ιαχείριση υγρών α οβλήτων

ιαχείριση υγρών α οβλήτων Χαρακτηριστικά αποβλήτων και λυµάτων Α όβλητα & Λύµατα Υγρά α όβλητα: τα υγρά και οι λάσπες που ρέουν εύκολα και αποβάλλονται από κατοικίες, βιοµηχανικές εγκαταστάσεις, µεταφορικά µέσα ή µονάδες επεξεργασίας και γενικά από οποιεσδήποτε εγκαταστάσεις µιας περιοχής. Λύµατα: υγρά απόβλητα που προέρχονται από χώρους υγιεινής, µαγειρεία, πλυντήρια και γενικά από την καθαριότητα εγκαταστάσεων. 1

Ποιοτικά χαρακτηριστικά λυµάτων Τα λύµατα περιέχουν διαλυµένες και αιωρούµενες ανόργανες και οργανικές ουσίες. Τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των λυµάτων κατατάσσονται σε 4 κατηγορίες: Φυσικά Ανόργανα χηµικά Οργανικά χηµικά Βιολογικά Ι) Στερεά Καθιζάνοντα στερεά (settleable solids): Αιωρούµενα στερεά που καθιζάνουν σε ορισµένο χρόνο (συνήθως 60 λεπτά) όταν αφεθούν σε ηρεµία. 0.6L Χρήση του κώνου Imhoff για την µέτρηση των καθιζανόντων στερεών. 2

Ι) Στερεά Ολικά στερεά (total solids): το σύνολο των περιεχόµενων στερεών ουσιών. Προσδιορίζεται µε εξάτµιση και ξήρανση σε Θ 103-105 C. Ολικά τητικά στερεά (total volatile solids): το σύνολο των πτητικών περιεχοµένων ουσιών. Προσδιορίζεται µε πύρωση του στερεού υπολείµµατος σε Θ 550 C. Σε αυτή τη Θ πρακτικά οξειδώνονται όλες οι οργανικές ουσίες. Η απώλεια στην καύση είναι τα ολικά πτητικά στερεά. Ολικά σταθερά στερεά (total fixed solids): το υπόλειµµα που παραµένει µετά την πύρωση στους 550 C. Ι) Στερεά Ολικά αιωρούµενα στερεά (total suspended solids): το σύνολο των περιεχόµενων στερεών που συγκρατούνται µετά από διήθηση από ορισµένο ηθµό (συνήθως 1µm) και ξήρανση στους 103-105 C. Πτητικά αιωρούµενα στερεά (volatile suspended solids): Τα στερεά που εξατµίζονται κατά την πύρωση των ολικών αιωρουµένων στερεών στους 550 C. Σταθερά αιωρούµενα στερεά (fixed suspended solids): Τα στερεά που παραµένουν µετά από την πύρωση των ολικών αιωρουµένων στερεών στους 550 C. 3

Ι) Στερεά Ολικά διαλυµένα στερεά (total dissolved solids): το σύνολο των περιεχόµενων διαλυµένων στερεών που διαπερνούν ορισµένο ηθµό. (ολικά στερεά-ολικά αιωρούµενα στερεά). Πτητικά διαλυµένα στερεά (volatile dissolved solids): Τα στερεά που εξατµίζονται κατά την πύρωση των ολικών διαλυµένων στερεών στους 550 C. Σταθερά διαλυµένα στερεά (fixed dissolved solids): Τα στερεά που παραµένουν µετά από την πύρωση των ολικών διαλυµένων στερεών στους 550 C. Σχέσεις µεταξύ των στερεών 4

