ιαχείριση Α οβλήτων Υποµονάδες βιολογικού καθαρισµού υ οµονάδες βιολογικού καθαρισµού Για τη βιολογική επεξεργασία των αποβλήτων χρησιµοποιούνται στην πράξη κατάλληλες τεχνικές εγκαταστάσεις, οι υποµονάδες λειτουργίας. Οι πιο συνηθισµένες υποµονάδες είναι: το χαλικοδιϋλιστήριο, η δραστική λάσπη (ενεργού ιλύος) οι δεξαµενές σταθεροποιήσεως, η µέθοδος της άρδευσης ή τεχνικοί υγρότοποι η επεξεργασία της λάσπης. 1
Αντιδραστήρες Οι δεξαµενές µέσα στις οποίες γίνονται οι βιολογικές και χηµικές αντιδράσεις και οι διαδικασίες καθαρισµού ονοµάζονται αντιδραστήρες (reactors). Οι αντιδραστήρες κατατάσσονται σε 4 κατηγορίες: Μιας δόσης (batch): όταν δεν υπάρχει συνεχής εισροή ή εκροή. Ροής βύσµατος (plug flow): όταν τα υγρά µόρια περνούν οµοιόµορφα από τον αντιδραστήρα και βγαίνουν µε την ίδια σειρά που µπήκαν. Συναντάται κυρίως σε επιµήκεις δεξαµενές, στις δεξαµενές σταθεροποιήσεως µε µεγάλο χρόνο συγκράτησης και µικρή ανάµιξη, και στα χαλικοδιϋλιστήρια. Καθολικής ανάµιξης (complete mix): όταν τα µόρια µόλις µπουν στη δεξαµενή διασκορπίζονται σε ολόκληρο τον αντιδραστήρα. Συναντάται σε κυκλικές ή τετράγωνες δεξαµενές που ανακατεύονται συνεχώς και οµοιόµορφα. Ανάµικτης ροής (intermixing flow): επικρατεί µικτή κατάσταση µεταξύ ροής βύσµατος και καθολικής ανάµιξης. Τύ οι αντιδραστήρων 2
Ι) Χαλικοδιϋλιστήριο (βιολογικό φίλτρο) Αποτελείται από κυλινδρική δεξαµενή, γεµάτη µε θραυστό αδρανές υλικό (χαλίκια) ή µε ειδικής µορφής πλαστικά µέσα πλήρωσης. Τα υγρά απόβλητα µετά την πρωτοβάθµια καθίζηση οδηγούνται σε δεξαµενή φορτίσεως, εφοδιασµένη µε σιφώνι ή αντλία για την τροφοδότηση του περιστροφικού διανοµέα που καταβρέχει την επιφάνεια του διϋλιστηρίου. Τα υγρά ρέουν σε λεπτό στρώµα πάνω στο υλικό πλήρωσης και έρχονται σε µεγάλη επαφή µε το οξυγόνο του αέρα, που κινείται ελεύθερα ανάµεσα στα κενά, φυσικά ή τεχνητά. Έτσι συντηρείται στην επιφάνεια του υλικού πλήρωσης αερόβια βιολογική δράση από διάφορους οργανισµούς που σχηµατίζουν προοδευτικά βιολογικό υµένιο. Το υµένιο αυτό όταν αποκτήσει αρκετό πάχος ξεκολλάει και παρασύρεται στη δεξαµενή δεύτερης καθίζησης για συλλογή. Το χαλικοδιϋλιστήριο λειτουργεί πολύ αποδοτικά και είναι κατάλληλο για µικρές και µεσαίες εγκαταστάσεις. 3
Τοµή χαλικοδιυλιστηρίου Ενδεικτικές διατάξεις κατά µήκος τοµής εγκατάστασης καθαρισµού 4
