ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΗΡΑΝΣΗ ΙΛΥΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΜΕ ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΟΥΠΑΣ ΧΡΙΣΤΟΦΟΡΟΣ 3350 ΚΟΤΣΑΝΙΔΗΣ ΣΑΒΒΑΣ 3204 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΑΓΓΕΛΟΣ ΛΟΓΚΑΡΗΣ ΚΑΒΑΛΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 2009
ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η λειτουργία των Εγκαταστάσεων Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) έφερε πραγματικά μία επανάσταση στην επεξεργασία των υγρών αποβλήτων, αστικών και βιομηχανικών. Και ενώ το πρόβλημα της ρύπανσης των θαλασσών και των υπόγειων υδάτων έδειχνε να έχει λυθεί, προέκυψε το ερώτημα, τι θα γίνει με τη ιλύ ή λυματολάσπη, που παράγεται στις Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) πού αυτή θα διατεθεί και ποίοι οι κίνδυνοι για το περιβάλλον από τη διάθεση αυτή. Οι κλασικές μέθοδοι ξήρανσης της λάσπης, που είναι ένα από τα βασικά σταδία επεξεργασίας της, αποφέρουν σχεδόν πάντα τα επιθυμητά αποτελέσματα, από την άλλη όμως είναι ιδιαίτερα ενεργοβόρες. Σε μια εποχή όπου το ενεργειακό πρόβλημα ταλανίζει τον πολιτισμό, η στροφή προς εναλλακτικές πηγές ενέργειας κρίνεται ως μονόδρομος. H Ευρώπη έως το 2020 πρέπει να αντιμετωπίσει την πρόκληση να καλύψει την ενεργειακή ζήτηση που αναμένεται να αυξηθεί ενώ τα αποθέματα των ορυκτών καυσίμων μειώνονται και τα περιβαλλοντικά όρια στην χρήση τους γίνονται όλο και πιο φανερά. Η ηλιακή θερμική ενέργεια έχει να παίξει σημαντικό ρόλο στην λύση του ενεργειακού διλήμματος. Η ξήρανση της λάσπης με τη χρήση ηλιακών συλλεκτών είναι μία πρωτοπόρος, ταχύτητα εξελισσόμενη μέθοδος, η οποία υπόσχεται να δώσει λύση στο ζήτημα επεξεργασίας της ιλύος. Βασικό της πλεονέκτημα είναι η χρήση μίας φυσικής πηγής ενέργειας, του ήλιου. Σε χώρες όπως η Ελλάδα, όπου η ηλιοφάνεια είναι δεδομένη τους περισσότερους μήνες του χρόνου, η τεχνική της ξήρανσης της ιλύος με τη χρήση ηλιακών συλλεκτών μπορεί να αντικαταστήσει όλες τις κλασσικές μεθόδους. Από την άλλη όμως η ανάπτυξη μηχανολογικού εξοπλισμού και η έλλειψη τεχνογνωσίας αποτελούν ανασταλτικό παράγοντα για τη χρήση της 1
συγκεκριμένης μεθόδου. Με το σύγχρονο και επίκαιρο αυτό αντικείμενο ασχοληθήκαμε σε αυτήν την πτυχιακή εργασία. Από την θέση αυτή θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα της παρούσας πτυχιακής εργασίας τον καθηγητή Κο Άγγελο Λογγάρη που μου ανέθεσε το συγκεκριμένο θέμα. Αισθάνομαι επίσης την ανάγκη να ευχαριστήσω την Κα Ελευθερία Παπαχρήστου, Ομότιμη Καθηγήτρια του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Α.Π.Θ. για την καθοδήγηση και τον χρόνο που μου διέθεσε, τις πολύτιμες πληροφορίες και γνώσεις που μου μετέδωσε και την άψογη συνεργασία κατά την διεκπεραίωση της εργασίας. 2
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ 1 ΠΕΡΙΛΗΨΗ 5 ABSTRACT 5 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 6 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3 3.1 3.2 4 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.4.1 4.2.4.2 5 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.2 5.2.1 5.2.1.1 5.2.1.2 5.2.1.3 5.3 5.4 5.5 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ Το νερό ως συστατικό της ιλύος Τα στερεά της ιλύος Οργανικές ενώσεις που περιέχονται στην ιλύ Σύσταση ιλύος Ποσότητες Παραγόμενης ιλύος ΘΕΣΜΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ Νομοθεσία της Ευρωπαϊκής Ένωσης Ελληνική Νομοθεσία ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΙΛΥΟΣ Εγκαταστάσεις επεξεργασίας υγρών αποβλήτων σημεία παραγωγής ιλύος Επεξεργασία Ιλύος Μέθοδοι Προεπεξεργασίας Ιλύος Πάχυνση ιλύος Σταθεροποίηση της Ιλύος Αφυδάτωση Ιλύος Φυσικές μέθοδοι ξήρανσης Μηχανικές μέθοδοι ξήρανσης ΞΗΡΑΝΣΗ ΙΛΥΟΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Περιβάλλον και ενεργεία στην Ελλάδα - χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας Ανανεώσιμές πηγές ενέργειας Μορφές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας Ήλιος - Αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας Χρήση ηλιακής ενέργειας για την ξήρανση ιλύος σε ΕΕΛ Συστήματα Ηλιακής Ξήρανσης - Γενική Επισκόπηση Εγκαταστάσεις ξήρανσης Βασικές παράμετροι ελέγχου Ηλιακοί συλλέκτες Περίπτωση εφαρμογής μεθόδου ξήρανσης στην Γερμανία Διαδικασία ξήρανσης IST Ηλιακή απόσταξη 8 9 11 12 12 14 15 16 19 24 25 28 31 33 36 38 39 44 53 53 55 55 58 61 63 64 79 81 83 87 88 3
6 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 7. 7.1 7.2 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΞΗΡΑΝΣΗΣ ΙΛΥΟΣ ΜΕ ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Εμπειρία στην Ελλάδα Μελέτη διερεύνησης και ανάπτυξης της μεθόδου ξήρανσης Υπάρχουσα κατάσταση στην Κρήτη Ε.Ε.Λ. Ηρακλείου Μονάδα ηλιακής ξήρανσης ιλύος Χερσονήσου Κρήτης Υπάρχουσα κατάσταση στην Ευρώπη Γερμανία Περιπτωσιολογική μελέτη (Το παράδειγμα της Τουρκίας) Παραδείγματα εφαρμογής μονάδων ηλιακής ξήρανσης στην Ευρώπη ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΟΝΑΔΑΣ ΞΗΡΑΝΣΗΣ Διασταιολόγηση μονάδας ξήρανσης Κόστος επεξεργασίας ιλύος 90 90 93 95 99 102 102 103 105 110 110 112 8 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 113 9 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 117 4
ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η διάθεση της ιλύος των αστικών λυμάτων συνιστά ένα από τα κυριότερα προβλήματα της σύγχρονης πραγματικότητας. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού υιοθετούνται πολλές φορές λύσεις που δεν εξυπηρετούν τις αρχές της προστασίας του περιβάλλοντος και οι οποίες μπορούν ενδεχομένως να δημιουργήσουν σε αυτό ιδιαιτέρως δυσμενείς επιπτώσεις. Έτσι, η ορθή διαχείριση και τελικά η αξιοποίηση της ιλύος αποτελεί το πλέον καίριο περιβαλλοντικό ζήτημα που απαιτεί μια αποτελεσματική επίλυση. Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι να ερευνηθεί μια λύση στο πρόβλημα λάσπης που η Ελλάδα αντιμετωπίζει. Η γενική τάση στην Ελλάδα είναι η μηχανική απομάκρυνση του νερού από τη λάσπη. Αυτή η μελέτη συστήνει την ηλιακή ξήρανση ως εναλλακτική λύση της μηχανικής απομάκρυνσης του νερού της λάσπη. ABSTRACT The disposal of sludge of urban sewages recommends one from the major problems of modern world. For the confrontation of this problem solutions are adopted that many times do not serve principals of protection of environment and what can potentially create particularly unfavourable repercussions. Thus, the equitable management and finally the exploitation of sludge constitute the most vital environmental question that requires an effective resolution. The aim of this study is searched a solution in the problem of sludge that Greece faces. The general tendency in Greece is the mechanical removal of water from sludge. This study recommends the solar sewage as alternative solution to the mechanical removal of water from sludge 5
