Περιβαλλοντική Μηχανική Επεξεργασία Αποβλήτων Ενότητα 2: Διαχείριση Υδάτινων Πόρων

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Περιβαλλοντική Μηχανική Επεξεργασία Αποβλήτων Ενότητα 2: Διαχείριση Υδάτινων Πόρων Δρ. Αιμιλία Κονδύλη Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε.

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Σκοποί ενότητας Στην 2 η Ενότητα οι φοιτητές διδάσκονται και μελετούν τις παρακάτω έννοιες και διαδικασίες: Διαχείριση Υδάτινων Πόρων Έργα υποδομής για το νερό Χρήσεις του Νερού Μονάδες αφαλάτωσης νερού με Α.Ω. Πηγές Ρύπανσης του Νερού Υγρά Απόβλητα Αστικά Λύματα Βασικές Αρχές Επεξεργασίας Νερού 4

Περιεχόμενα ενότητας Διαχείριση Υδάτινων Πόρων Έργα υποδομής για το νερό Χρήσεις του Νερού Μονάδες αφαλάτωσης νερού με Α.Ω. Πηγές Ρύπανσης του Νερού Υγρά Απόβλητα Αστικά Λύματα Βασικές Αρχές Επεξεργασίας Νερού 5

Επαγγελματικά Πεδία και Προοπτικές για το Μηχανολόγο σε Θέματα Περιβάλλοντος (Ενδεικτικά) Μελέτες έργων περιβάλλοντος Κατασκευές έργων περιβάλλοντος Ανάπτυξη Συστημάτων Περιβαλλοντικής Διαχείρισης (ΣΠΔ) Επιθεωρητές ΣΠΔ Εμπορία εξοπλισμού οργάνων σε θέματα περιβάλλοντος Διαχειριστικές περιβαλλοντικές μελέτες Μελέτες Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων Λειτουργία και Συντήρηση Έργων προστασίας Περιβάλλοντος 6

Είδη Υδάτινων Πόρων Η θάλασσα Οι πάγοι Τ α υπόγεια ύδατα Οι βροχοπτώσεις Το νερό των φυσικών λιμνών Οι ποταμοί 7

Διαθέσιμα Αποθέματα Μορφή Όγκος (km 3 ) Ποσοστό (%) Θάλασσες (Αλμυρό Νερό) 1.3*10 9 97.2 Παγετοί Χιόνια στο Β. και Ν. Πόλο 2.9*10 7 2.169 Υπόγεια Νερά 8.4*10 6 0.615 Λίμνες και ποτάμια 0.2*10 6 Νερό ατμόσφαιρας 1.3*10 4 0.016 Βιόσφαιρα 0.6*10 3 8

Χρήσεις του Νερού Γεωργία Βιομηχανική Βιοτεχνική δραστηριότητα Οικιακή Χρήση Κτηνοτροφία Τουρισμός Υδροηλεκτρικές μονάδες 9

Κατανομή Χρήσεων (Παγκοσμίως) 10

Κατανομή Χρήσεων (Παγκοσμίως) (2) 11

Κατανομή Χρήσεων (Παγκοσμίως) (3) 12

Κατανομή Χρήσεων (Στη Βιομηχανία) Πρώτη ύλη (ποτοποιία, χημική βιομηχανία, φαρμακοβιομηχανία) Παραγωγή ατμού Νερό ψυκτικών κυκλωμάτων Άλλες υποστηρικτικές χρήσεις 13

Κατανομή Χρήσεων (Στη Βιομηχανία) (2) ΚΛΑΔΟΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΝΕΡΟΥ (m 3 /tn προϊόντος) Κλωστοϋφαντουργία 50-500 Τυροκομεία 100-200 Χαρτοβιομηχανία έως 200 Κατεργασία δέρματος 50-100 Κονσερβοποιεία 20-50 Χαλυβουργία 30-40 Ζυθοποιία 10-15 Διυλιστήρια 2-4 Βιομηχανία Γάλακτος 2-4 Βιομηχανία Απορρυπαντικών 2-5 Υαλουργία 40-60 Επιμεταλλωτήρια 800-36000 14

Διαχείριση Υδάτινων Πόρων (1/3) Το νερό είναι ένας φυσικός πόρος σε ανεπάρκεια σε πολλές περιοχές Είναι φυσικός πόρος με έντονα τοπικά χαρακτηριστικά Η διαθεσιμότητά του μεταβάλλεται σημαντικά από περιοχή σε περιοχή και στην ίδια περιοχή σε διαφορετικές χρονικές περιόδους 15

