βακτήρια αναπτύσσονται ταχύτατα χρησιμοποιώντας σαν τροφή τις οργανικές ουσίες των λυμάτων. o Τα νιτρικά (ΝΟ 3- ) μετατρέπονται σε άζωτο (Ν 2 ) που διαφεύγει στην ατμόσφαιρα με τον αερισμό των υγρών αποβλήτων στην δεξαμενή νιτροποίησης που ακολουθεί.

47 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση αζώτου Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο o Εάν η δεξαμενή απονιτροποίησης τοποθετηθεί μετά τη δεξαμενή νιτροποίησης παρατηρείται έλλειψη τροφής στην ανοξική δεξαμενή απονιτροποίησης. o Κατά συνέπεια η απονιτροποίηση εξελίσσεται με πολύ βραδείς ρυθμούς. o Τότε προστίθεται τροφή (άνθρακας, συνήθως μεθανόλη) στα απόβλητα. o Η διαστασιολόγηση των δεξαμενών θα πρέπει να γίνει για πολύ μεγάλους χρόνους παραμονής των λυμάτων μέσα σ αυτές. Μεταανοξική ενδογενής απονιτροποίηση

48 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση αζώτου Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο o Η νιτροποίηση - απονιτροποίηση είναι δυνατόν να γίνει και στην ίδια δεξαμενή Κάτοψη ορθογώνιας δεξαμενής νιτροποίησης απονιτροποίησης με προτασσόμενη ανοξική ζώνη o Στην περίπτωση αυτή στο πρώτο τμήμα της δεξαμενής δεν γίνεται εμφύσηση αέρα αλλά μόνο ανάδευση για να αποφευχθεί η καθίζηση των αιωρουμένων σωματιδίων. o Η περιοχή αυτή της δεξαμενής είναι η ανοξική. o Στο υπόλοιπο τμήμα της δεξαμενής γίνεται η υγρών αποβλήτων. νιτροποίηση με κανονικό αερισμό των o Ο χρόνος παραμονής των αποβλήτων στη δεξαμενή απονιτροποίησης είναι περίπου 30 λεπτά για την παροχή του μίγματος των υγρών αποβλήτων μετά την επανακυκλοφορία.

49 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση φωσφόρου Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο o Και ο φώσφορος (Ρ) πρέπει να απομακρυνθεί από τα απόβλητα για τον ίδιο λόγο που απομακρύνονται οι ενώσεις του αζώτου. o H συγκέντρωση του φωσφόρου στην εκροή των Ε.Ε.Λ. καθορίζεται από τον χαρακτηρισμό (ωφέλιμες χρήσεις) του αποδέκτη. o Συνήθως όταν πρόκειται για ευαίσθητους αποδέκτες, θεωρείται ικανοποιητική η ποσότητα του φωσφόρου στην απορροή όταν αυτή δεν υπερβαίνει τα 2,0 mg/lt. o H πρακτική που ακολουθείται πάντως, εφόσον αποφασίζεται απομάκρυνση του φωσφόρου, αποβλέπει στην απομάκρυνση της τάξης του 90 έως και 95 %. o Στα υγρά απόβλητα ο φώσφορος βρίσκεται κυρίως στις οργανικές ενώσεις και αποτελεί το 75 % περίπου του συνολικά υπάρχοντος φωσφόρου. o Ο υπόλοιπος 25 % περίπου, βρίσκεται κυρίως με τη μορφή των ορθοφωσφορικών (ΡΟ 4 3-, ΗΡΟ 4 2-, Η 2 ΡΟ 4- ) διαλυτών ιόντων από % και πολυφωσφορικών (P 2 O 7 2- ) ιόντων τα οποία είναι περίπλοκα μόρια, αλλά και με τη μορφή οργανικών φωσφορικών ενώσεων.