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στη σύγχρονη πραγματικότητα, η επεξεργασία και η διάθεση των υγρών αποβλήτων αποτελεί αντικείμενο διαρκούς μελέτης και έρευνας. Η ολοένα αυξανόμενη τεχνολογική εξέλιξη, σε συνάρτηση με την ανάπτυξη τόσο των αστικών κέντρων όσο και των οικονομικών δραστηριοτήτων, στα πλαίσια μιας νέας παγκοσμιοποιημένης πραγματικότητας με δεδομένα αλληλεξάρτησης, επιτάσσουν την ολοκληρωμένη διαχείριση των αστικών αποβλήτων Τα αστικά απόβλητα προέρχονται από τις χρήσεις του νερού που καταναλώνει ο άνθρωπος για τις καθημερινές ανάγκες του και συνιστούν ένα θολό υγρό που περιέχει κυρίως νερό, αιωρούμενα οργανικά και ανόργανα προϊόντα, στερεά σωματίδια, διαλυμένα συστατικά και μικροοργανισμούς. Η διάθεση των αστικών λυμάτων χωρίς επεξεργασία σε θαλάσσιες περιοχές, σε ποταμούς και σε λίμνες αλλοιώνει την ποιότητα των υδάτων τους και την τροφική τους κατάσταση. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την υποβάθμιση των οικοσυστημάτων αυτών και την αδυναμία εξυπηρέτησης χρήσεων που μέχρι τώρα στήριζαν όπως τουρισμό, αναψυχή, αλιεία. Για να αποφευχθεί η ρύπανση των νερών πρέπει τα αστικά λύματα να υποστούν καθαρισμό σε ανάλογες εγκαταστάσεις. O καθαρισμός των ακαθάρτων νερών είναι ένα ζωτικής σημασίας πρόβλημα που απασχολεί τον άνθρωπο εδώ και πολλά χρόνια. Η μόνη υγιεινή λύση του προβλήματος αυτού είναι η επεξεργασία των αποβλήτων σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. Στην κατεύθυνση αυτή, οι σύγχρονες αστικές κοινωνίες οδηγούνται στην εξεύρεση λύσεων επεξεργασίας και διάθεσης των υγρών αποβλήτων. Οι επιλογές και οι διαδικασίες συνεχώς αναθεωρούνται με γνώμονα τη βιώσιμη ανάπτυξη. Στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας τα απόβλητα επεξεργάζονται με διάφορες φυσικές, χημικές και βιολογικές μεθόδους και απαλλάσσονται από τις ρυπαντικές ουσίες σε τέτοιο βαθμό ώστε να μπορεί ο υδάτινος αποδέκτης να συνεχίσει την διαδικασία με τις δικές του δυνάμεις. Οι εγκαταστάσεις αυτές αποτελούν ένα τμήμα του κύκλου της οικολογίας του ύδατος. Το είδος και ο 6
βαθμός καθαρισμού των αποβλήτων ρυθμίζονται από πολλούς παράγοντες, όπως η δυνατότητα αυτοκαθαρισμού του αποδέκτη, το είδος και η ποσότητα των ρυπαντικών ουσιών, η ποσότητα των αποβλήτων, κλπ. Κατά την επεξεργασία καθαρισμού των αποβλήτων, μαζί με την τελική εκροή που πρέπει να διατεθεί κατάλληλα, παράγονται ταυτόχρονα και ορισμένα παραπροϊόντα, όπως τα εσχαρίσματα, η άμμος, τα ξαφρίσματα και η λάσπη που παράγεται από τις δεξαμενές Πρωτοβάθμιας και Δευτεροβάθμιας καθιζήσεως. Από τα παραπροϊόντα αυτά, το σημαντικότερο σε όγκο και το δυσκολότερο σε διάθεση και χειρισμό είναι η λάσπη ή ιλύς (sewage sludge). Περιέχει 40 περίπου φορές περισσότερες στερεές ουσίες από τα αστικά λύματα όμως παρόλα αυτά εξακολουθεί να έχει τη μορφή υγρού και μόνο μετά από επεξεργασία παίρνει στερεή μορφή με αρκετή υγρασία που μπορεί να ελαττωθεί περισσότερο με περαιτέρω επεξεργασία, προκείμενου να διατεθεί με ασφάλεια ή να επαναχρησιμοποιηθεί.. 7
2. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΙΛΥΟΣ Ως ιλύς (ή λάσπη) σ' ένα σύστημα επεξεργασίας αποβλήτων, θεωρείται η περίσσεια βιομάζας (ενεργούς ιλύος) η οποία προέρχεται από την δεξαμενή δευτεροβάθμιας καθίζησης καθώς επίσης και η ιλύς που λαμβάνεται από την πρωτοβάθμια καθίζηση. Οι δευτεροβάθμιες ιλύες εμφανίζουν διαφορετικά ποιοτικά χαρακτηριστικά (π.χ. μικρότερη συγκέντρωση σε ανόργανα) απ' ότι οι πρωτοβάθμιες, παρόλα αυτά όμως, υφίστανται μια από κοινού επεξεργασία ως ενιαίο μίγμα, το οποίο καλείται νωπή (φρέσκια) ιλύς. Ο καθορισμός των συστατικών της ιλύος, όπως προαναφέρθηκε, είναι βασικός παράγοντας για την περαιτέρω επεξεργασία και διάθεσή της. Ανάλογα με τα απόβλητα που διαχειριζόμαστε, ποικίλει και η σύστασή της. Για τον καθορισμό του ποσού της ιλύος και της σύστασής της, είναι απαραίτητη η δειγματοληπτική έρευνα όπου θα καταγραφούν τα στερεά εισόδου εξόδου για κάθε επιμέρους τμήμα της επεξεργασίας. Τα χαρακτηριστικά της επεξεργασμένης ιλύος, επηρεάζονται κυρίως από την αρχική σύσταση του μη επεξεργασμένου αποβλήτου και από την μέθοδο επεξεργασίας που εφαρμόζεται. Η ιλύς, σε αντίθεση με τη συνηθισμένη έννοια του όρου, δεν είναι πυκνό ή σε στερεή μορφή αιώρημα, αλλά εντελώς υδαρές υγρό, που παρότι περιέχει, ως νωπή σαράντα (40) περίπου φορές περισσότερες στερεές ουσίες από τα αστικά λύματα (5% έναντι 1,25 ), εξακολουθεί να έχει μορφή υγρού. Αποτελεί το 1-2% της ροής των υδάτων αποχέτευσης και περιέχει, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, στερεά από τις δεξαμενές πρωτοβάθμιας καθίζησης και τις δεξαμενές δευτεροβάθμιας καθίζησης. Τυπικά, η ιλύς είναι υγρό που περιέχει 20.000 60.000 mg/l αιωρούμενα σωματίδια, τα οποία αποτελούνται από ένα μείγμα οργανικών ουσιών (υδατάνθρακες, λιπίδια, πρωτεΐνες και ανόργανα κτλ.). Μόνο μετά την επεξεργασία συμπύκνωσης, 8
χώνευσης, αφυδάτωσης κλπ., η λάσπη παίρνει στερεή μορφή με αρκετή ακόμη υγρασία (60%), που μπορεί να ελαττωθεί πολύ (<10%) με θερμική ξήρανση, προκειμένου να αποτεφρωθεί ή να γίνει λίπασμα. Ιδιαίτερα για τις μεγάλες μονάδες η λάσπη, λόγω του όγκου και της σύνθεσης (βαριά μέταλλα και άλλα ανεπιθύμητα συστατικά από βιομηχανίες κτλ.), δημιουργεί δισεπίλυτα προβλήματα τελικής διάθεσης, με αποτέλεσμα να εφαρμόζονται δαπανηρές διαδικασίες επεξεργασίας για την ελάττωση του όγκου και την εξουδετέρωση των βλαπτικών συστατικών. 2.1 Το νερό ως συστατικό της ιλύος Με μια πρώτη ματιά μπορεί κανείς να πει ότι η ιλύς αποτελείται από : o Υγρά o Στερεά Σαν υγρό συνήθως θεωρούμε το νερό, το οποίο αποτελεί και το μεγαλύτερο ποσοστό τους βάρους της, με τιμές που κυμαίνονται από 98% (στην ιλύ από A'βάθμια επεξεργασία) έως 75% (στην αφυδατωμένη ιλύ) σε ορισμένες περιπτώσεις. Όμως το υγρό που περιβάλει τα μόρια της ιλύος δεν είναι μόνο νερό, αλλά μια πληθώρα άλλων ενώσεων οι οποίες μεταφέρθηκαν μέσω του κεντρικού αποχετευτικού αγωγού στην μονάδα επεξεργασίας, ή δημιουργήθηκαν κατά την επεξεργασία. Μια πιο πρόσφατη μελέτη σε εργαστήριο, που περιλάμβανε ξήρανση λάσπης με συνεχή μέτρηση του βάρους του δείγματος, έδειξε ότι υπάρχουν τέσσερις τύποι νερού στην ιλύ: το ελεύθερο νερό το δεσμευμένο νερό το νερό των μεσοδιαστημάτων το επιφανειακό νερό 9
