ΠΕΡΙΛΗΨΗ 1.1. Γενικά Εξαιτίας της διαµόρφωσης της αναγκαιότητας επεξεργασίας της παραγόµενης ιλύος, σαν αποτέλεσµα των εκτεταµένων αποχετευτικών δικτύων, της δηµιουργίας νέων εγκαταστάσεων και της αναβάθµισης των ήδη υπαρχόντων, η διαχείριση της λάσπης µε έναν οικονοµικά και περιβαλλοντικά αποδεκτό τρόπο, έχει γίνει ένα από τα πιο κρίσιµα περιβαλλοντικά προβλήµατα που αντιµετωπίζει ο σύγχρονος υγιεινολόγος µηχανικός. Πολλές έρευνες έχουν πραγµατοποιηθεί πάνω στην επεξεργασία και τη διάθεση της λάσπης, τις περασµένες δεκαετίες, και σηµαντικές πρόοδοι ως προς τη διαχείριση και τα τεχνολογικά επιτεύγµατα έχουν σηµειωθεί. Η επιλογή του κατάλληλου τεχνολογικού µέσου για τη διαχείριση της λάσπης εξαρτάται από την ελαχιστοποίηση του ολικού κόστους και του οικονοµοτεχνικού κόστους. Άλλοι σηµαντικοί παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η επιλογή µέσου αφυδάτωσης είναι, επίσης, η γεωγραφία της περιοχής, το κλίµα, οι χρήσεις γης, οι κανονισµοί, όπως, επίσης, η αποδοχή του κατοίκων της περιοχής,. Η αφυδάτωση της ιλύος αποτελεί ένα αποφασιστικό βήµα στη µείωση του όγκου της λάσπης, το οποίο, µε τη σειρά του, επηρεάζει τη συνολική διαχείριση και διάθεση της λάσπης. Μισό από το ολικό αρχικό και λειτουργικό κόστος µιας τυπικής εγκατάστασης επεξεργασίας λυµάτων οφείλεται στη διαχείριση της λάσπης και µεγάλο τµήµα αυτού επηρεάζεται από την αύξηση ή τη µείωση του όγκου της λάσπης, εξαιτίας της βελτιστοποίησης και της αφυδάτωσης της (Evans and Filman, 1988). Στην πραγµατικότητα, η βελτίωση της λάσπης αντιπροσωπεύει ένα σηµαντικό ποσοστό, που, συχνά, υπερβαίνει το 50%, πρώτον, εξαιτίας του υψηλού κόστους των µονάδων και, δεύτερων, εξαιτίας των µεγάλων δόσεων πολυηλεκτρολύτη που απαιτείται να προστεθούν στη λάσπη. Η σωστή επιλογή και χρήση των χηµικών βελτιωτικών είναι, συνεπώς, το κλειδί για µία οικονοµική και φιλική προς το περιβάλλον διαχείριση της λάσπης. Επιπλέον, η διαφοροποίηση των συγκεντρώσεων, της ροής, των χαρακτηριστικών της λάσπης που πρόκειται να αφυδατωθεί, οδηγούν σε πολύ µεγάλες συγκεντρώσεις πολυηλεκτρολύτη, που,
µόνο, συνεχείς και επισταµένες µελέτες θα µπορούσαν να δώσουν λύση στο πρόβληµα. 1.2. H µέθοδος CST Πολλά εργαστηριακά πειράµατα µπορούν να εκτιµήσουν την ικανότητα αφυδάτωση της λάσπης µε ένα συγκεκριµένο τύπο βελτιωτικού. Παρόλα αυτά, οι περισσότερες εφαρµογές πάνω στους πολυηλεκτρολύτες είναι εµπειρικές και δε ρίχνουν φως στους µηχανισµούς της αφυδάτωσης. Επιπλέον, είναι σοφότερο να µη στηριχτεί κάποιος µόνο στις εργαστηριακές µετρήσεις, αλλά να τις εφαρµόσει και σε πραγµατικές διαδικασίες αφυδάτωσης της λάσπης. Το ιξώδες και το ηλεκτρικό δυναµικό αποτελούν χαρακτηριστικά της αποτελεσµατικότητας της βελτίωσης της λάσπης. Έτσι, για να αποφασιστεί ποιο θα πρέπει να είναι το ιξώδες και το δυναµικό για τον κάθε τύπο λάσπης έλαβαν χώρα εργαστηριακά πειράµατα και πειράµατα πλήρους κλίµακας. Τα αποτελέσµατα, όσον αφορά την αφυδάτωση