ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ 139 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8. Επεξεργασία λάσπης Η λάσπη που προκύπτει από τις διεργασίες επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων είναι συνήθως σε ρευστή ή ημίρευστη κατάσταση, που τυπικά περιέχει από 0.25 μέχρι 12% κατά βάρος σε στερεά, ανάλογα με τις μεθόδους και τις διεργασίες που χρησιμοποιήθηκαν. Από τα συστατικά που απομακρύνονται η λάσπη καταλαμβάνει τον μεγαλύτερο όγκο και η επεξεργασία και διάθεσή της αποτελούν το σημαντικότερο πρόβλημα που έχει να αντιμετωπίσει κανείς στην επεξεργασία των υγρών αποβλήτων. Τα προβλήματα που έχουν να κάνουν με τη λάσπη είναι πολύπλοκα γιατί: (1) αποτελείται κυρίως από τα συστατικά που καθιστούν επικίνδυνα τα ανεπεξέργαστα υγρά απόβλητα, (2) το κλάσμα της λάσπης που παράγεται από την βιολογική επεξεργασία και απαιτεί διάθεση αποτελείται από οργανική ύλη που περιέχεται στο υγρό απόβλητο αλλά σε άλλη μορφή η οποία μπορεί επίσης να αποσυντεθεί και να καταστεί επικίνδυνη και (3) μόνο ένα μικρό μέρος της λάσπης είναι στερεή ύλη. Οι κύριες μέθοδοι για την επεξεργασία και τη διάθεση της λάσπης περιλαμβάνουν: α) πύκνωση, προεπεξεργασία (conditioning), αφυδάτωση και ξήρανση για την απομάκρυνση της υγρασίας από τη λάσπη, και β) χώνευση, κομποστοποίηση, καύση, οξείδωση υγρού αέρα και κατακόρυφους αυλωτούς αντιδραστήρες για τη σταθεροποίηση του οργανικού υλικού στη λάσπη. 8.1 Προκαταρκτική επεξεργασία Η άλεση της λάσπης, η εξάμμωση, η ανάμειξη και η αποθήκευση είναι απαραίτητες λειτουργίες που παρέχουν σταθερή και ομοιογενή τροφοδοσία στις μονάδες επεξεργασίας λάσπης. Άλεση λάσπης. Είναι μια διεργασία όπου μεγάλα αντικείμενα που βρίσκονται στη λάσπη, κόβονται ή διαχωρίζονται σε μικρά σωματίδια για να εμποδιστεί το φράξιμο ή μπλοκάρισμα του μηχανολογικού εξοπλισμού. Εξάμμωση λάσπης. Σε μερικά συστήματα επεξεργασίας όπου δεν υπάρχουν μονάδες εξάμμωσης πριν από τις πρωτοβάθμιες δεξαμενές καθίζησης, ή όπου οι μονάδες εξάμμωσης δεν είναι σε θέση να απομακρύνουν μεγάλες ποσότητες άμμου που δέχονται, είναι αναγκαία η απομάκρυνση της άμμου πριν την περαιτέρω επεξεργασία της. Ανάμειξη λάσπης. Λάσπη παράγεται στα πρωτοβάθμια, δευτεροβάθμια και τριτοβάθμια συστήματα επεξεργασίας. Η πρωτοβάθμια λάσπη αποτελείται από καθιζάνοντα στερεά, που μεταφέρονται με το ανεπεξέργαστο απόβλητο. Η δευτεροβάθμια λάσπη, περιέχει βιολογικά στερεά όπως και διάφορα άλλα καθιζάνοντα στερεά. Η τριτοβάθμια λάσπη, περιέχει βιολογικά και χημικά στερεά.
140 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΑΣΠΗΣ Η λάσπη αναμειγνύεται, για να παραχθεί ένα ομοιόμορφο μείγμα για τα επόμενα στάδια επεξεργασίας. Αποθήκευση λάσπης. Η αποθήκευση λάσπης πραγματοποιείται για να εξομαλύνει τις διαταραχές στο ρυθμό παραγωγής λάσπης και για να επιτρέπει τη συσσώρευση λάσπης σε περιόδους όταν τα επόμενα στάδια επεξεργασίας δεν λειτουργούν (αλλαγή βάρδιας, αργίες κλπ). 8.2 Πάχυνση Το περιεχόμενο σε στερεά της λάσπης που παράγεται στα διάφορα στάδια επεξεργασίας (πρωτοβάθμια, δραστική λάσπη, χαλικοδιυλιστήριο κλπ) ποικίλει σημαντικά, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της λάσπης, τις μονάδες επεξεργασίας της λάσπης και τα αντλητικά συστήματα, καθώς και τις μεθόδους λειτουργίας. Η πάχυνση είναι μια διεργασία που χρησιμοποιείται για να αυξήσει το ποσοστό στερεών στη λάσπη με απομάκρυνση μέρους του υγρού κλάσματος. Για παράδειγμα, αν ενεργός λάσπη από δευτεροβάθμια επεξεργασία με 0.8% σε στερεά, παχυνθεί σε ποσοστό στερεών 4%, τότε θα έχει επιτευχθεί μείωση του όγκου της λάσπης κατά 5 φορές. Η πάχυνση γενικά πραγματοποιείται με φυσικές μεθόδους όπως καθίζηση με βαρύτητα, επίπλευση, φυγοκέντριση και ζώνες βαρύτητας. Ο όγκος της λάσπης που προκύπτει από την πάχυνση είναι σαφώς μειωμένος και ωφελεί τις περαιτέρω διεργασίες επεξεργασίας όπως χώνευση, αφυδάτωση, ξήρανση και καύση, στα ακόλουθα: (1) ικανότητα των δεξαμενών και του απαιτούμενου εξοπλισμού, (2) ποσότητα των χημικών που απαιτούνται για την προετοιμασία της λάσπης και (3) ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται από τους χωνευτήρες και ποσότητα του βοηθητικού καυσίμου που απαιτείται για ξήρανση ή καύση. Η πάχυνση της λάσπης επιτυγχάνεται σε όλες τις μονάδες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων σε κάποιο βαθμό στους πρωτοβάθμιους διαυγαστές, στους χωνευτήρες λάσπης ή σε ειδικά σχεδιασμένες ξεχωριστές μονάδες. Πάχυνση με βαρύτητα. Για πάχυνση με βαρύτητα συνήθως χρησιμοποιείται μια κυκλική δεξαμενή όμοια με τις συμβατικές δεξαμενές κατακρήμνισης. Η λάσπη διοχετεύεται στη δεξαμενή, αφήνεται να καθιζήσει και να συμπιεστεί και αφαιρείται από τον πάτο της δεξαμενής. Το υπερκείμενο υγρό επιστρέφεται στη δεξαμενή πρωτοβάθμιας καθίζησης ή στην είσοδο της μονάδας, ενώ η εξερχόμενη λάσπη οδηγείται σε χωνευτήρες ή σε συστήματα αφυδάτωσης.
ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ 141 Εικόνα 8.1 Παχυντής με ξέστρο (13 m διάμετρος) (Degremont) Εικόνα 8.2 Παχυντής λάσπης (Κέντρο Επεξεργασίας λυμάτων Ψυττάλειας)
142 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΑΣΠΗΣ Πάχυνση με επίπλευση. Η πιο κοινή μέθοδος είναι η πάχυνση με διαλυμένο αέρα. Αέρας υπό πίεση διοχετεύεται στον πυθμένα της δεξαμενής. Καθώς εκτονώνεται, ο διαλυμένος αέρας διαιρείται σε πολύ μικρές φυσαλίδες που παρασύρουν στην επιφάνεια τη λάσπη. Πάχυνση με φυγοκέντριση. Οι φυγόκεντροι χρησιμοποιούνται τόσο για πάχυνση όσο και για αφυδάτωση της λάσπης. Η πάχυνση με φυγοκέντριση περιλαμβάνει την καθίζηση των σωματιδίων της λάσπης υπό την επίδραση φυγόκεντρων δυνάμεων. 8.3 Σταθεροποίηση Οι λάσπες σταθεροποιούνται για να: (1) ελαττωθούν οι παθογόνοι οργανισμοί, (2) απαλειφθούν οι ενοχλητικές οσμές και (3) εμποδιστεί, περιοριστεί ή εξαλειφθεί η δυναμική για σήψη. Οι τρόποι για να επιτευχθούν οι παραπάνω στόχοι μέσω της σταθεροποίησης είναι: (1) βιολογική ελάττωση του πτητικού περιεχομένου, (2) χημική οξείδωση της πτητικής ύλης, (3) η προσθήκη χημικών στη λάσπη ώστε να καταστεί μη κατάλληλη για την επιβίωση των μικροοργανισμών και (4) εφαρμογή θερμότητας για την απολύμανση ή αποστείρωση της λάσπης. Όταν σχεδιάζεται μια μονάδα σταθεροποίησης λάσπης, είναι σημαντικό να λαμβάνονται υπόψη η ποσότητα της λάσπης που πρόκειται να επεξεργαστεί, η σχέση της μονάδας σταθεροποίησης με τα άλλα συστήματα επεξεργασίας και οι στόχοι της διεργασίας σταθεροποίησης. Οι στόχοι αυτοί συχνά καθορίζονται από την κείμενη νομοθεσία. Για παράδειγμα, αν πρόκειται η λάσπη να αποτεθεί στο έδαφος, πρέπει να ληφθεί υπόψη η ελάττωση των παθογόνων. Οι τεχνολογίες που έχουν αναπτυχθεί για τη σταθεροποίηση της λάσπης είναι: (1) σταθεροποίηση με ασβέστη, (2) θερμική επεξεργασία, (3) αναερόβια χώνευση, (4) αερόβια χώνευση και (5) κομποστοποίηση. 8.3.1 Σταθεροποίηση με ασβέστη Ασβέστης προστίθεται στην ανεπεξέργαστη λάσπη σε αρκετή ποσότητα ώστε να αυξηθεί το ph στο 12 ή και παραπάνω. Το υψηλό ph δημιουργεί ένα περιβάλλον το οποίο δεν είναι συμβατό για την επιβίωση των μικροοργανισμών. Έτσι, η λάσπη δεν θα υποστεί σήψη, δεν θα παράγει οσμές, αλλά και δεν θα προκαλέσει προβλήματα υγείας όσο το ph παραμένει σε αυτά τα επίπεδα. Δύο μέθοδοι σταθεροποίησης με ασβέστη χρησιμοποιούνται: (1) προσθήκη του ασβέστη στη λάσπη πριν την αφυδάτωση και (2) προσθήκη του ασβέστη στη λάσπη μετά την αφυδάτωση. Ο ασβέστης μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε σαν Ca(OH) 2 είτε σαν CaO.
ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ 143 8.3.2 Θερμική επεξεργασία Η θερμική επεξεργασία είναι μια συνεχής διεργασία στην οποία η λάσπη θερμαίνεται σε ένα δοχείο πίεσης σε θερμοκρασία μέχρι 260 ο C και πίεση μέχρι 3 atm για 30 min περίπου. Η θερμική επεξεργασία εξυπηρετεί τόσο σαν διεργασία σταθεροποίησης όσο και σαν διεργασία προεπεξεργασίας (conditioning). Η θερμική επεξεργασία προετοιμάζει τη λάσπη καθιστώντας τα στερεά ικανά να αφυδατωθούν χωρίς τη χρήση χημικών. Όταν η λάσπη υπόκειται σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις, η θερμική ενέργεια ελευθερώνει τους δεσμευμένο νερό και συντελεί στην συσσωμάτωση των στερεών. Επιπλέον, συμβαίνει υδρόλυση πρωτεϊνούχων υλικών, με αποτέλεσμα την καταστροφή των κυττάρων και την απελευθέρωση οργανικών συστατικών και αμμωνιακού αζώτου. 8.3.3 Αναερόβια χώνευση λάσπης Η αναερόβια χώνευση είναι μία από τις παλαιότερες μεθόδους επεξεργασίας υγρών αποβλήτων και η ιστορία της ανάγεται στο 1850. Η μικροβιολογία της αναερόβιας χώνευσης και οι βέλτιστες περιβαλλοντικές συνθήκες για τους μικροοργανισμούς συζητήθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο. Σε αυτό το κεφάλαιο θα γίνει αναφορά στη λειτουργία της αναερόβιας χώνευσης σε χωνευτήρες κανονικού ρυθμού, ενός σταδίου υψηλού ρυθμού, δύο σταδίων και ξεχωριστούς χωνευτήρες. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στη μεσόφιλη λειτουργία των αντιδραστήρων, μεταξύ 30 και 38 ο C. Εικόνα 8.3 Αναερόβιοι χωνευτήρες (10,000 m 3 ) με δεξαμενή βιοαερίου (5,000 m 3 ), Sao Paulo, Brazil (Degremont)
144 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΑΣΠΗΣ Χώνευση κανονικού ρυθμού. Η χώνευση λάσπης σταθερού ρυθμού συνήθως λαμβάνει χώρα σαν διεργασία ενός σταδίου. Οι λειτουργίες της χώνευσης, της πάχυνσης λάσπης και του σχηματισμού υπερκείμενου πραγματοποιούνται ταυτόχρονα. Λειτουργικά, σε μια διεργασία ενός σταδίου, ανεπεξέργαστη λάσπη προστίθεται στη ζώνη όπου διενεργείται ενεργός χώνευση και ελευθερώνεται το αέριο. Η λάσπη θερμαίνεται, με τη βοήθεια εξωτερικού εναλλάκτη θερμότητας. Καθώς το αέριο ανεβαίνει προς την επιφάνεια, παρασύρει μαζί του σωματίδια λάσπης και άλλα υλικά, όπως γράσο, λάδι και λιπαρά, σχηματίζοντας τελικά ένα στρώμα βρωμιάς. Σαν αποτέλεσμα της χώνευσης, η λάσπη διατάσσεται σε στρώματα με το σχηματισμό ενός υπερκείμενου στρώματος πάνω από τη χωνευμένη λάσπη και καθίσταται πιο αδρανοποιημένη. Σαν αποτέλεσμα της στρωμάτωσης και της απουσίας ανάμειξης δεν αξιοποιείται περισσότερο από το 50% του όγκου του αντιδραστήρα. Λόγω αυτού του περιορισμού η διεργασία κανονικού ρυθμού χρησιμοποιείται κυρίως για μικρές εγκαταστάσεις. Χώνευση ενός σταδίου υψηλού ρυθμού. Η διεργασία αυτή διαφέρει από τη χώνευση κανονικού ρυθμού στο ότι ο ρυθμός φόρτωσης στερεών είναι πολύ μεγαλύτερος. Η λάσπη αναμειγνύεται με ανακύκλωση του αερίου, με μηχανικούς αναδευτήρες ή με άντληση και θερμαίνεται για να επιτευχθούν βέλτιστοι ρυθμοί χώνευσης. Χώνευση δύο σταδίων. Συχνά, ένας αντιδραστήρας υψηλού ρυθμού συνδέεται σε σειρά με έναν δεύτερο χωνευτήρα. Σε αυτή τη διεργασία, ο πρώτος χρησιμοποιείται για τη χώνευση και θερμαίνεται και εξοπλίζεται με συστήματα ανάμειξης. Ο δεύτερος αντιδραστήρας χρησιμοποιείται για την αποθήκευση και τη συμπύκνωση της χωνευμένης λάσπης και για το σχηματισμό σχετικά καθαρού υπερκείμενου. Ο δεύτερος αντιδραστήρας μπορεί να είναι ένα ανοικτό δοχείο ή να μην θερμαίνεται. Επίσης, οι οροφές των αντιδραστήρων μπορεί να είναι σταθερές ή να είναι επιπλέοντα καλύμματα. Θερμόφιλη αναερόβια χώνευση. Η θερμόφιλη χώνευση λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασίες μεταξύ 49 και 57 ο C, συνθήκες κατάλληλες για θερμόφιλα βακτήρια. Επειδή οι ρυθμοί των βιοχημικών αντιδράσεων αυξάνουν με τη θερμοκρασία, η θερμόφιλη χώνευση είναι πολύ πιο γρήγορη από τη μεσόφιλη. Ας σημειωθεί ότι με αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 ο C διπλασιάζεται ο ρυθμός των βιοχημικών αντιδράσεων, μέχρι μια οριακή θερμοκρασία. Τα πλεονεκτήματα της θερμόφιλης χώνευσης περιλαμβάνουν αυξημένη ικανότητα επεξεργασίας λάσπης, βελτιωμένη αφυδάτωση λάσπης και αυξημένη βακτηριακή καταστροφή. Στα μειονεκτήματα περιλαμβάνονται υψηλότερες ενεργειακές απαιτήσεις για θέρμανση, χειρότερη ποιότητα του υπερκείμενου που περιέχει μεγαλύτερες ποσότητες διαλυμένων στερεών, περισσότερες οσμές και λιγότερη ευστάθεια του συστήματος. Λόγω αυτών των μειονεκτημάτων η εφαρμογή της θερμόφιλης χώνευσης έχει περιοριστεί.
ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ 145 Σχήμα 8.12 Διάγραμμα ροής χωνευτήρα δύο σταδίων με ανάμειξη αερίου. 1. Είσοδος φρέσκιας λάσπης 8. Προς μονάδες θερμότητας 2. Πρώτος χωνευτήρας 9. Αντλία ανακυκλοφορίας λάσπης 3. Δεύτερος χωνευτήρας 10. Εναλλάκτης θερμότητας 4. Συμπιεστής αερίου 11. Αντλία ζεστού νερού 5. Παγίδες υγρασίας 12. Βραστήρας 6. Πυρσός 13. Προς τελική επεξεργασία 7. Αποθήκευση αερίου 14. Προς λίμνες 15. υπερχείλιση Σχήμα 8.1 Διάγραμμα ροής αναερόβιας χώνευσης δύο σταδίων με ανακυκλοφορία αερίου. 8.3.4 Αερόβια χώνευση λάσπης Τα πλεονεκτήματα της αερόβιας χώνευσης είναι συγκρίσιμα με αυτά της αναερόβιας χώνευσης: (1) η μείωση των πτητικών στερεών είναι ισοδύναμη με αυτή που επιτυγχάνεται αναερόβια, (2) χαμηλότερες συγκεντρώσεις BOD στο υπερκείμενο υγρό, (3) παραγωγή άοσμου, χουμώδους υλικού, βιολογικά
146 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΑΣΠΗΣ σταθερού, (4) ανάκτηση των περισσότερων βασικών αξιών λίπανσης της λάσπης, (5) ευκολία λειτουργίας και (6) χαμηλό πάγιο κόστος. Τα κυριότερα μειονεκτήματα της διεργασίας αερόβιας χώνευσης είναι: (1) υψηλό κόστος ενέργειας που συνδέεται με την απαιτούμενη παροχή οξυγόνου, (2) η χωνευμένη λάσπη που παράγεται έχει άσχημα χαρακτηριστικά μηχανικής αφυδάτωσης, (3) η διεργασία επηρεάζεται σημαντικά από τη θερμοκρασία, την τοποθεσία και το υλικό του αντιδραστήρα. Επίσης, δεν ανακτάται κάποιο χρήσιμο παραπροϊόν, όπως το μεθάνιο. Σε περιπτώσεις όπου λαμβάνεται υπόψη η ξεχωριστή χώνευση λάσπης, η αερόβια χώνευση της λάσπης μπορεί να αποτελέσει ενδιαφέρουσα εφαρμογή. Η αερόβια χώνευση είναι παρόμοια διεργασία με αυτή της δραστικής λάσπης. Καθώς εξαντλείται το απόθεμα του διαθέσιμου υποστρώματος, οι μικροοργανισμοί αρχίζουν να καταναλώνουν το δικό τους πρωτόπλασμα για να λάβουν ενέργεια για τις διεργασίες συντήρησης του κυττάρου. Όταν συμβαίνει κάτι τέτοιο τότε αναφέρεται ότι οι μικροοργανισμοί βρίσκονται στην ενδογενή φάση. Ο κυτταρικός ιστός οξειδώνεται αερόβια σε διοξείδιο του άνθρακα, νερό και αμμωνία. Στην πραγματικότητα, μόνο το 75 με 80% του κυτταρικού ιστού μπορεί να οξειδωθεί. Το υπόλοιπο 20 με 25% αποτελείται από αδρανή συστατικά και οργανική ύλη που δεν είναι βιοαποδομήσιμα. Η αμμωνία που παράγεται οξειδώνεται στη συνέχεια σε νιτρικά. Οι αερόβιοι χωνευτήρες μπορούν να λειτουργούν σαν αντιδραστήρες συνεχούς λειτουργίας ή διαλείποντος έργου. Δύο τύποι αερόβιας χώνευσης απαντώνται συνήθως: (1) συμβατική αερόβια χώνευση και (2) αερόβια χώνευση υψηλής καθαρότητας οξυγόνου. Συμβατική αερόβια χώνευση. Οι παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά το σχεδιασμό αερόβιων χωνευτήρων περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία, την ελάττωση στερεών, τον υδραυλικό χρόνο παραμονής (10-20 ημέρες), τις απαιτήσεις οξυγόνου, τις ενεργειακές απαιτήσεις ανάδευσης και τη λειτουργία της διεργασίας. Οι απαιτήσεις οξυγόνου που πρέπει να ικανοποιούνται κατά την αερόβια χώνευση είναι αυτές του κυτταρικού ιστού και στην περίπτωση μεικτής λάσπης το BOD 5 της πρωτοβάθμιας λάσπης. Το υπολειπόμενο οξυγόνο πρέπει να διατηρείται πάνω από 1 mg/l, σε όλες τις συνθήκες λειτουργίας. Αερόβια χώνευση υψηλής καθαρότητας οξυγόνου. Η διεργασία αυτή αποτελεί τροποποίηση της συμβατικής αερόβιας χώνευσης, στο ότι αντί για αέρας χρησιμοποιείται οξυγόνο υψηλής καθαρότητας. Η διεργασία αυτή εφαρμόζεται ιδιαίτερα σε ψυχρά κλίματα εξαιτίας της μη ευαισθησίας της σε αλλαγές της θερμοκρασίας του ατμοσφαιρικού αέρα λόγω της αυξημένης βιολογικής δραστηριότητας και της εξώθερμης φύσης της διεργασίας. Η διατήρηση υψηλής θερμοκρασίας σε έναν αντιδραστήρα συντελεί σε σημαντική αύξηση του ρυθμού αποδόμησης των πτητικών αιωρούμενων στερεών. Το σημαντικότερο μειονέκτημα της αερόβιας χώνευσης υψηλής καθαρότητας οξυγόνου είναι το αυξημένο κόστος που συνεπάγεται η παραγωγή οξυγόνου.
ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ 147 8.3.5 Κομποστοποίηση Από τα μέσα της δεκαετίας του 1970 η κομποστοποίηση έτυχε ιδιαίτερης προσοχής σαν μια μέθοδος με ικανοποιητικό λόγο κόστους/ωφέλους και περιβαλλοντικά αποδεκτή για τη σταθεροποίηση και την τελική διάθεση της λάσπης. Η κομποστοποίηση είναι μια διεργασία όπου η οργανική ύλη υφίσταται βιολογική αποσύνθεση σε ένα σταθερό τελικό προϊόν. Η λάσπη που έχει κομποστοποιηθεί κατάλληλα είναι ένα χουμικό υλικό υγιεινά αποδεκτό. Περίπου το 20 με 30% των πτητικών στερεών μετατρέπονται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Καθώς το οργανικό υλικό της λάσπης αποσυντίθεται το κομπόστ θερμαίνεται σε θερμοκρασίες παστερίωσης 50 με 70 ο C και οι εντερικοί παθογόνοι οργανισμοί καταστρέφονται. Η κατάλληλα κομποστοποιημένη λάσπη μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν εδαφοβελτιωτικό στις αγροτικές καλλιέργειες ή να οδηγηθεί σε τελική διάθεση σε ΧΥΤΑ. Αν και η κομποστοποίηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί υπό αερόβιες αλλά και αναερόβιες συνθήκες, η αερόβια κομποστοποίηση είναι αυτή που κυρίως χρησιμοποιείται καθώς επιταχύνει την αποσύνθεση της ύλης και οδηγεί σε υψηλότερη αύξηση της θερμοκρασίας, απαραίτητη για την καταστροφή των παθογόνων. Η αερόβια κομποστοποίηση ελαχιστοποιεί επίσης και τις ανεπιθύμητες οσμές. 8.4 Προεπεξεργασία λάσπης Η διεργασία της αφυδάτωσης (μηχανική και μερικές φορές φυσική) συντελεί στο να αποκτήσει η λάσπη πιο στερεή φυσική συνεκτικότητα. Η υφή και το περιεχόμενο υγρασίας πρέπει να συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις του τελικού αποδέκτη. Πολλές οργανικές ή υδρόφιλες λάσπες πρέπει να υφίστανται προεπεξεργασία (conditioning). Αυτή η διεργασία προετοιμάζει τη λάσπη για αποτελεσματική λειτουργία στα διάφορα συστήματα μηχανικής αφυδάτωσης. Ο βαθμός αφυδάτωσης εξαρτάται κυρίως από τρεις βασικές παραμέτρους: τον τύπο της λάσπης που πρόκειται να υποστεί επεξεργασία, τη μέθοδο προεπεξεργασίας και τη μηχανική ενέργεια που χρησιμοποιείται. Αφού ολοκληρωθεί η προεπεξεργασία, η αφυδατωμένη λάσπη είναι έτοιμη για να υποστεί διαφορετικούς τύπους επεξεργασίας, όπως: Βελτίωση της υφής και ελάττωση της υγρασίας χρησιμοποιώντας διάφορα πρόσθετα. Υψηλής απόδοσης θερμική επεξεργασία για ευκολότερη διάθεση, και Καύση σε ειδικούς κλιβάνους με στόχο τον περιορισμό στο ελάχιστο της εξωτερικής κατανάλωσης ενέργειας Για να εξασφαλιστεί ότι όλος ο εξοπλισμός αφυδάτωσης της λάσπης έχει βέλτιστη χρήση, είναι απαραίτητη η θυσάνωση (flocculation) προκειμένου να σπάσει η κολλοειδής σταθερότητα και να αυξηθεί τεχνητά το μέγεθος των σωματιδίων. Αν και η προεπεξεργασία μπορεί να βασιστεί σε φυσικές διεργασίες (κυρίως θερμικές), χημικά πρόσθετα χρησιμοποιούνται πιο πολύ (προσθήκη ανόργανων αντιδραστηρίων ή συνθετικών πολυμερών).