Μία εικόνα μορίων ιλύος όπου εμφανίζονται οι τύποι αυτοί του νερού, φαίνεται στο παρακάτω σχήμα: Σχήμα 1.1 Οι τέσσερεις τύποι νερού στην ιλύ. Το ελεύθερο νερό (Free water) δεν συνδέεται με τα μόρια, ενώ το νερό των μεσοδιαστημάτων (ίnterstίtial water) συλλαμβάνεται από τα μεγαλομόρια ιλύος και κινείται μ' αυτά. Το νερό επιφανείας (surface water) περικλείει τα μεγαλομόρια και συμπεριφέρεται ως τμήμα των στερεών. Τέλος το δεσμευμένο νερό (bound water) συνδυάζεται χημικά με τα μόρια των οποίων αποτελεί τμήμα. Ίσως η πιο ενδιαφέρουσα μορφή με την οποία απαντάται το νερό στην ιλύ, είναι αυτή του επιφανειακού νερού. Τα μόριά του, σε κανονικές θερμοκρασίες, σχηματίζουν στρώματα "μαλακού πάγου" τα οποία μένουν σταθερά προσκολλημένα στην επιφάνεια και "ταξιδεύουν" με το μόριο ιλύος, φτάνοντας σε μεγέθη της τάξης των 20 Angstroms. Η απομάκρυνση αυτών των τύπων νερού από τα στερεά, γίνεται με εξάτμιση, αρχικά, του ελεύθερου νερού, μετά του ενδιάμεσου και τέλος του επιφανειακού νερού. Το δεσμευμένο νερό φεύγει μόνο κατά τη διάρκεια χημικής αφυδάτωσης. Η παραπάνω διαδικασία φαίνεται στο σχήμα που ακολουθεί. 10
Ρυθμός εξάτμισης (g/min) (Βάρος δείγματος ιλύος(g)) Σχήμα 2.2.1: Καμπύλη ξήρανσης -ρυθμός μείωσης του βάρους κατά την απομάκρυνση του νερού. Με την πάροδο του χρόνου η μάζα μειώνεται με σταθερό ρυθμό, καθώς αφαιρείται το ελεύθερο νερό και μετά μειώνεται σε δύο στάδια κατά την απομάκρυνση του επιφανειακού και του νερού των μεσοδιαστημάτων. 2.2 Τα στερεά της ιλύος Τα στερεά που συνήθως βρίσκουμε στην ιλύ ενός αποβλήτου χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες: α) τα αιωρούμενα στερεά (S.S) β) τα διαλυμένα στερεά (D.S) Η ιλύ από τις Δεξαμενές Πρωτοβάθμιας Καθίζησης (ΔΠΚ) περιέχει 6-8% στερεά από τα οποία το 60-80% είναι πτητικά. Η ιλύ από τις Δεξαμενές Δευτεροβάθμιας Καθίζησης (ΔΤΚ) περιέχει 0.5-2.0 % στερεά από τα οποία 70-80 πτητικά. 11
2.3 Οργανικές ενώσεις που περιέχονται στην ιλύ Πέρα από το νερό και τα στερεά, ένα πλήθος άλλων ουσιών και ενώσεων εμφανίζονται στην ιλύ, επηρεάζοντας τη σύστασή της και τις ιδιότητές της. Έρευνες έδειξαν ότι πολλές από τις οργανικές ενώσεις που υπάρχουν στην ιλύ είναι αβλαβείς, εφόσον γίνει η επεξεργασία της υπό έλεγχο τηρώντας τα όρια ασφαλείας. Τέτοια όρια έχουν καθοριστεί και από την Ε.Ε με την οδηγία 86/278 του 1986, προστατεύοντας με αυτό τον τρόπο τόσο τον άνθρωπο όσο και το περιβάλλον, καθώς συχνά η ιλύς καταλήγει στο έδαφος ως βελτιωτικό. 2.4 Σύσταση της ιλύος Η ιλύς της A βάθμιας καθίζησης είναι συνήθως φαιόχρωμη, λιπαρή και έχει αποκρουστική οσμή. Η ιλύς Β βάθμιας καθίζησης είναι σκούρα καφέ με μορφή κροκίδων χωρίς οσμή αρχικά, αλλά σύντομα γίνεται σηπτική και δύσοσμη. Παρακάτω δίνονται στοιχεία για τα ποιοτικά χαρακτηριστικά της νωπής και χωνεμένης ιλύος. Συστατικά Νωπή 1βάθμια λάσπη Χωνευμένη λάσπη Διακύμανση Συνηθισμένο Διακύμανση Συνηθισμένο Ολικά ξερά υλικά, (TS), % 2,0-7,0 4,0 6,0-12,0 10,0 Πτητικά στερεά (VS, % 60-80 65 30-60 40 TS) Λίπη (%TS) (διαλυτά στον 6,0-30,0-5,0-2ό,0 - αιθέρα) Πρωτείνες (% TS) 20-30 25 15-20 18 Άζωτο (Ν, % TS) 1,5-4,0 2,5 1,6-6,0 3,0 Φωσφόρος (Ρ 2 Ο 5 % TS) 0,8-2,8 1,6 1,5-4,0 2,5 Κάλιο (Κ 2 Ο, % TS) 0,0-1,0 0,4 0,0-3,0 1,0 Κυτταρίνη (% TS) 8,0-15,0 10,0 8,0-15,0 10,0 Σίδηρος (%TS) (όχι σαν 2,0-4,0 2,5 3,0-8,0 4,0 θειούχος) Πυριτία (SiO 2, %, TS) 15,0-20,0-10,0-20,0 - ρη 5,0-8,0 6,0 6,5-7,5 7,0 Αλκαλικότητα (mg/l, 500-1500 600 2500-3500 3000 CaC0 3 ) Οργανικά οξέα (mg/l,hac) 200-2000 500 100-600 200 Θερμογόνος. ισχύς (kca/kg 3780-5560 4225* 1500-3780 2225**.Με. βάση 65% πτητικά στερεά.. Με βάση 40% πτητικά στερεά Πίνακας 2.5.1 Ποιοτικά χαρακτηριστικά της νωπής και χωνεμένης ιλύος. [4] 12
Πίνακας 2.5.2 Ποιοτικά χαρακτηριστικά της υλίως 13
2.5 Ποσότητες παραγόμενης ιλύος Η ποσότητα της ιλύος υπολογίζεται συνήθως με βάση τον αριθμό τον κατοίκων που εξυπηρετούνται από την ΕΕΛ. Η ποσότητα της ιλύος είναι τόσο μεγαλύτερη όσο πιο προωθημένη είναι η διαδικασία καθαρισμού. Οι ποσότητες ιλύος εξαρτώνται από την περιεκτικότητα της σε νερό. Οι υπό διαφορετικές συνθήκες αναμενόμενες ποσότητες ιλύος περιέχονται στους παρακάτω πίνακες. Διεργασία Διεργασία Λάσπη Δραστική λάσπη Ποσότητ α L/κατ. ημ Υγρασία % Στερεά % Α. Χαμηλού ρυθμού: Μίγμα 1βαθ&2βαθμιας 1.90 95.5 4.5 Β. Ψηλού ρυθμού: Μίγμα 1βαθ&2βαθμιας 1.60 95 5 Πίνακας 2.6.1 Αναμενόμενες ποσότητες ιλύος [4] ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Παραγόμενα περίσσεια στερεά kg/kg BOD 5 που απομακρύνεται Αφαιρούμενη συνήθως περίσσια ολική ιλύ g/κατ.(ξερή βάση) Συμβατική δραστική ιλύ 0.55-0.65 84-89 Παρατεταμένος αερισμός 0.12-0.16 30-40 Πίνακας 2.6.2 Παραγωγή και αφαίρεση περίσσιας ιλύος [4] 14
3. ΘΕΣΜΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ Η ανάλυση της υπάρχουσας νομοθεσίας σχετικά με τη διαχείριση, απόρριψη και ανακύκλωση ιλύος που γίνεται σε αυτή την ενότητα, δείχνει ότι οι προδιαγραφές και τα όρια εστιάζουν κυρίως στη χρήση ιλύος στη γεωργία, τόσο σε εθνικό όσο και σε Ευρωπαϊκό επίπεδο. Για την ώρα, άλλες χρήσεις ή τρόποι διάθεσης της ιλύος, εμπίπτουν σε πιο γενικές διατάξεις που σχετίζονται με την διαχείριση αποβλήτων. Στη συνέχεια παρατίθεται κατάλογος των Ευρωπαϊκών Οδηγιών που αφορούν τις λάσπες: 86/278/EE: σχετικά με την προστασία του περιβάλλοντος και ιδίως του εδάφους κατά τη χρησιμοποίηση της ιλύος από εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων στη γεωργία 91/271/EE: για την επεξεργασία των αστικών λυμάτων 91/676/EE: για την προστασία των νερών από τη ρύπανση των νιτρικών από γεωργικές χρήσεις 1999/31/EΕ: περί υγειονομικής ταφής των αποβλήτων 2003/33/EΕ: για τον καθορισμό κριτηρίων και διαδικασιών αποδοχής των αποβλήτων στους χώρους υγειονομικής ταφής σύμφωνα με το άρθρο 16 και το παράρτημα II της οδηγίας 1999/31/EC 2000/76/EΕ: για την αποτέφρωση των αποβλήτων Σε Εθνικό επίπεδο, η σχετική νομοθεσία έχει ενσωματώσει την 86/278 χωρίς τροποποιήσεις. Έχει γίνει μόνο προσθήκη ορίων για το χρώμιο: 500 mg/kg ξηρού για το Cr(Ιll) και 10 mg/kg ξηρού για το Cr(IV). Τα ελληνικά νομοθετήματα που σχετίζονται με τη λάσπη είναι: Κ.Υ.Α. 80568/4225/1991: για τη χρήση της ιλύος αποβλήτων στη γεωργία (ΦΕΚ 6641/91,07.08.91) Ν. 1650/86: για την προστασία του περιβάλλοντος Κ.Υ.Α. 82805/2224/93: για την αποφυγή ατμοσφαιρικής ρύπανσης από την αποτέφρωση αποβλήτων (ΦΕΚ 699/93) Κ.Υ.Α. 114218/97: Κατάρτιση πλαισίου Προδιαγραφών και γενικών προγραμμάτων διαχείρισης στερεών αποβλήτων (ΦΕΚ 1016/97) 15