της λάσπης, συγκρίθηκαν µε εκείνα του CST. Υπήρχε, σαφώς, σχέση ανάµεσα στο ιξώδες, το ηλεκτρικό δυναµικό και το CST, καθώς µικρές τιµές για το ιξώδες και για το CST, και ένα δυναµικό κοντά στο µηδέν σχετιζόταν µε µία καλά βελτιωµένη λάσπη. Τα παραπάνω αποτελέσµατα είναι σηµαντικά για να κατανοηθούν οι µηχανισµοί βελτίωσης και αφυδάτωσης της λάσπης καθώς και να προσεγγιστούν οι τιµές της επιθυµητής δόσης πολυηλεκτρολύτη σε αυτή. H µέτρηση του χρόνου διήθησης CST είναι µία απλή και γρήγορη µέθοδος για την εκτίµηση της καλής ρύθµισης της λάσπης. Η µέτρηση βασίζεται στην ικανότητα ενός χρωµατογραφικού χαρτιού να απορροφήσει νερό από ένα µικρό δείγµα λάσπης (ρυθµισµένης ή µη) σύµφωνα µε τη διηθητική του δράση. Ο χρόνος που χρειάζεται το νερό της λάσπης, που οδηγείται προς το χρωµατογραφηµένο χαρτί, να περάσει ανάµεσα από δύο σηµεία, που απέχουν µεταξύ τους ένα εκατοστό, καταγράφεται, αυτόµατα, σα δευτερόλεπτα, και ονοµάζεται CST. Έτσι, το CST είναι ο χρόνος που απαιτείται για ένα συγκεκριµένο όγκο νερού να αποστραγγιστεί από ένα δείγµα λάσπης (U.S. Standard Methods, 1992). 1.3. Πολυηλεκτρολύτες Ο διαχωρισµός των στερεών από το υγρό ήταν ένα τεράστιο πρόβληµα σε πολλές µονάδες της επεξεργασίας λυµάτων. Επιπλέον, η αφυδάτωση της λάσπης έχει αναδειχθεί σε αρκετά ακριβή και µη κατανοητή διαδικασία. Οι πολυηλεκτρολύτες παίζουν σηµαντικό ρόλο στη
βελτίωση της αφυδάτωσης της λάσπης. Παρά την αξιοσηµείωτη εµπειρία, παραµένει ακόµη ασαφές το ποιο πολυµερές και ποια δόση θα επιλεγεί. 1.4. Mέσα αφυδάτωσης Οι πιο χαρακτηριστικοί µέθοδοι αφυδάτωσης είναι τα φίλτρα µε πίεση, η ταινιοφιλτρόπρεσσα και το φυγόκεντρο. Στην παρούσα µελέτη θα γίνει ιδιαίτερη αναφορά στην ταινιοφιλτρόπρεσσα και το φυγόκεντρο. Οι ταινιοφιλτρόπρεσσες χρησιµοποιούνται για την αποµάκρυνση του υγρού των από τα απόβλητα και την παραγωγή ενός υλικού αναφερόµενου ως cake. Τα αφυδατωµένα παράγωγα, τα cake, ποικίλουν στη σύσταση από την κρεµώδη µορφή του υγρού εδαφικού υλικού. Πλεονεκτήµατα Οι απαιτήσεις σε προσωπικό είναι µικρές, ειδικά εάν ο εξοπλισµός είναι αρκετά µεγάλος έτσι ώστε να επεξεργάζεται τη λάσπη σε µία βάρδια Η συντήρηση είναι, επίσης, αρκετά απλή και µπορεί να γίνει από το προσωπικό µίας ολοκληρωµένης εγκατάστασης επεξεργασίας λυµάτων Οι ταινιοφιλτρόπρεσσες µπορούν να αρχίσουν και να σταµατήσουν γρηγορότερα σε σχέση µε το φυγόκεντρο, το οποίο χρειάζεται µία ώρα για να µπει σε λειτουργία Η ταινιοφιλτρόπρεσσα είναι λιγότερο θορυβώδεις σε σχέση µε το φυγόκεντρο Μειονεκτήµατα Οι οσµές δηµιουργούν κάποια προβλήµατα, αλλά µπορούν να περιοριστούν µε καλό σύστηµα εξαερισµού και προσθήκη χηµικών στη λάσπη, όπως το υπερµαγγανικό κάλιο. Επίσης, υπάρχει η δυνατότητα η ταινιοφιλτρόπρεσσα να κατασκευαστεί ως κλειστό (compact) σύστηµα. Οι ταινιοφολτρόπρεσσες απαιτούν συνεχή έλεγχο από το προσωπικό, εάν η τροφοδοσία των στερεών ποικίλουν σε συγκέντρωση ή σε οργανικό υλικό. Φυσικά, εάν, η προηγουµένη διεργασία (η χώνευση) είναι ικανοποιητική, τότε το πρόβληµα
