ΑΠΟΛΥΜΑΝΣΗ ΛΥΜΑΤΩΝ. Α. Ανδρεαδάκης, Καθηγητής ΕΜΠ. Μαµάης, Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ Ε. Γαβαλάκη, Πολιτικός Μηχανικός ΕΜΠ, MSc

Transcript

1 ΑΠΟΛΥΜΑΝΣΗ ΛΥΜΑΤΩΝ Α. Ανδρεαδάκης, Καθηγητής ΕΜΠ. Μαµάης, Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ Ε. Γαβαλάκη, Πολιτικός Μηχανικός ΕΜΠ, MSc Εργαστήριο Υγειονοµικής Τεχνολογίας, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π., Ηρώων Πολυτεχνείου 5, Ζωγράφου 15780, Αθήνα ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο στόχος της απολύµανσης των λυµάτων είναι η καταστροφή των παθογόνων µικροοργανισµών σε ικανοποιητικά επίπεδα ώστε η διάθεση των λυµάτων στους υδάτινους αποδέκτες ή η επαναχρησιµοποίησή τους να µην δηµιουργεί κινδύνους στη δηµόσια υγεία. Απολύµανση των λυµάτων επιτυγχάνεται κατά κανόνα µε εφαρµογή φυσικών ή χηµικών µεθόδων όπως χλωρίωση, οζόνωση ή υπεριώδη ακτινοβολία. Τα χαρακτηριστικά του ιδανικού απολυµαντικού είναι: α) υψηλός ρυθµός εξουδετέρωσης παθογόνων µικροοργανισµών, β) χαµηλή δραστικότητα µε ουσίες που περιέχονται στο νερό και χαµηλή παραγωγή επικίνδυνων παραπροϊόντων, γ) χαµηλό κόστος λειτουργίας και µικρές απαιτήσεις συντήρησης, δ) µηδενικός κίνδυνος κατά τη χρήση του, ε) εύκολη ανιχνευσιµότητα στο νερό και στ) χαµηλή τοξικότητα στους υδρόβιους οργανισµούς. Οι παραπάνω ιδιότητες δεν είναι συγκεντρωµένες σε ένα απολυµαντικό, θα πρέπει όµως να λαµβάνονται υπόψη κατά την αξιολόγηση των εναλλακτικών µεθόδων. Ο ρυθµός εξουδετέρωσης των παθογόνων µικροοργανισµών που περιέχονται στα λύµατα (ιοί, βακτήρια, παράσιτα) εξαρτάται από διάφορους παράγοντες όπως: 1) το είδος του µικροοργανισµού, 2) το είδος, τις ιδιότητες και τη δόση του απολυµαντικού µέσου, 3) το χρόνο έκθεσης των µικροοργανισµών στο απολυµαντικό µέσο, 4) τα υδραυλικά χαρακτηριστικά της δεξαµενής απολύµανσης, 5) τα φυσικοχηµικά χαρακτηριστικά των λυµάτων (π.χ. οργανικό φορτίο, αµµωνιακό άζωτο, συγκέντρωση στερεών, θολότητα, απορροφητικότητα σε 254 nm, ph και θερµοκρασία). Πρέπει να σηµειωθεί ότι η ανάγκη περαιτέρω επεξεργασίας για την απολύµανση των λυµάτων και τη πρόσθετη µείωση των παθογόνων µικροοργανισµών είναι σκόπιµο να εξετάζεται ανά περίπτωση ανάλογα µε τα έργα διάθεσης των λυµάτων και τα χαρακτηριστικά του υδάτινου αποδέκτη. Στη περίπτωση διάθεσης των λυµάτων στην ανοικτή θάλασσα η απολύµανση των λυµάτων είναι συχνά περιττή καθώς λόγω της αραίωσης και της φυσικής φθοράς των µικροοργανισµών οι συγκεντρώσεις τους είναι αρκετά χαµηλές ώστε να µη δηµιουργούν κινδύνους µετάδοσης ασθενειών. Ιδιαίτερα κρίσιµη είναι η απολύµανση των λυµάτων στην περίπτωση επαναχρησιµοποίησής των. Στόχος της εργασίας αυτής είναι να διερευνήσει τα απαιτούµενα χαρακτηριστικά εναλλακτικών συστηµάτων απολύµανσης, σε συνάρτηση µε προτεινόµενα κριτήρια για τα µικροβιολογικά χαρακτηριστικά των προς επαναχρησιµοποίηση λυµάτων. 1

2 ΓΕΝΙΚΕΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟ ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΑΠΟΛΥΜΑΝΣΗΣ ΣΕ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΜΕ ΤΟ ΕΙ ΟΣ ΤΗΣ ΕΠΑΝΑΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗΣ Κατά κανόνα κατά την επαναχρησιµοποίηση των λυµάτων γίνεται διάκριση µεταξύ της «περιορισµένης» και της «απεριόριστης» επαναχρησιµοποίησης. Η πρώτη µπορεί να έχει εφαρµογή στην επαναχρησιµοποίηση για αρδευτικούς σκοπούς στο βαθµό που λαµβάνονται όλα τα κατάλληλα µέτρα, που δρουν ως φραγµοί για τη µετάδοση των παθογόνων. Τέτοια µέτρα περιλαµβάνουν την επιλογή συγκεκριµένων καλλιεργειών (π.χ. καλλιέργειες των οποίων τα προϊόντα δεν καταναλώνονται ωµά), την εφαρµογή υπεδάφιων µεθόδων άρδευσης, την διαφύλαξη των αρδευόµενων χώρων από πρόσβαση κλπ. Σε τέτοιες περιπτώσεις η διεθνής εµπειρία και κανονισµοί δείχνουν ότι η ανάγκη απολύµανσης είναι από µηδενική έως πολύ περιορισµένη (WHO 1989, 1995). Στην Ελλάδα λόγω της υφισταµένης νοµοθεσίας που επιβάλει δευτεροβάθµια βιολογική επεξεργασία των λυµάτων, τα δευτεροβάθµια επεξεργασµένα λύµατα είναι καταρχήν κατάλληλα για περιορισµένη επαναχρησιµοποίηση, χωρίς καµία πρόσθετη επεξεργασία ή εν πάση περιπτώσει µετά από µία σχετικά ελαφρά απολύµανση (NTUA, 2003). Η περίπτωση της απεριόριστης επαναχρησιµοποίησης παρουσιάζει πολύ µεγαλύτερο ενδιαφέρον. Καταρχήν καλύπτει ένα πολύ ευρύτερο πεδίο εφαρµογής (άρδευση πρακτικά όλων των τύπων των καλλιεργειών), ανεξαρτησία από τη µέθοδο άρδευσης, επαναχρησιµοποίηση σε άλλους ενδιαφέροντες τοµείς, όπως αστική και βιοµηχανική επαναχρησιµοποίηση, άρδευση περιαστικού πράσινου, εµπλουτισµός υπόγειων υδροφορέων κλπ. Επιπρόσθετα, ακόµα και στην περίπτωση καλλιεργειών για τις οποίες θα αρκούσαν τα κριτήρια της περιορισµένης επαναχρησιµοποίησης, προσφέρει µεγαλύτερη ασφάλεια έναντι ενδεχόµενων αστοχιών (NTUA, 2000). Για την περίπτωση της απεριόριστης επαναχρησιµοποίησης ωστόσο, δεν φαίνεται να υπάρχει οµοφωνία ως προς τα απαιτούµενα µικροβιολογικά χαρακτηριστικά των επαναχρησιµοποιούµενων λυµάτων. Η µία τάση που εκφράζεται κυρίως από τον Παγκόσµιο Οργανισµό Υγείας θεωρεί ότι για την απεριόριστη επαναχρησιµοποίηση δεν είναι απαραίτητη η πλήρης απουσία των κολοβακτηριδίων αρκεί η συγκέντρωση των τελευταίων να µην υπερβαίνει κάποιες συγκεκριµένες τιµές της τάξης των 1000 FC/100ml, κάτι που µπορεί να επιτευχθεί µε σχετική ευκολία, µε εφαρµογή πολλών εναλλακτικών δευτεροβάθµιων συστηµάτων επεξεργασίας πολλά από τα οποία χαρακτηρίζονται από χαµηλό κόστος κατασκευής (π.χ. οξειδωτικές λίµνες και άλλα φυσικά συστήµατα). Η δεύτερη τάση που αποτυπώνεται κυρίως στη νοµοθεσία και τις πρακτικές των ευρωπαϊκών χωρών του Νότου (Ιταλία, Ισπανία, Κύπρος Ισραήλ) θεωρεί απαραίτητη την πρακτική απουσία κολοβακτηριδίων και την εξασφάλιση ότι µόνο ένα µικρό ποσοστό των δειγµάτων της τάξεως του 20% θα εµφανίζει συγκεντρώσεις µεγαλύτερες από µερικές δεκάδες κολοβακτηρίδια ανά 100ml (NTUA, 2000; NTUA 2003; Dodou, 2000; Barbagalo et. al., 2000; Bonomo et. al., 1999). Για λόγους που σχετίζονται µε την περιβαλλοντική νοµοθεσία, το βιοτικό επίπεδο και τις κοινωνικές συνθήκες και που έχουν αναλυθεί σε προηγούµενες εργασίες (NTUA, 2003; Andreadakis et. al. 2001; Andreadakis et. al. 2000) θεωρούµε ότι στην περίπτωση της Ελλάδος θα πρέπει να ακολουθηθεί η δεύτερη τάση. Ειδικότερος στόχος της εργασίας είναι να παρουσιάσει εν συντοµία τα αποτελέσµατα των 2