Κ.Υ.Α. 29407/3508/2002: Μέτρα και όροι για την υγειονομική ταφή των αποβλήτων (ΦΕΚ 1572/02) Κ.Υ.Α. 50910/2727/2003: Μέτρα και όροι για την διαχείριση Στερεών Αποβλήτων. Εθνικός και Περιφερειακός Σχεδιασμός Διαχείρισης. (ΦΕΚ 1909/03) Η υγειονομική διάταξη ΕΙΒ 301/10-2-64 «περί συλλογής αποκομιδής και διαθέσεως απορριμμάτων». Ο Νόμος περί περιβάλλοντος 1650/86, ως και η Υπουργική Απόφαση της 9/7/86 ΦΕΚ 444 Β που υπογράφηκε για τη συμμόρφωση με την οδηγία 75/442/ΕΟΚ είναι το κύριο νομοθετικό πλαίσιο για τα στερεά απόβλητα.. 3.1 Νομοθεσία της Ευρωπαϊκής Ένωσης 1. Κοινοτική Οδηγία 86/278/ΕΟΚ/12.6.86 Σχετικά με την προστασία του περιβάλλοντος και ιδίως του εδάφους κατά τη χρησιμοποίηση της ιλύος εγκαταστάσεων καθαρισμού λυμάτων στη γεωργία. Η συγκεκριμένη οδηγία θέτει όρια συγκεντρώσεων 6 μετάλλων για τη χρησιμοποίηση της ιλύος στη γεωργία. Τα όρια αναφέρονται στην ιλύ και στο έδαφος και μετρούνται σε mg μετάλλου ανά Kg ξηράς ουσίας. Ορίζονται επίσης μέγιστες επιτρεπόμενες ταχύτητες εφαρμογής των μετάλλων στο γεωργικό έδαφος(kg/ha. έτος). Δεν ορίζονται τιμές για μικροβιολογικά όρια, αλλά ορίζονται ελάχιστοι χρόνοι μεταξύ εφαρμογής της ιλύος και συγκομιδής οπωροκηπευτικών και ζωοτροφών. Όμως με κάποιες εξαιρέσεις η ιλύς πρέπει να είναι επεξεργασμένη «ώστε να μειωθεί σημαντικά η ικανότητα της ζύμωση και ο κίνδυνος για την υγεία που προκαλεί η χρησιμοποίηση της». 2. Κοινοτική Οδηγία 91/156/ΕΟΚ/18.3.91 Για την τροποποίηση της οδηγίας 75/442/ΕΟΚ/ περί στερεών αποβλήτων. Σύμφωνα με την οδηγία για την επεξεργασία λυμάτων (91/271 EOK), η συλλογή και επεξεργασία των λυμάτων καθίσταται υποχρεωτική σε όλες τις χώρες της Ε.Ε. για οικισμούς μεγαλύτερους των 2.000 κατοίκων. Η συνολική παραγωγή ιλύος από ΕΕΛ στις χώρες της Ε.Ε., εκτιμάται σε 8,9 εκ. τόνους ξηρών στερεών για το έτος 2000 και θα αυξάνεται συνεχώς στα επόμενα 16
χρόνια. Η μεγαλύτερη αύξηση αναμένεται σε χώρες όπως η Ελλάδα, στις οποίες η επεξεργασία λυμάτων έχει αναπτυχθεί πρόσφατα και κατά συνέπεια διαπιστώνονται και οι μεγαλύτερες ελλείψεις στην επεξεργασία της ιλύος. Η πολιτική της Ευρωπαϊκής Ένωσης για τη διαχείριση των στερεών αποβλήτων, όπως εκφράζεται από την ισχύουσα και την υπό θέσπιση νομοθεσία, δίνει έμφαση στην αξιοποίηση των στερεών αποβλήτων (για την υποκατάσταση πρώτων υλών, καυσίμων, λιπασμάτων, κ.α.), ενώ υποδεικνύεται ότι η απόρριψη ταφή θα πρέπει να εξετάζεται ως εσχάτη λύση. Το άρθρο 3, παράγραφος 1 της Οδηγίας 94/3/ΕΚ της 20.12.1993 ορίζει ότι, τα κράτη μέλη πρέπει να λαμβάνουν τα ενδεδειγμένα μέτρα (α) κατά πρώτον για την πρόληψη ή τη μείωση της παραγωγής και της βλαπτικότητας των αποβλήτων και (β) την αξιοποίηση των αποβλήτων με ανακύκλωση, επαναχρησιμοποίηση ή ανάκτηση ή οποιαδήποτε άλλη ενέργεια που έχει στόχο την παραγωγή δευτερογενών πρώτων υλών ή την χρησιμοποίηση των αποβλήτων ως πηγή ενέργειας. Η Οδηγία 91/156/ΕΟΚ ορίζει με σαφήνεια τον όρο "απόβλητα". Δύο χρόνια αργότερα ακολούθησε ο ευρωπαϊκός κατάλογος απορριμμάτων (European Waste Catalogue, απόφαση 94/3/ΕΟΚ) κατόπιν σχετικής απαίτησης της 91/156. Τα είδη των στερεών αποβλήτων που αφορούν σε αποχετευτικά δίκτυα και εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων αναφέρονται στον παρακάτω πίνακα. 17
190000 Απόβλητα από εγκαταστάσεις επεξεργασίας στερεών απορριμμάτων, εγκαταστάσεις επεξεργασίας υγρών αποβλήτων και εγκαταστάσεων ύδρευσης 190800 Απόβλητα από εγκαταστάσεις επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, τα οποία δεν αναφέρονται σε άλλη θέσ 190801 Εσχαρίσματα 190802 Προϊόντα εξάμμωσης 190803 Λίπη και έλαια από διαχωριστές 190804 Ιλύς από την επεξεργασία βιομηχανικών υγρών αποβλήτων 190805 Ιλύς από την επεξεργασία αστικών λυμάτων 190806 Κορεσμένες ή χρησιμοποιημένες ρητίνες ιονανταλλακτικών στηλών 190807 Διαλύματα και ιλύς από την αναγέννηση ιονανταλλακτικών στηλών 190899 Απόβλητα που δεν αναφέρονται σε άλλη θέση 190900 Απόβλητα από εγκαταστάσεις επεξεργασίας πόσιμου νερού ή επεξεργασίας βιομηχανικού νερού 190901 Προϊόντα διήθησης και εσχαρισμού 190902 Ιλύς από διαύγαση 190903 Ιλύς από απομάκρυνση οργανικών 190904 Χρησιμοποιημένος ενεργός άνθρακας 190905 Κορεσμένες ή χρησιμοποιημένες ρητίνες ιονανταλλακτικών στηλών 190906 Διαλύματα και ιλύς από την αναγέννηση ιονανταλλακτικών στηλών 190999 Απόβλητα που δεν αναφέρονται σε άλλη θέση Πίνακας 3.1.1 Κωδικός στερεών αποβλήτων (European Waste Catalogue) από εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων και νερού 3. Οδηγία 99/31/ΕΚ Σύμφωνα με την Οδηγία 99/31/ΕΚ περί υγειονομικής ταφής αποβλήτων (Άρθρο 5 παράγραφος 2) ορίζεται ότι, όχι αργότερα από το 2006, τα βιοαποδομήσιμα αστικά απόβλητα που προορίζονται για Χ.Υ.Τ.Α. πρέπει να μειωθούν στο 75 % της συνολικής (κατά βάρος) ποσότητας των βιοαποδομήσιμων αστικών αποβλήτων που είχαν παραχθεί το 1995 ή το τελευταίο προ του 1995 έτος για το οποίο υπάρχουν διαθέσιμα τυποποιημένα στοιχεία της Eurostat. Επίσης, όχι αργότερα από το 2009, πρέπει να έχει επιτευχθεί μείωση στο 50% και όχι αργότερα από το 2016 η μείωση πρέπει να έχει φτάσει στο 35%. Επιπλέον, με εκ των προτέρων ενημέρωση της Επιτροπής, η επίτευξη των 18
παραπάνω στόχων μπορεί να αναβληθεί το πολύ για τέσσερα έτη, για τα κράτη μέλη τα οποία το 1995 ή το τελευταίο προ του 1995 έτος για το οποίο υπάρχουν διαθέσιμα τυποποιημένα στοιχεία της Eurostat, πραγματοποίησαν διάθεση άνω του 80% των αστικών τους αποβλήτων σε Χ.Υ.Τ.Α. 3.2 Ελληνική Νομοθεσία Εναρμόνιση Ελληνικού Δικαίου Το θεσμικό πλαίσιο για την διαχείριση των στερεών αποβλήτων στην χώρα μας, διαμορφώνεται κυρίως από την Κ.Υ.Α. 113944 και την Κ.Υ.Α. 1149218 (Φ.Ε.Κ.1016 τεύχος β/17-11-97). Σχετική είναι επίσης και η Κ.Υ.Α. 114218/27.10.1997 που αφορά τη διαχείριση στερεών αποβλήτων, καθώς και η Οδηγία 1999/31/ΕΟΚ της 26.4.1999 που αφορά τους όρους για τη διάθεση στερεών αποβλήτων σε Χ.Υ.Τ.Α. 1. ΚΥΑ 49541/1424/86 (ΦΕΚ 266Β/86) Στερεά απόβλητα σε συμμόρφωση με την οδηγία 75/442/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 15ης Ιουλίου 1975. 2. Κ.Υ.Α. 80568/4225, Φ.Ε.Κ. 641/Β/7-8-91 (Οδηγία 86/278/ΕΟΚ για χρήση της ιλύος στη γεωργία) Μέθοδοι, όροι και περιορισμοί για τη χρησιμοποίηση στη γεωργία της ιλύος που προέρχεται από επεξεργασία οικιακών και αστικών λυμάτων. Η απόφαση αυτή επιβάλλει εκτός των άλλων, την διενέργεια τακτικών χημικών αναλύσεων της ιλύος για την εξακρίβωση της περιεκτικότητας σε ξηρά ουσία, οργανικές ύλες, άζωτο, φώσφορο, της τιμής του ph και της πιθανής της επιβάρυνσης με βαρέα μέταλλα. Με την προϋπόθεση της συμμόρφωσης με την συγκεκριμένη απόφαση, η γεωργική χρησιμοποίηση της ιλύος των ελληνικών αστικών λυμάτων αποτελεί τη περισσότερο πρακτική και ρεαλιστική λύση, δεδομένου ότι αυτή περιέχει όχι ευκαταφρόνητα ποσά θρεπτικών στοιχείων. Προκειμένου όμως η ιλύς των αστικών λυμάτων να αξιοποιηθεί πραγματικά στη γεωργία χωρίς να υπάρχει κίνδυνος να προκληθούν δυσάρεστες επιπτώσεις στο περιβάλλον και στο καταναλωτικό κοινό των παραγομένων 19