µειώνεται. Τα στερεά που περιέχουν υψηλή συγκέντρωση σε λίπη και έλαια, πιθανόν, να φράξουν την ταινιοφιλτρόπρεσσα, µειώνοντας, έτσι, την περιεκτικότητα του cake σε στερεά. Η εισερχόµενη λάσπη θα πρέπει να "φιλτράρονται", έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται ο κίνδυνος καταστροφής της ταινίας από αιχµηρά αντικείµενα. Οι ταινίες θα πρέπει να ξεπλένονται στο τέλος της κάθε βάρδιας, ή και πιο συχνά. Σχεδιασµός ταινιοφιλτρόπρεσσας Εκτίµηση του καθηµερινού εισερχόµενου φορτίου λάσπης Εκτίµηση του εξερχόµενου ποσοστού αφυδατωµένης λάσπης (ενεργού ιλύος) την ηµέρα Εκτίµηση του όγκου των παχυµένων στερεών που θα αφυδατωθούν την ηµέρα Εκτίµηση της µελλοντικής αύξησης των στερεών Αναµενόµενες αλλαγές στο φορτίο ης λάσπης, όσον αφορά την ποιότητα του υλικού ή η περιεκτικότητα του σε στερεά. Το φυγόκεντρο χρησιµοποιείται από το 1930. Η πάχυνση πριν τη χώνευση ή την αφυδάτωση µειώνει τον όγκο της δεξαµενής που απαιτείται για τη χώνευση και της αποθήκευσης της αφυδατωµένης λάσπης. Η αφυδάτωση, µε τον παραπάνω τρόπο, αποµακρύνει µεγαλύτερο ποσοστού νερού και παράγει ξηρότερο υλικό, cake, το οποίο ποικίλει σε σύσταση από εκείνη του υγρού εδαφικού υλικού. Πλεονεκτήµατα Τα φυγόκεντρα έχουν χαµηλά κόστη λειτουργίας και συντήρησης σε σχέση µε τις ταινιοφιλτρόπρεσσες. Καταλαµβάνουν λίγο χώρο σε σχέση µε τη δυναµικότητα τους Απαιτούν ελάχιστο χειρισµό όταν η λειτουργία τους είναι οµαλή
Οι χειριστές έχουν µικρότερη έκθεση σε παθογόνα, αεροζόλ, υδρόθειο ή άλλες οσµές Μπορούν εύκολα να καθαριστούν Έχουν την ικανότητα να διαχειριστούν φορτίσεις υψηλότερες από τις φορτίσεις σχεδιασµού και το ποσοστό των στερεών µπορεί να διατηρηθεί µε την προσθήκη µεγαλύτερης δόσης πολυηλεκτρολύτη Βασικά κοµµάτια του φυγόκεντρου µπορούν να αποµακρυνθούν και να αντικατασταθούν µε ευκολία. Αυτό, συνήθως, γίνεται από τον κατασκευαστή. Μειονεκτήµατα Τα φυγόκεντρα έχουν µεγάλη ενεργειακή κατανάλωση και είναι αρκετά θορυβώδη Η λειτουργία του απαιτεί εξειδικευµένο προσωπικό Ο έλεγχος είναι δύσκολος, επειδή το σύστηµα είναι κλειστό Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη η κατασκευή της βάσης του φυγόκεντρου, έτσι ώστε να µην υπάρξει αστοχία κατά τη λειτουργία Αρκετά εξαρτήµατα του φυγόκεντρου είναι ακριβά, και τα εσωτερικά του στοιχεία υπόκεινται σε φθορά Το ξεκίνηµα και το σταµάτηµα, ίσως, χρειαστούν µία ώρα µέχρι το φυγόκεντρο να αποκτήσει την κατάλληλη ταχύτητα ή να χαµηλώσει ταχύτητα για να καθαριστεί, πριν σβήσει. Σχεδιασµός φυγόκεντρου Εκτίµηση του καθηµερινού εισερχόµενου φορτίου λάσπης Εκτίµηση του εξερχόµενου ποσοστού αφυδατωµένης λάσπης (ενεργού ιλύος) την ηµέρα Εκτίµηση διακύµανσης της ποσότητας των παραγόµενων στερεών Εκτίµηση του όγκου των παχυµένων στερεών που θα αφυδατωθούν την ηµέρα Τις ώρες και τον αριθµό των ηµερών λειτουργίας Εκτίµηση της µελλοντικής αύξησης των στερεών