3 διαφόρων ερευνών του Εργαστηρίου Υγειονοµικής Τεχνολογίας (ΕΥΤ) του ΕΜΠ, κατά την τελευταία πενταετία προς την κατεύθυνση αυτή και πιο συγκεκριµένα να προσδιορίσει ρεαλιστικά συστήµατα επεξεργασίας και να συγκεκριµενοποιήσει µε ποσοτικό τρόπο τα απαιτούµενα µικροβιολογικά χαρακτηριστικά για απεριόριστη επαναχρησιµοποίηση. ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΕΠΑΝΑΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗΣ ΕΥΤΕΡΟΒΑΘΜΙΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΜΕΝΩΝ ΕΚΡΟΩΝ ΜΕΤΑ ΑΠΟ ΑΠΟΛΥΜΑΝΣΗ ΜΕ UV Ή ΧΛΩΡΙΟ Για την αξιολόγηση της καταλληλότητας για επαναχρησιµοποίηση των δευτεροβάθµια επεξεργασµένων λυµάτων πραγµατοποιήθηκαν δειγµατοληψίες από 15 Ε.Ε.Λ. που βρίσκονται στην ηπειρωτική αλλά και στη νησιωτική Ελλάδα, ώστε να εξασφαλίζεται η κατά το δυνατόν αντιπροσωπευτικότερη κάλυψη του Ελληνικού χώρου. Συγκεκριµένα στο πρόγραµµα δειγµατοληψιών συµµετείχαν οι Ε.Ε.Λ των ακόλουθων πόλεων: Καρδίτσας, Άργους, Καβάλας, Λάρισας, Λαµίας, Καστοριάς, Βόλου, Θεσσαλονίκης, Ιωαννίνων, Κω, Ηρακλείου, Χαλκίδας, Καλαµάτας, Λιβαδειάς, Ξάνθης. Οι δειγµατοληψίες ξεκίνησαν τον Ιούλιο του 2000, ολοκληρώθηκαν τον Νοέµβριο του 2001 και περιέλαβαν περί τα 85 δείγµατα. Για τον προσδιορισµό των ποιοτικών χαρακτηριστικών των λυµάτων έγιναν οι ακόλουθες αναλύσεις: 1) TSS, 2) Θολότητα, 3) διαπερατότητα σε υπεριώδη ακτινοβολία, 4) ph, 5) αλκαλικότητα, 6) χλωριόντα, 7) αµµωνιακό άζωτο, 8) νιτρικό και νιτρώδες άζωτο, 9) φωσφορικά, 10) ολικό και διαλυτό COD, 11) ολικό BOD 5, 12) ολικά (TC) και περιττωµατικά (FC) κολοβακτηρίδια. Στα διαγράµµατα που ακολουθούν παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα που αφορούν τα στερεά, το BOD, τη θολότητα και τη διαπερατότητα. Τα κυριότερα συµπεράσµατα µπορούν να συνοψισθούν ως εξής: Οι περισσότερες ΕΕΛ εµφανίζουν χαµηλές σχετικά συγκεντρώσεις TSS, COD και BOD 5 µε µέγιστες τιµές που ικανοποιούν τα όρια των 35, 120 και 25 mg/l, αντίστοιχα που αναφέρονται στην Οδηγία 91/271 της ΕΕ. Εξαίρεση αποτελούν ορισµένες εγκαταστάσεις που αντιµετώπιζαν λειτουργικά προβλήµατα που οφείλονταν σε εµφάνιση νηµατοειδούς διόγκωσης και αφρισµού ή σε αστοχία του συστήµατος αερισµού. Τα φυσικοχηµικά χαρακτηριστικά των δευτεροβάθµιων εκροών από τις ΕΕΛ που συµµετείχαν στο πρόγραµµα δειγµατοληψιών ικανοποιούν τα κριτήρια επαναχρησιµοποίησης για περιορισµένη άρδευση. Οι περισσότερες από τις ΕΕΛ που συµµετείχαν στο πρόγραµµα δειγµατοληψιών εµφανίζουν συγκεντρώσεις στερεών στην τελική εκροή, που επιτρέπουν την επίτευξη ικανοποιητικής απολύµανσης για περιορισµένη άρδευση. Ωστόσο, τόσο η θολότητα των δευτεροβάθµια επεξεργασµένων λυµάτων που γενικώς είναι µεγαλύτερη των 2 NTU, όσο και η διαπερατότητα που εν γένει είναι χαµηλότερη του 70% υποδηλώνουν την αδυναµία πρακτικής εξάλειψης των κολοβακτηριδίων ακόµα και µετά από έντονη απολύµανση (Andreadakis et.al.,1999). 3

4 TSS (mg/l) Πόλεις M.O. min max BOD5 (mg/l) Πόλεις M.O. min max ιάγραµµα 1: Συγκεντρώσεις αιωρούµενων στερεών επεξεργασµένων λυµάτων από ΕΕΛ της Ελλάδος. ιάγραµµα 2: Συγκεντρώσεις ολικού BOD 5 σε επεξεργασµένα λύµατα από ΕΕΛ στην Ελλάδα Θολότητα, NTU M.O. min max UV διαπερατότητα, % M.O. min max Πόλεις Πόλεις ιάγραµµα 3: Τιµές θολότητας επεξεργασµένων λυµάτων από ΕΕΛ της Ελλάδος. ιάγραµµα 4: Τιµές διαπερατότητας επεξεργασµένων λυµάτων από ΕΕΛ στην Ελλάδα 4

5 Για την επιβεβαίωση των παραπάνω συµπερασµάτων ως προς τις δυνατότητες επαναχρησιµοποίησης των δευτεροβάθµιων εκροών εκπονήθηκε εκτεταµένο πρόγραµµα πειραµάτων κατά το οποίο δείγµατα αποστέλλονταν στο Εργαστήριο Υγειονοµικής Τεχνολογίας και υπόκειντο σε απολύµανση σε εργαστηριακής κλίµακας µονάδες υπεριώδους ακτινοβολίας ή χλωρίωσης. Η επεξεργασία των αποτελεσµάτων έγινε µε τη στοχαστική µέθοδο Monte-Carlo και τα κυριότερα αποτελέσµατα παρουσιάζονται στα διαγράµµατα 5 και 6. 1,000, , , FC/100ml 1, % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Ποσοστιαία αναλογία D=20 D=30 D=40 D=50 D=60 D=75 D=90 D=100 D=120 D=150 ιάγραµµα 5: Αθροιστικές κατανοµές των FC δευτεροβάθµιων λυµάτων µετά από απολύµανση µε UV (οι δόσεις D σε mwsec/cm 2 ) , ,00 TC/100ml , ,00 100,00 10,00 1,00 0,10 0,01 0,00 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Ποσοστιαία αναλογία Ct=25 Ct=50 Ct=75 Ct=100 Ct=125 ιάγραµµα 6: Αθροιστικές κατανοµές FC δευτεροβάθµιων λυµάτων µετά την απολύµανση µε χλωρίωση για διάφορες δόσεις χλωρίου (mg x min/l) 5