Βιολογική δράση στο χαλικοδιϋλιστήριο Ρυθµός φόρτισης Τα χαλικοδιϋλιστήρια ανάλογα µε το ρυθµό που τροφοδοτούνται διακρίνονται σε: Χαµηλής φόρτισης: τροφοδοτούνται µε µικρό υδραυλικό και οργανικό φορτίο και έχουν υψηλή απόδοση (>90%) µε σταθερή ποιότητα τελικής απορροής και αρκετή νιτροποίηση. Η παραγόµενη λάσπη είναι σηµαντικά σταθεροποιηµένη (οξειδωµένη). Υψηλής φόρτισης: τροφοδοτούνται µε µεγαλύτερο φορτίο (5πλάσιο) και έχουν µικρότερη απόδοση σε ελάττωση του οργανικού φορτίου αλλά µε την ανακυκλοφορία µπορούν να επεξεργαστούν µεγαλύτερο οργανικό φορτίο ανά µονάδα όγκου. 5
ΙΙ) ραστική λάσ η Κατά τη µέθοδο αυτή τα απόβλητα οδηγούνται µετά την πρωτοβάθµια καθίζηση σε δεξαµενή αερισµού (αντιδραστήρα) όπου υποβάλλονται σε αερόβια σταθεροποίηση µε συνεχή παροχή αέρα είτε από αεραντλίες είτε µε µηχανική ανάδευση. Στη δεξαµενή αερισµού αναπτύσσονται βιολογικές κροκίδες, που αποτελούν τους δραστικούς πυρήνες για την προσρόφηση, αφοµοίωση, και αποικοδόµηση των οργανικών ουσιών. Οι κροκίδες πρέπει να διατηρούνται πάντα σε αιώρηση µέσα στον αντιδραστήρα µε τη βοήθεια του ρεύµατος αέρα ή µέσω µηχανικής ανάµιξης Το περιεχόµενο του αντιδραστήρα που ονοµάζεται µικτό υγρό, είναι εµπλουτισµένο µε το µικροβιακό πληθυσµό και εκφράζεται µε τα πτητικά ή τα στερεά και πρέπει να έχει ελεγχόµενη συγκέντρωση. Για τον άµεσο εµβολιασµό των εισερχόµενων αποβλήτων και την εξασφάλιση του επιθυµητού µικροβιακού πληθυσµού γίνεται πάντα ανακυκλοφορία δραστικής λάσπης είτε από τη δεύτερη καθίζηση είτε από την απορροή της δεξαµενής αερισµού, µε ρυθµό ~ 25-50% της παροχής ώστε να εξασφαλίζεται η σχέση τροφής µικροβίων. Η µέθοδος της δραστικής λάσπης έχει υψηλή απόδοση και απαιτεί µικρή έκταση αλλά έχει ανάγκη συνεχούς παρακολούθησης από έµπειρο προσωπικό. Συνιστάται για µεσαίες και κυρίως µεγάλες εγκαταστάσεις. 6
ραστική λάσ η 7
Hofmann et al, 2007 Brazilian Archives of Biology and Technology Τύ οι διεργασιών Συµβατική µέθοδος: η ροή στη δεξαµενή αερισµού είναι µορφής βύσµατος, µε σταθερό ρυθµό σε όλο το µήκος για 4-8 ώρες και µε ανακυκλοφορία της λάσπης (25-50% της παροχής). Μειονέκτηµα είναι ότι η παροχή αέρα (Ο 2 ) είναι σταθερή σε όλο το µήκος της δεξαµενής, ενώ η ζήτηση από τους οργανισµούς ελαττώνεται καθώς λιγοστεύει η τροφή. 8