50 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση φωσφόρου Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο o O φώσφορος αποτελεί βασικό συστατικό για τη σύνθεση του κυτταρικού ιστού των μικροοργανισμών της ενεργού ιλύος και για την μεταφορά ενέργειας. o Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα ποσοστό της τάξης του 10 % έως 30 % της εισερχόμενης ποσότητας φωσφόρου να απομακρύνεται κατά τη διάρκεια της βιολογικής επεξεργασίας στις δεξαμενές αερισμού, ενώ το σύνολο σχεδόν των φωσφορικών ενώσεων μετατρέπεται σε διαλυτά ορθοφωσφορικά ιόντα. o Οι επιστημονικά παραδεκτές μέθοδοι απομάκρυνσης του φωσφόρου από τα υγρά απόβλητα είναι η βιολογική και η χημική μέθοδος. o Κάθε μια έχει διαφορετικό βαθμό απόδοσης, αλλά και διαφορετικά λειτουργικά έξοδα. o Η χημική μέθοδος με τη χρήση κροκιδωτικών εφαρμόστηκε με μεγάλη επιτυχία και απόδοση. o Τα τελευταία χρόνια και η βιολογική μέθοδος απομάκρυνσης του φωσφόρου κερδίζει έδαφος. Στα κύρια πλεονεκτήματά της ανήκουν οι μειωμένες δαπάνες σε χημικά και η μικρότερη παραγωγή ιλύος, συγκριτικά με τη χημική καθίζηση.

51 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση φωσφόρου Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο o H βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου πραγματοποιείται στις εγκαταστάσεις με τη μέθοδο της ενεργού ιλύος, ταυτόχρονα με τη βιολογική απομάκρυνση του οργανικού φορτίου. o H αποφωσφόρωση γίνεται συνήθως μόνη της αλλά πολλές φορές συνδυάζεται και με την απομάκρυνση του αζώτου (νιτροποίηση - απονιτροποίηση) στην ίδια δεξαμενή. o H μονάδα βιολογικής αποφωσφόρωσης αποτελείται από μια δεξαμενή αναερόβιων συνθηκών κατασκευασμένη πριν από τη δεξαμενή ενεργού ιλύος όπου τα λύματα έρχονται σε επαφή κάτω από αναερόβιες συνθήκες με την ιλύ επανακυκλοφορίας. o Τα λύματα μετά τη δεξαμενή βιολογικής αποφωσφόρωσης εισέρχονται μέσω υποβρύχιας οπής στο δάπεδο της δεξαμενής απονιτροποίησης. o Στον πυθμένα κάθε διαδρόμου της δεξαμενής βιολογικής επεξεργασίας εγκαθίσταται υποβρύχιος αναμικτήρας για καλή ανάμειξη των περιεχόμενων λυμάτων και ικανοποιητική επαφή βιομάζας και λυμάτων.

52 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση φωσφόρου Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο Βιολογική απομάκρυνση φωσφόρου

53 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση φωσφόρου Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο o Όταν η ενεργός ιλύς περάσει διαδοχικά πολλές φορές από αναερόβιες σε αερόβιες συνθήκες, συσσωρεύει στην κυτταρική της μάζα, υπό μορφή πολυφωσφορικών, δεκαπλάσια ποσότητα φωσφορικών σε σχέση με την ποσότητα που απαιτείται υπό κανονικές συνθήκες. o Αυτό συμβαίνει γιατί οι μικροοργανισμοί στην προσπάθειά τους να επιβιώσουν υπό συνθήκες πλήρους έλλειψης οξυγόνου, προσροφούν μεγάλες ποσότητες οργανικής ύλης (BOD) μέσα στο κυτταρόπλασμά τους με παράλληλη μετατροπή των πολυφωσφορικών (P 2 O 7 2- ) σε ορθοφωσφορικά (ΡΟ 4 3-, ΗΡΟ 4 2-, Η 2 ΡΟ 4- ), για παραγωγή της απαραίτητης ενέργειας. o Τα ορθοφωσφορικά εξάγονται στον περιβάλλοντα χώρο του κυττάρου. Με αυτό τον τρόπο, σε αναερόβιες συνθήκες, ελαττώνεται το BOD ενώ αυξάνεται η συγκέντρωση των φωσφορικών. o Όταν οι μικροοργανισμοί βρεθούν σε αερόβιες συνθήκες, προσλαμβάνουν μεγάλες ποσότητες φωσφορικών, τις οποίες μετατρέπουν σε πολυφωσφορικές ενώσεις με προοπτική να τις χρησιμοποιήσουν για την επιβίωσή τους σε αναερόβιες συνθήκες. o Τελικά ο φώσφορος απομακρύνεται με το ρεύμα της λάσπης που απάγεται από τις δεξαμενές τελικής καθίζησης. o H μέθοδος της βιολογικής αποφωσφόρωσης επιτυγχάνει απομάκρυνση φωσφόρου από τα λύματα της τάξης του % περίπου.