6 Από τα παραπάνω αποτελέσµατα και την επεξεργασία τους προκύπτουν τα ακόλουθα βασικά συµπεράσµατα: Τα όρια που θέτει ο κανονισµός της πολιτείας της Καλιφόρνιας για περιορισµένη άρδευση είναι 23 ΤC/100ml στο 50% των δειγµάτων. Τα όρια αυτά θα πρέπει να θεωρηθούν ως υπερβολικά, καθώς δεν µπορεί να ικανοποιηθούν µε καµία δόση υπεριώδους ακτινοβολίας σε δευτεροβάθµια λύµατα (Asano et. al., 1992; Asano et. al., 1998). Παρά το γεγονός ότι όπως ήδη αναφέρθηκε για την περίπτωση της περιορισµένης άρδευσης, θεωρητικά µπορεί να µην τεθεί καν θέµα ανώτατης συγκέντρωση κολοβακτηριδίων. Μία συντηρητική υιοθέτηση µιας διάµεσης συγκέντρωσης της τάξεως των ολίγων εκατοντάδων κολοβακτηριδίων π.χ. 200 FC/100 ml, είναι ρεαλιστική, καθώς µπορεί να επιτευχθεί µε λογικές δόσεις UV ή χλωρίου. Επισηµαίνεται ότι µε την µέτρια αυτή απολύµανση εξασφαλίζεται και η δυνατότητα διάθεσης των λυµάτων σε οποιοδήποτε υδάτινο αποδέκτη. Ανεξαρτήτως δόσεως η απολύµανση µε UV ή χλώριο δευτεροβάθµιων εκροών δεν εξασφαλίζει την πρακτική καταστροφή των κολοβακτηριδίων και κατά συνέπεια δεν επαρκεί για σκοπούς απεριόριστης επαναχρησιµοποίησης. ΥΝΑΤΟΙ ΣΥΝ ΥΑΣΜΟΙ ΤΡΙΤΟΒΑΘΜΙΑΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΑΠΟΛΥΜΑΝΣΗΣ ΓΙΑ ΑΠΕΡΙΟΡΙΣΤΗ ΕΠΑΝΑΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ Όπως προκύπτει από τα προηγούµενα για τη δυνατότητα επίτευξης εκροών κατάλληλων για απεριόριστη επαναχρησιµοποίηση πριν από την απολύµανση των λυµάτων θα πρέπει να προηγηθεί κατάλληλη τριτοβάθµια επεξεργασία. Τα σχήµατα τριτοβάθµιας επεξεργασίας που εξετάσθηκαν είναι τα ακόλουθα: Σχήµα 1: Απευθείας προσθήκη κροκιδωτικών και διύλιση Σχήµα 2: Προσθήκη κροκιδωτικών, κροκίδωση και στη συνέχεια διύλιση και Σχήµα 3: Προσθήκη κροκιδωτικών, κροκίδωση, καθίζηση και στη συνέχεια διύλιση. Προκειµένου να διερευνηθεί η αποτελεσµατικότητα κάθε σχήµατος και να καθορισθούν οι απαιτούµενες προδιαγραφές για την βελτιστοποίηση της λειτουργίας τους, εφαρµόστηκαν και οι τρεις µέθοδοι. Συγκεκριµένα, διερευνήθηκαν τα τρία εναλλακτικά σχήµατα τριτοβάθµιας επεξεργασίας για τα ακόλουθα σενάρια λειτουργίας: - Προσθήκη ένυδρου θειικού αργιλίου σε δόσεις 0, 10, 25, 50, 60 και 90 mg/l - Προσθήκη κατιονικού πολυηλεκτρολύτη σε δόσεις 0 και 0,75 mg/l - Κροκίδωση (για Σχήµατα 1 και 2) σε εργαστηριακής κλίµακας µονάδα jar test µε χρόνο κροκίδωσης 20 min - Καθίζηση (για Σχήµα 3) µε χρόνο καθίζησης 60 min - ιύλιση βαρύτητας σε αµµόφιλτρο. Από την ανάλυση των αποτελεσµάτων των πειραµάτων τριτοβάθµιας επεξεργασίας τα τρία εναλλακτικά σχήµατα επεξεργασίας δεν φαίνεται να παρουσιάζουν σηµαντικές διαφορές ως προς την απόδοση του συστήµατος καθαρισµού για 6

7 δευτεροβάθµια επεξεργασµένα λύµατα µε συγκεντρώσεις στερεών στα αναµενόµενα επίπεδα (TSS < 35 mg/l). Για το λόγο αυτό επιλέχθηκε για αξιολόγηση το οικονοµικότερο σχήµα τριτοβάθµιας επεξεργασίας της απευθείας προσθήκης κροκιδωτικού και στη συνέχεια διύλισης µε χρήση αµµόφιλτρου, του οποίου τα αποτελέσµατα παρουσιάζονται στα διαγράµµατα 7 και 8. 7 Θολότητα Ποσοστιαία κατανοµή% 10 alum 25 alum 55 alum 90 alum 0 alum ιάγραµµα 7: Ποσοστιαία κατανοµή θολότητας τριτοβάθµια επεξεργασµένων λυµάτων σε σύστηµα επεξεργασίας που περιλαµβάνει προσθήκη κροκιδωτικών (on line) και διύλιση. Ολική διαπερατότητα, % Ποσοστιαία αναλογία% 10 alum 25 alum 55 alum 90 alum 0 alum ιάγραµµα 8: Ποσοστιαία κατανοµή διαπερατότητας σε υπεριώδη ακτινοβολία, τριτοβάθµια επεξεργασµένων λυµάτων σε σύστηµα επεξεργασίας που περιλαµβάνει προσθήκη κροκιδωτικών (on line) και διύλιση. 7