με αυτό τον τρόπο γεωργικών προϊόντων, ενδείκνυται να έχουν προηγουμένως εξασφαλιστεί οι επιθυμητοί χαρακτήρες της πλήρους υγειονομικής και της ενδεδειγμένης σταθεροποίησης αυτής. Από το 1986, η διαχείριση της ιλύος στην Ε.Ε. διέπεται από τους κανόνες που θεσπίστηκαν με την Οδηγία 86/278/ΕΟΚ. Η οδηγία θέτει προϋποθέσεις που αφορούν στην ποιότητα της ιλύος, τους επιτρεπόμενους ρυθμούς εφαρμογής και τα είδη καλλιεργειών για την εφαρμογή της ιλύος σε αγροτικές καλλιέργειες. Ήδη βρίσκεται σε εξέλιξη η διαδικασία για την αναθεώρηση της συγκεκριμένης οδηγίας και έχει δημοσιευθεί το 3ο σχέδιο για την τροποποίησή της. Η πολιτική της Ευρωπαϊκής Ένωσης, όπως αυτή εκφράζεται μέσω της οδηγίας, έχει σκοπό τον έλεγχο των ουσιών, οι οποίες εγκυμονούν πιθανούς κινδύνους για την υγεία των ανθρώπων και είναι ανεπιθύμητες σε υψηλές συγκεντρώσεις. Οι ουσίες αυτές είναι κυρίως τα βαρέα μέταλλα, ενώ τα τελευταία χρόνια έχουν αποκτήσει μεγαλύτερη σημασία και οι οργανικοί μικρο-ρυπαντές καθότι έχει αποδειχθεί η τοξικότητά τους. Η Γερμανία πρώτη, το 1992, εισήγαγε κανονισμούς στην εθνική νομοθεσία σχετικά με τις οργανικές ουσίες στην ιλύ ενώ ακολούθησαν και άλλες ευρωπαϊκές χώρες. Καθοριστικής σημασίας είναι η ταυτόχρονη εξέλιξη των ευρωπαϊκών και εθνικών οδηγιών που αφορούν στη συλλογή και επεξεργασία των λυμάτων και ειδικά αυτές που αναφέρονται στον συνεπή έλεγχο των βιομηχανικών υγρών αποβλήτων και οδηγούν σε συνεχή βελτίωση των χαρακτηριστικών της ιλύος. Τα όρια για τα βαρέα μέταλλα που έχουν θεσπισθεί με την Οδηγία 86/278/ΕΟΚ (ΚΥΑ 80568/4225, ΦΕΚ 641/Β/7-8-91) περί χρήσης ιλύος καθαρισμού λυμάτων στη γεωργία, καθώς και πως αυτά διαμορφώνονται με το 3ο Σχέδιο για την τροποποίηση της Οδηγίας, παρατίθενται στον επόμενο πίνακα. 20
Παράμετρος (mg/kgts) Ενδεικτικές συγκεντρώσεις στην ιλύ Οδηγία 86/278/ΕΚ ΚΥΑ 80568/4225 ΦΕΚ 641/Β/7-8-91 Σχέδιο Οδηγίας Ε.Ε. (Ιαν. 2001) Άμεσα 2015 2025 Pb 264 750 1200 750 500 200 Cd 1,6 20-40 10 5 Cr * 981 500 1000 800 600 Cu 327 1000 1750 1000 800 600 Ni 228 300 400 300 200 100 Hg 7 16 25 10 5 2 Zn 4140 2500-4000 2500 2000 1500 *ΚΥΑ 80568/4225 (ΦΕΚ 641/Β/7-8-91) Πίνακας 3.2.1 Οριακές συγκεντρώσεις βαρέων μέταλλων στην ιλύ για χρήση στη γεωργία (mg/kgds) Τα όρια για τις συγκεντρώσεις οργανικών ενώσεων και διοξινών στην ιλύ που προορίζεται για γεωργική χρήση που προτείνονται με το 3ο Σχέδιο τροποποίησης της Οδηγίας 86/278/ΕΟΚ αναφέρονται στον Πίνακα. Οργανικές ενώσεις Όρια τιμών (mg/kg ξηράς ουσίας) AOX 500 LAS 2600 DEHP 100 NPE 50 PAH 6 PCB 0,8 Διοξίνες) Όρια τιμών (ng TE/kg dm PCDD/F 100 Πίνακας 3.2.2. Όρια για τις συγκεντρώσεις οργανικών ενώσεων και διοξινών στην ιλύ που προορίζεται για γεωργική χρήση 21
Οι οργανικοί ρυπαντές, στην ιλύ, θεωρείται ότι αποτελούν μικρότερο κίνδυνο για την ανθρώπινη υγεία συγκριτικά με τα βαρέα μέταλλα, όταν η ιλύς επαναχρησιμοποιείται στη γεωργία. Η παρουσία οργανικών ρυπαντών όπως οι διοξίνες και τα PCBs στις γεωργικές καλλιέργειες, προέρχεται κυρίως από την ατμοσφαιρική ρύπανση και όχι από την απορρόφηση των ουσιών αυτών από το έδαφος. Σε αρκετές μελέτες και έρευνες (π.χ. «Οργανικοί ρυπαντές ιλύος λυμάτων για γεωργική χρήση», Οκτ. 2001) αναφέρεται ότι τα όρια που προτείνονται (και ειδικότερα για AOX, PCB και PCDD/F) από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή, δεν δικαιολογούνται βάσει τοξικολογικών επιπτώσεων και έχουν οριστεί αυθαίρετα, ενώ εκτιμάται ότι στις περισσότερες χώρες της Ε.Ε., οι συγκεντρώσεις στην ιλύ των οργανικών μικρορυπαντών θα ξεπερνούν τα προτεινόμενα από το Σχέδιο Οδηγίας όρια, με αποτέλεσμα να περιορίζονται σημαντικά οι δυνατότητες για γεωργική αξιοποίηση της ιλύος. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι, το Γερμανικό Υπουργείο Περιβάλλοντος θεώρησε απαραίτητη την εισαγωγή οριακών τιμών μόνο για τους οργανικούς ρυπαντές PCDD/F, PCB και AOX. Σημειώνεται ότι τα όρια που έχουν τεθεί από τις περισσότερες ευρωπαϊκές χώρες αφορούν αποκλειστικά στα βαρέα μέταλλα και συγκεκριμένα στο μόλυβδο, κάδμιο, χρώμιο, χαλκό, νικέλιο, υδράργυρο και ψευδάργυρο. Σε ορισμένες μόνο χώρες αναφέρονται όρια για το αρσενικό, σελήνιο, φθόριο, κοβάλτιο, μολυβδαίνιο και θάλιο. Σήμερα, οι συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων στην ιλύ στις περισσότερες ευρωπαϊκές χώρες έχουν πτωτική τάση και είναι σημαντικά χαμηλότερες τιμές. Η οδηγία 86/278/ΕΟΚ δεν περιέχει κανονισμούς όσο αφορά την περιεκτικότητα σε παθογόνους μικροοργανισμούς της ιλύος που προορίζεται για γεωργική χρήση. Όμως, πολλές ευρωπαϊκές χώρες έχουν συμπεριλάβει 22
σχετικούς κανονισμούς στην εθνική νομοθεσία ώστε να μειωθούν οι πιθανότητες μόλυνσης από παθογόνους μικροοργανισμούς. Στο 3ο Σχέδιο της Οδηγίας 86/278/ΕΟΚ (27 Απριλίου 2000), αναφέρεται ότι είναι αναγκαίο η ιλύς να υφίσταται επεξεργασία, έτσι ώστε να μειώνεται η πιθανότητα διάδοσης παθογόνων οργανισμών στο περιβάλλον.. 23
4. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΙΛΥΟΣ Τα συστατικά τα οποία απομακρύνονται μέσω της επεξεργασίας σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων περιλαμβάνουν κοσκινίσματα, άμμο, ακάθαρτους αφρούς και ιλύ. Όπως προαναφέρθηκε, η προκύπτουσα ιλύ από την επεξεργασία των λυμάτων είναι συνήθως σε μορφή υγρού ή ημι-στερεού υγρού, το οποίο συνήθως περιλαμβάνει 0.12%-12% στερεές ουσίες σε βάρος, ανάλογα με τις διαδικασίες καθαρισμού που έχουν προηγηθεί. Από τα συστατικά που απομακρύνονται με την επεξεργασία, η ιλύς έχει τον μεγαλύτερο όγκο, και η επεξεργασία και διάθεσή της είναι ίσως το σημαντικότερο πρόβλημα που αντιμετωπίζει ο μηχανικός που απασχολείται στην επεξεργασία λυμάτων. Τα προβλήματα διαχείρισης ιλύος είναι πολύπλοκα, για τους ακόλουθους λόγους: Η ιλύ αποτελείται σε μεγάλο βαθμό από εκείνες τις ουσίες που είναι υπεύθυνες για τον ενοχλητικό χαρακτήρα των λυμάτων που δεν έχουν τεθεί υπό επεξεργασία. Το ποσοστό της ιλύος που προκύπτει από το βιολογικό καθαρισμό και απαιτείται να διατεθεί, αποτελείται από την οργανική ύλη που περιέχεται στα λύματα, αλλά σε άλλη μορφή, η οποία μπορεί να αποσυντεθεί και να καταστεί οσμηρή. Μόνο ένα μικρό μέρος της ιλύος είναι στερεές ουσίες. Στο κεφάλαιο αυτό θα παρουσιαστούν τα σημεία παραγωγής ιλύος στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας αποβλήτων και θα αναλυθούν οι διαδικασίες που χρησιμοποιούνται, ώστε: Να μειωθεί η υγρασία και το οργανικό περιεχόμενο της ιλύς Να καταστεί κατάλληλη για τελική διάθεση ή επαναχρησιμοποίηση. 24