148 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΑΣΠΗΣ Η θερμική προεπεξεργασία είναι η πιο αποτελεσματική διεργασία για την ελάττωση του υδρόφιλου χαρακτήρα των σωματιδίων. Η χημική θυσάνωση με ανόργανους ηλεκτρολύτες (κυρίως μεταλλικά άλατα και ασβέστη) μειώνει επίσης το ποσοστό του συνδεδεμένου νερού αλλά σε μικρότερο βαθμό. Αντίθετα, οι πολυηλεκτρολύτες μπορεί ακόμη και να αυξάνουν το ποσοστό του νερού. Γενικά, ο τύπος της προεπεξεργασίας που εφαρμόζεται έχει άμεσο αντίκτυπο στο ποσοστό του νερού στο τελικό προϊόν. Η ικανοποιητική προεπεξεργασία της λάσπης είναι ο παράγοντας κλειδί για τη βέλτιστη λειτουργία της μονάδας αφυδάτωσης. 8.4.1 Χημική προεπεξεργασία Κάθε χημικό αντιδραστήριο που χρησιμοποιείται έχει το δικό του ρυθμό αποτελεσματικότητας στο μέγεθος των θυσάνων που σχηματίζονται. Για παράδειγμα, τα ανόργανα αντιδραστήρια παράγουν κοκκώδεις θυσάνους, ενώ οι θύσανοι που παράγονται από πολυηλεκτρολύτες είναι πολύ πιο ογκώδεις. Ανόργανα αντιδραστήρια Τα ανόργανα αντιδραστήρια εφαρμόζονται καλύτερα για αφυδάτωση σε φιλτρόπρεσες ή φίλτρα κενού. Αυτά είναι συστήματα που χρησιμοποιούν επιφανειακό φιλτράρισμα μέσω του σχηματισμού κέικ. Το φιλτράρισμα γίνεται μέσα από δικτυωτό ύφασμα με άνοιγμα οπών συνήθως μικρότερο από 100-200 μm. Αυτά τα ανόργανα αντιδραστήρια οδηγούν στο σχηματισμό λεπτών, αλλά μηχανικά σταθερών θυσάνων. Ένας μεγάλος αριθμός πολυσθενών κατιονικών ανόργανων ηλεκτρολυτών θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν, αλλά για λόγους κόστους/αποτελεσματικότητας χρησιμοποιούνται κυρίως άλατα μετάλλων, όπως FeClSO 4, FeCl 3, Fe 2 (SO 4 ) 3, FeSO 4 και σε μικρότερο βαθμό άλατα αλουμινίου. Ο τρισθενής σίδηρος (Fe3+) είναι το πιο αποτελεσματικό και το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο ιόν στις οργανικές λάσπες. Η επιλογή μεταξύ FeCl 3 και FeClSO 4 γίνεται γενικά για οικονομικούς λόγους. Αυτοί οι ηλεκτρολύτες έχουν διπλή δράση: Συσσωμάτωσης: το φορτίο τους είναι συνήθως αντίθετο με αυτό των σωματιδίων της λάσπης, Θυσάνωσης: σχηματίζουν ένυδρα υδρόξυ-συστατικά όπως [Fe(H 2 O) 6 (OH) 3 ] n, τα οποία δρουν σαν ανόργανα πολυμερή. Η εισαγωγή ασβέστη μετά την προσθήκη ηλεκτρολύτη βοηθάει σημαντικά το φιλτράρισμα: PH>10, το οποίο συντελεί στην αποτελεσματική θυσάνωση, Ελάττωση του λόγου του συνδεδεμένου νερού (παραγωγή πιο στεγνού, πιο συμπαγούς κέικ),
ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ 149 Κατακρήμνιση ενός καθορισμένου αριθμού οργανικών και ανόργανων ασβεστούχων αλάτων, τα οποία φιλτράρονται εύκολα, Προσθήκη ενός πυκνού ανόργανου προσθέτου για αποσταθεροποίηση της κολλοειδούς δομής. Οι δόσεις των ανόργανων αντιδραστηρίων εξαρτώνται τόσο από τη φύση της λάσπης που πρόκειται να φιλτραριστεί όσο και από το βαθμό απόδοσης που απαιτείται. Η προσθήκη αντιδραστηρίων αυξάνει την ποσότητα της ύλης που πρέπει να φιλτραριστεί. Αυτό συμβαίνει γιατί ένα μεγάλο ποσοστό των προστιθέμενων χημικών παραμένει σε στερεή κατάσταση στην αφυδατωμένη λάσπη μετά την κατακρήμνιση μεταλλικών υδροξειδίων, ανθρακικού ασβεστίου και αλάτων του ασβεστίου. Η επιπλέον ύλη πρέπει επομένως να λαμβάνεται υπόψη στο σχεδιασμό των συστημάτων φιλτραρίσματος: 60-70% του βάρους του προστιθέμενου FeCl 3 παραμένει στο κέικ 80-90% του βάρους του προστιθέμενου Ca(OH) 2 παραμένει σε στερεή μορφή Ισοδύναμα, ένα σταθερό ποσοστό των αντιδραστηρίων μεταφέρεται στο διάλυμα υπό τη μορφή ιόντων Cl - και Ca ++ και απαντώνται στο διήθημα. Πολυηλεκτρολύτες Οι πολυηλεκτρολύτες είναι πολύ πιο αποτελεσματικοί καθώς σχηματίζουν ογκώδεις θυσάνους, μεγέθους αρκετών χιλιοστών που διακρίνονται εύκολα. Οι πολυηλεκτρολύτες παράγουν: εξαιρετική θυσάνωση, σχηματίζοντας γέφυρες μεταξύ των σωματιδίων σαν αποτέλεσμα των μακρομοριακών αλυσίδων τους. Η θυσάνωση επιταχύνεται με μια δράση συσσωμάτωσης όταν χρησιμοποιούνται