8 Όπως προκύπτει από την αξιολόγηση των αποτελεσµάτων, η εφαρµογή του απλούστερου σχήµατος τριτοβάθµιας επεξεργασίας (προσθήκη κροκιδωτικών και στη συνέχεια διύλιση) επιτυγχάνει ικανοποιητική αποµάκρυνση των στερεών ακόµα και µε δόσεις alum ίσες µε 10 mg/l, έτσι ώστε να επιτυγχάνονται θολότητες κάτω από 2 NTU και διαπερατότητες πάνω από 70%. Τ χαρακτηριστικά αυτά, χαµηλά SS, χαµηλή θολότητα και υψηλή διαπερατότητα υποδηλώνουν ότι µε κατάλληλη απολύµανση µπορεί να επιτευχθεί πρακτικά πλήρης αποµάκρυνση παθογόνων στα τριτοβάθµια αυτά επεξεργασµένα λύµατα. Η εκτίµηση αυτή ελέγχθηκε µε κατάλληλα πειράµατα απολύµανσης µε UV και χλώριο και επεξεργασία των αποτελεσµάτων µε τη µέθοδο Monte Carlo, µε µέθοδο ανάλογη αυτής που ακολουθήθηκε µε τα δευτεροβάθµια λύµατα. Τα αποτελέσµατα παρουσιάζονται στα διαγράµµατα 9 και 10, από τα οποία προκύπτει το συµπέρασµα, ότι πρακτική εξάλειψη των κολοβακτηριδίων (διάµεση τιµή µικρότερη από 1 FC/100 ml, ακραίες τιµές για µικρό ποσοστό των δειγµάτων π.χ. 20% όχι µεγαλύτερες από 5 FC/100 ml), µπορεί να επιτευχθεί µε λογικές δόσεις UV και χλωρίου στα τριτοβάθµια λύµατα. FC/100ml 100, , , % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Ποσοστιαία αναλογία D=5 D=10 D=20 D=30 D=45 D=60 D=75 D=90 D=120 ιάγραµµα 9: Αθροιστικές κατανοµές των FC τριτοβάθµια επεξεργασµένων λυµάτων µε προσθήκη κροκιδωτικών (alum = 10 mg/l, πολυηλεκτρολύτης = 0.75 mg/l) που έχουν υποστεί απολύµανση µε υπεριώδη ακτινοβολία (TSS = 5 mg/l) (οι δόσεις D σε mwsec/cm 2 )+ 8

9 , , , ,00 100,00 10,00 1,00 0,10 0,01 0,00 FC/100ml 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Ποσοστιαία αναλογία Ct=50 Ct=75 Ct=100 Ct=125 Ct=600 ιάγραµµα 10: Αθροιστικές κατανοµές των FC τριτοβάθµια επεξεργασµένων λυµάτων µε προσθήκη κροκιδωτικών (alum = 10 mg/l, πολυηλεκτρολύτης = 0.75 mg/l) που έχουν υποστεί απολύµανση µε χλωρίωση (δόση σε mg min/l). ΣΥΝΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΟΡΙΑ ΚΑΙ ΠΡΟ ΙΑΓΡΑΦΕΣ ΓΙΑ ΕΠΑΝΑΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗ ΛΥΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α Ως αποτέλεσµα της ανασκόπησης της διεθνούς βιβλιογραφίας και νοµοθεσίας και των πειραµατικών εργασιών που περιγράφηκαν διατυπώνονται προτάσεις για όρια και προδιαγραφές που µελλοντικά θα µπορούσαν να ενταχθούν στο θεσµικό πλαίσιο που θα ρυθµίζει τα θέµατα επαναχρησιµοποίησης των λυµάτων στην Ελλάδα. Στόχος είναι η παρουσίαση ορίων και προδιαγραφών κατάλληλων για τον Ελληνικό τα οποία µπορεί να αποτελέσουν τη βάση για περαιτέρω συζήτηση µεταξύ των αρµόδιων φορέων. Οι προτάσεις συναρτώνται µε τους διαφορετικούς τύπους επαναχρησιµοποίησης, µε κατάλληλη διαφοροποίηση των ορίων και προδιαγραφών των απαραίτητων σταδίων επεξεργασίας. Επαναχρησιµοποίηση για άρδευση Απαιτείται αρχικά, διαχωρισµός µεταξύ περιορισµένης και απεριόριστης άρδευσης βάσει των αρδευόµενων καλλιεργειών και του τρόπου εφαρµογής του νερού. Η περιορισµένη άρδευση αφορά σε καλλιέργειες όπως δάση, εκτάσεις όπου δεν αναµένεται πρόσβαση του κοινού, καλλιέργειες ζωοτροφών, βιοµηχανικές καλλιέργειες, λιβάδια, δέντρα (συµπεριλαµβανοµένων των οπωροφόρων µε την προϋπόθεση ότι κατά τη συλλογή οι καρποί δεν βρίσκονται σε επαφή µε το έδαφος), καλλιέργειες σπόρων και καλλιέργειες που παράγουν προϊόντα τα οποία υποβάλλονται σε περαιτέρω επεξεργασία πριν την κατανάλωσή τους. Ως προς τους τρόπους εφαρµογής του νερού, η µέθοδος του καταιονισµού δεν επιτρέπεται. Η απεριόριστη άρδευση µεταξύ άλλων, αφορά σε όλα τα άλλα είδη καλλιεργειών όπως λαχανικά, αµπέλια, ή καλλιέργειες των οποίων τα προϊόντα καταναλώνονται ωµά, 9