Αναµενόµενες αλλαγές στο φορτίο ης λάσπης, όσον αφορά την ποιότητα του υλικού ή η περιεκτικότητα του σε στερεά. 1.5. Σκοπός των πειραµάτων Τα εργαστηριακά πειράµατα πραγµατοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Υγειονοµικής Τεχνολογίας του Κτιρίου Υδραυλικής. Στόχος των εργαστηριακών πειραµάτων είναι ο προσδιορισµός της βέλτιστης δόσης κατιονικών πολυµερών που χρησιµοποιούνται κατά την αφυδάτωση των ιλύων µε φυγοκέντρηση. Συγκεκριµένα: χρησιµοποιήθηκε ιλύς από την ΕΕΛ Βόλου και δοκιµάστηκαν τέσσερις τύποι κατιονικού πολυηλεκτρολύτη. Συνολικά, πραγµατοποιήθηκαν 47 δοκιµές µε δόσεις πολυµερών που κυµάνθηκαν µεταξύ 0-15 gr/kg DS. χρησιµοποιήθηκε ιλύς από την ΕΕΛ Λαυρίου και δοκιµάστηκαν πέντε τύποι κατιονικού πολυηλεκτρολύτη. Συνολικά πραγµατοποιήθηκαν 37 δοκιµές µε δόσεις πολυµερών που κυµάνθηκαν µεταξύ 1-14 gr/kg DS. Η απόδοση των πολυµερών προσδιορίστηκε µε βάση τη µέτρησης του χρόνου διήθησης (Capillary Sunction Time). Τα αποτελέσµατα του συνόλου των µετρήσεων παρουσιάζονται αναλυτικά σε Kεφάλαιο της παρούσας διπλωµατικής. Με βάση τα αποτελέσµατα των τιµών του CST, κατά τη διάρκεια των πιλοτικών δοκιµών που πραγµατοποιούνται στις ΕΕΛ Βόλου και Λαυρίου χρησιµοποιήθηκαν ένα ή περισσότερα είδη πολυηλεκτρολυτών. Το εύρος των τιµών των δόσεων περιορίζεται από 0-25 gr/kg DS σε 0-12 gr/kg DS. Για την πραγµατοποίηση και ολοκλήρωση των πιλοτικών πειραµάτων στην ΕΕΛ Βόλου απαιτηθήκαν 3 εργάσιµες ηµέρες. 1.6. Συµπεράσµατα Παρατηρούµε πως και στους τέσσερις τύπους πολυηλεκτρολύτη, που χρησιµοποιήσαµε σε εργαστηριακή κλίµακα, για τη λάσπη της ΕΕΛ Βόλου, σε δόσεις που κυµαίνονται ανάµεσα στα 2,5 και 5,0 gr πολυηλεκτρολύτη/kg DS αντιστοιχούν πολύ χαµηλές τιµές CST.
Παρατηρούµε πως και στους πέντε τύπους πολυηλεκτρολύτη, που χρησιµοποιήσαµε σε εργαστηριακή κλίµακα, για τη λάσπη της ΕΕΛ Λαυρίου, σε δόσεις που κυµαίνονται ανάµεσα στα 4,0 και 8,2 gr πολυηλεκτρολύτη/kg DS αντιστοιχούν, επίσης, πολύ χαµηλές τιµές CST. Σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα της παράλληλης λειτουργίας του φυγοκεντρητή και της ταινιοφιλτρόπρεσσας της ΕΕΛ του Βόλου και µε βάση το ποσοστό στερεών της παραγόµενης αφυδατωµένης ιλύος τα δύο συστήµατα είναι περίπου ισοδύναµα µε µια ελαφρά υπεροχή να εµφανίζει ο φυγοκεντρητής καθώς η συγκέντρωση στερεών στην αφυδατωµένη ιλύ που παράγεται από το φυγοκεντρητή είναι κατά µέσο όρο 0,6 % υψηλότερη, 22.4% και 21.8%, αντίστοιχα. Με βάση το ποσοστό στερεών της παραγόµενης αφυδατωµένης ιλύος, στην Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυµάτων Λαυρίου, ο φυγοκεντρητής επιτυγχάνει σηµαντικά καλύτερη αφυδάτωση της ιλύος καθώς το µέσο ποσοστό στερεών στην αφυδατωµένη ιλύ ανέρχεται σε 17% στη περίπτωση της ταινιοφιλτρόπρεσσας και σε 21.9% στη περίπτωση του φυγοκεντρητή. Σύµφωνα µε την οικονοµοτεχνική ανάλυση, προκύπτει ότι το φυγόκεντρο είναι, παρά το υψηλό του αρχικό κόστος, πιο οικονοµικό µέσο αφυδάτωσης από την ταινιοφιλτρόπρεσσα.