aquabio.gr Αντώνης Χουρδάκης & ΣΙΑ Ε.Ε. a.chourdakis@aquabio.gr Διδώς Σωτηρίου 15, Ηράκλειο, 71305 τηλ.: (+30) 2810 372 899 κιν.: (+30) 697 22 22 981 fax: (+30) 2810 372 901 ΠΡΟΤΑΣΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ AQUABIO SBR ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΥΜΑΤΩΝ ΚΟΙΝΟΤΗΤΩΝ ΜΕ ΣΥΣΤΗΜΑ SBR
Γενικά Σε μεγάλο αριθμό μικρών κοινοτήτων το πρόβλημα της διαχείρισης των (αστικών) λυμάτων τους είναι έντονο και οι λύσεις που έχουν δοθεί μέχρι σήμερα είναι η διάθεσή τους στο υπέδαφος και σε παρακείμενους χειμάρρους ως έχουν, είτε στις καλύτερες των περιπτώσεων μετά από κάποια σηπτική δεξαμενή. Το πρόβλημα έτσι μετατοπίζεται στη ρύπανση του υδροφόρου ορίζοντα είτε στη ρύπανση γειτονικών περιοχών συνήθως στις εκβολές των χειμάρρων. Σκοπός της παρούσας πρότασης είναι να αντιμετωπιστεί με εξαιρετικά πρωτοποριακό τρόπο η επεξεργασία των αστικών λυμάτων μικρών οικισμών και κοινοτήτων και η χρησιμοποίησή τους για άρδευση σε υπάρχουσες καλλιέργειες. Η πρότασή μας στηρίζεται σε τεχνικές λύσεις που έχουν εφαρμοστεί σε πληθώρα ε- γκαταστάσεων για ξενοδοχειακές μονάδες κυρίως στο νομό Ηρακλείου αλλά και σε άλλες τουριστικές περιοχές της Ελλάδας. Ειδικά στο νομό Ηρακλείου, επηρέασαν θετικά για την ανάπτυξη του συστήματος τα παρακάτω: Η πολύ ακριβή τιμή του πόσιμου νερού, που σε μερικά ξενοδοχειακά συγκροτήματα μεταφέρεται με βυτιοφόρα και καθιστά αντιοικονομική την ανάπτυξη και συντήρηση πρασίνου στο χώρο του ξενοδοχείου. Η στενότητα του χώρου, η οποία καθόριζε σε πολλές περιπτώσεις οι εγκαταστάσεις του βιολογικού να είναι σε άμεση γειτονία ακόμη και με την υποδοχή του ξενοδοχείου. Η ανυπαρξία δημοτικών δικτύων αποχέτευσης σε μεγάλες περιοχές. Με το γεγονός της απουσίας στοιχειωδών κανόνων στο σχεδιασμό εγκαταστάσεων βιολογικού καθαρισμού κατάλληλου για ξενοδοχειακές μονάδες, γινόταν για αρκετά χρόνια αβίαστη εφαρμογή, ειδικά από εταιρείες εκτός Κρήτης που αντιπροσώπευαν ξένους οίκους, του συνόλου των γνωστών τεχνολογιών και μηχανολογικού εξοπλισμού, που σε πολλές περιπτώσεις όχι μόνο δεν έλυνε το πρόβλημα αλλά ήταν επιεικώς επικίνδυνες για τη δημόσια υγεία. Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι τα ακόλουθα: Σε αρκετές ξενοδοχειακές μονάδες ο αερισμός, ακόμα και ο προαερισμός των λυμάτων γινόταν με επιφανειακούς αεριστές. Η λειτουργία των μονάδων αυτών αφήνει έντονα σημάδια στα τζάμια των σταθμευμένων οχημάτων και άγνωστα σημάδια στην υγεία των εργαζομένων και των πελατών, από την αναπνοή του δημιουργούμενου spray (σταγονίδια κολλοειδούς μορφής) των αποβλήτων. Σε τρεις από τις μεγαλύτερες και πλέον γνωστές ξενοδοχειακές μονάδες, στη μονάδα βιολογικού καθαρισμού ήταν εγκατεστημένα 14 μηχανήματα, απαραίτητα όλα για τη λειτουργία της! Όπως είναι φανερό, αυτό το σύστημα ποτέ δεν δούλεψε ομαλά. Κατασκευή κυκλικών δεξαμενών είτε στην καλύτερη περίπτωση εξάγωνων, συνήθως απομακρυσμένων η μία από την άλλη και σε διαφορετικά υψόμετρα, γεγονός που καθιστά πολύ δύσκολη την κατασκευή των όποιων δομικών έργων επέκτασης ή βελτίωσης της εγκατάστασης. Τοποθέτηση συστήματος εσχαρισμού εντός του χώρου του ξενοδοχείου, όπου ο πελάτης βλέπει τον συντηρητή να καθαρίζει τα εσχαρίσματα ανάμεικτα με ανθρώπινα κόπρανα. 2