10 θερµοκήπια. Κατά την απεριόριστη άρδευση επιτρέπονται διάφορες µέθοδοι εφαρµογής του νερού συµπεριλαµβανοµένου του καταιονισµού. Η ελάχιστη προτεινόµενη επεξεργασία λυµάτων για την περιορισµένη άρδευση είναι δευτεροβάθµια βιολογική επεξεργασία για την παραγωγή εκροής µε συγκεντρώσεις BOD 5 και SS χαµηλότερες από 25 και 35 mg/l αντίστοιχα, για το 80% των δειγµάτων και συγκεντρώσεις περιττωµατικών κολοβακτηριδίων χαµηλότερες από 200 FC/100 ml, ως διάµεση τιµή, µέσω κατάλληλης απολύµανσης των δευτεροβάθµιων εκροών. Οι τιµές νιτρικών στις δευτεροβάθµιες εκροές δεν υπερβαίνουν τα 35 mg/l, τιµή που είναι αποδεκτή υπό κανονικές συνθήκες. Ωστόσο σε περιπτώσεις µεγάλων χρόνων αποθήκευσης των λυµάτων σε επιφανειακούς ταµιευτήρες ή άρδευσης ευπρόσβλητων στην νιτρορύπανση ζωνών απαιτείται προχωρηµένη επεξεργασία για την αποµάκρυνση θρεπτικών ώστε η τελικά παραγόµενη εκροή να περιέχει συγκεντρώσεις αζώτου µικρότερες από 15 mg/l. Οι προτεινόµενες µέθοδοι δευτεροβάθµιας επεξεργασίας περιλαµβάνουν τα συστήµατα ενεργού ιλύος, βιολογικά φίλτρα και περιστρεφόµενους βιολογικούς δίσκους. Άλλα συστήµατα όπως φυσικά ή επί τόπου συστήµατα που παράγουν εκροή µε ισοδύναµη ποιότητα (BOD/SS = 25/35) είναι αποδεκτά κατόπιν επαρκούς τεκµηρίωσης. Η ελάχιστη προτεινόµενη επεξεργασία που απαιτείται για απεριόριστη άρδευση είναι δευτεροβάθµια βιολογική επεξεργασία, που ακολουθείται από τριτοβάθµια (κατ ελάχιστο κροκίδωση, διύλιση) και στη συνέχεια απολύµανση, για την παραγωγή εκροής µε συγκεντρώσεις BOD 5 και SS µικρότερες από 10 mg/l για το 80% των δειγµάτων και τιµές θολότητας µικρότερες από 2 NTU ως διάµεση τιµή. Η συγκέντρωση των περιττωµατικών κολοβακτηριδίων θα πρέπει να διατηρείται µικρότερη από 5 FC/100 ml για το 80% των δειγµάτων. Οι απαιτήσεις ως προς την αποµάκρυνση αζώτου είναι κοινές µε τις αντίστοιχες στην περίπτωση της απεριόριστης άρδευσης, όπως και οι µέθοδοι δευτεροβάθµιας επεξεργασίας. Άλλες µέθοδοι τριτοβάθµιας επεξεργασίας µπορεί να εφαρµοσθούν κατόπιν επαρκούς τεκµηρίωσης και µε δεδοµένο την ποιότητα επεξεργασίας, η οποία πρέπει να είναι ισοδύναµη µε το τυπικό σύστηµα τριτοβάθµιας επεξεργασίας. Επαναχρησιµοποίηση λυµάτων για αστική χρήση πλήν πόσης και χρήσεις αναψυχής Οι δυνατότητες επαναχρησιµοποίησης περιλαµβάνουν το πότισµα µεγάλων εκτάσεων (νεκροταφεία, πρανή αυτοκινητοδρόµων, γήπεδα γκόλφ, δηµόσια πάρκα) και εγκαταστάσεων αναψυχής, την κατάσβεση πυρκαϊών, νερό για τη συµπύκνωση εδαφών, νερό για τον καθαρισµό οδών και πεζοδροµίων, νερό για διακοσµητικά σιντριβάνια και νερό για καθαρισµό τουαλετών. Ως προς την απαιτούµενη επεξεργασία η περιορισµένη αστική χρήση απαιτεί δευτεροβάθµια επεξεργασία, ενώ η απεριόριστη προϋποθέτει επιπρόσθετα τριτοβάθµια επεξεργασία. Ο διαχωρισµός µεταξύ περιορισµένης και απεριόριστης αστικής χρήσης είναι µια αξιόπιστη και ασφαλής διαδικασία υπό την προϋπόθεση ότι τα θεσµικά, οργανωτικά κι διαχειριστικά µέσα µπορούν να εξασφαλίσουν τη σωστή εφαρµογή της. Η εκπλήρωση αυτής της προϋπόθεσης είναι ωστόσο αµφίβολη στην περίπτωση της Ελλάδας. Προτείνονται λοιπόν κοινά όρια τόσο για την περιορισµένη όσο και για την 10

11 απεριόριστη αστική χρήση και τις χρήσεις αναψυχής, τα οποία είναι αντίστοιχα µε αυτά της απεριόριστης άρδευσης. Επαναχρησιµοποίηση στη βιοµηχανία Η επαναχρησιµοποίηση λυµάτων στη βιοµηχανία περιλαµβάνει νερά ψύξης, λεβήτων και χρήσης κατά τις διάφορες διεργασίες. Σε περιπτώσεις νερών ψύξης µιας χρήσης, µπορεί να χρησιµοποιηθούν δευτεροβάθµια επεξεργασµένα λύµατα, τα οποία µετά από απολύµανση περιέχουν συγκεντρώσεις περιττωµατικών κολοβακτηριδίων µικρότερες από 200 FC /100 ml (διάµεση τιµή). Για όλες τις άλλες περιπτώσεις, συµπεριλαµβανοµένου του νερού που ανακυκλώνεται στα αντίστοιχα συστήµατα ψύξης, η ελάχιστη απαίτηση επεξεργασίας είναι η τριτοβάθµια. Πρόσθετη επεξεργασία µπορεί να απαιτηθεί σε ειδικές περιπτώσεις. Άµεση ή έµµεση επαναχρησιµοποίηση λυµάτων για πόση Προτείνεται η απαγόρευση της επαναχρησιµοποίησης λυµάτων για άµεση ή έµµεση πόση. Εµπλουτισµός υπόγειου υδροφορέα για χρήση εκτός πόσης Ο εµπλουτισµός υπόγειου υδροφορέα µε επεξεργασµένα λύµατα µπορεί να επιτραπεί στις περιπτώσεις όπου αποδεδειγµένα ο υδροφορέας δεν χρησιµοποιείται για σκοπούς ύδρευσης. Η ποιότητα των υπόγειων υδάτων µετά τον εµπλουτισµό του υδροφορέα µε λύµατα θα πρέπει να είναι κατ ελάχιστον ισοδύναµη µε την ποιότητα που απαιτείται για απεριόριστη αρδευτική ή αστική χρήση. Ωστόσο, µε δεδοµένη την αβεβαιότητα ως προς µελλοντικές πιθανές χρήσεις του υδροφορέα θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή για την αποφυγή συσσώρευσης οργανικών στα υπόγεια ύδατα. Κατά συνέπεια απαιτείται επαρκής βαθµός επεξεργασίας για την αποµάκρυνση οργανικών που θα περιλαµβάνει, εκτός από δευτεροβάθµια βιολογική και τριτοβάθµια επεξεργασία, προχωρηµένες µεθόδους κατάλληλες για την αποµάκρυνση διαλυτού οργανικού υλικού (π.χ. ενεργός άνθρακας ή µεµβράνες). Σε περιπτώσεις εµπλουτισµού µέσω διήθησης από την επιφάνεια του εδάφους µε κατάλληλα χαρακτηριστικά και επαρκές βάθος αναµένεται αποµάκρυνση των οργανικών που θα κατακρατηθούν στο έδαφος, µε αποτέλεσµα να αποφεύγεται η προχωρηµένη επεξεργασία. Θα πρέπει να τονιστεί ωστόσο ότι ανεξάρτητα από τον ελάχιστο απαιτούµενο βαθµό επεξεργασίας, είναι απαραίτητη η εκτέλεση ειδικών υδρογεωλογικών µελετών, που θα αναφέρονται στην εκάστοτε περιοχή ώστε να είναι δυνατή η µε ασφάλεια αποφυγή διείσδυσης λυµάτων σε υπόγειους υδροφορείς που χρησιµοποιούνται για απόληψη πόσιµου νερού. Στον Πίνακα 1 συνοψίζονται τα προτεινόµενα όρια και οι προδιαγραφές συστηµάτων επεξεργασίας για την επαναχρησιµοποίηση λυµάτων στην Ελλάδα. 11