κατιονικά πολυμερή σημαντική ελάττωση στην ειδική αντίσταση της λάσπης καθώς το ενδιάμεσο νερό στραγγίζει γρήγορα. Από την άλλη μεριά όμως, οι θύσανοι που είναι συνήθως πορώδεις και σχετικά υδρόφιλοι, συχνά προκαλούν αύξηση του συντελεστή συμπιεστότητας της λάσπης. Η δομή που έχουν οι θύσανοι επιτρέπουν: την ανάπτυξη φίλτρων με μεγαλύτερο άνοιγμα οπών (0.4-1 mm), τα οποία μπλοκάρουν δυσκολότερα, την ανάπτυξη αποστραγγιστικών συστημάτων για γρήγορη και αποτελεσματική πύκνωση λάσπης, σημαντική βελτίωση της απόδοσης των φυγόκεντρων λόγω της σημαντικής αύξησης της πυκνότητας των σωματιδίων. Υπάρχει διαθέσιμη μια ευρεία γκάμα κατιονικών και ανιονικών πολυηλεκτρολυτών. Η τελική επιλογή συνήθως γίνεται μετά από εργαστηριακές
150 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΑΣΠΗΣ δοκιμές που ακολουθούνται από δοκιμές βιομηχανικής κλίμακας. Οι δόσεις των πολυηλεκτρολυτών κυμαίνονται από 0.1 έως 2 kg/τόνο αιωρούμενων στερεών. 8.4.2 Θερμική προεπεξεργασία Ο δεσμός μεταξύ νερού και κολλοειδούς ύλης μπορεί επίσης να διασπαστεί με θερμικές μεθόδους και ιδιαίτερα με αύξηση της θερμοκρασίας της λάσπης. Η αύξηση της θερμοκρασίας σε αρκετά υψηλές θερμοκρασίες οδηγεί σε αναντίστρεπτη μεταβολή της φυσικής δομής της λάσπης, ιδιαίτερα όταν περιέχει υψηλά ποσοστά οργανικής και κολλοειδούς ύλης. Η θέρμανση γίνεται σε θερμοκρασίες από 150 μέχρι 200 ο C και για χρονικά διαστήματα από 30 μέχρι 60 min ανάλογα με τον τύπο της λάσπης και τον επιθυμητό βαθμό φιλτραρίσματος. Κατά την θέρμανση, καταστρέφονται τα κολλοειδή gels και ελαττώνεται ο υδρόφιλος χαρακτήρας των σωματιδίων. Το ειδικό βάρος των σωματιδίων γίνεται σημαντικά μεγαλύτερο. Δύο διεργασίες λαμβάνουν χώρα ταυτόχρονα: συγκεκριμένοι τύποι αιωρούμενων στερεών διαλυτοποιούνται (υδρόλυση αμύλου με σχηματισμό σακχάρων), αμωννικοποίηση οργανικού αζώτου, κατακρήμνιση κάποιων τύπων ύλης σε διάλυμα. Η κυτταρίνη αποσυντίθεται ελαφρά και τα λιπαρά παραμένουν σχετικά σταθερά. Ανάλογα με τον τύπο της λάσπης, η θέρμανση διαλυτοποιεί το 20 με 40% της οργανικής ύλης και οδηγεί στο σχηματισμό υπερκείμενου υγρού με BOD 5 μεταξύ 3000 και 6000 mg/l. Οι υψηλότερες τιμές λαμβάνονται με τη θέρμανση φρέσκιας λάσπης. Αυτή η διαλυτοποίηση αυξάνει με αύξηση της θερμοκρασίας και του χρόνου θέρμανσης. Η ποσότητα του αζώτου στην υγρή φάση είναι σχετικά υψηλή (0.5 με 1.5 g/l), αλλά ο φωσφόρος, όπως και τα μέταλλα παραμένουν στη λάσπη. Τα πλεονεκτήματα της θερμικής προεπεξεργασίας περιλαμβάνουν: 1. καθολική εφαρμογή σε όλες τις λάσπες 2. συνεπή λειτουργία ανεξάρτητα από την ποιότητα και την ποσότητα της λάσπης 3. γρήγορη, αποτελεσματική πάχυνση μετά τη θέρμανση 4. βελτίωση των χαρακτηριστικών της λάσπης, που οδηγεί στο φιλτράρισμα χωρίς την προσθήκη αντιδραστηρίων 5. παραγωγή πολύ στεγνών κέικ από τις ταινιοφιλτρόπρεσες (πάνω από 50% σε ξηρά στερεά) 6. παραγωγή αποστειρωμένων αφυδατωμένων λασπών 7. βέλτιστη ανάκτηση βιοαερίου, όταν συνοδεύεται από αναερόβια χώνευση Στα μειονεκτήματα της θερμικής προεπεξεργασίας περιλαμβάνονται: 1. η μεγάλη ποσότητα του υπερκείμενου υγρού που ανακυκλώνεται 2. η παραγωγή οσμών
ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ 151 3. ο περιοδικός καθαρισμός των επιφανειών εναλλαγής θερμότητας 4. το υψηλό πάγιο κόστος. 8.5 Αφυδάτωση λάσπης Η διήθηση, είναι η πιο διαδεδομένη μέθοδος επεξεργασίας της λάσπης που παράγεται σε μονάδες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. Η διήθηση μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνη της σε κλίνες άμμου ή με μηχανική υποβοήθηση υπό κενό ή με μηχανική πίεση όπου και απαιτείται εξειδικευμένος εξοπλισμός. 