Η αναλογία τητικών στερεών προς σταθερών στερεών αποτελεί σηµαντικό δείκτη του περιεχοµένου οργανικού υλικού σε ένα λύµα. Μια άλλη κατηγορία είναι τα επιπλέοντα στερεά (floatable solids) Παράδειγµα υ ολογισµού στερεών Όγκος δείγµατος: 100 ml Μάζα κάψας πορσελάνης: 53,5433 g Μάζα κάψας πορσελάνης συν υπολείµµατος µετά από εξάτµιση στους 105 C: 53,5794 g Μάζα κάψας πορσελάνης συν υπολείµµατος µετά από πύρωση στους 550 C: 53,5625 g Μάζα καθαρού ηθµού µετά από ξήρανση στους 105 C: 1,5433 g Μάζα ηθµού συν υπολείµµατος µετά από ξήρανση στους 105 C: 1,5554 g Μάζα ηθµού συν υπολείµµατος µετά από πύρωση στους 550 C: 1,5476 g 5

Λύση Ολικά στερεά: Μάζα κάψας πορσελάνης συν υπολείµµατος µετά από εξάτµιση στους 105 C, g Μάζα κάψας πορσελάνης, g Όγκος δείγµατος, l (53,5794 g) (53,5433 g) (10 3 mg/g) 0,100 l = 361 mg/l Ολικά πτητικά στερεά: Μάζα κάψας πορσελάνης συν υπολείµµατος µετά από εξάτµιση στους 105 C, g Μάζα κάψας πορσελάνης συν υπολείµµατος µετά από πύρωση στους 550 C, g Όγκος δείγµατος, l (53,5794 g) (53,5625 g) (10 3 mg/g) 0,100 l = 169 mg/l 6

Ολικά αιωρούµενα στερεά: Μάζα ηθµού συν υπολείµµατος µετά από ξήρανση στους 105 C, g Μάζα καθαρού ηθµού µετά από ξήρανση στους 105 C, g Όγκος δείγµατος, l (1,5554 g) (1,5433 g) (10 3 mg/g) 0,100 l = 121 mg/l Πτητικά αιωρούµενα στερεά: Μάζα ηθµού συν υπολείµµατος µετά από ξήρανση στους 105 C, g Μάζα ηθµού συν υπολείµµατος µετά από πύρωση στους 550 C, g Όγκος δείγµατος, l (1,5554 g) (1,5476 g) (10 3 mg/g) 0,100 l = 78 mg/l 7

Ολικά διαλυµένα στερεά: (ολικά στερεά ολικά αιωρούµενα στερεά)= 361-121=240 mg/l Πτητικά διαλυµένα στερεά: (ολικά πτητικά στερεά πτητικά αιωρούµενα στερεά)= 169-78=91 mg/l ΙΙ) Θολότητα (Turbidity) Η θολότητα αποτελεί µέτρο της ικανότητας ενός δείγµατος να επιτρέπει στο φως να το διαπερνά. Χρησιµοποιείται στο χαρακτηρισµό της ποιότητας των λυµάτων και εκφράζεται σε νεφελοµετρικές µονάδες (NTU). Είναι αναµενόµενο ότι όσο µεγαλώνει το ποσοστό των στερεών, τόσο µεγαλώνει και η θολότητα του αποβλήτου ενώ στην διάρκεια µιας επεξεργασίας η θολότητα µειώνεται. 8