Συµβατική µέθοδος Καθολική ανάµιξη Επιδιώκεται οµοιόµορφη εισαγωγή του µίγµατος των λυµάτων και της λάσπης από την ανακυκλοφορία σε όλο το µήκος της δεξαµενής και η αντίστοιχη εκροή τους αφού υποβληθούν σε σταθερό αερισµό. Το οργανικό φορτίο και η ζήτηση οξυγόνου είναι σταθερά σε όλο το µήκος της δεξαµενής και σε αντιστοιχία µε την παροχή αέρα, πράγµα που επιτρέπει το διπλασιασµό σχεδόν του ρυπαντικού φορτίου, έναντι της συµβατικής µεθόδου. 9
Καθολική ανάµιξη Τµηµατικός αερισµός Η εισαγωγή των λυµάτων αντί να γίνει στην αρχή της δεξαµενής, διαµοιράζεται σε περισσότερα σηµεία, και έτσι κατανέµεται πιο οµοιόµορφα η ζήτηση οξυγόνου, µε αποτέλεσµα να αξιοποιείται καλύτερα η σταθερή τροφοδότησή του από το σύστηµα αερισµού. 10
Τµηµατικός αερισµός 11
ΙΙΙ. Αερόβια αναερόβια ε εξεργασία Η µικτή αυτή επεξεργασία επιτυγχάνεται σε δεξαµενές σταθερο οιήσεως µε αρκετό βάθος, όπου στο ανώτερο στρώµα διατηρούνται αερόβιες συνθήκες, ενώ στο κατώτερο στρώµα επικρατούν αναερόβιες συνθήκες. Αερόβια- αναερόβια δεξαµενή σταθερο οιήσεως 12
εξαµενές σταθερο οίησης Είναι µονάδες βιολογικής επεξεργασίας, που λειτουργούν κάτω από φυσικές ή τεχνητές συνθήκες αερισµού ή και αναερόβια, µε ικανοποιητική απόδοση. Αποτελούνται από σχετικά µικρού βάθους λεκάνη, µε επίπεδο πυθµένα, και κατασκευάζονται συνήθως στο ύπαιθρο µε χωµάτινα αναχώµατα. Οι δεξαµενές µε µεγαλύτερο βάθος, εφόσον δεν αερίζονται µηχανικά, παρουσιάζουν είτε µικτή βιολογική δράση (αερόβια κοντά στην επιφάνεια, ανάµικτη στη µέση), είτε λειτουργούν πρακτικά σαν αναερόβιοι αντιδραστήρες, εφόσον φορτίζονται µε πυκνά απόβλητα. 13
Βασικές προϋπόθεσεις για τη σωστή εφαρµογή των δεξαµενών σταθεροποίησης: διάθεση φθηνής γης, η προστασία των υπόγειων νερών από κινδύνους ρύπανσης και µόλυνσης και η προστασία του περιβάλλοντος από ενοχλήσεις (δυσοσµία κλπ). Οι δεξαµενές σταθεροποίησης κατατάσσονται σε κατηγορίες: Αερόβιες Αεριζόµενες (τεχνητά) Επαµφοτερίζουσες Αναερόβιες 14
Οι δεξαµενές σταθεροποίησης, εφόσον υπάρχει η απαιτούµενη εδαφική έκταση µακριά από κατοικηµένες περιοχές, µπορεί να χρησιµοποιηθούν µε επιτυχία και οικονοµικά, για την επεξεργασία αποβλήτων από µικρούς οικισµούς, ιδρύµατα, βιοτεχνίες αγροτικών προϊόντων (συντήρηση φρούτων και λαχανικών), σφαγεία, κτηνοτροφικές µονάδες (χοιροστάσια) κλπ. Αερόβιες δεξαµενές ύο βασικοί τύποι: Α) Κύριος στόχος είναι η µεγιστοποίηση της παραγωγής και συγκοµιδής φυκών, οπότε το βάθος είναι περιορισµένο (30-50 εκατοστά) Β) Στόχος είναι η µεγιστοποίηση της παραγωγής οξυγόνου για την αερόβια οξείδωση των οργανικών ουσιών και το βάθος φθάνει τα 1,2-1,5 µέτρα. Η οργανική φόρτιση των δεξαµενών πρέπει να ανταποκρίνεται στο διαθέσιµο οξυγόνο από την ατµόσφαιρα και τη φωτοσύνθεση. Ο χρόνος συγκράτησης είναι συνήθως µεγάλος (αρκετές ηµέρες ή και µήνες) και η απόδοση, σε ελάττωση του BOD, των αερόβιων δεξαµενών πολύ υψηλή (µέχρι 95%) 15