12 Πίνακας 1: Προτεινόµενα όρια για µικροβιολογικές και συµβατικές παραµέτρους στην περίπτωση επαναχρησιµοποίησης λυµάτων στην Ελλάδα Περιορισµένη άρδευση άση και περιοχές όπου δεν αναµένεται πρόσβαση του κοινού, καλλιέργειες ζωοτροφών, βιοµηχανικές καλλιέργειες, λιβάδια, δένδρα (συµπεριλαµβανοµένων των οπωροφόρων, µε την προϋπόθεση ότι κατά τη συλλογή οι καρποί δεν βρίσκονται σε επαφή µε το έδαφος), καλλιέργειες σπόρων και καλλιέργειες που παράγουν προϊόντα τα οποία υποβάλλονται σε περαιτέρω επεξεργασία πριν την κατανάλωσή τους. Άρδευση µε καταιονισµό δεν θα εφαρµόζεται Περιττωµατικά κολοβακτηρίδια (FC/100 ml) 200 διάµεση τιµή BOD 5 (mg/l) 25 για το 80% των δειγµάτων SS (mg/l) 35 για το 80% των δειγµάτων Θολότητα (NTU) Προτεινόµενη επεξεργασία ευτεροβάθµια βιολογική α, α1 επεξεργασία Απολύµανση β Βιοµηχανική επεναχρησιµοποίηση Νερό ψύξης µιας χρήσης Απεριόριστη άρδευση Όλες οι καλλιέργειες όπως λαχανικά, αµπέλια ή καλλιέργειες των οποίων τα προϊόντα καταναλώνονται ωµά, θερµοκήπια. Η απεριόριστη άρδευση επιτρέπει την εφαρµογή διαφόρων µεθόδων εφαρµογής του νερού συµπεριλαµβανοµένου του καταιονισµού Αστική χρήση Μεγάλες εκτάσεις (νεκροταφεία, πρανή αυτοκινητόδροµων, γήπεδα γκόλφ, δηµόσια πάρκα), εγκαταστάσεις αναψυχής, κατάσβεση πυρκαϊών, συµπύκνωση εδαφών, καθαρισµός οδών και πεζoδρόµων, διακοσµητικά σιντριβάνια, νερό για καθαρισµό τουαλέτας. 5 για το 80% των δειγµάτων 10 για το 80% των δειγµάτων 10 για το 80% των δειγµάτων 2 διάµεση τιµή ευτεροβάθµια βιολογική επεξεργασία α Τριτοβάθµια επεξεργασία γ Απολύµανση δ Βιοµηχανική επεναχρησιµοποίηση π.χ. επανακυκλοφορούµενο νερό ψύξης,νερό για λέβητες κλπ. Εµπλουτισµός υπόγειου υδροφορέα που δεν χρησιµοποιείται για ύδρευση 12