54 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση φωσφόρου Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο o Για τη χημική απομάκρυνση του φωσφόρου χρησιμοποιούνται κροκιδωτικά υλικά, δηλαδή άλατα του σιδήρου (Fe) όπως τριχλωριούχος σίδηρος (FeCl 3.6H 2 O) ή θειικός σίδηρος (FeSO 4.7H 2 O), άλατα του αργιλίου, όπως το θειικό αργίλιο (Al 2 SO 4.18H 2 O) και ασβέστιο με τη μορφή του υδροξειδίου του ασβεστίου (Ca(OH) 2 ). o Η απομάκρυνση του φωσφόρου από τα υγρά απόβλητα περιλαμβάνει την ενσωμάτωση των φωσφορικών στα ολικά αιωρούμενα στερεά και στη συνέχεια την απομάκρυνση αυτών των στερεών (χημικών ιζημάτων). o Τα φωσφορικά άλατα κατακρημνίζονται με τη μορφή των αντίστοιχων αδιάλυτων αλάτων. o Τα εναλλακτικά σημεία προσθήκης των χημικών για την απομάκρυνση του φωσφόρου κατά τα διάφορα στάδια της επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων είναι: πριν την πρωτοβάθμια καθίζηση, πριν ή και μετά τη βιολογική επεξεργασία, μετά τη δευτεροβάθμια επεξεργασία, σε διάφορα σημεία της διεργασίας (γνωστή ως «πολυσημειακή επεξεργασία»).

55 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση φωσφόρου Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο Σημεία προσθήκης κροκιδωτικών για χημική απομάκρυνση του φωσφόρου

56 Απομάκρυνση θρεπτικών αλάτων Απομάκρυνση φωσφόρου o Ο βαθμός απόδοσης είναι διαφορετικός για κάθε σημείο. Έργα Αποχετεύσεων Επεξεργασία Λυμάτων, 6 ο Εξάμηνο o Συνήθως προτιμάται η αποφωσφόρωση να γίνεται μετά την βιολογική επεξεργασία, διότι αφενός δεν επηρεάζονται οι άλλες λειτουργίες της εγκατάστασης, αφετέρου επιτυγχάνεται η μεγαλύτερη απόδοση γιατί όλος ο φώσφορος έχει ήδη μετατραπεί από τη δευτεροβάθμια επεξεργασία σε ορθοφωσφορικά άλατα που εύκολα κατακρημνίζονται. o Ανάλογα με την χημική ουσία που χρησιμοποιείται ως κροκιδωτικό, παράγονται αδιάλυτα άλατα του φωσφόρου που καθιζάνουν σαν ίζημα. o Από τη διεθνή πρακτική, το πιο αποτελεσματικό κροκιδωτικό για την αφαίρεση του φωσφόρου είναι το θειικό αργίλιο (Al 2 SO 4.18H 2 O), το οποίο χρησιμοποιείται κατά πρωτεύοντα βαθμό, ενώ στη δεύτερη θέση βρίσκεται το υδροξείδιο του ασβεστίου (Ca(OH) 2 ). o H ακριβής δόση του θειικού αργιλίου που απαιτείται για την απομάκρυνση του φωσφόρου είναι ανάλογη του βαθμού απομάκρυνσης. o Από έρευνες που έχουν γίνει για απομάκρυνση φωσφόρου της τάξης του 95% η σχέση Al/P είναι 2,0/1,0 και η σχέση θειικού αργιλίου / φωσφόρου 22/1.