4.1 Εγκαταστάσεις επεξεργασίας υγρών αποβλήτων - Σημεία παραγωγής ιλύος Οι πηγές των στερεών σε μία εγκατάσταση επεξεργασίας, διαφέρουν ανάλογα με τον τύπο της εγκατάστασης και τις τεχνολογίες και μεθόδους που χρησιμοποιούνται. Όλες οι μονάδες επεξεργασίας ιλύος αποτελούν τμήματα των Εγκαταστάσεων Επεξεργασίας Λυμάτων - Υγρών Αποβλήτων (ΕΕΛΥΑ). Στις εγκαταστάσεις αυτές με φυσικές, χημικές και βιοχημικές διαδικασίες, δεσμεύονται τα ρυπαντικά φορτία των λυμάτων ή μετατρέπονται σε αβλαβή τελικά προϊόντα. Η επεξεργασία των λυμάτων πόλεων αναλόγως των περιεχόμενων ρυπαντικών ουσιών περιλαμβάνει τα ακόλουθα 3 στάδια : Μηχανικός καθαρισμός (ή πρωτοβάθμιος) Σκοπός του μηχανικού σταδίου καθαρισμού είναι η απομάκρυνση των ευμεγέθων αιωρούμενων στερεών με σχάρες, η απομάκρυνση των λεπτότερων με καθαρισμό με κόσκινα, η απομάκρυνση των κοκκωδών στερεών υλικών (άμμος, κλπ) στους αμμοσυλλέκτες, η απομάκρυνση των επιπλέοντων υλικών (λίπη, έλαια, κλπ) στις διατάξεις συγκράτησης και τέλος η απομάκρυνση των αιωρούμενων υλικών στις δεξαμενές πρωτοβάθμιας καθίζησης. Ο βαθμός απόδοσης αυτού του σταδίου αναφορικά με το BOD είναι της τάξης των 30-35%. Βιολογικός καθαρισμός (ή δευτεροβάθμιος) Σκοπός του βιολογικού σταδίου είναι η απομάκρυνση του οργανικού φορτίου των λυμάτων με την βοήθεια των κατάλληλων μικροοργανισμών. Η απόδοση στο βιολογικό στάδιο επεξεργασίας κυμαίνεται μεταξύ 70-95% και εξαρτάται από την εφαρμοζόμενη μέθοδο βιολογικού καθαρισμού. Τα λύματα αφού υποστούν την μηχανική και βιολογική επεξεργασία θα πρέπει να είναι απαλλαγμένα από το οργανικό φορτίο που περιείχαν. 25
Φυσικοχημικός καθαρισμός (ή τριτοβάθμιος) Σκοπός του τριτοβάθμιου καθαρισμού είναι η επιπλέον βελτίωση των ποιοτικών χαρακτηριστικών των επεξεργασμένων λυμάτων. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με φυσικές μεθόδους (διήθηση, κ.λ.π.) ή με χημικές (κροκίδωση, κ.λ.π.). Μια τυπική παραγωγική διαδικασία της επεξεργασίας υγρών αποβλήτων όπου φαίνονται και τα σημεία παραγωγής ιλύος απεικονίζεται στο παρακάτω Σχήμα. Σχήμα 4.1.1 Τυπική παραγωγική διαδικασία επεξεργασίας υγρών αποβλήτων και τα σημεία παραγωγής ιλύος Στο σχήμα 4.1.2 που ακολουθεί δίνεται ένα τυπικό διαγράμματα ροής επεξεργασίας υγρών αστικών αποβλήτων και ιλύος. 26
Σχήμα 4.1.2 Τυπικό διάγραμμα επεξεργασίας λυμάτων (Πηγή: http://www.oroloma.org/resources/treatmentdiagram/diagram.html) 27
Συνοψίζοντας τα παραπάνω οι κύριες πηγές στερεών και ιλύος, και η κατηγοριοποίησή τους εμφανίζεται στον πίνακα που ακολουθεί: Διαδικασία Τύπος στερεών ή ιλύος Εσχάρωση Τραχιά στερεά Απομάκρυνση άμμου Άμμος και αφροί ακάθαρτοι Προ-αερισμός Άμμος και αφροί ακάθαρτοι Πρωτοβάθμια καθίζηση Πρωτογενής ιλύ και αφροί Βιολογική επεξεργασία Αιωρούμενα σωματίδια Δευτεροβάθμια καθίζηση Δευτερογενής ιλύ και αφροί Εγκαταστάσεις επεξεργασίας ιλύος Ιλύ, κομπόστα και στάχτες Πίνακας 4.1.1 Πηγές στερεών και ιλύος σε Ε.Ε.Λ. [8] 4.2 Επεξεργασίας ιλύος Η ιλύς, όπως αποβάλλεται από τα διάφορα στάδια έχει μεγάλη περιεκτικότητα σε νερό και παθογόνους μικροοργανισμούς. Σε περιπτώσεις όπου η μονάδα επεξεργασίας δέχεται υγρά απόβλητα βιομηχανιών - βιοτεχνιών η περίσσια ιλύς φέρει διάφορες προσμίξεις και είναι σε υψηλό βαθμό μολυσμένη. Οι γενικοί στόχοι επεξεργασίας της ιλύος είναι: η μείωση του όγκου της και η βιοχημική σταθεροποίηση και μετατροπή της σε βιολογικά σταθερή (αδρανή) μάζα. Οι διαδικασίες που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία και διάθεση της ιλύος, παρατίθενται στον πίνακα 4.2.1. 28
Μονάδα λειτουργίας / μέθοδος επεξεργασίας Συμπύκνωση: Συμπύκνωση βαρύτητας Συμπύκνωση επίπλευσης Φυγοκέντρηση Συμπύκνωση με ταινίες βαρύτητας Συμπύκνωση με περιστρεφόμενο βυτίο Σταθεροποίηση: Εξισορρόπηση ασβέστου Θερμική επεξεργασία Αναερόβια χώνευση Αερόβια χώνευση Κομποστοποίηση Βελτίωση: Χημική βελτίωση Θερμική επεξεργασία Απολύμανση: Παστεριοποίηση Αποθήκευση μακράς διαρκείας Αφυδάτωση: Φίλτρο κενού Φυγόκεντρος Ταινιοφιλτρόπρεσσα Φιλτρόπρεσσα Κλίνες ξηράνσεως ιλύος Τάφροι οξείδωσης Θερμική ξήρανση Θερμική μείωση Λειτουργία Μείωση όγκου Μείωση όγκου Μείωση όγκου Μείωση όγκου Μείωση όγκου Σταθεροποίηση Σταθεροποίηση Σταθεροποίηση, μείωση όγκου Σταθεροποίηση, μείωση όγκου Σταθεροποίηση, ανάκτηση προϊόντος Βελτίωση ιλύος Βελτίωση ιλύος Απολύμανση Απολύμανση Μείωση όγκου Μείωση όγκου Μείωση όγκου Μείωση όγκου Μείωση όγκου Αποθήκευση, μείωση όγκου Μείωση βάρους και όγκου Μείωση όγκου Τελική διάθεση Διάθεση στο έδαφος Διανομή Χημική στερεώση Χώροι ταφής / ελεγχόμενης διάθεσης Τάφροι οξείδωσης Τελική διάθεση Ωφελιμιστική χρήση Ωφελιμιστική χρήση, τελική διάθεση Τελική διάθεση Μείωση όγκου, τελική διάθεση ΠΙΝΑΚΑΣ 4.2.1 Διαδικασίες επεξεργασίας και διάθεσης ιλύος [8] 29
Διακρίνονται κατά σειρά τα ακόλουθα στάδια - διεργασίες: 1. Πάχυνση (Συµπύκνωση) 2. Βιολογική χώνευση -αερόβια -αναερόβια 3. Βελτίωση -χημική βελτίωση -θερμική επεξεργασία (αποστείρωση) 4. Αφυδάτωση 5. Διάθεση Από τις παραπάνω επεξεργασίες η συμπύκνωση, η βελτίωση και η αφυδάτωση αποβλέπουν στην απομάκρυνση μέρους του νερού, ενώ η χώνευση, καύση και υγρή οξείδωση στην αποδόμηση των οργανικών ουσιών. Οι δυνατές τεχνολογίες επεξεργασίας της ιλύος που προέρχονται από πρωτοβάθμια και περίσσεια ή απομακρυνόμενη δευτεροβάθμια, δίνονται συνοπτικά στο παρακάτω διάγραμμα. Οι τεχνολογίες που τελικά ακολουθούνται στο σχεδιασμό μιας ΕΕΛ εξαρτάται από την σύσταση και ποσότητα της ιλύος. 30
Σχήμα 4.2.1 Διάγραμμα ροής επεξεργασίας ιλύος. 4.2.1 Μέθοδοι Προεπεξεργασίας Ιλύος Η προεπεξεργασία της ιλύος είναι αναγκαία ορισμένες φορές γιατί εξασφαλίζει ομογενή και σταθερή παροχή στην περαιτέρω επεξεργασία. Οι μέθοδοι προεπεξεργασίας της ιλύος είναι οι εξής: Άλεσμα: είναι η διαδικασία κατά την οποία τα μεγάλα στερεά τεμάχια αλέθονται- τεμαχίζονται έτσι ώστε να αποφεύγεται η έμφραξη και οι βλάβες στα μηχανήματα επεξεργασίας (πχ αντλίες, φυγοκεντρητές, ταινιοφιλτρόπρεσες κλπ.) ενώ καθιστά αποδοτικότερη την οξείδωση με χλώριο των σωματιδίων της ιλύος. 31
