ΔΠΜΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ ΜΑΘΗΜΑ: ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΛΥΜΑΤΩΝ ΜΙΚΡΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ ΤΕΧΝΗΤΟΙ ΥΓΡΟΒΙΟΤΟΠΟΙ
Χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία: αστικών λυμάτων (κυρίως για μικρές κοινότητες) βιομηχανικών υγρών αποβλήτων αποβλήτων ορυχείων επιφανειακή απορροή (γεωργικές εκτάσεις, αυτοκινητόδρομους) στραγγίδια ΧΥΤΑ
Πλεονεκτήματα Χαμηλό κόστος κατασκευής Χαμηλό λειτουργικό κόστος Αντοχή σε διακυμάνσεις υδραυλικού και ρυπαντικού φορτίου (πολύ μικρές παροχές έως αρκετά μεγάλες) Τριτοβάθμια επεξεργασία Προσαρμογή στο οικοσύστημα, βελτίωση αισθητικής, μέρος μρ διαβίωσης πανίδας (άγρια ζώα) ) Επεξεργασία πλημμυρικών απορροών Κατασκευάζονται με ντόπια υλικά Φυσική λειτουργία πράσινη τεχνολογία
Τύποι Τεχνητών Υγροβιοτόπων Επιφανειακής ροής Υποεπιφανειακής ροής Συστήματα οριζόντιας ροής Συστήματα κατακόρυφης ροής
Υγροβιότοποι Επιφανειακής Ροής (Free Water Surface Treatment Wetlands FWS) Αγωγός προσαγωγής Υπερχειλιστής εξόδου Έδαφος μικρής διαπερατότητας Αγωγός Υπερχειλιστής προσαγωγής εξόδου
Υγροβιότοποι Επιφανειακής Ροής (Free Water Surface Treatment Wetlands FWS) Αναπαριστούν λειτουργία φυσικών υγροβιότοπων Εφαρμογή κυρίως στις ΗΠΑ Μία ρηχή λεκάνη κατασκευασμένη από εδαφικό υλικό (ή άλλο υλικό το οποίο μπορεί να υποστηρίξει την ανάπτυξη βλάστησης) και μία υδάτινη στήλη σχετικά μικρού βάθους Απαίτηση για σχετικά μεγάλες εκτάσεις χαμηλότερο κόστος Η υγρή στήλη είναι εκτεθειμένη σε πιθανή επαφή με τον άνθρωπο
Υγροβιότοποι Υποεπιφανειακής Ροής Οριζόντιας Ροής (ΗF) Τυπική διάταξη ενός υγροβιότοπου οριζόντιας ροής
Υγροβιότοποι Υποεπιφανειακής Ροής Κατακόρυφης Ροής (VF) Τυπική διάταξη ενός υγροβιότοπου κατακόρυφης ροής
Υγροβιότοποι Eπιφανειακής φ Ροής Διατάξεις εισόδου
Υγροβιότοποι Υποεπιφανειακής Ροής Διατάξεις εισόδου
Υγροβιότοποι Υποεπιφανειακής Ροής Διατάξεις εξόδου
Υγροβιότοποι Υποεπιφανειακής Ροής Διατάξεις εξόδου
Χαρακτηριστικά υδροχαρών φυτών Είδη Ρυθμός Τυπικά Τυπική Ετήσια υδρόβιων φυτών ανάπτυξης (καλύπτει το 1 ο έτος) κενά (m) διείσδυση των ριζών σε στρώμα αποκομιδή (mt/ha) Ξηρό βάρος αμμοχάλικου m Typha Γρήγορα (πυκνά) 0,6 0,3-0,4 30 Phragmites Juncus Πολύ γρήγορα (πολύ πυκνά) Μέτρια προς γρήγορα (πυκνά) 0,6 >0,6 40 0,3-0,6 0,6-0,9 20 Carex Μέτρια προς 0,15 - >5 αργά (πυκνά)
Βασικά στοιχεία σχεδιασμού Τεχνητών Υγροβιοτόπων Παράμετροι σχεδιασμού Μονάδες Σύστημα επιφανειακής ροής Σύστημα υποεπιφανειακής ροής Υδραυλικός χρόνος Παραμονής ημέρες 5-14 5-14 Βάθος νερού m 0,1-0,5 0,3-0,8 Οργανική φόρτιση kgbod/στρ.d 8 8 Υδραυλική φόρτιση m 3 /m 2.d 001006 0,01-0,06 001006 0,01-0,06 Απαιτούμενη έκταση στρ./m 3.d 0,02-0,14 0,02-0,14 Έλεγχος κουνουπιών - Απαιτείται Δεν απαιτείται ααιείαι Αναλογία μήκους:πλάτος 2:1-10:1 < 1 Συχνότητα συγκομιδής βλάστησης yr 3-5 1-2
Σχεδιασμός Τεχνητών Υγροβιοτόπων (SSF HF) Έκταση: Για συστήματα υποεπιφανειακής οριζοντίου ροής, που σχεδιάζονται για απομάκρυνση BOD, ο απαιτούμενος υδραυλικός χρόνος παραμονής μπορεί να υπολογιστεί με τη χρήση του ακόλουθου μοντέλου (WRc, 1996). Η εξίσωση στην οποία βασίζεται το μοντέλο προσδιορίζει την απαιτούμενη επιφάνεια του υγροβιοτόπου ως ακολούθως: Α = Q (lnc o lnce ) K BOD Q = ροή στη μονάδα του χρόνου [m 3 d -1 ] K BOD = ρυθμός απομάκρυνσης οργανικού φορτίου BOD 5 (m/day) A = επιφάνεια υγροβιότοπου, [m 2 ] Ce = συγκέντρωση οργανικού φρ φορτίου στην είσοδο,, BOD 5 (mg/l) Co = συγκέντρωση οργανικού φορτίου στην έξοδο, BOD 5 (mg/l) Σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία η τιμή του K BOD κυμαίνεται μεταξύ 0,067 0,31 (Cooper et al (1990)). T ΚΒΟD = ΚΒΟD 20 1,1 (T-20) (1)
Σχεδιασμός Τεχνητών Υγροβιοτόπων (SSF HF) Έλεγχος ικανότητας μεταφοράς της απαιτούμενης ποσότητας οξυγόνου Απαιτούμενο οξυγόνο = Ν Lo (2) Διαθέσιμο οξυγόνο = u A (3) Lo = οργανικό BOD 5 φορτίο [Kg/day] Ν = εμπειρικός συντελεστής BODu/BOD5 = 1.5 u= συντελεστής μεταφοράς οξυγόνου με τα αναφυόμενα φυτά = 5-45 g/m 2 d(τυπική τιμή 20 g/m 2 d) A = έκταση συστήματος υποεπιφανειακής ροής [m 2 ] από (1)-(3) προκύπτει η απαιτούμενη έκταση του υγροβιότοπου
Σχεδιασμός Τεχνητών Υγροβιοτόπων (SSF HF) Βάθος υγροβιότοπου βό Εξαρτάται από το είδος των φυτών (βάθος διείσδυσης), για καλάμια (Phragmites) τυπικά 0,6 m, για είδη ψαθιού (Typha) τυπικά 0,3 m. Το βάθος στην έξοδο υπολογίζεται μέσω της κλίσης του υγροβιότοπου Για VF το βάθος μεταξύ 0,5-0,8 m Κλίση υγροβιότοπου Σύμφωνα με τις Ευρωπαϊκές Οδηγίες Λειτουργίας και Σχεδιασμού Υγροβιοτόπων η επιθυμητή κλίση είναι περίπου 1%.
Σχεδιασμός Τεχνητών Υγροβιοτόπων (SSF HF) Πλάτος υγροβιότοπου βό Από νόμο Darcy: Α c = Q K S f Q Kf = παροχή λυμάτων [m 3 /s] = υδραυλική αγωγιμότητα (τυπικές τιμές 1-3 10-3 m/sec) As = επιφάνεια κάθετος στην κατεύθυνση ροής, [m2] =d x W όπου d W = βάθος λεκάνης [m] = πλάτος λεκάνης (m) S = υδραυλική κλίση της λεκάνης ( τυπικές τιμές 0,5-1%)
Σχεδιασμός Τεχνητών Υγροβιοτόπων (SSF HF) Απαιτούμενη επιφάνεια για απομάκρυνση Ν A = ( lnνn) Q lnνn ΚdnF Q = παροχή λυμάτων [m 3 /d] A = απαιτούμενη επιφάνεια υγροβιοτόπου [ha] d = βάθος λεκάνης [m] n = πορώδες του μέσου Κ = συντελεστής απομάκρυνσης (τυπική τιμή 0,107 d -1 στους 20 o C, θ=1,15) F = συντελεστής μετατροπής μονάδων (10.000 m 2 /ha) Νe, No = συγκέντρωση αζώτου στα ανεπεξέργαστα και επεξεργασμένα λύματα [mg/l]
Μηχανισμοί απομάκρυνσης ρυπαντών Ρύπος Αιωρούμενα στερεά Διαλυτός οργανικός άνθρακας Άζωτο Φώσφορος Μέταλλα Παθογόνα Μηχανισμοί Καθίζηση, Διήθηση Βιοαποδόμηση Αερόβια βιοαποδόμηση, Αναερόβια βιοαποδόμηση Αμμωνιοποίηση, Νιτροποίηση, Απονιτροποίηση, Προσρόφηση, Φυτοαπορρόφηση, Πτητικοποίηση Προσρόφηση, Καθίζηση, Φυτοαπορρόφηση Προσρόφηση, Ιοντοανταλλαγή, Κατακρήμνιση Φυτοαπορρόφηση, Βιοαποδόμηση UV ακτινοβολία, Θάνατος, Καθίζηση, Διήθηση
Σύσταση επιφανειακής απορροής Ρυπαντής Αστική απορροή Περιοχές αμιγούς κατοικίας Αυτοκινητό- δρομοι Γεωργικές εκτάσεις BOD, mg/l 20 3,6-20 - 3,8 Λίπη και έλαια, mg/l 2,6 30 TSS, mg/l 150 18-140140 220 55 TN, mg/l 2,0 1,1-2,8 0-3,4 2,3 TP, mg/l 0,36 0,05-0,400,40 0-0,70,7 0,34 Κάδμιο, μg/l 15 1,5 Χρώμιο, μg/l 34 Μόλυβδος, μg/l 140 70-210 550 Νικέλιο, μg/l 22 Ψευδάργυρος, μg/l 200 46-170 380
Απόδοση διαφόρων συστημάτων επιφανειακής απορροής (%) Ρυπαντής Α Β Γ Δ Ε Ζ TSS 87 83 86 77 96 89 N(τύπος) 24(ΤΝ) 62(NH 4 ) 79(NH 4 ) 15(NH 4 ) -44(NH 4 ) 61 (NH 4 ) ΤP 36 7 70 56 77 40 Μόλυβδος 68 54 83 88 96 83
Σύσταση αστικών λυμάτων Ρυπαντής Εκροή σηπτικού βόθρου Λίμνη καθίζησης Λίμνη επαμφοτερίζουσα Ολικό BOD, mg/l 129-147 147 40-200 11-35 Διαλυτό BOD, mg/l 100-118 118 35-160 7-17 COD, mg/l 310-344 344 90-400 7-17 TSS, mg/l 44-54 55-230 20-80 VSS, mg/l 32-39 39 45-180 25-65 TN, mg/l 41-49 49 20-85 8-22 NH3 28-34 15-40 0,6-16 TP, mg/l 12-14 14 4-15 3-4 PO4, mg/l 10-12 12 3-10 2-3 Κολοβακτηρίδια, 5,4-6 5,0-7,0 0,8-5,6 log/100 ml
Βαθμός απόδοσης για αστικά λύματα Ρυπαντής Εισροή Βαθμός απόδοσης % BOD, mg/l 20-100 67-80 SS, mg/l 30 67-80 Αμμωνιακό άζωτο,, mg/l 15 62-84 Ολικός φώσφορος,, mg/l 4 48 Cd, μg/l 10 50-60 Cu, μg/l 50 50-60 Pb, μg/l 50 50-60 Zn, μg/l 300 50-60
 Ζώνη Εξόδου Βιότοπος Ζώνη Εισόδου Χαλίκια 60-80mm Διάτρητος Σωλήνας Συλλογής Διάτρητος Σωλήνας Διανομής Χαλίκια 60-80mm Αγωγός Παράκαμψης Βιοτόπου (Φ110) Δεξαμενή Χλωρίωσης 0,50 14,00 Ä 14,00 Υπερχειλιστής Αγωγός Παράκαμψης Βιοτόπου (Φ110) 2,80, Αγωγός Τροφοδοσίας Βιοτόπου (Φ110) 0,50 5,00 Υποβρύχιος Αεριστήρας Υπερχειλιστής 0,50 4,65 Χαλίκια 60-80mm Διάτρητος Σωλήνας Διανομής à à Δεξαμενή Αερισμού Δεξαμενή Αποθήκευσης Επεξεργασμένων Στραγγιδίων Θυρόφραγμα 0.40x0.40m 1,70 Φ110 από Εγκατάσταση Επεξεργασίας Στραγγιδίων 6,00 Θυρόφραγμα 0.40x0.40m 0,85 5,00 1,50 Á 1,90 Á 0,60 Φρεάτιο Μερισμού Διάτρητος Σωλήνας Διανομής Διάτρητος Σωλήνας Συλλογής Αγωγός Τροφοδοσίας Βιοτόπου (Φ110) 14,00 Χαλίκια 60-80mm 14,00 Χαλίκια 60-80mm Βιότοπος Διάτρητος Σωλήνας Διανομής Διάτρητος Σωλήνας Συλλογής Χαλίκια 60-80mm Χαλίκια 60-80mm Ζώνη Εισόδου 1,80 21,70  1,50 Ζώνη Εξόδου ΚΑΤΟΨΗ Θυρόφραγμα 0.40x0.40m Ä
Φρεάτιο Μερισμού Βιότοπος 236.80 236.80 Θυρόφραγμα 0.40x0.40m 236.50 Ζώνη Εισόδου 236.21 236.11 235.80 235.48 235.20 235.20 0,85 0,60 1,80 Αγωγός Τροφοδοσίας Βιοτόπου (Φ110) Χαλίκια 60-80mm Διάτρητος Σωλήνας Διανομής Στρώμα Άμμου 50mm Γεωύφασμα Γεωμεμβράνη Εδαφικό Υλικό
Βιότοπος 235.26 235.24 Χαλίκια 60-80mm 236.50 236.50 236.50 236.50 236.11 Ζώνη Εξόδου Διάταξη Ρύθμισης Στάθμης Βιοτόπου Θυρόφραγμα 0.40x0.40m 235.80 235.16 235.04 235.06 Εδαφικό Υλικό Στρώμα Άμμου 50mm Γεωύφασμα Γεωμεμβράνη Διάτρητος Σωλήνας Συλλογής 1,50 Θυρόφραγμα 0.40x0.40m Δεξαμενή Αποθήκευσης Επεξεργασμένων Στραγγιδίων 231.00 231.00 231.00 1,90 0,60 5,00