13 Παρατηρήσεις του Πίνακα 1 α) Οι προτεινόµενες µέθοδοι δευτεροβάθµιας επεξεργασίας περιλαµβάνουν διάφορους τύπους του συστήµατος ενεργού ιλύος, βιολογικά φίλτρα και περιστρεφόµενους βιολογικούς δίσκους. Άλλα συστήµατα που παράγουν εκροή µε ισοδύναµη ποιότητα (BOD 5 /SS=25/35 για το 80% των δειγµάτων) είναι αποδεκτά κατόπιν επαρκούς τεκµηρίωσης. Οι συγκεντρώσεις αζώτου στην εκροή πρέπει να διατηρούνται χαµηλότερα από 35 mg/l, µε εξαίρεση τις περιπτώσεις όπου υπάρχει µεγάλης διάρκειας αποθήκευση των λυµάτων σε ταµιευτήρες ή γίνεται άρδευση ευπρόσβλητων στη νιτρορρύπανση ζωνών. Στις περιπτώσεις αυτές οι µέσες συγκεντρώσεις αζώτου πρέπει να µην υπερβαίνουν τα 15 mg/l. α1) Στην περίπτωση µικρών οικισµών µε πληθυσµό µικρότερο από 2000 ισοδύναµους κατοίκους είναι δυνατή η εφαρµογή συστηµάτων επεξεργασίας, που δεν επιτυγχάνουν τα ως άνω όρια για τα BOD 5 /SS µε την προϋπόθεση ότι τεκµηριωµένα εξασφαλίζεται η µη επαφή κοινού και γεωργών µε τα επεξεργασµένα λύµατα. Στις περιπτώσεις αυτές ως ενδεικτική διάµεση τιµή περιττωµατικών κολοβακτηριδίων τίθενται τα 1000 FC/ 100ml. β) Χλωρίωση, οζόνωση, χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας (UV) ή άλλου είδους µέθοδοι καταστροφής ή συγκράτησης παθογόνων, που εξασφαλίζουν στην εκροή την απαιτούµενη διάµεση συγκέντρωση περιττωµατικών κολοβακτηριδίων. Σε κάθε περίπτωση κατά την εφαρµογή της χλωρίωσης θα εξασφαλίζεται γινόµενο υπολειµµατικού χλωρίου επί χρόνο επαφής (C t) µεγαλύτερο ή ίσο από 30 mg min/lt, ενώ για απολύµανση µε UV θα εξασφαλίζεται ελάχιστη δόση 70 mwsec/cm 2 στο τέλος της ζωής των λαµπτήρων και για τον σχεδιασµό του συστήµατος UV δεν θα λαµβάνεται τιµή διαπερατότητας µεγαλύτερη από 50%. γ) Κατάλληλο σύστηµα που να επιτυγχάνει τα αναφερόµενα στον Πίνακα 5.1 όρια για το BOD 5, τα SS και τη θολότητα. Κατ ελάχιστον προσθήκη θειικού αργιλίου (alum) σε δόση µεγαλύτερη από 10 mg/l και απευθείας διύλιση σε διυλιστήριο άµµου µε τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: βάθος διυλιστικού µέσου (L) 1,40 m, ενεργή διάµετρο κόκκων άµµου (De) 1 mm, συντελεστή οµοιοµορφίας κόκκων άµµου (u) 1,45-1,60 και επιφανειακή φόρτιση 8 m 3 /m 2 /hr για κανονικές συνθήκες λειτουργίας. δ) Χλωρίωση, οζόνωση, χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας (UV) ή άλλου είδους µέθοδος καταστροφής ή συγκράτησης παθογόνων, που εξασφαλίζουν στην εκροή την απαιτούµενη συγκέντρωση περιττωµατικών κολοβακτηριδίων για το 80 % των δειγµάτων. Σε κάθε περίπτωση κατά την εφαρµογή της χλωρίωσης θα εξασφαλίζεται συγκέντρωση υπολειµµατικού χλωρίου 2 mg/l και ελάχιστος χρόνος επαφής 60 min, ενώ η αναγκαιότητα αποχλωρίωσης πριν από την επαναχρησιµοποίηση θα εξετάζεται κατά περίπτωση. Για απολύµανση µε UV θα εξασφαλίζεται ελάχιστη δόση 50 mwsec/cm 2 στο τέλος της ζωής των λαµπτήρων και για τον σχεδιασµό του συστήµατος UV δεν θα λαµβάνεται τιµή διαπερατότητας µεγαλύτερη από 70%. 13

14 AΝΑΦΟΡΕΣ Andreadakis A., Mamais, D., Christoulas, D. and Kabylafka, S. (1999). Ultraviolet disinfection of secondary and tertiary effluent in the Mediterranean region, Water Science and Technology, 40, 4-5, Andreadakis, A., Gavalaki, E., Mamais, D., Tzimas, A. (2001). Wastewater reuse criteria in Greece, Proceedings of the 7th International Conference on Environmental Science and Technology, pp 7-14, Syros, Greece. Andreadakis A., Mamais D., and Gavalakis E., (2005) Evaluation of treatment schemes appropriate for wastewater reuse ion Greece First International Conference on Sustainable Urban Wastewater Treatment and Reuse, September 15-16, 2005, Nicosia - Cyprus Asano T. et al., (1992), Evolution of Tertiary Treatment Requirements in California, Water Environment & Technology, 4, 2, Asano T. and Levine A.D. (1998), Wastewater Reclamation, Recycling and Reuse: An Introduction, in Wastewater Reclamation and Reuse, Asano T. (ed), Water Quality Management Library - Voume 10, Techomic Publishing Co. Inc., Lancaster, Pennsylvania. Barbagalo S., Cirelli G.L. and Indelicato S., (2000), Wastewater reuse in Italy, Proceedings of the 1 st IWA World Water Congress, Paris. Bonomo L., Nurizzo C. and Rolle E., (1999), Advanced wastewater treatment and reuse: Related problems and perspectives in Italy, Water Science and Technology, 40, 4-5, pp Dodou M. (2000), Overview of Wastewater Management and Reuse in Cyprus, Ministry of Agriculture, Natural Resources and Environment, Water Development Department, Nicosia. NTUA, Sanitary Engineering Laboratory, (2000) NTUA, Treatment and reuse of sewage and sludge in the South Mediterranean and Middle East Countries Final Report of the Project Development Assistance Programme in the Field of Environment DAC/DAPE NTUA, Sanitary Engineering Laboratory, (2003) Wastewater reclamation and reuse. Part of the Final Report of LIFE 99/ENV/GR/ WHO, (1989), Health guidelines for the use of wastewater in agriculture and aquaculture: Report of a WHO Scientific Group. WHO Technical Report Series 778, WHO, Geneva. WHO, (1995), Developing human health-related chemical guidelines for reclaimed wastewater and sewage sludge applications in agriculture, A.C. Chang, A.L Page and T. Asano, WHO, Geneva. 14