Εξάμμωση: η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται σε Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων όπου δεν χρησιμοποιούνται χωριστοί εξαμμωτές πριν τη πρωτοβάθμια καθίζηση ή απλά δεν επαρκούν στις ώρες αιχμής. Μια από τις πιο διαδεδομένες μεθόδους εξάμμωσης είναι η φυγοκέντρηση σε κυκλώνες εξάμμωσης όπου λόγω βαρύτητας διαχωρίζεται η ιλύ από τα βαρύτερα σωματίδια. Ανάμιξη: έχει ως στόχο τη δημιουργία ενός ομοιόμορφου μίγματος ώστε να είναι αποδοτικές οι περαιτέρω μέθοδοι επεξεργασίας της ιλύος. Οι τρόποι ανάμιξης είναι: Δεξαμενές πρωτοβάθμιας καθίζησης, στις δεξαμενές αυτές είναι δυνατή η ανάμιξη η ανάμιξη α βάθμιων με β βάθμιες και γ βάθμιες ιλύες και να καθιζάνουν. Σε αγωγούς, πρέπει να γίνεται πολύ προσεκτικά αυτού του είδους η ανάμιξη γιατί υπάρχει η πιθανότητα να παρατηρηθούν σημαντικές διακυμάνσεις στη σύσταση της ιλύος Σε μονάδες επεξεργασίας της ιλύος με μεγάλο χρόνο παραμονής, ομοιόμορφη ανάμιξη μπορεί να επιτευχθεί σε αερόβιους και αναερόβιους χωνευτές πλήρους ανάμιξης. Σε ξεχωριστή δεξαμενή ανάμιξης, αυτή είναι η καλύτερη δυνατή λύση αφού υπάρχει η δυνατότητα ελέγχου της ποιότητας της ιλύος. Η αποθήκευση, έχει ως κύριο σκοπό την εξομάλυνση μεταξύ συνεχούς παραγωγής ιλύος και διακοπτόμενης διάθεσης καθώς και σε περιόδους που οι μονάδες επεξεργασίας δεν λειτουργούν κανονικά (σαββατοκύριακα, απρόβλεπτες βλάβες κτλ). Η αποθήκευση είναι ιδιαίτερα σημαντική ώστε να υπάρχει ομοιόμορφη τροφοδοσία στις διεργασίες όπως σταθεροποίηση με ασβέστη, θερμική επεξεργασία, μηχανική αφυδάτωση, ξήρανση και θερμική μείωση. Πιθανά προβλήματα που μπορεί να προκύψουν είναι η υποβάθμιση της ποιότητάς της ενώ δυσχεραίνεται η αφυδάτωσή της και υπάρχει πιθανότητα σήψης. Η ιλύ αποθηκεύεται συνήθως στις δεξαμενές καθίζησης και στους χωνευτές ή σε μεγάλες ΕΕΛ σε ξεχωριστές δεξαμενές ανάμιξης και αποθήκευσης. 32
4.2.2 Πάχυνση ιλύος Η πρωταρχική και απλούστερη μέθοδος συμπύκνωσης της ιλύος είναι η πάχυνση. Είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιείται για τη μείωση της ογκομετρικής φόρτισης και την αύξηση της απόδοσης των κατάντη διεργασιών επεξεργασίας της ιλύος. Με την μείωση του όγκου της ιλύος επιτυγχάνεται η μείωση των όγκων των εγκαταστάσεων που ακολουθούν, της ποσότητας των χημικών για τη προεπεξεργασία της αφυδάτωσης, καθώς και της απαιτούμενης θερμότητας για τους χωνευτές, όταν απαιτείται η χώνευση της. Η μείωση του όγκου είναι ιδιαίτερα σημαντική παράμετρος όταν η υγρή ιλύς μεταφέρεται με βυτιοφόρα για τελική διάθεση. Οι μέθοδοι με τις οποίες επιτυγχάνεται η πάχυνση είναι: Πάχυνση με βαρύτητα κατά την οποία σε κυκλικό συνήθως παχυντή η ιλύ αναμιγνύεται ελαφρά ενώ ειδικές κατακόρυφες ράβδοι ή το δικτύωμα ενός σαρώθρου ανοίγει κενά. Τα κενά διευκολύνουν την έξοδο των υγρών ενώ η ιλύ καθιζάνει και συλλέγεται από τον πυθμένα του παχυντή. Πάχυνση με επίπλευση, η οποία δύναται να διαχωριστεί σε τρεις υποκατηγορίες: επίπλευση με διαλυμένο αέρα, επίπλευση κενού και επίπλευση με διασπορά αέρα. Η πάχυνση με επίπλευση είναι πιο αποδοτική για λάσπες με κολλοειδή χαρακτήρα, όπως η περίσσεια ιλύος από συστήματα αιωρούμενης ανάπτυξης. Η επίπλευση δεν χρησιμοποιείται λόγω υψηλού κόστους, όταν μπορεί εύκολα να πραγματοποιηθεί καθίζηση λόγω βαρύτητας. Πάχυνση με μηχανικά μέσα. Οι παχυντές αυτού του τύπου χρησιμοποιούν την φυγοκέντρηση για την πάχυνση και την αφυδάτωση. Δύο βασικοί τύποι είναι α) ο φυγόκεντρος κυλινδρικού θαλάμου και β) ο φυγόκεντρος τύπου κάδου. Η διαδικασία της φυγοκέντρησης είναι απλή και σχετικά οικονομική ενώ είναι ευέλικτη αφού υπάρχει η δυνατότητα ρύθμισης της ταχύτητας περιστροφής και του όγκου του κυλίνδρου. Μειονέκτημα της μεθόδου είναι ότι το υγρό 33
που διαχωρίζεται περιέχει πολλά λεπτά μη καθιζάνοντα στερεά που επιβαρύνουν τη τελική εκροή ενώ το κόστος συντήρησης και λειτουργίας είναι σημαντικό. Σχήμα. 4.2.2.1 Παχυντής βαρύτητας συνεχούς ροής Σχήμα 4.2.2.2 Μηχανική Συμπύκνωση Βαρύτητας (Πηγή: http://web.deu.edu.tr) 34
Σχήμα. 4.2.2.3 Παχυντής βαρύτητας Σχήμα 4.2.2.4 Συμπύκνωση με επίπλευση(πηγή: http://web.deu.edu.tr) 35
4.2.3 Σταθεροποίηση της Ιλύος Σκοπός της σταθεροποίησης της ιλύος είναι η μείωση των παθογόνων οργανισμών, των οσμών καθώς και ελαχιστοποίηση της σήψης και βελτίωση των χαρακτηριστικών κροκίδωσης της ιλύος ώστε να βελτιωθεί η περαιτέρω αφυδάτωση και μείωση του όγκου της. Η επίτευξη αυτών των στόχων γίνεται κυρίως με τη μείωση των πτητικών οργανικών συστατικών της ιλύος ενώ παράλληλα μειώνεται και η ποσότητα των στερεών. Η σταθεροποίηση επιτυγχάνεται ως εξής: 1. Με την αναερόβια ή την αερόβια χώνευση. Η αερόβια χώνευση επικρατεί σε μέσου μεγέθους πόλεις (20-50.000 κάτοικοι), ενώ η αναερόβια εμφανίζεται στους 50.000 κατοίκους και υπερισχύει σε πόλεις πάνω από 100.000 κατοίκους. 2. Με προσθήκη χημικών-κροκιδωτικών 3. Με προσθήκη χημικών-οξειδωτικών 4. Με παστερίωση εν θερμώ. Οι τελευταίες μέθοδοι δεν βρίσκουν ευρεία εφαρμογή και έχουν υψηλό κόστος λειτουργίας. Μετά την σταθεροποίηση μπορεί να επιτυγχάνεται με απλή διάταξη καθίζησης, μικρή μείωση του όγκου της ιλύος. Σχήμα 4.2.3.1. Διάταξη θερμαινόμενης δεξαμενής χώνευσης ιλύος 1. Παχυντής. 2. Αντλιοστάσιο. 3. Αντλία επανακυκλοφορίας. 4. Μίκτης ιλύος. 5. Εναλλάκτης θερμότητας. 6. Σωληνώσεις. 7. Σωληνώσεις με κινητό κατά ύψος στόμιο εισροής. 8. Σωληνώσεις. 9. Σωληνώσεις. 10. Σωληνώσεις εξόδου αδρανοποιηθείσης ιλύος. 11. Σωληνώσεις 12. Σωληνώσεις απομάκρυνσης επιπολαζόντων υγρών. 13. Σωληνώσεις απομάκρυνσης βιοαερίου. 14. Καυστήρας 36
Σχήμα 4.2.3.2 Αναερόβιος χωνευτής (Πηγή:http://www.bioplexltd.com/andigestion.shtml) Σχήμα 4.2.3.3 Αναερόβιος χωνευτή & Αεροφυλάκιο για βιοαερίο 37
4.2.4 Αφυδάτωση Ιλύος Η αφυδάτωση είναι μια επεξεργασία η οποία χρησιμοποιείται για την τη μείωση της υγρασίας της ιλύος με στόχο: Την σημαντική ελάττωση του κόστους της μεταφοράς της ιλύος στον τόπο τελικής διάθεσης Την διευκόλυνση της διαχείρισης της ιλύος, σε σχέση με αυτήν την που έχει μόνο απλός συμπυκνωθεί. Την βελτίωση της απόδοσης των εγκαταστάσεων καύσης ή κομποστοποίησης όταν επιλέγεται η περαιτέρω επεξεργασία της ιλύος. Την μείωση του ποσοστού των διασταλλαζόντων υγρών παράγονται κατά την διάθεση της ιλύος στους ΧΥΤΑ Οι μέθοδοι ξήρανσης είναι οι ακόλουθες: Φυσικές μέθοδοι: επιτυγχάνουν αφυδάτωση με φυσική εξάτμιση ή διήθηση και γίνεται σε: o κλίνες ξήρανσης o τάφρους οξείδωσης Μηχανικές μέθοδοι: αυτές επιτυγχάνουν αφυδάτωση με διάφορα μηχανικά μέσα και η ξήρανση του υλικού γίνεται με o ξηραντήρα τύπου οριζόντιου περιστρεφόμενου τυμπάνου o ξηραντήρα κλειστού τύπου ταινίας Στις μηχανικές μεθόδους αναφέρονται και οι θερμικές μέθοδοι: προϋποθέτουν την εφαρμογή θερμότητας για την αφαίρεση του νερού από την ιλύ και η ξήρανση του υλικού γίνεται με o άμεσους θερμικούς ξηραντές o ξηραντές τύπου απότομης ξήρανσης o ξηραντές τύπου περιστρεφόμενου τύμπανου o έμμεσους θερμικούς ξηραντές o ξηραντές τύπου κοίλων δίσκων ή αναδευτήρων o ξηραντές τύπου μηχανικής επανασυμπίεσης του ατμού o ξηραντές τύπου ρευστοποιημένης κλίνης 38
Η επιλογή μεταξύ των διαφόρων συστημάτων και φάσεων επεξεργασίας της ιλύος είναι πολύπλοκη. Η κάθε μέθοδος έχει τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της, τα οποία πρέπει να συνεκτιμηθούν προκειμένου να γίνει σωστή επιλογή. Συνήθως σε μικρότερες εγκαταστάσεις όπου δεν υπάρχει πρόβλημα χώρου, χρησιμοποιούνται φυσικές μέθοδοι. Αντίθετα, σε μεγάλες εγκαταστάσεις ή σε εγκαταστάσεις με πρόβλημα χώρου, χρησιμοποιούνται συνήθως μηχανικά μέσα αφυδάτωσης. Στη συνέχεια παρουσιάζονται κάποιες από τις βασικές μεθόδους αφυδάτωσης ιλύος που χρησιμοποιούνται 4.2.4.1 Φυσικές μέθοδοι ξήρανσης Α. Kλίνες ξήρανσης Οι κλίνες (ή και αμμοκλίνες) ξήρανσης συγκαταλέγονται μεταξύ των παλαιότερων μεθόδων που χρησιμοποιήθηκαν στο παρελθόν για την αφυδάτωση της χωνευμένης ιλύος και συνεχίζουν να χρησιμοποιούνται σε μικρές και μεσαίες Ε.Ε.Λ. (με ισοδύναμο πληθυσμό εξυπηρέτησης ως και 30.000 κατοίκους), παρότι απαιτούν χειρωνακτική εργασία και έκταση. Η αφυδατωμένη ιλύς έχει τραχεία ρηγματωμένη επιφάνεια και είναι μαύρη ή καφέ σκούρα. Αφαιρείται συνήθως χειρωνακτικά με κατάλληλα εργαλεία (τσουγκράνες). 39
Σχήμα 4.2.4.1.1 Τυπική μορφή αμμοκλίνης (εγκάρσια τομή) Σχήμα 4.2.4.1.2 Κλίνες ξήρανσης (Πηγή: ttp://www.mwpca.org/millbury.htm) 40
Στις μεγαλύτερες μονάδες εφαρμόζεται μηχανική συλλογή με ειδικό ξέστρο που κινείται πάνω σε διαχωριστικά τοιχώματα. Η μηχανική συλλογή πλεονεκτεί, διότι μπορεί να μαζέψει το επιφανειακό ξερό cake και να διευκολύνει την εξάτμιση του υποκείμενου υγρού στρώματος. Τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της αφυδάτωσης σε κλίνες ξήρανσης συνοψίζονται σε: Πλεονεκτήματα: χαμηλό κόστος κατασκευής ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας μικρές λειτουργικές δαπάνες απαίτηση μη ειδικευμένου προσωπικού για τη λειτουργία τους δεν απαιτείται η χρήση χημικών βελτιωμένη ποιότητα αφυδατωμένης ιλύος Μειονεκτήματα: Η απόδοση εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις καιρικές συνθήκες (βροχή, παγετός) πιθανότητα δημιουργίας κακοσμίας, όταν η ιλύς δεν είναι καλά σταθεροποιημένη. (η καλά χωνεμένη ιλύς δεν δημιουργεί προβλήματα δυσοσμίας, όταν διασκορπιστεί στην αμμοκλίνη. Για λόγους ασφαλείας όμως απαιτούνται ζώνες διαχωρισμού από τουλάχιστον 100m [4]. Στην Ελλάδα βρίσκουν εφαρμογή σε πολλές, συνήθως, μικρές εγκαταστάσεις. Οι βασικοί μηχανισμοί αφυδάτωσης στις κλίνες ξήρανσης είναι : 1. διήθηση του υγρού (νερού) της ιλύος μέσα στις κλίνες από στρώματα άμμου, που διαρκεί περίπου 1-3 ημέρες και έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση των στερεών 15-25%. Η διήθηση εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της ιλύος και κυρίως τη συγκέντρωσή της. [7] 2. εξάτμιση του νερού και ξήρανση της ιλύος μέχρι 10-12 ημέρες περίπου, με αποτέλεσμα την αύξηση των στερεών στην ιλύ περισσότερο από 40%. Σ αυτό το στάδιο γίνεται η απομάκρυνση κυρίως του νερού από την ιλύ, που βρίσκεται σ αυτή, με τη μορφή υγρασίας. 41
Η διαδικασία της εξάτμισης γίνεται με ρυθμό αργότερο απ αυτόν της διήθησης και εξαρτάται από τη θερμοκρασία, τη σχετική υγρασία και την ταχύτητα των ανέμων της περιοχής [7] Η εξάτμιση είναι μεγαλύτερη όσο μεγαλύτερη είναι η ελεύθερη επιφάνεια της ιλύος, (μικρότερο πάχος στρώματος για δεδομένο όγκο). Εξάτμιση (με διαφορετικό ρυθμό) παρατηρείται σε όλες τις θερμοκρασίες. Αν όμως ο χώρος είναι περιορισμένος, περιορίζεται μόλις σχηματιστεί σ αυτόν κορεσμένη υγρασία. Αν ο χώρος είναι απεριόριστος, συνεχίζεται θεωρητικά έως ότου εξαντληθεί εντελώς η υγρασία της ιλύος. Η ιλύς κατανέμεται ομοιόμορφα για την αποξήρανσή της σε επιφάνειες ορθογωνικής κάτοψης (με διαστάσεις πλάτους μέχρι 8 m και μήκους μέχρι 20 m [4]. Η ιλύς τοποθετείται σε στρώμα άμμου (συνήθως πάχους 10-20 cm, με συντελεστή ομοιομορφίας Σ.Ο.=4,0 και δραστική διάμετρο D=0,3-0,75 mm), και υποκείμενο στρώμα χαλικιών, προβλέπεται δε σύστημα αποστράγγισης με σωλήνες κάτω από τα χαλίκια, μέσω του οποίου, τα στραγγίσματα επανεισάγονται στην Ε.Ε.Λ. Βασικοί παράμετροι σχεδιασμού είναι η φόρτιση στερεών, η επιφάνεια κλινών ξήρανσης και τα στοιχεία βροχόπτωσης - εξάτμισης της δεδομένης περιοχής. Για τις Μεσογειακές περιοχές για διάρκεια ξήρανσης 1 μήνα γίνονται δεκτές οι ακόλουθες τιμές: χωνευμένη ιλύς : 0,60 kg στερεά /m 2.d σταθεροποιημένη ιλύς : 0,50 kg στερεά /m 2.d [4] 42
Ανάλογα με το είδος της ιλύος, η απαιτούμενη επιφάνεια συμβατικών (ανοικτών) κλινών ξήρανσης παρουσιάζεται στον επόμενο πίνακα : Είδος ιλύος Επιφάνεια κλίνης (m 2 /ατ) Φορτίο ιλύος (kg/m 2.έτος) Ποσότητα στεγνής ιλύος (ανά 1000 ατ/d) l kg 1. Πρωτοβάθμια 0,10-0,14 130 (120-200) 125 85 2. Πρωτοβάθμια και ενεργός ιλύς 3. Πρωτοβάθμια και χημική καθίζηση 4. Πρωτοβάθµια και βιολογικού φίλτρου 0,16-0,23 75 (60-100) 225 135 0,19-0,23 110 (100-160) 280 140 0,12-0,16 110 (100-160) 170 110 Πίνακας 4.2.4.1.1 απαιτούμενη επιφάνεια συμβατικών (ανοικτών) κλινών ξήρανσης [8] Για καλυμμένες κλίνες, η απαιτούμενη επιφάνεια είναι κατά 25-33% μικρότερη από αυτήν των ακάλυπτων. Σύμφωνα με την βιβλιογραφία και την εμπειρία για τη χώρα μας, οι κλίνες ξήρανσης παρουσιάζουν μεγαλύτερη απόδοση - αφαίρεσης υγρού (>30-40%) σε σύγκριση με τις ταινιοφιλτρόπρεσες (17-30%). Β. Τάφροι οξείδωσης Χρησιμοποιούνται έναντι των κλινών ξηράσεως. Δεν είναι κατάλληλοι για την αφυδάτωση μη επεξεργασμένης ιλύος, ή λασπών με υπερκείμενο υγρό μεγάλης ισχύος λόγω της οσμής και ενόχλησης που προκαλούν. Η ιλύ τροφοδοτείται στην τάφρο με ομογενή τρόπο. Τα βάθη συνήθως ποικίλουν από 0,75-1,25μ. Ο κύριος μηχανισμός αφυδάτωσης είναι η εξάτμιση. Το υγρό ανακυκλώνεται στην εγκατάσταση επεξεργασίας. Η ιλύ απομακρύνεται μηχανικά, περιέχοντας συνήθως ποσοστό στερεών 25-30%. Ένας κύκλος ζωής των τάφρων είναι μερικοί μήνες ή και χρόνια. Συνήθως η ιλύ τροφοδοτεί την τάφρο για 18 μήνες, και μετά η τάφρος αφήνεται για 6 μήνες. 43
4.2.4.2 Μηχανικές μέθοδοι ξήρανσης Η ξήρανση του υλικού γίνεται συνήθως σε ξηραντήρα τύπου οριζόντιου περιστρεφόμενου τυμπάνου ή σε ξηραντήρα κλειστού τύπου ταινίας, ή σε άλλες διατάξεις που επιτυγχάνουν τελικά υγρασία <10%. Α. Ταινιοφιλτρόπρεσσες Είναι μηχανήματα συνεχώς τροφοδοτούμενα στα οποία περιλαμβάνεται χημική βελτίωση, και μηχανικά εφαρμοζόμενη πίεση για την αφυδάτωση της ιλύος. Έχουν αποδειχθεί ιδιαίτερα αποτελεσματικά για όλους σχεδόν τους τύπους της αστικής ιλύος. Σχήμα 4.2.4.2.1 Ταινιοφιλτρόπρεσσα τύπου υψηλής πίεσης (Πηγή:http://www.student.nvcc.edu/home/nbatoy/Dewatering%20Process.htm) Η αφυδάτωση εδώ επιτυγχάνεται διαχωρίζοντας το νερό από τη ιλύ, εφαρμόζοντας μεγάλη πίεση. 44