ΙΙΙ) Χρώµα Το χρώµα ενός αποβλήτου αποτελεί µέτρο της ηλικίας του. Τα φρέσκα απόβλητα συνήθως χαρακτηρίζονται από ανοιχτό καφετί-γκρι χρώµα. Όσο αυξάνεται ο χρόνος, το χρώµα µετατρέπεται σε σκούρο γκρι-µαύρο. Ένα απόβλητο µαύρου χρώµατος χαρακτηρίζεται ως ση τικό. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το µαύρο χρώµα προέρχεται από τον σχηµατισµό µεταλλικών σουλφιδίων, που παράγονται από τις αντιδράσεις µεταξύ θειούχων ενώσεων κατά την αναερόβια διεργασία και των µετάλλων που βρίσκονται στα απόβλητα. IV) Θερµοκρασία Η θερµοκρασία ενός αποβλήτου είναι πολύ σηµαντική παράµετρος, καθώς επηρεάζει τις χηµικές αντιδράσεις και τις ταχύτητές τους όπως και την υδάτινη ζωή. Η διαλυτότητα του οξυγόνου µειώνεται µε την αύξηση της θερµοκρασίας. Η αύξηση της ταχύτητας των βιοχηµικών αντιδράσεων που συµβαίνει µε την αύξηση της θερµοκρασίας σε συνδυασµό µε το µειωµένο διαλυµένο οξυγόνο µπορεί να προκαλέσει σηµαντική έλλειψη οξυγόνου ιδιαίτερα κατά τους θερινούς µήνες. Η εισροή µεγάλων όγκων ζεστού νερού σε φυσικούς αποδέκτες µπορούν να προκαλέσουν θνησιµότητα σε συγκεκριµένα είδη της υδάτινης ζωής και ανάπτυξη µη επιθυµητών ειδών (πχ. µύκητες). 9

IV) Θερµοκρασία Η βέλτιστη θερµοκρασία για τη βιολογική δραστηριότητα κυµαίνεται από 25 έως 35 C. Όταν η Θ φθάσει τους 50 C, σταµατά η αερόβια αποικοδόµηση και η νιτροποίηση. Όταν η Θ πέσει κάτω από τους 15 C, τα µεθανοβακτήρια καθίστανται ανενεργά. V) Αγωγιµότητα Η ηλεκτρική αγωγιµότητα είναι µέτρο της ικανότητας ενός διαλύµατος να αφήνει το ηλεκτρικό ρεύµα να το διαπερνά. Το ηλεκτρικό ρεύµα µεταφέρεται µέσω των ιόντων, οπότε η αγωγιµότητα αυξάνει όσο η συγκέντρωση των ιόντων αυξάνει. Στην πράξη, η αγωγιµότητα χρησιµοποιείται ως αδρή µέτρηση των ολικών διαλυµένων στερεών. Εκφράζεται σε ms/m (SI) ή σε µmho/cm (US). 1 ms/m = 10 µmho/cm 10

Συσχέτιση αγωγιµότητας και TDS Ολικά διαλυµένα στερεά (mg/l) Αγωγιµότητα (µmho/cm) x (0,55-0,70) Ανόργανα χηµικά χαρακτηριστικά λυµάτων Ι) ph ph = -log 10 [H + ] Η συγκέντρωση H + που επιτρέπει την ύπαρξη των περισσοτέρων µορφών ζωής είναι ph 6 µε 9. Το επιτρεπτό ph για την διάθεση επεξεργασµένων αποβλήτων στο περιβάλλον είναι 6,5 µε 8,5. Στην πλειοψηφία τους τα απόβλητα απαιτούν διόρθωση προς την αλκαλική περιοχή. Αυτό το πετυχαίνουµε µε την χρήση φθηνών υλικών (ασβέστης κλπ). 11

II) Χλωριούχα III) Αλκαλικότητα Τα χλωριούχα µπορούν να επηρεάσουν την τελική χρήση των επεξεργασµένων αποβλήτων. Αλκαλικότητα: το σύνολο των [ΟH - ], [CO 3-2 ], [HCO 3- ] του Ca, Mg, Na, K και NH 3. Τα πιο σηµαντικά είναι τα Ca(HCO 3 ) 2 και Mg(HCO 3 ) 2. Η αλκαλικότητα ενός αποβλήτου είναι σηµαντική για την περαιτέρω χηµική και βιολογική επεξεργασία του. IV) Άζωτο Το άζωτο αποτελεί βασικό στοιχείο για τη ζωή. Βρίσκεται σε διάφορες οξειδωτικές καταστάσεις. (-3 0 1 2 3 3 5 5) NH 3 - N 2 N 2 O NO N 2 O 3 - NO 2 N 2 O 5 NO 3 Οι πιο σηµαντικές καταστάσεις του αζώτου στα απόβλητα είναι η αµµωνία (-3), το αέριο άζωτο (0), τα νιτρώδη (+3) και τα νιτρικά (+5). Στις περισσότερες οργανικές ενώσεις το άζωτο βρίσκεται ως -3. 12