Πολλά, τέλος, από τα προβλήματα των μονάδων βιολογικού καθαρισμού ήταν ά- μεσα συνδεδεμένα με την επιλογή συγκεκριμένου τύπου φυσητήρων και διαχυτών αέρα. Η συνήθης επιλογή πορωδών διαχυτών αέρα συνοδεύεται με την ανάγκη για τακτικό άδειασμα των δεξαμενών για τον καθαρισμό τους και σε πάρα πολλές περιπτώσεις την αντικατάστασή τους. Το σύστημα aquabio SBR To aquabio SBR είναι σύστημα βιολογικού καθαρισμού με τη μέθοδο της ενεργού ιλύος ο οποίος λειτουργεί στην περιοχή του παρατεταμένου αερισμού στη batch operation παραλλαγή της μεθόδου (σύστημα SBR) και εφαρμόζεται σε ξενοδοχειακά συγκροτήματα μικρής δυναμικότητας (έως 200 κλίνες), σε κοινότητες και οικισμούς με μικρούς πληθυσμούς, σε συγκροτήματα κατοικιών ακόμη και σε μεμονωμένες κατοικίες με κατάλληλη κλιμάκωση μεγέθους. Ο βασικός του σχεδιασμός για μεμονωμένες κατοικίες περιλαμβάνει μια διθάλαμη δεξαμενή στην οποία το πρώτο τμήμα λειτουργεί σαν σηπτική δεξαμενή και το δεύτερο τμήμα σαν δεξαμενή επεξεργασίας. Σε μεγαλύτερους πληθυσμούς προστίθεται και τρίτη δεξαμενή αποθήκευσης του επεξεργασμένου νερού. Η μέθοδος συνίσταται στην επεξεργασία των λυμάτων σε μία δεξαμενή, αντί των τριών ή περισσοτέρων που απαιτούνται σε ένα αντίστοιχο κλασσικό σύστημα βιολογικού καθαρισμού, όπου με τη βοήθεια απλού αυτοματισμού εναλλάσσονται οι φάσεις λειτουργίας, πραγματοποιούμενες όλες στην ίδια δεξαμενή. Οι βασικές φάσεις λειτουργίας που πραγματοποιούνται στην ίδια δεξαμενή είναι: 1. εξισορρόπηση παροχής 2. απονιτροποίηση 3. αερισμός 4. καθίζηση 5. απομάκρυνση επεξεργασμένου νερού Η δημιουργία και ανάπτυξη τα τελευταία χρόνια στην Κρήτη του διαχύτη αέρα PULSAR με αυξημένες αποδόσεις σε σχέση με τους γνωστούς μέχρι σήμερα και με το επιπλέον χαρακτηριστικό ότι δεν φράζει από τις συχνές διακοπές της λειτουργίας του αερισμού (όπως αυτό συμβαίνει σε συστήματα SBR διακοπτόμενης λειτουργίας) έδωσε τη δυνατότητα εφαρμογής του σε δύσκολες συνθήκες ανάμειξης και οξυγόνωσης όπως π.χ. σε στεγανούς είτε απορροφητικούς βόθρους οι οποίοι μετατρέπονται σε ολοκληρωμένες μονάδες βιολογικού καθαρισμού με άριστα χαρακτηριστικά ποιότητας νερού και λειτουργίας. Το σύστημα aquabio SBR εφαρμόζεται σήμερα σε αρκετά μικρά ξενοδοχεία, κατοικίες και συγκροτήματα κατοικιών στην Κρήτη και προσφέρει μια αποτελεσματική λύση ε- πεξεργασίας και διαχείρισης των παραγόμενων λυμάτων, η οποία θεωρούμε ότι για μικρές μονάδες είναι αποτελεσματικότερη από τα κλασσικά συστήματα βιολογικού καθαρισμού, στα οποία γίνεται διαχωρισμός των φάσεων αερισμού και καθίζησης σε περισσότερες δεξαμενές, ενώ σαφώς υπερτερεί από πλευράς δαπάνης εγκαταστάσεων, κόστους λειτουργίας και σταθερότητας στη λειτουργία και την ποιότητα του νερού. 3