8.5.1 Κλίνες άμμου Η ξήρανση της λάσπης σε κλίνες άμμου αποτελούσε, για πολύ καιρό, την πιο δημοφιλή μέθοδο αφυδάτωσης λάσπης. Αυτή η τεχνική σήμερα είναι λιγότερο διαδεδομένη λόγω: της μεγάλης επιφάνειας που απαιτείται, του υψηλού εργατικού κόστος που απαιτείται, της λειτουργίας της, η οποία εξαρτάται σημαντικά από τις κλιματολογικές συνθήκες. Η φυσική αφυδάτωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο με καλά σταθεροποιημένες λάσπες (χωνευμένες αναερόβια ή μετά από παρατεταμένο αερισμό). Ανάλογα με τις κλιματολογικές συνθήκες οι περίοδοι ξήρανσης κυμαίνονται από 3 εβδομάδες μέχρι ενάμιση μήνα για 30 με 40 cm υγρής λάσπης. Οι κλίνες άμμου γενικά περιλαμβάνουν: ένα πρώτο στρώμα αποτελούμενο από 20 cm χαλικιού (15-30 mm). Στραγγίσματα τοποθετούνται στο κάτω μέρος αυτού του στρώματος, ένα δεύτερο στρώμα διήθησης αποτελούμενο από 10-15 cm άμμου (0.5-2 mm) Για προφανής λόγους το αποστραγγιστικό σύστημα πρέπει να τοποθετείται πάνω από τον υδροφόρο ορίζοντα. 8.5.2 Ταινιοφιλτρόπρεσες (Belt Filters) Το μέγεθος των θυσάνων από την προεπεξεργασία με πολυηλεκτρολύτη οδήγησε στην ανάπτυξη συστημάτων αφυδάτωσης ειδικά προσαρμοσμένων στην επεξεργασία λάσπης υγρών αποβλήτων. Αυτά τα συστήματα ονομάζονται ταινιοφιλτρόπρεσες και είναι ευρύτατα διαδεδομένες για τους ακόλουθους λόγους: ευκολία στη χρήση και καλό οπτικό έλεγχο κατά την αφυδάτωση, χαμηλό λειτουργικό και λογικό πάγιο κόστος, συνεχής λειτουργία της διεργασίας και πλύσιμο του υφάσματος της πρέσας,
152 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΑΣΠΗΣ απλότητα του μηχανολογικού εξοπλισμού, εύκολη στη μεταφορά παραγόμενη λάσπη Εικόνα 8.4 Μη μηχανικές κλίνες ξήρανσης (8 x 20 m) (Degremont) 1. Χαλίκι 3. Στραγγίσματα 2. Άμμος 4. Λάσπη Σχήμα 8.2 Τυπική τομή κλίνης ξήρανσης (Degremont).
ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ 153 Η διεργασία της διήθησης πάντα προϋποθέτει τα ακόλουθα στάδια: θυσάνωση με πολυηλεκτρολύτες, με μικρούς χρόνους παραμονής στους θυσανωτές ή και στις σωληνώσεις, αποστράγγιση της θυσανωμένης λάσπης, πίεση της αποστραγγισμένης λάσπης. Η λάσπη παγιδεύεται μεταξύ δύο ζωνών υφάσματος που σχηματίζουν σφήνες και διαδοχικά συμπιέζουν τη λάσπη. Το «σάντουιτς» κινείται μέσα από τα τύμπανα και καταλήγει στην έξοδο σε συμπιεσμένη μορφή (κέικ). Εικόνα 8.5 Αντλιοστάσιο λάσπης. 8.6 Διάθεση λάσπης Η λάσπη αποτελεί το σημαντικότερο πρόβλημα στην επεξεργασία των υγρών αποβλήτων καθώς περιέχει σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις όλους τους επικίνδυνους ρύπους. Πάγια τακτική μέχρι σήμερα είναι η διάθεση της λάσπης σε Χ.Υ.Τ.Α. ή χωματερές όπου απλώς θάβεται. Σε περιπτώσεις όπου τα υγρά απόβλητα είναι μόνο αστικά λύματα και δεν εμπεριέχονται καθόλου βιομηχανικά, γίνονται προσπάθειες για απευθείας διάθεση της λάσπης σαν εδαφοβελτιωτικό ή για την ανάμειξή της με στερεά απόβλητα σε μονάδες κομποστοποίησης προκειμένου να διατηρηθεί σταθερός ο λόγος C/N. Σε κάθε περίπτωση πάντως, η λάσπη αποτελεί πραγματικό πονοκέφαλο για τις μονάδες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, ενώ σημαντικό μέρος του πάγιου αλλά και του λειτουργικού κόστους κάθε μονάδας διατίθεται για την επεξεργασία και τη διάθεση της λάσπης.
154 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΑΣΠΗΣ Εικόνα 8.6 Ταινιοφιλτρόπρεσα σε λειτουργία παραγωγή κέικ. Εικόνα 8.7 Ταινιοφιλτρόπρεσσα σε λειτουργία. Η συμπιεσμένη λάσπη οδηγείται σε ΧΥΤΑ ή εμπλουτίζεται με διάφορα συστατικά και χρησιμοποιείται σαν εδαφοβελτιωτικό.
ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ 155 Εικόνα 8.8 Αφυδατωμένη λάσπη που προορίζεται για εδαφοβελτιωτικό αγροτικών καλλιεργειών- Βιολογικός Καθαρισμός Δήμου Αγρινίου Εικόνα 8.9 Μετά το στάδιο της αφυδάτωσής της με ταινιοφιλτρόπρεσες, η λάσπη που παράγεται στο Κέντρο Επεξεργασίας Λυμάτων στην Ψυττάλεια οδηγείται στον ΧΥΤΑ Άνω Λιοσίων για ταφή. Η περιεκτικότητα της λάσπης σε στερεά είναι μόνο 40%, ενώ η παραγόμενη ημερήσια λάσπη ανέρχεται στα 300 m 3.
156 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΑΣΠΗΣ