ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΔΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΕΠΙΣΤΗΜΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ» ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΗΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ ΧΛΩΡΙΟΥΧΟΥ ΠΟΛΥΑΡΓΙΛΙΟΥ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΟΜΕΝΟΥ ΑΕΡΙΣΜΟΥ Μαρία Π. Πάντζιαρου Αθήνα, Οκτώβριος 2010 Επιβλέπων: Νουτσόπουλος Κ., Λέκτορας Ε.Μ.Π.
ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 1 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ... 6 2.1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ... 7 2.1.1 Συμβατικό σύστημα ενεργού ιλύος για την απομάκρυνση του οργανικού άνθρακα... 7 2.1.2 Σύστημα ενεργού ιλύος για την απομάκρυνση του οργανικού άνθρακα και του αζώτου 9 2.2 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΑΘΙΖΗΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ... 14 2.2.1 Εισαγωγή... 14 2.2.2 Δημιουργία Βιοκροκίδων... 15 2.2.3 Προβλήματα διαχωρισμού των στερεών... 18 2.3 ΝΗΜΑΤΟΕΙΔΕΙΣ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ... 29 2.3.1 Εισαγωγή... 29 2.3.2 Επικρατέστεροι νηματοειδείς μικροοργανισμοί... 31 2.3.3 Νηματοειδής μικροοργανισμός Microthrix parvicella... 35 2.4 ΈΛΕΓΧΟΣ ΝΗΜΑΤΟΕΙΔΟΥΣ ΔΙΟΓΚΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΦΡΙΣΜΟΥ... 45 2.4.1 Εισαγωγή... 45 2.4.2 Παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη των νηματοειδών μικροοργανισμών... 49 2.4.3 Μέθοδοι ελέγχου των φαινομένων νηματοειδούς διόγκωσης και αφρισμού σε συστήματα ενεργού ιλύος με απομάκρυνση θρεπτικών... 71 2.5 ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΧΛΩΡΙΟΥΧΟΥ ΠΟΛΥΑΡΓΙΛΙΟΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΤΗΣ ΝΗΜΑΤΟΕΙΔΟΥΣ ΔΙΟΓΚΩΣΗΣ... 88 2.5.1 Εισαγωγή... 88 2.5.2 Το χλωριούχο πολυαργίλιο... 88 2.5.3 Επίδραση του PAC στους νηματοειδείς μικροοργανισμούς... 89 2.6 ΣΥΝΘΕΤΙΚΑ ΛΥΜΑΤΑ... 94 2.6.1 Εισαγωγή... 94 2.6.2 Τυπικά χαρακτηριστικά αστικών λυμάτων... 95 2.6.3 «Συνταγές» συνθετικών λυμάτων... 96 3 ΑΝΑΛΥΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ... 102 3.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 103 3.2 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ... 103 3.2.1 Προσθήκη χλωριούχου πολυαργιλίου... 110 3.3 ΑΝΑΛΥΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ... 112 3.3.1 Μέτρηση ολικών και πτητικών αιωρούμενων στερεών... 112 i
3.3.2 Μέτρηση ολικού και διαλυτού χημικώς απαιτούμενου οξυγόνου (COD)... 114 3.3.3 Μέτρηση νιτρικών... 116 3.3.4 Μέτρηση αμμωνίας... 117 3.3.5 Μέτρηση δείκτη καθιζησιμότητας ιλύος (Sludge Volume Index SVI)... 119 3.3.6 Μέτρηση ζωνικής ταχύτητας καθίζησης... 120 3.3.7 Μέτρηση ιξώδους... 121 3.4 ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΔΙΑΚΕΚΟΜΕΝΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (BATCH)... 123 3.4.1 Ταχύτητα αποξυγόνωσης (Oxygen Uptake Rate OUR)... 124 3.4.2 Ταχύτητα απονιτροποίησης (Nitrate Uptake Rate NUR)... 127 3.4.3 Ταχύτητα νιτροποίησης (Ammonia Uptake Rate AUR)... 129 3.4.4 Προσροφητική ικανότητα της βιομάζας... 130 3.5 ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ... 132 4 ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ... 138 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 139 4.2 ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΕΚΚΙΝΗΣΗΣ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ... 141 4.3 ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ... 142 4.3.1 Κλασματοποίηση συνθετικής τροφής... 146 4.4 ΠΡΩΤΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ... 147 4.4.1 Μέθοδοι ανάλυσης... 147 4.4.2 Πειράματα χαρακτηρισμού της βιομάζας... 158 4.4.3 Καθιζησιμότητα της ενεργού ιλύος... 159 4.4.4 Μικροσκοπική ανάλυση της βιομάζας των εργαστηριακών συστημάτων... 161 4.5 ΔΕΥΤΕΡΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 162 4.5.1 Εφαρμοζόμενες δόσεις του χλωριούχου πολυαργιλίου (PAC B40)... 163 4.5.2 Παρουσίαση των μεθόδων ανάλυσης... 164 4.5.3 Πειράματα χαρακτηρισμού της βιομάζας... 172 4.5.4 Παρουσίαση προσροφητικής ικανότητας της βιομάζας... 174 4.5.5 Ιξώδες ανάμικτου υγρού... 179 4.5.6 Καθιζησιμότητα της ενεργού ιλύος... 180 4.5.7 Μικροσκοπική ανάλυση της βιομάζας... 183 4.6 ΤΡΙΤΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 186 4.6.1 Παρουσίαση των μεθόδων ανάλυσης... 186 4.6.2 Πειράματα χαρακτηρισμού της βιομάζας... 189 4.6.3 Προσροφητική ικανότητα της βιομάζας... 190 4.6.4 Ιξώδες ανάμικτου υγρού... 192 4.6.5 Καθιζησιμότητα της ενεργού ιλύος... 193 4.6.6 Μικροσκοπική ανάλυση της βιομάζας... 196 ii
4.7 ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΕΡΓΑΣΗΤΡΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ... 197 5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ... 201 6 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 206 iii
ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 2.1: ΕΠΙΚΡΑΤΕΣΤΕΡΟΙ ΝΗΜΑΤΟΕΙΔΕΙΣ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΣΕ ΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΧΩΡΩΝ... 33 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.2: ΕΠΙΚΡΑΤΕΣΤΕΡΟΙ ΝΗΜΑΤΟΕΙΔΕΙΣ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΣΕ ΔΕΙΓΜΑΤΑ ΑΦΡΟΥ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΧΩΡΩΝ... 34 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.3: ΟΜΑΔΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΝΗΜΑΤΟΕΙΔΩΝ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΟΥΣ WANNER ΚΑΙ GRAU (1989)... 48 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.4: ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΤΗΣ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΛΑΧΙΣΤΗΣ ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΟΥ ΔΙΑΛΥΜΕΝΟΥ ΟΞΥΓΟΝΟΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΦΥΓΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΔΙΟΓΚΩΣΗΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ ΛΟΓΩ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΝΗΜΑΤΟΕΙΔΩΝ ΒΑΚΤΗΡΙΔΙΩΝ ΧΑΜΗΛΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΔΙΑΛΥΜΕΝΟΥ ΟΞΥΓΟΝΟΥ... 57 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.5: ΤΥΠΙΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΕΝΟΣ ΚΥΤΤΑΡΟΥ (EIKELBOOM)... 60 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.6: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΕΠΙΛΟΓΕΩΝ ΣΤΟΝ ΕΛΕΓΧΟ ΤΩΝ ΝΗΜΑΤΟΕΙΔΩΝ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ... 87 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.7: ΤΥΠΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΑΣΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ (METCALF & EDDY, 2003)... 95 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.8: ΣΥΣΤΑΣΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ (BOEIJE, 1999)... 97 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.9: ΣΥΣΤΑΣΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ [DIR 88/303/EEC (OJL 133 1988)]... 98 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.10: ΣΥΣΤΑΣΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ (THONGCHAI ET AL., 2003)... 98 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.11: ΣΥΣΤΑΣΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ (KOSITZI ET AL., 2004)... 98 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.12: ΣΥΣΤΑΣΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ (HIRAISHI, 1998)... 99 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.13: ΣΥΣΤΑΣΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ (REDDY ΚΑΙ BUX, 2002)... 99 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.14: ΣΥΣΤΑΣΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ (H. SLIJKHUIS AND M. H. DEINEMA)... 100 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.15: ΣΥΣΤΑΣΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ (MALANDRA ET AL., 2000)... 100 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.16: ΣΥΣΤΑΣΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ (ΠΟΥΛΟΠΟΥΛΟΥ ΚΑΙ ΜΙΣΣΑ, 2005)... 101 ΠΙΝΑΚΑΣ 3.1: ΘΕΣΕΙΣ ΑΝΑΛΥΣΕΩΣ ΓΙΑ ΚΑΘΕ ΣΥΣΤΗΜΑ... 112 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.1: ΣΥΣΤΑΣΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ... 145 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.2: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΚΑΙ ΠΟΣΟΣΤΟ ΤΩΝ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΚΛΑΣΜΑΤΩΝ ΣΤΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΗ ΤΡΟΦΗ... 146 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.3: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΔΙΑΛΥΜΕΝΟΥ ΟΞΥΓΟΝΟΥ, PH ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ... 149 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.4: ΜΕΣΟΣ ΟΡΟΣ ΤΩΝ ΟΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΠΤΗΤΙΚΩΝ ΣΤΕΡΕΩΝ ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΘΕΣΕΙΣ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ... 150 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.5: ΠΑΡΟΧΗ ΕΞΟΔΟΥ, ΠΕΡΙΣΣΕΙΑ ΙΛΥΟΣ ΚΑΙ ΧΡΟΝΟΣ ΠΑΡΑΜΟΝΗΣ ΣΤΕΡΕΩΝ... 151 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.6: ΟΛΙΚΟ ΚΑΙ ΔΙΑΛΥΤΟ COD ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ... 152 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.7: ΟΛΙΚΟ ΚΑΙ ΔΙΑΛΥΤΟ COD ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ... 152 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.8: ΑΠΟΔΟΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΤΟΥ ΟΡΓΑΝΙΚΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ... 154 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.9: ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΟ COD ΠΡΟΣ ΟΛΙΚΑ ΚΑΙ ΠΤΗΤΙΚΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΤΕΡΕΑ... 155 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.10: ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ... 155 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.11: ΑΜΜΩΝΙΑΚΟ ΚΑΙ ΝΙΤΡΙΚΟ ΑΖΩΤΟ... 156 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.12: ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΚΑΤΑ ΤΗ ΠΡΩΤΗ ΠΕΡΙΟΔΟ... 157 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.13: ΕΛΑΧΙΣΤΗ ΚΑΙ ΜΕΓΙΣΤΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΠΟΞΥΓΟΝΩΣΗΣ... 158 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.14: ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΠΟΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗ ΠΡΩΤΗ ΠΕΡΙΟΔΟ... 158 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.15: ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΩΝ ΤΙΜΩΝ ΤΟΥ DSVI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΠΡΩΤΗ ΠΕΡΙΟΔΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 161 iv
ΠΙΝΑΚΑΣ 4.16: ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΧΛΩΡΙΟΥΧΟΥ ΠΟΛΥΑΡΓΙΛΙΟΥ PAC B40... 163 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.17: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΔΙΑΛΥΜΕΝΟΥ ΟΞΥΓΟΝΟΥ, PH ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ... 166 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.18: ΟΛΙΚΑ ΚΑΙ ΠΤΗΤΙΚΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΤΕΡΕΑ... 166 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.19: ΠΑΡΟΧΗ ΕΞΟΔΟΥ, ΠΕΡΙΣΣΕΙΑ ΙΛΥΟΣ ΚΑΙ ΧΡΟΝΟΣ ΠΑΡΑΜΟΝΗΣ ΣΤΕΡΕΩΝ... 167 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.20: ΟΛΙΚΟ ΚΑΙ ΔΙΑΛΥΤΟ COD ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ... 167 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.21: ΟΛΙΚΟ ΚΑΙ ΔΙΑΛΥΤΟ COD... 168 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.22: ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΤΟΥ ΟΡΓΑΝΙΚΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΔΕΥΤΕΡΗ ΠΕΡΙΟΔΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 169 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.23: ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΟ COD ΠΡΟΣ ΟΛΙΚΑ ΚΑΙ ΠΤΗΤΙΚΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΤΕΡΕΑ... 169 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.24: ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ... 170 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.25: ΑΜΜΩΝΙΑΚΟ ΚΑΙ ΝΙΤΡΙΚΟ ΑΖΩΤΟ... 170 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.26: ΑΠΟΔΟΣΗ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΑΜΜΩΝΙΑΚΟΥ ΑΖΩΤΟΥ... 172 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.27: ΕΛΑΧΙΣΤΗ ΚΑΙ ΜΕΓΙΣΤΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΠΟΞΥΓΟΝΩΣΗΣ... 172 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.28: ΜΕΓΙΣΤΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΠΟΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗΣ ΚΑΙ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗΣ... 173 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.29: ΠΡΟΣΡΟΦΗΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ ΟΞΙΚΟ ΟΞΥ... 174 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.30: ΠΡΟΣΡΟΦΗΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ TWEEN 80... 175 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.31: ΠΡΟΣΡΟΦΗΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΜΕ ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΑΝΑΧΑΙΤΙΣΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ... 178 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.32: ΙΞΩΔΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ CONTROL... 179 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.33: ΙΞΩΔΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ INTERMITTENT... 179 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.34: ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΩΝ ΤΙΜΩΝ ΤΟΥ ΔΕΙΚΤΗ ΚΑΘΙΖΗΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΕΥΤΕΡΗ ΠΕΡΙΟΔΟ... 182 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.35: ΠΡΩΤΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΖΩΝΙΚΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΚΑΘΙΖΗΣΗΣ... 183 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.36: ΔΕΥΤΕΡΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΖΩΝΙΚΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΚΑΘΙΖΗΣΗΣ... 183 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.37: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΔΙΑΛΥΜΕΝΟΥ ΟΞΥΓΟΝΟΥ, PH ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ... 188 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.38: ΟΛΙΚΑ ΚΑΙ ΠΤΗΤΙΚΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΤΕΡΕΑ... 189 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.39: ΠΑΡΟΧΗ ΕΞΟΔΟΥ, ΠΕΡΙΣΣΕΙΑ ΙΛΥΟΣ ΚΑΙ ΧΡΟΝΟΣ ΠΑΡΑΜΟΝΗΣ ΣΤΕΡΕΩΝ... 189 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.40: ΜΕΓΙΣΤΗ ΚΑΙ ΕΛΑΧΙΣΤΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΠΟΞΥΓΟΝΩΣΗΣ... 190 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.41: ΠΡΟΣΡΟΦΗΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ ΟΞΙΚΟ ΟΞΥ ΓΙΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ 100 MGCOD/GRTSS... 190 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.42: ΠΡΟΣΡΟΦΗΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ TWEEN 80 ΓΙΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ 100 MGCOD/GRTSS... 191 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.43: ΙΞΩΔΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ CONTROL... 193 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.44: ΙΞΩΔΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ INTERMITTENT... 193 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.45: ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΩΝ ΤΙΜΩΝ ΤΟΥ ΔΕΙΚΤΗ ΚΑΘΙΖΗΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΤΡΙΤΗ ΠΕΡΙΟΔΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 195 v
ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΣΧΗΜΑ 2.1: ΣΥΜΒΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ... 8 ΣΧΗΜΑ 2.2: ΝΗΜΑΤΟΕΙΔΟΥΣ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗΣ ΑΦΡΟΣ ΣΕ ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΑΕΡΙΣΜΟΥ... 29 ΣΧΗΜΑ 2.3: ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ Μ. PARVICELLA... 36 ΣΧΗΜΑ 2.4: ΘΕΤΙΚΗ ΚΑΤΑ GRAM ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ M. PARVICELLA... 37 ΣΧΗΜΑ 2.5: ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΝΗΜΑΤΟΕΙΔΩΝ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ ΚΑΙ Θ C (RICHARD, 1989; JENKINS, 1992)... 52 ΣΧΗΜΑ 2.6: ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΤΗΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ... 63 ΣΧΗΜΑ 2.7: ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΣΥΣΣΩΜΑΤΟΥΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΝΗΜΑΤΟΕΙΔΩΝ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ ΩΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΗΣ ΔΙΑΘΕΣΙΜΗΣ ΔΙΑΛΥΤΗΣ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΥΛΗΣ... 79 ΣΧΗΜΑ 2.8: ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΛΗΨΗΣ ΥΠΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΣΤΟΝ ΑΕΡΟΒΙΟ ΕΠΙΛΟΓΕΑ (JENKINS ET AL.,1993)... 81 ΣΧΗΜΑ 2.9: Α) ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΛΗΨΗΣ ΥΠΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΣΤΟΝ ΑΝΟΞΙΚΟ ΕΠΙΛΟΓΕΑ ΚΑΙ Β) ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΛΗΨΗΣ ΥΠΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΣΤΟΝ ΑΝΑΕΡΟΒΙΟ ΕΠΙΛΟΓΕΑ (JENKINS ET AL., 1993)... 83 ΣΧΗΜΑ 2.10: ΥΔΡΟΦΟΒΙΚΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΤΟΥ ΑΡΓΙΛΙΟΥ... 91 ΣΧΗΜΑ 2.11: ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ PAX-14 ΣΤΗΝ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΛΙΠΑΣΗΣ ΣΕ ΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ ΜΕ (ΜΑΥΡΕΣ ΜΠΑΡΕΣ) ΚΑΙ ΧΩΡΙΣ (ΛΕΥΚΕΣ) ΤΗΝ ΠΑΡΟΥΣΙΑ ΤΟΥ M. PARVICELLA ΜΕ ΤΗΝ ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΩΝ ΠΟΣΟΤΗΤΩΝ.... 92 ΣΧΗΜΑ 3.1: ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ ΜΕ ΠΡΟΑΠΟΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗ (CONTROL)... 105 ΣΧΗΜΑ 3.2: Α)ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΤΕΛΙΚΗΣ ΚΑΘΙΖΗΣΗΣ, Β) ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΑ ΠΥΘΜΕΝΑ... 106 ΣΧΗΜΑ 3.3: ΔΟΧΕΙΟ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΤΩΝ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ... 107 ΣΧΗΜΑ 3.4: ΠΕΡΙΣΤΑΛΤΙΚΗ ΑΝΤΛΙΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ... 108 ΣΧΗΜΑ 3.5: ΒΙΟΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ INTERMITTENT... 108 ΣΧΗΜΑ 3.6: ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ... 109 ΣΧΗΜΑ 3.7: ΓΕΝΙΚΗ ΑΠΟΨΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΙΑΚΕΚΟΜΜΕΝΟΥ ΑΕΡΙΣΜΟΥ... 110 ΣΧΗΜΑ 3.8: ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΟΣΟΜΕΤΡΗΣΗΣ ΧΛΩΡΙΟΥΧΟΥ ΠΟΛΥΑΡΓΙΛΙΟΥ (PAC Β40)... 111 ΣΧΗΜΑ 3.9: Α) ΑΝΑΛΥΤΙΚΟΣ ΖΥΓΟΣ ΚΑΙ Β) ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΗΘΗΣΗΣ - ΑΝΤΛΙΑ ΚΕΝΟΥ... 113 ΣΧΗΜΑ 3.10: Α) ΦΟΥΡΝΟΣ ΓΙΑ ΟΛΙΚΑ ΣΤΕΡΕΑ ΚΑΙ Β) ΦΟΥΡΝΟΣ ΓΙΑ ΠΤΗΤΙΚΑ ΣΤΕΡΕΑ... 114 ΣΧΗΜΑ 3.11: Α)ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΟ ΤΥΠΟΥ HACH DR 2010 ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΤΟΥΣ ΚΑΙ Β) ΣΥΣΚΕΥΗ ΧΩΝΕΥΣΗΣ ΦΙΑΛΙΔΙΩΝ COD... 115 ΣΧΗΜΑ 3.12: ΤΥΠΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΝΙΤΡΙΚΩΝ ΣΤΟ ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΟ ΤΥΠΟΥ HACH DR 2000... 117 ΣΧΗΜΑ 3.13: ΣΥΣΚΕΥΗ ΑΠΟΣΤΑΞΗΣ ΑΜΜΩΝΙΑΣ... 118 ΣΧΗΜΑ 3.14: ΤΥΠΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΜΕΤΡΗΣΗΣ SVI... 119 ΣΧΗΜΑ 3.15: ΣΥΣΚΕΥΗ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΙΞΩΔΟΥΣ ΤΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ... 122 ΣΧΗΜΑ 3.16: ΔΙΑΤΑΞΗ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΙΞΩΔΟΥΣ ΤΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ... 123 ΣΧΗΜΑ 3.17: ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΚΛΑΣΜΑΤΩΝ ΟΡΓΑΝΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ ΣΕ ΛΥΜΑΤΑ ΜΕ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ OUR... 125 ΣΧΗΜΑ 3.18: ΤΥΠΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΜΕΤΡΗΣΗΣ OUR... 127 vi
ΣΧΗΜΑ 4.1: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΟΥ ΔΙΑΛΥΜΕΝΟΥ ΟΞΥΓΟΝΟΥ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΠΡΩΤΗ ΠΕΡΙΟΔΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 148 ΣΧΗΜΑ 4.2: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΩΝ ΤΙΜΩΝ ΤΟΥ PH ΣΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΠΡΩΤΗΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥ... 148 ΣΧΗΜΑ 4.3: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΠΡΩΤΗΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 149 ΣΧΗΜΑ 4.4: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΟΛΙΚΟΥ COD ΣΤΗΝ ΕΙΣΟΔΟ ΚΑΙ ΔΙΑΛΥΤΟΥ COD ΣΤΗΝ ΕΞΟΔΟ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΥ... 153 ΣΧΗΜΑ 4.5: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΟΛΙΚΟΥ COD ΣΤΗΝ ΕΙΣΟΔΟ ΚΑΙ ΔΙΑΛΥΤΟΥ COD ΣΤΗΝ ΕΞΟΔΟ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ... 153 ΣΧΗΜΑ 4.6: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΑΜΜΩΝΙΑΚΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΣΤΗΝ ΕΙΣΟΔΟ ΚΑΙ ΕΞΟΔΟ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ CONTROL... 156 ΣΧΗΜΑ 4.7: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΑΜΜΩΝΙΑΚΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΣΤΗΝ ΕΙΣΟΔΟ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΕΞΟΔΟ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ INTERMITTENT... 157 ΣΧΗΜΑ 4.8: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΟΥ ΔΕΙΚΤΗ ΚΑΘΙΖΗΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΠΡΩΤΗ ΠΕΡΙΟΔΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 159 ΣΧΗΜΑ 4.9: ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΩΝ ΤΙΜΩΝ ΤΟΥ ΔΕΙΚΤΗ ΚΑΘΙΖΗΣΙΜΟΤΗΤΑΣ (DSVI) ΤΩΝ ΔΥΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ... 160 ΣΧΗΜΑ 4.10: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΔΟΣΕΩΝ ΤΟΥ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ ΧΛΩΡΙΟΥΧΟΥ ΠΟΛΥΑΡΓΙΛΙΟΥ ΣΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ... 164 ΣΧΗΜΑ 4.11: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΟΥ ΔΙΑΛΥΜΕΝΟΥ ΟΞΥΓΟΝΟΥ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΔΕΥΤΕΡΗΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 164 ΣΧΗΜΑ 4.12: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΙΜΩΝ ΤΟΥ PH ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΔΕΥΤΕΡΗΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥ... 165 ΣΧΗΜΑ 4.13: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΔΕΥΤΕΡΗΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 165 ΣΧΗΜΑ 4.14: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΩΝ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΤΟΥ ΟΛΙΚΟΥ COD ΣΤΗΝ ΕΙΣΟΔΟ ΚΑΙ ΤΟΥ ΔΙΑΛΥΤΟΥ COD ΣΤΗΝ ΕΞΟΔΟ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ CONTROL... 168 ΣΧΗΜΑ 4.15: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΩΝ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΤΟΥ ΟΛΙΚΟΥ COD ΣΤΗΝ ΕΙΣΟΔΟ ΚΑΙ ΤΟΥ ΔΙΑΛΥΤΟΥ COD ΣΤΗΝ ΕΞΟΔΟ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ INTERMITTENT... 169 ΣΧΗΜΑ 4.16: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΟΥ ΑΜΜΩΝΙΑΚΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΣΤΗΝ ΕΙΣΟΔΟ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΕΞΟΔΟ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΥ... 171 ΣΧΗΜΑ 4.17: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΟΥ ΑΜΜΩΝΙΑΚΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΣΤΗΝ ΕΙΣΟΔΟ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΕΞΟΔΟ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ INTERMITTENT... 171 ΣΧΗΜΑ 4.18: ΠΡΟΣΡΟΦΗΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ TWEEN 80 ΣΤΑ 5 MIN... 175 ΣΧΗΜΑ 4.19: ΠΡΟΣΡΟΦΗΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ TWEEN 80 ΣΤΑ 30 MIN... 176 ΣΧΗΜΑ 4.20: ΠΡΟΣΡΟΦΗΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ TWEEN 80 ΣΤΑ 60 MIN... 176 ΣΧΗΜΑ 4.21: ΠΟΣΟΣΤΟ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ ΤΟΥ COD ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ... 177 ΣΧΗΜΑ 4.22: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΟΥ ΔΕΙΚΤΗ ΚΑΘΙΖΗΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΔΕΥΤΕΡΗΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 180 ΣΧΗΜΑ 4.23: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΟΥ ΔΕΙΚΤΗ ΚΑΘΙΖΗΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ ΣΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΔΟΣΕΙΣ ΧΛΩΡΙΟΥΧΟΥ ΠΟΛΥΑΡΓΙΛΙΟΥ... 181 ΣΧΗΜΑ 4.24: ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΩΝ ΤΙΜΩΝ ΤΟΥ ΔΕΙΚΤΗ ΚΑΘΙΖΗΣΙΜΟΤΗΤΑΣ DSVI ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΕΥΤΕΡΗ ΠΕΡΙΟΔΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 182 ΣΧΗΜΑ 4.25: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΟΥ M. PARVICELLA ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ... 185 ΣΧΗΜΑ 4.26: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΟΥ ΔΙΑΛΥΜΕΝΟΥ ΟΞΥΓΟΝΟΥ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΤΡΙΤΗΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 187 ΣΧΗΜΑ 4.27: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΩΝ ΤΙΜΩΝ ΤΟΥ PH ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΤΡΙΤΗΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 187 ΣΧΗΜΑ 4.28: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΤΡΙΤΗΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥ... 188 ΣΧΗΜΑ 4.29: ΠΡΟΣΡΟΦΗΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ ΟΞΙΚΟ ΟΞΥ ΓΙΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ 100 MGCOD/GRTSS... 191 vii
ΣΧΗΜΑ 4.30: ΠΡΟΣΡΟΦΗΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ TWEEN 80 ΓΙΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ 100 MGCOD/GRTSS... 192 ΣΧΗΜΑ 4.31: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΙΜΩΝ ΤΟΥ ΔΕΙΚΤΗ ΚΑΘΙΖΗΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΤΡΙΤΗΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 194 ΣΧΗΜΑ 4.32: ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΙΜΩΝ ΔΕΙΚΤΗ ΚΑΘΙΖΗΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΤΡΙΤΗ ΠΕΡΙΔΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 195 ΣΧΗΜΑ 4.34: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΔΕΙΚΤΗ ΚΑΘΙΖΗΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 198 ΣΧΗΜΑ 4.35: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΟΥ Μ. PARVICELLA ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ... 200 viii
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Κεφάλαιο Ι: Εισαγωγή Το σύστημα ενεργού ιλύος αποτελεί το πιο διαδεδομένο και αποτελεσματικό σύστημα βιολογικής επεξεργασίας αστικών λυμάτων. Η εκτεταμένη ανάπτυξη κι εφαρμογή του συστήματος, αρχικά με τη χρήση μόνο της αερόβιας διεργασίας, οφείλεται στην οικονομία του και στην εξασφάλιση εκροής υψηλής ποιότητας, κυρίως όσον αφορά στη νιτροποίηση, σε σύγκριση με άλλα συστήματα βιολογικής επεξεργασίας, όπως τα βιολογικά φίλτρα. Στη διάρκεια των χρόνων, η συνεχής εξέλιξη του συστήματος ενεργού ιλύος οδήγησε σε αρκετές παραλλαγές του τυπικού συστήματος που αύξησαν τις δυνατότητες εφαρμογής του. Το σημαντικότερο κεφάλαιο στην ιστορική εξέλιξη του σχεδιασμού συστημάτων επεξεργασίας λυμάτων με ενεργό ιλύ, υπήρξε η χρήση ανοξικών και αναερόβιων αντιδραστήρων για την βιολογική απομάκρυνση των θρεπτικών, αζώτου και φωσφόρου χωρίς την χρήση χημικών. Η εξέλιξη αυτή, είχε ως αποτέλεσμα την επίτευξη εκροής με τιμές BOD 5 μικρότερες των 5 mg/l, αμμωνιακού αζώτου και φωσφόρου μικρότερες από 1 mg/l. Ένα μεγάλο τμήμα της έρευνας σε συστήματα ενεργού ιλύος, στη δεκαετία του 1980, στόχευσε στη διερεύνηση των περιβαλλοντικών εκείνων συνθηκών και των κλασμάτων της οργανικής ύλης που ευνοούν την ανάπτυξη βακτηριδίων, τα οποία είναι υπεύθυνα για την απομάκρυνση του οργανικού άνθρακα, του αζώτου και του φωσφόρου (νιτροποιητές, ετεροτροφικοί απονιτροποιητές και πολυφωσφορικά βακτηρίδια). Ταυτόχρονα όμως, οι αναγκαίες αυτές συνθήκες που επιβάλλονται σε ένα σύστημα ενεργού ιλύος, καθώς και η σύσταση των εισερχόμενων λυμάτων, είναι δυνατό να ευνοήσουν και την ανάπτυξη άλλων μικροοργανισμών, οι οποίοι, κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις, μπορεί να δράσουν ανασταλτικά στην εύρυθμη λειτουργία της εγκατάστασης. Οι συνθήκες που επικρατούν στα συστήματα απομάκρυνσης θρεπτικών ευνοούν σε αρκετές περιπτώσεις την ανάπτυξη μικροοργανισμών, οι οποίοι αναπτύσσονται σε μορφή νήματος, γι αυτό τον λόγο έχουν ονομαστεί νηματοειδείς μικροοργανισμοί. Οι συγκεκριμένοι μικροοργανισμοί δημιουργούν σημαντικά λειτουργικά προβλήματα, το σημαντικότερο από αυτά είναι το φαινόμενο της διόγκωσης της ιλύος, της παραγωγής δηλαδή ιλύος που καθιζάνει με αργούς ρυθμούς και παρουσιάζει μικρή συμπύκνωση. 2
Κεφάλαιο Ι: Εισαγωγή Συχνά όμως, παράλληλα με το φαινόμενο της διόγκωσης, παρουσιάζεται και το εξίσου σοβαρό πρόβλημα της δημιουργίας ενός μεγάλου στρώματος βιολογικού αφρού στην επιφάνεια των δεξαμενών αερισμού. Τα δύο αυτά φαινόμενα αποτελούν και τα σημαντικότερα προβλήματα που αντιμετωπίζει μεγάλο ποσοστό εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων παγκοσμίως (40 50%). Η καταγραφή του Microthrix parvicella ως επικρατέστερου νηματοειδούς μικροοργανισμού σε εγκαταστάσεις που αντιμετωπίζουν προβλήματα διόγκωσης και αφρισμού και η αδυναμία όλων των μέχρι τώρα μεθόδων που έχουν εφαρμοστεί, να οδηγήσουν σε επαρκή έλεγχο της ανάπτυξής του, τον κατατάσσουν ερευνητικά στην κορυφή των νηματοειδών βακτηριδίων. Ο M. parvicella ανήκει στην κατηγορία των νηματοειδών μικροοργανισμών χαμηλής οργανικής φόρτισης. Τόσο οι ειδικές, όσο και οι μη ειδικές μέθοδοι που έχουν εφαρμοσθεί για την αντιμετώπιση των φαινομένων της νηματοειδούς διόγκωσης και αφρισμού, έχουν θετικά αποτελέσματα μόνο στο βαθμό που οι υπεύθυνοι μικροοργανισμοί δεν ανήκουν στην κατηγορία των χαμηλής οργανικής φόρτισης νηματοειδών βακτηριδίων. Οι σημαντικές παρατηρήσεις που έχουν γίνει από τους ερευνητές για την επίδραση του χλωριούχου πολυαργιλίου στην ανάπτυξη του M. parvicella, έχουν δημιουργήσει ελπίδες στην επιστημονική κοινότητα για την εύρεση αποτελεσματικής μεθόδου για τον έλεγχο της νηματοειδούς διόγκωσης και αφρισμού, ιδίως όταν ο συγκεκριμένος μικροοργανισμός είναι ο κύριος υπεύθυνος του προβλήματος. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης διαλύματος χλωριούχου πολυαργιλίου στον έλεγχο της ανάπτυξης του νηματοειδούς μικροοργανισμού M. parvicella σε συστήματα διακοπτόμενου αερισμού. Η παρούσα εργασία αποτελείται από πέντε κεφάλαια. Στο παρόν καφάλαιο (Κεφάλαιο 1) γίνεται μία συνοπτική εισαγωγική παρουσίαση του αντικειμένου της εργασίας. Στο Κεφάλαιο 2, πραγματοποιείται μία αναλυτική βιβλιογραφική ανασκόπηση σχετικά με τα φαινόμενα της νηματοειδούς διόγκωσης και αφρισμού. 3
Κεφάλαιο Ι: Εισαγωγή Ειδικότερα, περιγράφονται οι μηχανισμοί σχηματισμού των βιοκροκίδων, η συσχέτισή τους με την ανάπτυξη νηματοειδών μικροοργανισμών στη βιοκοινότητα ενός συστήματος ενεργού ιλύος, καθώς και τα σημαντικότερα προβλήματα διαχωρισμού των στερεών από τα επεξεργασμένα λύματα. Ακολουθεί παρουσίαση της κατηγορίας των νηματοειδών μικροοργανισμών και των αποτελεσμάτων των ερευνών καταγραφής τους ανά τον κόσμο. Επίσης, γίνεται εκτενής ανάλυση των μορφολογικών και μεταβολικών χαρακτηριστικών του M. parvicella, ο οποίος ανήκει στην κατηγορία των νηματοειδών μικροοργανισμών χαμηλής οργανικής φόρτισης. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις μη ειδικές και ειδικές μεθόδους ελέγχου των φαινομένων της νηματοειδούς διόγκωσης και αφρισμού που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα. Τέλος, παρουσιάζονται οι τελευταίες ερευνητικές εργασίες σχετικά με την επίδραση του χλωριούχου πολυαργιλίου στον έλεγχο της ανάπτυξης των νηματοειδών μικροοργανισμών και συγκεκριμένα του M. parvicella. Στο ίδιο κεφάλαιο πραγματοποιείται περιγραφή της σύστασης συνθετικών λυμάτων, που χρησιμοποιήθηκαν αντί των αστικών, σε συστήματα εργαστηριακής και πιλοτικής κλίμακας. Τα συνθετικά λύματα χρησιμοποιούνται κυρίως, όταν είναι απαραίτητη η γνώση της ακριβούς σύστασης της εισροής ενός συστήματος ή όταν απαιτείται συγκεκριμένη σύσταση στην εισροή των συστημάτων για την ασφαλή εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων. Η χρήση συνθετικών λυμάτων υπαγορεύεται πολλές φορές επίσης για λόγους ευκολίας και οικονομίας, όταν η μεταφορά των αποβλήτων είναι δύσκολη ή οικονομικά ασύμφορη. Το Κεφάλαιο 3 περιλαμβάνει αναλυτική περιγραφή των συστημάτων ενεργού ιλύος που προσομοιώθηκαν στο Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας του Ε.Μ.Π., καθώς και των πειραματικών μεθόδων που εφαρμόστηκαν κατά τη διάρκεια της έρευνας. Στο Κεφάλαιο 4 γίνεται μία αναλυτική περιγραφή των αποτελεσμάτων από τη λειτουργία των εργαστηριακής κλίμακας συστημάτων ενεργού ιλύος. Η παρουσία των αποτελεσμάτων της λειτουργίας των πειραματικών συστημάτων χωρίζεται σε τρεις ενότητες που αντιπροσωπεύουν αντίστοιχα τις τρεις περιόδους λειτουργίας, πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την προσθήκη χλωριούχου πολυαργιλίου. Στη συνέχεια ακολουθεί αξιολόγηση των συστημάτων ενεργού ιλύος και των αποτελεσμάτων της πειραματικής έρευνας. 4
Κεφάλαιο Ι: Εισαγωγή Τέλος, το Κεφάλαιο 5 περιλαμβάνει μία συνοπτική παρουσίαση των συμπερασμάτων της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας. 5
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ
Κεφάλαιο ΙΙ: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση 1.1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ 1.1.1 Συμβατικό σύστημα ενεργού ιλύος για την απομάκρυνση του οργανικού άνθρακα Η μέθοδος της ενεργού ιλύος αναπτύχθηκε αρχικά από τους Arden και Lockett στο Μάντσεστερ της Αγγλίας στις αρχές του 20ού αιώνα, αλλά η ευρεία εφαρμογή της άρχισε μετά το 1940. Από τότε η συνεχής εξέλιξη του συστήματος οδήγησε σε αρκετές παραλλαγές του τυπικού συστήματος που αύξησαν τις δυνατότητες εφαρμογής του (Ανδρεαδάκης 2008). Η φιλοσοφία στην οποία βασίζεται η μέθοδος της ενεργούς ιλύος είναι η απομάκρυνση του οργανικού φορτίου των λυμάτων από τους μικροοργανισμούς που αναπτύσσονται στο περιβάλλον της αερόβιας δεξαμενής. Τα λύματα έρχονται σε επαφή με τους μικροοργανισμούς που αποτελούν την βιομάζα, η οποία βρίσκεται με την μορφή αιωρούμενων συσσωματωμάτων (βιοκροκίδων) στην αεριζόμενη και αναδευόμενη δεξαμενή, συνήθως υπό καθεστώς πλήρους μίξης. Τα αιωρούμενα και κολλοειδή στερεά απομακρύνονται ταχύτατα από την υγρή φάση καθώς προσροφώνται και συσσωματώνονται με τους αιωρούμενους μικροοργανισμούς. Στη συνέχεια, εντός των βιοκροκίδων λαμβάνουν χώρα όλες οι βιοχημικές διεργασίες που αφορούν τη διάσπαση των οργανικών ενώσεων των λυμάτων και τη χρήση τους στις διαδικασίες μεταβολισμού των μικροοργανισμών. Σημαντική παράμετρος για τον σχεδιασμό της δεξαμενής, όπου λαμβάνει χώρα ο αερισμός και οι βιοχημικές διεργασίες είναι η οργανική φόρτιση ανά μονάδα μάζας μικροοργανισμών. Το κριτήριο αυτό, είναι γνωστό και ως λόγος τροφής προς τους μικροοργανισμούς (Food to Microorganisms ratio ή F:M ratio). Σύμφωνα με την τιμή του F/M τα συστήματα διακρίνονται σε υψηλής φόρτισης συστήματα, συμβατικά συστήματα και παρατεταμένου αερισμού. 7
Κεφάλαιο ΙΙ: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση Μετά τη δεξαμενή αερισμού το μίγμα των λυμάτων, μικροοργανισμών και προσροφημένων αδρανών στερεών, που ονομάζεται ανάμικτο υγρό και συμβολίζεται συνήθως ως MLSS, εισέρχεται στη δεξαμενή τελικής καθίζησης (ΔΤΚ), που αποτελεί το δεύτερο στάδιο επεξεργασίας του συστήματος ενεργού ιλύος. Στη δεξαμενή αυτή γίνεται με βαρύτητα ο διαχωρισμός των βιοκροκίδων (συσσωματωμένοι μικροοργανισμοί και προσροφημένα στερεά) από τη μη χρησιμοποιηθείσα διαλυμένη τροφή F. Η τελευταία, με υπερχείλιση των επεξεργασμένων λυμάτων, οδηγείται προς περαιτέρω επεξεργασία ή διάθεση στον επιλεγμένο αποδέκτη. Μέρος της βιομάζας που συγκεντρώνεται στον πυθμένα της δεξαμενής τελικής καθίζησης επανακυκλοφορείται στη δεξαμενή αερισμού με άντληση, έτσι ώστε να έρθει σε επαφή με τα καινούργια λύματα, η υπόλοιπη απομακρύνεται, ενώ πριν τη διάθεσή της υφίσταται συνήθως κατάλληλη επεξεργασία (π.χ. πάχυνση, χώνευση, αφυδάτωση). Η απομακρυνόμενη ιλύς αποτελεί την «πλεονάζουσα» ή «περίσσεια» ιλύ του συστήματος, η ποσότητα της οποίας καθορίζει τον τύπο και τη φόρτιση της εγκατάστασης. (Ανδρεαδάκης 2008). Είσοδος Λυμάτων Αερόβιος Αντιδραστήρας Δεξαμενή Τελικής Καθίζησης Επανακυκλοφορία Ενεργού Ιλύος Περίσσεια Ιλύος Σχήμα 2.1: Συμβατικό σύστημα ενεργού ιλύος Σημαντική παράμετρος για τον καθορισμό της ποσότητας της περίσσειας ιλύος αποτελεί ο χρόνος παραμονής των στερεών Θ C, που είναι η σπουδαιότερη παράμετρος σχεδιασμού και ελέγχου όλου του συστήματος ενεργούς ιλύος. Με τις αυξομειώσεις των φορτίων εισόδου, ανάλογα ρυθμίζονται οι παροχές εξόδου και επανακυκλοφορίας της ιλύος, έτσι ώστε το Θ C να παραμένει σταθερό. 8
Κεφάλαιο ΙΙ: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση 1.1.2 Σύστημα ενεργού ιλύος για την απομάκρυνση του οργανικού άνθρακα και του αζώτου Τα συμβατικά συστήματα ενεργού ιλύος απομακρύνουν ικανοποιητικά το οργανικό φορτίο των λυμάτων. Κατά την επεξεργασία των λυμάτων σε ένα τυπικό σύστημα βιολογικής επεξεργασίας, τόσο το άζωτο όσο και ο φωσφόρος χρησιμοποιούνται από τους μικροοργανισμούς για την σύνθεση νέου πρωτοπλάσματος. Οι ποσότητες αυτές όμως, είναι μικρές και κυμαίνονται μεταξύ 15-20% (Ανδρεαδάκης 2008). Οι αυστηρότερες απαιτήσεις για απομάκρυνση των θρεπτικών από τις εκροές των εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων, λόγω του φαινομένου του ευτροφισμού που έχει παρατηρηθεί σε λίμνες και υδάτινα σώματα, τα οποία αποτελούσαν τελικό αποδέκτη των εγκαταστάσεων, οδήγησαν στην εξέλιξη των συμβατικών συστημάτων ενεργού ιλύος και την προσθήκη επιπλέον σταδίων επεξεργασίας. Η οδηγία 91/271/ΕΕ καθορίζει τα κριτήρια προσδιορισμού των αποδεκτών ως ευαίσθητοι, λιγότερο ευαίσθητοι και κανονικοί. Για τους χαρακτηρισμένους ως ευαίσθητους αποδέκτες, η συγκεκριμένη οδηγία απαιτεί ελάχιστη εκατοστιαία μείωση του αζώτου από τα λύματα 70-80%, ενώ για τον φωσφόρο απαιτεί ελάχιστη εκατοστιαία μείωση 80%. Η μείωση των θρεπτικών σε συστήματα ενεργού ιλύος δύναται να γίνει με την επέκταση των εγκαταστάσεων με μονάδες που δίνουν την δυνατότητα πρόσθετης φυσικοχημικής ή βιολογικής απομάκρυνσης τους. Οι διάφορες φυσικοχημικές μέθοδοι απομάκρυνσης αζώτου από τα λύματα μπορεί σε ορισμένες περιπτώσεις να αποτελούν την οικονομοτεχνικά βέλτιστη λύση. Ωστόσο, η διεθνώς τυπικά εφαρμοζόμενη μέθοδος απομάκρυνσης και γενικότερα διαχείρισης του αζώτου κατά την επεξεργασία των λυμάτων βασίζεται στις βιοχημικές διεργασίες της νιτροποίησης και απονιτροποίησης, οι οποίες συνδυάζονται με τις τυπικές διαδικασίες που σχετίζονται με την απομάκρυνση του οργανικού φορτίου. Κατά τη διαδικασία της νιτροποίησης το αμμωνιακό άζωτο οξειδώνεται και στη συνέχεια με την απονιτροποίηση το νιτρικό άζωτο ανάγεται σε μοριακό άζωτο (Ν 2 ) το οποίο διαφεύγει στην ατμόσφαιρα. Η νιτροποίηση πραγματοποιείται σε δύο στάδια από τα νιτροποιητικά βακτηρίδια, τα οποία κατατάσσονται στην κατηγορία των αυτοτροφικών (χημικολιθοτροφικών) 9
Κεφάλαιο ΙΙ: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση μικροοργανισμών που χρησιμοποιούν ανόργανο άνθρακα ως τροφή. Ως εκ τούτου δεν ανταγωνίζονται τα ετεροτροφικά βακτηρίδια για πρόσληψη άνθρακα. Οι αυτοτροφικοί μικροοργανισμοί που πραγματοποιούν την νιτροποίηση (νιτροσομονάδες και νιτροβακτηρίδια), έχουν ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης τουλάχιστον μίας τάξης μεγέθους μικρότερους από τους αντίστοιχους των ετεροτροφικών. Έτσι η νιτροποίηση επιτελείται μόνο σε αντιδραστήρες στους οποίους ο ειδικός ρυθμός ανάπτυξης της βιομάζας είναι αρκετά χαμηλός και αντίστοιχα ο χρόνος παραμονής των στερεών μεγάλος (Ανδρεαδάκης 2008). Η απονιτροποίηση πραγματοποιείται από ετεροτροφικά βακτηρίδια, τα οποία χρησιμοποιούν κατά τον μεταβολισμό τους, τα νιτρικά ως τελικούς δέκτες ηλεκτρονίων σε συνθήκες απουσίας οξυγόνου (ανοξικές συνθήκες). Η χρησιμοποίηση των νιτρικών για το σκοπό αυτό γίνεται με μεγαλύτερη ενεργειακή απαίτηση απ ότι η εναλλακτική χρησιμοποίηση του διαλυμένου οξυγόνου και για τον λόγο αυτό δεν μπορεί να επιτευχθεί όταν υπάρχει διαθέσιμο διαλυμένο οξυγόνο. Βασική επομένως προϋπόθεση της απονιτροποίησης είναι η απουσία διαλυμένου οξυγόνου, δηλαδή η επικράτηση ανοξικών συνθηκών, ενώ οι δύο άλλες βασικές προϋποθέσεις είναι η παρουσία οργανικού άνθρακα και προφανώς η παρουσία νιτρικών, που αποτελούν το οξειδωτικό μέσο κατά τον μεταβολισμό (Ανδρεαδάκης 1996, Bitton, 1994). Απονιτροποίηση μπορούν να πραγματοποιήσουν οι περισσότεροι ετεροτροφικοί μικροοργανισμοί που αναπτύσσονται στο σύστημα ενεργού ιλύος (περίπου το 80% αυτών), αρκεί φυσικά να βρεθούν στο κατάλληλο περιβάλλον, που απαιτείται για την νιτροποίηση. Ως συνέπεια δημιουργείται η ανάγκη υποβολής της βιομάζας της ενεργού ιλύος σε εναλλασσόμενες αερόβιες (με στόχο τη νιτροποίηση) και ανοξικές (με στόχο την απονιτροποίηση) συνθήκες. Τα συστήματα ενεργού ιλύος που επιτελούν απομάκρυνση αζώτου μέσω των διαδικασιών νιτροποίησης και απονιτροποίησης βασίζονται ακριβώς στη διαδοχική δημιουργία των εναλλακτικών αυτών συνθηκών. Ανάλογα με τον τρόπο που το επιτυγχάνουν διακρίνονται σε επί μέρους συστήματα όπως το σύστημα μεταπονιτροποίησης (διβάθμιο σύστημα), το σύστημα προαπονιτροποίησης (μονοβάθμιο σύστημα) και το σύστημα νιτροποίησης απονιτροποίησης (Ανδρεαδάκης 1996). 10
Κεφάλαιο ΙΙ: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση Στα πολυβάθμια συστήματα επιτυγχάνεται πολύ υψηλός βαθμός απομάκρυνσης αζώτου (95% ή και περισσότερο), το σύστημα όμως απαιτεί σημαντικά αυξημένο αρχικό κόστος και δαπανηρή λειτουργία, κυρίως λόγω της ανάγκης προσθήκης εξωτερικής πηγής άνθρακα συνήθως με τη μορφή μεθανόλης. Αντίθετα, ένα μονοβάθμιο σύστημα που έχει τη δυνατότητα επίτευξης αξιόλογης απομάκρυνσης αζώτου (περίπου 80 90%) μπορεί να διαμορφωθεί με σχετικά περιορισμένη επέκταση ενός συμβατικού συστήματος ενεργού ιλύος και να λειτουργήσει χωρίς ιδιαίτερα υψηλή δαπάνη (Ανδρεαδάκης 2008). 1.1.2.1 Διβάθμιο Σύστημα Μετααπονιτροποίηση Η διάταξη αποτελείται από το τυπικό σύστημα ενεργού ιλύος (βιολογικός αντιδραστήρας δεξαμενή τελικής καθίζησης), στο οποίο επιτυγχάνεται ο επιθυμητός βαθμός απομάκρυνσης του BOD, ακολουθούμενος από τη μονάδα νιτροποίησης και στη συνέχεια τη μονάδα απονιτροποίησης. Το σύστημα ενεργού ιλύος μπορεί να σχεδιαστεί με τη βοήθεια κατάλληλων λειτουργικών σχέσεων που περιγράφουν τις διαδικασίες βιολογικής απομάκρυνσης του οργανικού φορτίου. Με ανάλογο τρόπο και η ακολουθούσα μονάδα νιτροποίησης, στο βαθμό που είναι σύστημα ενεργού ιλύος. Ο αντιδραστήρας απονιτροποίησης αποτελείται συνήθως από μία δεξαμενή στην οποία τα απονιτροποιητικά βακτηρίδια βρίσκονται σε αιώρηση, κάτω από αναερόβιες συνθήκες και δέχονται το νιτροποιημένο ανάμικτο υγρό από τον αερόβιο αντιδραστήρα. (Ανδρεαδάκης 2008). Η μεγάλη αδυναμία του συστήματος προκύπτει από την προηγηθείσα υπό αερόβιες συνθήκες κατανάλωση του οργανικού φορτίου και τη συνεπαγόμενη έλλειψη του στον ανοξικό αντιδραστήρα. Η έλλειψη ευκολοδιασπάσιμου άνθρακα καθιστά υποχρεωτική την προσθήκη στον ανοξικό αντιδραστήρα εξωτερικού οργανικού άνθρακα (συνήθως με την μορφή χημικών), γεγονός που αυξάνει κατά πολύ τις λειτουργικές δαπάνες και οδηγεί σε μια αποτελεσματική μεν αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις ασύμφορη λύση (Ανδρεαδάκης 1996). 1.1.2.2 Μονοβάθμιο σύστημα - Προαπονιτροποίηση Στην περίπτωση της απονιτροποίησης σε μονοβάθμια συστήματα, πηγή οργανικού άνθρακα αποτελεί ο οργανικός άνθρακας των εισερχόμενων λυμάτων. Για τον λόγο αυτό η δεξαμενή απονιτροποίησης τοποθετείται ανάντη της δεξαμενής αερισμού. Επιπρόσθετα με 11
Κεφάλαιο ΙΙ: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται μια μείωση του BOD των λυμάτων πριν την είσοδο τους στην δεξαμενή αερισμού, με συνεπαγόμενη μείωση της ποσότητας του απαιτούμενου οξυγόνου. (Ανδρεαδάκης 2008). Στην περίπτωση αυτή δεν υπάρχει έλλειψη οργανικού άνθρακα για την απονιτροποίηση, είναι όμως ελλιπής η παρουσία του οξειδωτικού μέσου, δηλαδή των νιτρικών. Όπως είναι γνωστό το άζωτο στα λύματα βρίσκεται κυρίως σε αμμωνιακή μορφή και επομένως στον ανοξικό αντιδραστήρα εισέρχονται νιτρικά μόνο από την επανακυκλοφορία της ιλύος. Η ποσότητα αυτή, για τους συνήθεις ρυθμούς επανακυκλοφορίας που απαιτούνται για την επανεισαγωγή της ιλύος στους βιολογικούς αντιδραστήρες (τυπικά 50 150% της παροχής), δεν είναι αρκετά αξιόλογη μέσω απονιτροποίησης η απομάκρυνση αζώτου. Θα πρέπει επομένως να αυξηθεί η ανακυκλοφορία ιλύος στο 500 600% της παροχής των λυμάτων). Έχει βρεθεί όμως ότι είναι λειτουργικά οικονομικότερη και ασφαλέστερη η πρόσθετη αυτή ποσότητα νιτρικών να εξασφαλίζεται με συμπληρωματική άμεση ανακυκλοφορία ανάμικτου υγρού από τον αερόβιο προς τον ανοξικό αντιδραστήρα (εσωτερική ανακυκλοφορία) (Ανδρεαδάκης 1996). 1.1.2.3 Σύστημα ταυτόχρονης νιτροποίησης απονιτροποίησης Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα συστήματα μίας βαθμίδας, στα οποία ο ανοξικός αντιδραστήρας είναι ενσωματωμένος στη δεξαμενή αερισμού του συστήματος ενεργού ιλύος, όπου επιτυγχάνεται ταυτόχρονη νιτροποίηση απονιτροποίηση, με πηγή οργανικού άνθρακα τον άνθρακα των λυμάτων. Ο όρος ταυτόχρονη νιτροποίηση απονιτροποίηση, θα πρέπει να χρησιμοποιείται με προσοχή. Με την κυριολεκτική έννοια του όρου υπονοείται η ταυτόχρονη επίτευξη και των δύο διαδικασιών στον ίδιο αντιδραστήρα και μάλιστα υπό συνθήκες χαμηλής και προσεκτικά ελεγχόμενης συγκέντρωσης διαλυμένου οξυγόνου. Ο μηχανισμός φαίνεται ότι σχετίζεται είτε με τη διαφοροποίηση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου στα διάφορα τμήματα των βιοκροκίδων (υψηλές συγκεντρώσεις DO και νιτροποίηση στα εξωκυτταρικά στρώματα, μηδενικές συγκεντρώσεις DO και απονιτροποίηση στο εσωτερικό των βιοκροκίδων) ή σε μια εναλλακτική συντομευμένη οδό νιτροποίησης απονιτροποίησης που επιτελεί ένας μεικτός πληθυσμός νιτροποιητών απονιτροποιητών 12
Κεφάλαιο ΙΙ: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση υπό συνθήκες χαμηλού οξυγόνου. Αυτή η οδός που αναφέρεται ως η «παράπλευρη οδός των νιτρωδών» αποτελείται από το πρώτο μόνο στάδιο της νιτροποίησης, δηλαδή το σχηματισμό νιτρωδών αλλά όχι νιτρικών, και την εν συνεχεία απονιτροποίηση των νιτρωδών. Διαφορετικό είναι το νόημα της διαδικασίας που συχνά μεν αποκαλείται ταυτόχρονη αλλά στην ουσία είναι διαδοχική νιτροποίηση απονιτροποίηση στον ίδιο αντιδραστήρα μέσω εναλλασσόμενων περιόδων αερόβιων και ανοξικών συνθηκών. Αυτή η αλληλουχία αποτελεί και τη βάση σχεδιασμού συστημάτων νιτροποίησης απονιτροποίησης με διακοπτόμενο αερισμό ή διαδοχικούς κύκλους διεργασιών (Ανδρεαδάκης 1996). Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα μας απασχολήσουν τα συστήματα διακοπτόμενου αερισμού, τα οποία ενσωματώνουν τη δεξαμενή απονιτροποίησης στη δεξαμενή αερισμού του συστήματος ενεργού ιλύος. Στα συστήματα αυτά ο αερισμός διακόπτεται για κάποιο χρονικό διάστημα, ώστε να λάβει χώρα η απονιτροποίηση. Όταν η δεξαμενή ενεργού ιλύος αερίζεται, παρέχεται αρκετό διαλυμένο οξυγόνο (1 2 mg/l) για την απομάκρυνση του BOD και την νιτροποίηση του αμμωνιακού αζώτου, ενώ όταν ο αερισμός διακόπτεται, η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου μειώνεται κάτω από 0,5 mg/l, έτσι οι ετερότροφοι μικροοργανισμοί πραγματοποιούν την απονιτροποίηση. Ο κύκλος λειτουργίας του συστήματος, ο οποίος περιλαμβάνει τον χρόνο αερισμού της δεξαμενής και το χρόνο διακοπής του, αποτελεί σημαντικό παράγοντα λειτουργίας της εγκατάστασης, ο οποίος πρέπει να ρυθμίζεται σύμφωνα με τις ανάγκες της εγκατάστασης. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα συστήματα αυτά είναι πιο ευέλικτα σε σχέση με τα συστήματα προαπονιτροποίησης, των οποίων ο όγκος των δεξαμενών δεν μπορεί να μεταβληθεί, καθώς ο χρόνος αερισμού των λυμάτων μπορεί να αυξομειωθεί σε ανταπόκριση προς τα μεταβαλλόμενα χαρακτηριστικά των λυμάτων. Η μεταβολή του χρόνου αερισμού μπορεί να γίνει με την βοήθεια των ενδείξεων των οργάνων μέτρησης της συγκέντρωσης των νιτρικών και αμμωνίας και οργάνων μέτρησης του οξειδοαναγωγικού δυναμικού. 13
Κεφάλαιο ΙΙ: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση 1.2 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΑΘΙΖΗΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ 1.2.1 Εισαγωγή Παρά το γεγονός ότι οι βιολογικές διεργασίες μέσω των οποίων επιτυγχάνεται η μείωση του ρυπαντικού φορτίου επιτελούνται στον βιολογικό αντιδραστήρα του συστήματος, η δεξαμενή τελικής καθίζησης αποτελεί τη μονάδα που ανάλογα με την απόδοσή της καθορίζει την ποιότητα της τελικής εκροής (Ανδρεαδάκης 1996). Ο σχεδιασμός της δεξαμενής τελικής καθίζησης επιτρέπει την καθίζηση της βιομάζας και το διαχωρισμό της από τα επεξεργασμένα λύματα. Η σημασία της διαύγασης φαίνεται από το γεγονός ότι από το συνολικό BOD 5 στην έξοδο ενός συστήματος ενεργού ιλύος μόνο ένα μικρό ποσοστό της τάξεως του 10 20 % ή και μικρότερο αντιστοιχεί στις διαλυμένες οργανικές ενώσεις, ενώ το υπόλοιπο οφείλεται στην παρουσία αιωρούμενων στερεών, δηλαδή στην παρουσία βακτηριδίων ή μικροκροκίδων που δεν καθιζάνουν. Επίσης, ο σχεδιασμός της δεξαμενής τελικής καθίζησης θα πρέπει να δίνει τη δυνατότητα για επαρκή συμπύκνωση της βιομάζας, ώστε να είναι εύκολη και αποτελεσματική η επαναφορά της στο βιολογικό αντιδραστήρα. Από τα παραπάνω γίνεται φανερό ότι οποιαδήποτε προσπάθεια περιγραφής ή προσομοίωσης των διαδικασιών καθίζησης της ιλύος δεν μπορεί να είναι ανεξάρτητη από την περιγραφή των διαδικασιών στο βιολογικό αντιδραστήρα και οι δύο μονάδες θα πρέπει για τον σκοπό αυτό να εξετάζονται ως ενιαίο σύστημα (Ανδρεαδάκης 1996). Η συμπεριφορά της ενεργού ιλύος κατά τη διαδικασία διαχωρισμού των στερεών μπορεί να προβλεφθεί από την προσεκτική μικροσκοπική εξέταση, η οποία πρέπει πάντα να γίνεται σε περιπτώσεις εντοπισμού προβλημάτων. Επιπλέον, η μικροσκοπική παρατήρηση των βιοκροκίδων και των νηματοειδών μικροοργανισμών μπορεί να δώσει πληροφορίες για τις παρούσες συνθήκες που επικρατούν σε μία εγκατάσταση, αλλά και σε κάποιο βαθμό για τις συνθήκες που υπήρχαν πριν ένα ή δύο Θ C (Jenkins, 1993). Η μορφολογία και τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των βιοκροκίδων επιδρούν με καθοριστικό τρόπο τόσο στη διαύγαση όσο και στη συμπύκνωση της ενεργού ιλύος. Τα χαρακτηριστικά όμως αυτά, που παρουσιάζουν μεγάλες διαφοροποιήσεις, κατά 14
Κεφάλαιο ΙΙ: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση περίπτωση, καθορίζονται με τη σειρά τους από τις συνθήκες που επικρατούν στο βιολογικό αντιδραστήρα, οι οποίες επηρεάζουν τη διαφορική ανάπτυξη των διαφόρων κατηγοριών μικροοργανισμών καθώς και τον τρόπο συσσωμάτωσής τους με τη μορφή βιοκροκίδων. Αξίζει να σημειωθεί ότι το φαινόμενο της συσσωμάτωσης των μικροοργανισμών είναι θεμελιώδες στο σύστημα ενεργού ιλύος, δεδομένου ότι τα διάσπαρτα βακτηρίδια, λόγω του μικρού τους μεγέθους, δεν καθιζάνουν ακόμα και σε συνθήκες πλήρους ηρεμίας και η ενδεχόμενη ανάπτυξής τους σε μια τέτοια διάσπαρτη μορφή οδηγεί σε πλήρη αστοχία στο σύστημα (Ανδρεαδάκης, 1996). Επομένως, είναι σημαντική η εξέταση του μηχανισμού δημιουργίας των βιοκροκίδων καθώς και των παραγόντων που επηρεάζουν στην υπερβολική ανάπτυξη των νηματοειδών μικροοργανισμών, στους οποίους οφείλονται τα περισσότερα προβλήματα διαχωρισμού των στερεών. 1.2.2 Δημιουργία Βιοκροκίδων H δημιουργία κροκίδων σε ένα σύστημα ενεργού ιλύος στηρίζεται στην ικανότητα του συστήματος να παρέχει τις απαραίτητες συνθήκες στους μικροοργανισμούς και τα άλλα αιωρούμενα στερεά για να συσσωματωθούν. Η συσσωμάτωση (flocculation) σε ένα σύστημα ενεργού ιλύος αποτελεί βιολογική διεργασία (χωρίς προσθήκη χημικών κροκιδωτικών) και γι αυτό ονομάζεται βιοκροκίδωση (bioflocculation). Η κατανόηση αυτής της διεργασίας είναι απαραίτητη για τον προσδιορισμό των διαφόρων παραγόντων (περιβαλλοντικών και λειτουργικών) που επηρεάζουν την καθιζησιμότητα της ενεργού ιλύος. Για την κατανόηση όμως της διεργασίας της βιοκροκίδωσης είναι αναγκαία καταρχήν η περιγραφή της δομής των κροκίδων, οι οποίες ονομάζονται βιοκροκίδες (bioflocs) (Νουτσόπουλος, 2002). Σε ένα τυπικό σύστημα ενεργού ιλύος υπάρχει μία πληθώρα σωματιδίων, από απλά βακτηρίδια με εύρος διαστάσεων που ξεκινά από 0,5 έως 5 μm μέχρι μεγάλα συσσωματώματα (βιοκροκίδες) που μπορεί να φτάσουν σε μέγεθος πάνω από 1 mm (1000μm) (Jenkins, 1993). 15
Κεφάλαιο ΙΙ: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση Οι βιοκροκίδες απαρτίζονται από δύο ειδών συστατικά: τα βιολογικά συστατικά, που αποτελούνται από εύρος ζωντανών και νεκρών βακτηριδίων, μυκήτων, πρωτοζώων και κάποιων μεταζώων και τα μη βιολογικά συστατικά που αποτελούνται από ανόργανα και οργανικά σωματίδια. Η βάση της βιοκροκίδας φαίνεται να συνίσταται από ετεροτροφικά βακτηρίδια όπως Pseudomonas, Achromobacter, Flavobacterium, Alcaligenes, Arthrobacter, Citromonas και Zoogloea, τα οποία έχουν την ικανότητα να συσσωματώνονται (floc formers). Στην περίπτωση τυπικής λειτουργίας μίας εγκατάστασης, οι ζωντανοί μικροοργανισμοί που υπάρχουν σε μία βιοκροκίδα φτάνουν το χαμηλό ποσοστό των 5 με 20%. Στην απουσία προσθήκης χημικών, το οργανικό ποσοστό της βιοκροκίδας κυμαίνεται μεταξύ 60 90%. Εκτός από μικροοργανισμούς, οι βιοκροκίδες ενσωματώνουν οργανικά και ανόργανα σωματίδια από τα εισερχόμενα λύματα και εξωκυτταρικά πολυμερή, τα οποία παράγονται από τους μικροοργανισμούς και παίζουν σημαντικό ρόλο στην συσσωμάτωση (bioflocculation) της ενεργού ιλύος. Τα εξωκυτταρικά πολυμερή (EPS) σε μία τυπική βιοκροκίδα αποτελούνται από ουδέτερα και όξινα πολυσακχαρίδια, λιποπολυσακχαρίδια, πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα υδρογονάνθρακες και αντιπροσωπεύουν το 15 με 20% του βάρους των MLSS του συστήματος (Jenkins, 1993). Τόσο η σύνθεση των EPS όσο και οι φυσικοχημικές ιδιότητες των κροκίδων (υδροφοβικότητα, ηλεκτροστατικό φορτίο) εξαρτώνται άμεσα από τη σύνθεση των λυμάτων (Bura et al., 1998) Τα παραγόμενα οργανικά εξωκυτταρικά πολυμερή δημιουργούν ένα κολλοειδές πλέγμα, το οποίο περιβάλλει τα μεμονωμένα κύτταρα ή ακόμα και μικρά συσσωματώματά τους και αυξάνει το ιξώδες του νερού, με αποτέλεσμα να δημιουργεί ένα ευνοϊκό για τη συσσωμάτωση των σωματιδίων περιβάλλον. Η δημιουργία του πλέγματος αυτού και η άμεση γειτνίασή του με την επιφάνεια των μεμονομένων κυττάρων έχει σαν αποτέλεσμα τη μείωση του ηλεκτροστατικού τους φορτίου, γεγονός που διευκολύνει τη γεφύρωσή τους από τις μεγάλου, ως επί του πλείστον, μοριακού βάρους οργανικές πολυμερείς ενώσεις (Νουτσόπουλος, 2002). Η παραγωγή των οργανικών πολυμερών θεωρείται σαφώς μικρότερη σε συστήματα υψηλής οργανικής φόρτισης, σε σύγκριση με αυτήν που λαμβάνει μέρος σε συστήματα που λειτουργούν με μεγάλους χρόνους παραμονής. Αυτή η συσχέτιση της παραγωγής των 16
Κεφάλαιο ΙΙ: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση βιοπολυμερών με τις συνθήκες έλλειψης διαθέσιμης οργανικής ύλης που επικρατούν σε συστήματα χαμηλής οργανικής φόρτισης συνδέει την παραγωγή των βιοπολυμερών με την ενδογενή φάση ανάπτυξης των μικροοργανισμών (Pavoni et al., 1972). Σε αντίθεση με τα παραπάνω, υπάρχουν αναφορές (Ανδρεαδάκης, 1993) κατά τις οποίες η παρουσία εξωκυτταρικών πολυμερών είναι ιδιαίτερα σημαντική σε συστήματα υψηλής οργανικής φόρτισης. Οι Sezgin et al. (1978) διατυπώνουν δύο διαφορετικές υποθέσεις ως προς τη δημιουργία των κροκίδων, με δύο επίπεδα κατασκευής, την «μικροδομή» και τη «μακροδομή», ανάλογα με την ύπαρξη ή την απουσία των νηματοειδών βακτηριδίων. Η μικροδομή (microstructure) δημιουργείται από τη διάδοση της διαδικασίας προσκόλλησης, συσσωμάτωσης και της βιοκροκίδωσης με τη βοήθεια των εξωκυτταρικών πολυμερών κυρίως από συσσωματούμενους μικροοργανισμούς. Αυτή η διαδικασία είναι πολύ σημαντική για τη δημιουργία της βιοκροκίδας, διότι χωρίς την ικανότητα των μικροοργανισμών να προσκολλώνται ο ένας με τον άλλο, δεν θα υπήρχαν τα μεγάλα συσσωματώματα που υπάρχουν στην ενεργό ιλύ, οι βιοκροκίδες. Η παρουσία μόνο συσσωματούμενων μικροοργανισμών (floc formers) στη ενεργό ιλύ, έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μικροκροκίδων (microflocs), οι οποίες αποτελούνται μόνο από τη «μικροδομή», είναι μικρές σε μέγεθος (διαστάσεις μέχρι 75μm), σφαιρικές και συμπαγείς. Κάτω υπό ορισμένες συνθήκες, ειδικότερα όταν οι βιοκροκίδωση δεν αναπτύσσεται σωστά, οι βιοκροκίδες είναι πιθανόν να σπάσουν στο περιβάλλον έντονης τύρβης της δεξαμενής αερισμού. Σε συστήματα με υψηλούς χρόνους παραμονής, οι βιοκροκίδες είναι πιθανόν να φτάσουν σε πολύ μικρά μεγέθη και το φαινόμενο αυτό ονομάζεται διασπαρμένη ανάπτυξη (pin floc ή pinpoint floc). Η ιλύς, η οποία περιέχει αυτού του τύπου τις βιοκροκίδες έχει καλά χαρακτηριστικά καθίζησης, καθώς η ιλύς καθιζάνει γρήγορα, αλλά μπορεί να παράγει θολή εκροή με αυξημένα στερεά. Οι μεγάλες συμπαγείς βιοκροκίδες καθιζάνουν με γοργό ρυθμό, ωστόσο τα μικρά συσσωματώματα, αποκολλώνται από τις μεγάλες βιοκροκίδες, καθιζάνουν πολύ αργά έως καθόλου, έτσι δημιουργείται η θολή εκροή. Οι Sezgin et al. (1978) θεωρούν ότι το δεύτερο επίπεδο, η μακροδομή (macrostructure) συνήθως δημιουργείται λόγω της ύπαρξης κάποιου αριθμού νηματοειδών 17
Κεφάλαιο ΙΙ: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση μικροοργανισμών, οι οποίοι παρέχουν ένα είδος πλέγματος ή ραχοκοκαλιάς στο εσωτερικό των κροκίδων, πάνω στο οποίο προσκολλούνται οι ήδη δημιουργηθείσες κροκίδες καθώς και τα μεμονομένα συσσωματούμενα βακτηρίδια. Οι συγκεκριμένες βιοκροκίδες δύσκολα μπορούν να διασπαστούν στο περιβάλλον έντονης μίξης της δεξαμενής αερισμού. Επίσης, οι βιοκροκίδες που περιέχουν νηματοειδείς μικροοργανισμούς στην κατασκευή τους έχουν ακαθόριστο σχήμα. Ο Sezgin (1977) έδειξε ότι το σχήμα των βιοκροκίδων αλλάζει από σχεδόν σφαιρικό, όταν ο αριθμός των νηματοειδών μικροοργανισμών είναι μικρός, σε σχεδόν κυλινδρικό όταν τα επίπεδα νηματοειδών είναι υψηλά. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ανάπτυξη της βιοκροκίδας κατευθυνόταν από τους νηματοειδείς μικροοργανισμούς, το σχήμα των οποίων είναι κυλινδρικό. Οι κροκίδες αυτές έχουν μεγέθη που ξεπερνούν σε κάποιες περιπτώσεις και το 1 mm. Οι Parker et al (1971) έδειξαν ότι η παρουσία των νηματοειδών μικροοργανισμών στην βιοκροκίδα επηρεάζει σημαντικά στην διατήρηση της ακεραιότητας της, υπό συνθήκες αυξημένης διάτμησης (Jenkins 1993). Όταν η συγκέντρωση των νηματοειδών μικροοργανισμών είναι μεγάλη, τότε αυτοί βρίσκονται σε αφθονία είτε στο εσωτερικό των κροκίδων είτε προεξέχουν έξω από αυτές σε τέτοιες αποστάσεις έτσι ώστε να σχηματίζουν γέφυρες με γειτονικές κροκίδες (Sezgin et al., 1978). Αποτέλεσμα αυτού είναι η δημιουργία χαλαρών δεσμών ανάμεσα στις βιοκροκίδες και η πλήρωση του κενού τους με νερό. Μία τέτοια βιομάζα καθιζάνει με μικρή ταχύτητα, εμφανίζει φτωχή συμπύκνωση και ονομάζεται διογκωμένη (Πουλοπούλου, 2005). 1.2.3 Προβλήματα διαχωρισμού των στερεών Τα προβλήματα διαχωρισμού των στερεών οφείλονται συνήθως στην αποτυχία σχηματισμού βιοκροκίδων ικανών να καθιζάνουν στο ήρεμο περιβάλλον της δεξαμενής τελικής καθίζησης. Τα σημαντικότερα προβλήματα διαχωρισμού των στερεών, όπως αυτά έχουν περιγραφεί στη διεθνή βιβλιογραφία είναι: Διασπαρμένη ανάπτυξη Ανάπτυξη μικροκροκίδων Ιξώδης διόγκωση ιλύος Ανύψωση ιλύος 18
Κεφάλαιο ΙΙ: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση Νηματοειδής διόγκωση Αφρισμός ενεργού ιλύος λόγω νηματοειδών βακτηριδίων Στη συνέχεια, ακολουθεί μία συνοπτική περιγραφή των παραπάνω προβλημάτων διαχωρισμού, των παραγόντων που τα προκαλούν, καθώς και των συνεπειών τους, τόσο στη λειτουργία των εγκαταστάσεων επεξεργασίας, όσο και στην ποιότητα της τελικής εκροής. 1.2.3.1 Διασπαρμένη ανάπτυξη (Dispersed growth) Διασπαρμένη ανάπτυξη είναι το φαινόμενο κατά το οποίο τα βακτηρίδια δε συσσωματώνονται και κατά συνέπεια δεν μπορούν να δομήσουν βιοκροκίδες. Η ταχύτητα καθίζησης σε αυτή την περίπτωση είναι πολύ μικρή και η ζωνική καθίζηση σχεδόν αδύνατη. Αποτέλεσμα αυτής της κατάστασης αποτελεί ο φτωχός διαχωρισμός των στερεών στη δεξαμενή καθίζησης και συνεπώς η επιβάρυνση της τελικής εκροής με στερεά. Ως εκ τούτου, η επίτευξη υψηλών χρόνων παραμονής στερεών καθίσταται αδύνατη. Ο κύριος λόγος, στον οποίο οφείλεται η αδυναμία συσσωμάτωσης των βακτηριδίων είναι η περιορισμένη παραγωγή εξωκυτταρικών πολυμερών. Αυτό συνήθως οφείλεται στην παρουσία μεγάλων συγκεντρώσεων εύκολα βιοδιασπάσιμης οργανικής ύλης, λόγω της οποίας τα κύτταρα δεν αναγκάζονται να συνθέσουν τα απαραίτητα, για την παραγωγή βιοπολυμερών, προϊόντα αποθήκευσης. Η περιορισμένη παραγωγή εξωκυτταρικών πολυμερών, ωστόσο σε κάποιες περιπτώσεις οφείλεται στην παρουσία τοξικών ουσιών στα λύματα, οι οποίες αναχαιτίζουν την παραγωγή των εξωκυτταρικών πολυμερών. Όπως είναι φανερό από τα παραπάνω, το φαινόμενο της διασπαρμένης ανάπτυξης της βιομάζας δεν αποτελεί πρόβλημα που συναντάται σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας με απομάκρυνση θρεπτικών, όπου οι χρόνοι παραμονής στερεών είναι συνήθως μεγάλοι και το εύκολα βιοδιασπάσιμο κλάσμα είναι περιορισμένο, αλλά κυρίως σε εγκαταστάσεις που λειτουργούν σε χαμηλά Θ c (1 3d) ή ακόμη και σε περιόδους εκκίνησης λειτουργίας (start up periods) εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων (Ανδρεαδάκης, 1993). 19
Κεφάλαιο ΙΙ: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση 1.2.3.2 Ανάπτυξη μικροκροκίδων (pinpoint floc ή pin floc) Το φαινόμενο της ανάπτυξης μικροκροκίδων οφείλεται κατά κύριο λόγο στη διάσπαση του πλέγματος, το οποίο δημιουργείται από τα παραγόμενα εξωκυτταρικά πολυμερή και στο οποίο βασίζεται σε μεγάλο βαθμό η συνεκτικότητα των μεγάλων κροκίδων. Ο κύριος λόγος της παρουσίας αυτού του φαινομένου στην ενεργό ιλύ είναι η απουσία νηματοειδών μικροοργανισμών, οι οποίοι όπως έχει αναφερθεί, αποτελούν το σκελετό των συμπαγών και «υγειών» βιοκροκίδων. Συνέπεια της απουσίας νηματοειδών είναι η ανάπτυξη σχετικά μεγάλων ομοιόμορφων και σφαιρικών, όχι όμως και ιδιαίτερα συνεκτικών κροκίδων. Οι κροκίδες αυτές είναι ασθενείς με αποτέλεσμα να διασπώνται εύκολα στη δεξαμενή αερισμού λόγω της παρεχόμενης από τον αερισμό κινητικής ενέργειας (ιδίως σε περιπτώσεις επιφανειακών αεριστών) σε μικροκροκίδες. Οι μικροκοκίδες αυτές (pin flocs ή pin point flocs), λόγω των μικρών δυνάμεων συνεκτικότητας που τις περιβάλλουν, γίνονται ολοένα και πιο ασταθείς με αποτέλεσμα οι μικρότερες από αυτές να διαφεύγουν στην τελική εκροή καθώς δεν μπορούν να καθιζάνουν στη δεξαμενή τελικής καθίζησης. Οι μικροκροκίδες που δημιουργούνται, έχουν διαστάσεις περίπου 50 100 μm και είναι ιδιαίτερα σφαιρικές και ομοιόμορφες, σε αντίθεση με τις βιοκροκίδες που αναπτύσσονται λόγω του φαινομένου διασπαρμένης ανάπτυξης, οι οποίες δεν μπορούν να καθιζάνουν. Έτσι δε δημιουργούν μεγάλη θολότητα στην τελική εκροή. Συνήθως ο δείκτης SVI παραμένει σε χαμηλές τιμές (SVI<75 ml/gss), καθώς οι μεγαλύτερες κροκίδες καθιζάνουν σχετικά γρήγορα και ο μετρούμενοι όγκοι ύστερα από 30 min που διαρκεί το τεστ καθίζησης είναι σχετικά μικροί. Η συνεχής όμως απομάκρυνση στερεών (οι μη καθιζάνουσες μικροκροκίδες) στην τελική εκροή, μπορεί να προκαλέσει προβλήματα διατήρησης των επιθυμητών MLSS στο σύστημα της ενεργού ιλύος (Νουτσόπουλος, 2002). Το φαινόμενο της ανάπτυξης μικροκροκίδων σε κάποιες περιπτώσεις οφείλεται στην κατανάλωση των εξωκυτταρικών πολυμερών από τα βακτηρίδια, με αποτέλεσμα τη διάσπαση του πλέγματος που δημιουργούν αυτά και επομένως τη διάσπαση των αρχικά μεγάλων αλλά ασθενών κροκίδων σε μικρότερες (μικροκροκίδες). Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται κυρίως σε συστήματα παρατεταμένου αερισμού, δηλαδή σε συστήματα που λειτουργούν με μεγάλους χρόνους παραμονής στερεών. Σε τέτοια συστήματα οι 20