Εικόνα 1: Μονάδα βιολογικού καθαρισμού με το σύστημα SBR στο μοναστήρι Αγ. Ιωάννου Θεολόγου στη Θήβα Βοιωτίας, στο οποίο διαβιούν 80 μοναχές. 4
Εικόνα 2: Σχέδιο της μονάδας στο μοναστήρι Αγ. Ιωάννου Θεολόγου 5
6
Ο διαχύτης αέρα PULSAR Βασικός παράγοντας για την άριστη λειτουργία που εμφανίζουν οι μονάδες αυτές είναι η χρησιμοποίηση των διαχυτών αέρα PULSAR για την ανάμειξη της δεξαμενής αερισμού και την οξυγόνωση των λυμάτων. Η χρήση των PULSAR για ανάμειξη και οξυγόνωση σε μικρές και μεγάλες μονάδες βιολογικού καθαρισμού έχει επεκταθεί ευρέως σήμερα, αντικαθιστώντας τη χρήση των κεραμικών είτε ελαστομερών διαχυτών λεπτής φυσαλίδας οι οποίοι παρουσιάζουν προβλήματα συχνών εμφράξεων και υπάρχει ανάγκη για τακτική εξαγωγή τους, αποσυναρμολόγηση και καθαρισμό τους. Η τελευταία αυτή διαδικασία περιλαμβάνει διαδοχικές πλύσεις με οξύ και άλκαλι (για τη διάνοιξη των πόρων ) και πρέπει να εκτελείται από το συντηρητή της εγκατάστασης τουλάχιστον ανά εξάμηνο. Προϋπόθεση φυσικά καλής λειτουργίας των πορωδών κεραμικών είτε ελαστομερών διαχυτών είναι η μη διακοπτόμενη λειτουργία του φυσητήρα γιατί τότε λόγω ψύξης του παραμένοντος στις σωληνώσεις αέρα, λύματα εισχωρούν στους διαχύτες είτε από τους ίδιους τους πόρους είτε από χαλαρές συνδέσεις, οι οποίοι με την επαναλειτουργία του φυσητήρα προκαλούν συστηματικά εμφράξεις. Ενώ η απόδοση των PULSAR σε standard συνθήκες, δηλαδή μετρούμενη σε καθαρό νερό, είναι μικρότερη από αυτή των πορωδών διαχυτών, σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας αυτή εμφανίζεται αυξημένη λόγω του πολύ καλού συντελεστή a που παρουσιάζουν σε σχέση με τους πορώδεις διαχύτες. Ο συντελεστής a με τον οποίο πρέπει να πολλαπλασιάζεται η πρότυπη απόδοση για να υπολογίζεται η πραγματική απόδοση σε μόνιμες συνθήκες είναι για τους πορώδεις διαχύτες 0.55 για τους πρώτους μήνες λειτουργίας τους, με τάση μείωσης σε σχέση με τον χρόνο, ενώ για τον PULSAR είναι περίπου 0.85, ανεξάρτητα από τον χρόνο που βρίσκεται σε λειτουργία. Εξάλλου δεν παρουσιάζονται ποτέ προβλήματα εμφράξεων και ανάγκη για αποσυναρμολόγηση και καθαρισμό τους, αφού παραμένουν ανεπηρέαστοι από τις οποιεσδήποτε διακοπές στη λειτουργία του φυσητήρα, είτε αυτές αποσκοπούν στην εξοικονόμηση ενέργειας είτε είναι μέρος της λειτουργίας της μονάδας, π.χ. φάση καθίζησης. Ο διαχύτης αέρα PULSAR είναι κατασκευασμένος από όμοια πλαστικά στοιχεία τα ο- ποία περιέχουν ειδικά μελετημένα διαφράγματα και συνδέονται μεταξύ τους σταθερά είτε με τη βοήθεια κεντρικού άξονα πάνω σε μεταλλική βάση από ανοξείδωτο χάλυβα είτε πάνω στην ίδια τη σωλήνα παροχής του αέρα. Τα ακίνητα διαφράγματα τα οποία περιέχονται στα πλαστικά στοιχεία διασπούν τις μεγάλες φυσαλίδες του αέρα σε εκατομμύρια μικρότερες, ενώ ταυτόχρονα λόγω του σχήματός τους και της σχετικής τους θέσης αυξάνεται ο χρόνος επαφής του αέρα με το νερό, έτσι ώστε τελικά να επιτυγχάνεται πολύ μεγάλη απόδοση σε kg O 2/kWhr. 7