Αεριζόµενες τεχνητά δεξαµενές Οι δεξαµενές αυτές, ανάλογα µε τον τρόπο αερισµού και το ρυθµό ανάµιξης, διακρίνονται σε καθολικά αερόβιες, σε αερόβιες-αναερόβιες (µικτές) και σε παρατεταµένου αερισµού. Γενικά έχουν υψηλό βαθµό απόδοσης, ιδιαίτερα οι του παρατεταµένου αερισµού (95-98%) Ε αµφοτερίζουσες δεξαµενές Στις δεξαµενές αυτές υπάρχουν 3 ζώνες µε διαφορετική βιολογική δράση: Η επιφανειακή αερόβια ζώνη, µε βακτήρια και φύκη σε συµβίωση Η αναερόβια ζώνη του πυθµένα, όπου συγκεντρώνονται τα ιζήµατα και αποσυντίθενται από αναερόβιους µικροοργανισµούς Η ενδιάµεση ζώνη που είναι µικτή, όπου οι οργανικές ουσίες αποικοδοµούνται από επαµφοτερίζοντες µικροοργανισµούς Η ύπαρξη αερόβιας επιφανειακής ζώνης ελαττώνει το πρόβληµα των δυσοσµιών, από την αναερόβια αποικοδόµηση στον πυθµένα. 16
Αναερόβιες δεξαµενές Οι δεξαµενές αυτές είναι πρακτικά αναερόβιες σε όλο το βάθος, εκτός από ένα λεπτό επιφανειακό στρώµα. Κατασκευάζονται ανοιχτές µε µεγάλα βάθη (2,5-6 µέτρα) ώστε να εξασφαλίζεται η αναερόβια δράση και να διατηρείται η θερµότητα, που επιταχύνει ιδιαίτερα την βιοαποικοδόµηση. Χρησιµοποιούνται ιδιαίτερα για απόβλητα µε µεγάλη συγκέντρωση οργανικών ουσιών και σχετικά θερµά, χωρίς τοξικές ουσίες, όπως ορισµένα βιοµηχανικά (σφαγεία, επεξεργασία κρέατος κλπ). Αναερόβιες δεξαµενές Βασικό πλεονέκτηµα είναι η µικρή δαπάνη αρχικής εγκατάστασης και λειτουργίας, η περιορισµένη απαιτούµενη έκταση και η ικανότητα να δεχθούν απότοµα υψηλά φορτία. Κύριο µειονέκτηµα είναι η δυσοσµία. Οι αναερόβιες συνήθως χρησιµοποιούνται σε συνδυασµό µε αερόβιες ή µικτές, ως προκαταρκτικό στάδιο ελάττωσης του υψηλού οργανικού φορτίου, µε µικρή δαπάνη και επιτυγχάνουν ελάττωση του BOD κατά 30-80% 17
Πλεονεκτήµατα µειονεκτήµατα δεξαµενών σταθερο οίησης Ελάχιστο κόστος λειτουργίας & συντήρησης εν απαιτούνται χηµικά πρόσθετα Ελάχιστη παραγωγή ιλύος (αποµάκρυνση ανα 5ετία) Σχετικά άοσµη λειτουργία Αναβάθµιση ή υποβάθµιση περιοχής Μεγαλύτερη έκταση από τις συµβατικές Άσκηση Είναι δυνατή η παρουσία δεξαµενών αερισµού και δεξαµενών σταθεροποίησης σε µια διαµόρφωση συστήµατος επεξεργασίας λυµάτων? 18