IV) Άζωτο Μορφή αζώτου Ορισµός Αέρια αµµωνία NH 3 Αµµώνιο ιόν NH + 4 Ολικό αµµωνιακό άζωτο NH 3 +NH 4 + Νιτρώδη NO 2 - Νιτρικά NO 3 - Ολικό ανόργανο άζωτο NH 3 +NH 4+ +NO 2- +NO 3 - Ολικό άζωτο Kjeldahl Οργανικό Ν + NH 3 +NH 4 + Οργανικό άζωτο Αµινοξέα, πρωτεΐνες Ολικό άζωτο Οργανικό Ν+NH 3 +NH 4 + +NO 2- +ΝO 3-13

IV) Άζωτο Τα νιτρώδη είναι σχετικώς ασταθή και οξειδώνονται γρήγορα προς νιτρικά. Συνήθως βρίσκονται σε συγκεντρώσεις µέχρι 1mg/l στα απόβλητα, αλλά είναι ιδιαίτερα τοξικά για τα περισσότερα ψάρια. Τα νιτρικά είναι η πιο οξειδωµένη µορφή αζώτου στα απόβλητα. Βρίσκονται σε συγκεντρώσεις 15-20 mg/l ως Ν, µετά από πλήρη νιτροποίηση. IV) Άζωτο Το άζωτο εµφανίζεται στα φρέσκα απόβλητα κυρίως ως πρωτεϊνικό και ουρία (NH 2 ) 2 CO. Βακτήρια µετατρέπουν το οργανικό Ν σε αµµωνία (αποτελεί δείκτη της ηλικίας του αποβλήτου). Σε αερόβια διεργασία, τα βακτήρια οξειδώνουν την αµµωνία σε νιτρώδη και νιτρικά (η επικράτηση του νιτρικού αζώτου στα απόβλητα αποτελεί δείκτη σταθεροποιήσεως). Τα νιτρικά χρησιµοποιούνται από τα φυτά και τα ζώα προς σύνθεση πρωτεΐνης. 14

Ήλιος Κύκλος αζώτου στη φύση Οργανικό Ν Φυτά, µικροοργανισµοί Συγκράτηση αζώτου Ζώα, φυτά, καταναλωτές και µικροοργανισµοί Οργανικό Ν Ζώα Νιτρικά NΟ 3 - Βακτηριακή αναγωγή Άζωτο N 2 Βακτηριακή αναγωγή (απονιτροποίηση) Χηµική παραγωγή Θάνατος και βακτηριακή αποσύνθεση Βακτηριακή αποσύνθεση απορριµατικών ουσιών Βακτηριακή οξείδωση (νιτροποίηση) Νιτρώδη NΟ 2 Βακτηριακή οξείδωση (νιτροποίηση) Αµµωνία NH 3 Άσκηση: Με βάση τα αρακάτω δεδοµένα εκτιµήστε τα βάρη των διαφόρων κατηγοριών στερεών σε ένα α όβλητο. Όγκος δείγµατος: 100 ml Μάζα κάψας πορσελάνης: 55,4555 g Μάζα κάψας πορσελάνης συν υπολείµµατος µετά από εξάτµιση στους 105 C: 55,5000 g Μάζα κάψας πορσελάνης συν υπολείµµατος µετά από πύρωση στους 550 C: 55,4880 g Μάζα καθαρού ηθµού µετά από ξήρανση στους 105 C: 1,6000 g Μάζα ηθµού συν υπολείµµατος µετά από ξήρανση στους 105 C: 1,6110 g Μάζα ηθµού συν υπολείµµατος µετά από πύρωση στους 550 C: 1,6080 g 15