Λειτουργία του συστήματος aquabio SBR Η λειτουργία των μηχανημάτων γίνεται αυτόματα με τη βοήθεια συστήματος απλού αυτοματισμού έτσι ώστε μέσα στη δεξαμενή να εναλλάσσονται όλες οι φάσεις λειτουργίας ενός πλήρους συστήματος βιολογικού καθαρισμού, που είναι: 1. εξισορρόπηση παροχής 2. απονιτροποίηση 3. αερισμός 4. καθίζηση 5. απομάκρυνση επεξεργασμένου νερού Κατά τη διάρκεια του αερισμού, ο στατικός διαχύτης αέρα PULSAR διασκορπίζει τις φυσαλίδες του αέρα σε εκατομμύρια μικρότερες και ταυτόχρονα ανανεώνει την επιφάνεια, αντλώντας μεγάλες ποσότητες λυμάτων από τον πυθμένα της δεξαμενής. Το μεγάλο πλεονέκτημά του είναι ότι έχει πολύ υψηλό βαθμό απόδοσης σε μεταφορά οξυγόνου, ενώ ταυτόχρονα δεν υπάρχει η παραμικρή πιθανότητα να φράξει από τα υπάρχοντα στα λύματα συνήθη στερεά. Η υπάρχουσα μέσα στα λύματα οργανική ύλη με τις πολλαπλές διελεύσεις της μέσα από το στατικό διαχύτη και την τριβή της πάνω στα πτερύγια διαλυτοποιείται και μετατρέπεται τελικά σε βιομάζα. Το επεξεργασμένο έτσι νερό έχει βαθμό καθαρισμού >95%, είναι εντελώς απαλλαγμένο οσμών και μπορεί άνετα να διατίθεται για πότισμα. Η εξαγωγή του νερού γίνεται από συγκεκριμένο ύψος μέσα από τη δεξαμενή και με συγκεκριμένο τρόπο αναρρόφησης, έτσι ώστε να αποφεύγεται η απομάκρυνση της βιομάζας, η οποία κατά τη διάρκεια της φάσης της καθίζησης συγκεντρώνεται στον πυθμένα. Ελάχιστη παραγωγή περίσσειας ιλύος Σημαντικό χαρακτηριστικό των μονάδων βιολογικού καθαρισμού στις οποίες ο αερισμός πραγματοποιείται με διαχύτες αέρα PULSAR είναι η σημαντικά μικρότερη παραγωγή περίσσειας βιομάζας. Το γεγονός αυτό, διαπιστωμένο σε όλες τις λειτουργούσες σήμερα με διαχύτες αέρα PULSAR εγκαταστάσεις έχει την ακόλουθη ερμηνεία. Στις εγκαταστάσεις στις οποίες χρησιμοποιούνται οι κλασσικοί διαχύτες αέρα λεπτής φυσαλίδας, η βιομάζα που υπάρχει και αναπτύσσεται στη δεξαμενή αερισμού στο μεγαλύτερο ποσοστό της βρίσκεται στη μορφή συσσωματωμάτων (κροκίδων) όπου οι μικροοργανισμοί είναι «παγιδευμένοι». Έτσι έχουν μειωμένη δραστηριότητα, με αποτέλεσμα μικρότερο ρυθμό ανάπτυξης αλλά και μικρότερο ρυθμό ενδογενούς αναπνοής. Αντιθέτως, στα συστήματα που είναι εφοδιασμένα με διαχύτες αέρα PULSAR, η εξαιρετικά μεγάλη παροχή ανάμεικτου υγρού μέσα στους διαχύτες (περίπου 250m 3 /hr για κάθε διαχύτη) και οι έντονες διατμητικές τάσεις που ασκούνται στις κροκίδες λόγω τριβής τους στα πτερύγια έχουν ως αποτέλεσμα το σύνολο της βιομάζας να βρίσκεται σε διασκορπισμένη μορφή, με τελικό αποτέλεσμα εντονότερους ρυθμούς ανάπτυξης και ενδογενούς αναπνοής και τελικά μικρότερη παραγωγή βιομάζας περισσότερο σταθεροποιημένης. Άμεση τέλος σχέση με την μειωμένη παραγωγή «περίσσειας ιλύος προς απομάκρυνση» αλλά και καλύτερης ποιότητας επεξεργασμένου νερού έχει το γεγονός ότι ενώ με τους κλασσικούς διαχύτες λεπτής φυσαλίδας η ποσότητα της βιομάζας στη δεξαμενή αερισμού δεν μπορεί να υπερβαίνει τη συγκέντρωση 5 000-7 000 mg/l SS, ό- ταν χρησιμοποιούνται οι διαχύτες αέρα PULSAR αυτή μπορεί να φτάνει μέχρι τις 8
20 000 mg/l SS. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να τριπλασιάζονται σχεδόν οι δυνατότητες που έχει μια εγκατάσταση με δεδομένο όγκο δεξαμενής αερισμού. Τα ανωτέρω έχουν ως συνέπεια οι μονάδες βιολογικού καθαρισμού όπου ο αερισμός πραγματοποιείται με διαχύτες αέρα PULSAR να παρουσιάζουν, πέρα από την πολύ καλή ποιότητα επεξεργασμένου νερού, και το χαρακτηριστικό ότι δεν υπάρχει ανάγκη για απομάκρυνση και επεξεργασία της βιολογικής ιλύος σε τακτά χρονικά διαστήματα. Πράγματι, με την έναρξη της λειτουργίας των εγκαταστάσεων αυτών, η ποσότητα της βιομάζας στη δεξαμενή ακολουθεί τους πρώτους μήνες αυξητική τάση, για να σταθεροποιηθεί κάποια χρονική περίοδο σε κάποιο επίπεδο όπου η καταστροφή της λόγω ενδογενούς αναπνοής είναι ίση περίπου με τη σύνθεσή της. Έτσι, μετά τη χρονική αυτή περίοδο, τα τελικά προϊόντα από την επεξεργασία είναι πλέον CO 2, ανόργανα άλατα, H 2O και σταθερά, μη βιοδιασπάσιμα προϊόντα αποσύνθεσης των κυττάρων των μικροοργανισμών. Ένα μεγάλο μέρος από τα υλικά αυτά απομακρύνονται σε καθημερινή βάση με το επεξεργασμένο νερό και αποτελούν καλά συστατικά λίπανσης του εδάφους. Μετά από μεγάλα χρονικά διαστήματα, υπάρχει ανάγκη για απομάκρυνση κάποιας ποσότητας βιομάζας, η οποία φυσικά είναι σε μεγάλο βαθμό σταθεροποιημένη και μπορεί να διατίθεται ως έχει (υγρή) για λίπανση, είτε να συγκεντρώνεται σε κλίνη ξήρανσης όπου αφυδατώνεται με σκοπό και πάλι τη διάθεσή της σαν βελτιωτικό εδάφους. Ο παραπάνω τρόπος διαχείρισης των λυμάτων κατοικιών, συγκροτημάτων κατοικιών, μικρών ξενοδοχείων και κοινοτήτων, είναι μια ισχυρή και ταυτόχρονα πολύ οικονομική καινοτομία για την προστασία του περιβάλλοντος, την απαλλαγή από την όχληση των βυτιοφόρων και τη δραστική εξοικονόμηση του πολύ ακριβού σήμερα πόσιμου νερού. Πίνακας 1: Δαπάνη λειτουργίας του συστήματος aquabio SBR για 250 κατοίκους Κατανάλωση ενέργειας (0,3 /kwhr) 1.1 kwhr/m 3 ή 0.33 /m 3 Προσωπικό (απαιτείται μονάχα ένα άτομο μερικής απασχόλησης Περίπου 5 000 /yr ή 0.04 /m 3 για απλή παρακολούθηση της λειτουργίας) Απομάκρυνση στερεών από τη σηπτική δεξαμενή 1 000 /yr ή 0.01 /m 3 Υλικά συντήρησης Περίπου μηδέν Χημικά (μόνο χλώριο) 0.02 /m 3 Συνολική δαπάνη 0.4 /m3 ή 0.06 /(κάτοικο d) Πίνακας 2: Προβλεπόμενη ποιότητα επεξεργασμένων λυμάτων (BOD5 εισόδου = 460 mg/l) Φορτίο BOD 5 < 15 mg/l Φορτίο COD < 30 Φορτίο SS < 15 ph 6.5-8.5 TN < 15 mg/l N - NH 3 < 1 TP < 2 Διαλυμένο οξυγόνο (DO) > 4 Υπολειμματικό Χλώριο 0.6 Ολικά κολοβακτηρίδια 0 Απόδοση εγκατάστασης E=(460-15)/460 > 97 % 9