Διαχείριση Υδάτινων Πόρων (2/3) Ορίζεται ως η διαδικασία προγραμματισμού για την ικανοποίηση της (παρούσας και μελλοντικής) ζήτησης στην απαιτούμενη ποσότητα και ποιότητα, λαμβάνοντας υπόψιν: Τη διαθεσιμότητα των υδάτινων πόρων Την προστασία του περιβάλλοντος και τη βιωσιμότητα των πόρων αυτών 16

Αρχές Βιώσιμης Διαχείρισης Υδάτινων Πόρων (3/3) Ενιαία και ολοκληρωμένη αντιμετώπιση των τεχνικών, περιβαλλοντικών και κοινωνικών παραμέτρων της διαχείρισης των υδάτινων πόρων Διαχείριση της ζήτησης και όχι της προσφοράς (προτεραιότητες) Οικονομική θεώρηση του νερού και τιμολόγησή του με βάση το κόστος και την αξία του 17

Διαχείριση Υδάτινων Πόρων στα Νησιά του Αιγαίου Πελάγους (1/6) Προβλήματα περιορισμένης διαθεσιμότητας ή / και έλλειψης νερού λόγω: Γεωμορφολογίας Μείωσης βροχοπτώσεων Μεγάλης διακύμανσης του πληθυσμού και αύξησης της ζήτησης Υπέρμετρης εκμετάλλευσης των υπογείων υδάτων και υφαλμύρωσης Με σοβαρές συνέπειες στην ανάπτυξη των περιοχών 18

Τρόποι Αντιμετώπισης της Λειψυδρίας στα Νησιά (2/6) Τρόποι αντιμετώπισης: Με επενδύσεις σε έργα υποδομής, όπως Κατασκευή λιμνοδεξαμενών και φραγμάτων με μονάδες επεξεργασίας νερού Κατασκευή μικρών φραγμάτων ανάσχεσης Μονάδες αφαλάτωσης 19

Τρόποι Αντιμετώπισης της Λειψυδρίας στα Νησιά (3/6) Κατασκευή δεύτερου δικτύου ύδρευσης με νερό κατώτερης ποιότητας για άλλες χρήσεις Συντήρηση / αντικατάσταση παλαιωμένων δικτύων Μεταφορά νερού από γειτονικά νησιά ή το κέντρο Κατασκευή δεξαμενών όμβριων υδάτων στα σπίτια Επαναχρησιμοποίηση / ανακύκλωση νερού (πχ. από μονάδες επεξεργασίας λυμάτων) Παρακολούθηση της κατανάλωσης και σωστή τιμολόγηση 20

Κόστος του Νερού (4/6) Μονάδες αφαλάτωσης : ~ 1-1,5 /κ.μ (χωρίς την αρχική επένδυση) Κατασκευή λιμνοδεξαμενής: 1,5-3 εκατ. με ελάχιστο κόστος λειτουργίας Κατασκευή μονάδας αφαλάτωσης με αντίστροφη ώσμωση ~ 3 εκατ. για 800κ.μ/ημέρα Μεταφερόμενο νερό ~ 7,5 /κ.μ. 21

Παρούσα Κατάσταση (5/6) Λέσβος: χωρίς ιδιαίτερα προβλήματα Άνδρος : ίδιους υδάτινους πόρους Νάξος : ίδιους πόρους, φράγματα / λιμνoδεξαμενή / μονάδες επεξεργασίας νερού Μύκονος: έντονη λειψυδρία, λιμνοδεξαμενή, μεγάλες μονάδες αφαλάτωσης Σύρος: έντονη λειψυδρία, μεγάλες μονάδες αφαλάτωσης Τήνος : δύο μονάδες αφαλάτωσης τύπου compact Ρόδος, Κως : με δικά τους υδάτινα αποθέματα, τροφοδοτούν και τα γύρω νησιά με μεταφερόμενο νερό Τα υπόλοιπα Δωδεκάνησα έχουν σοβαρό πρόβλημα λειψυδρίας 22

Προοπτικές - Τάσεις (6/6) Κατασκευή μονάδων αφαλάτωσης μάλλον παρά λιμνοδεξαμενών, λόγω Χαμηλής βροχόπτωσης, μεγάλου κόστους και τεχνικής δυσκολίας αυτών των έργων 23

Ρύπανση του Νερού Από τη γεωργική δραστηριότητα (λιπάσματα, φυτοφάρμακα) περνούν στον υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα από τις βροχές Από στερεά απορρίμματα Από τη βιομηχανική παραγωγή υγρά και ενίοτε τοξικά απόβλητα (υδάτινοι αποδέκτες) Από την οικιακή χρήση αστικά λύματα - δίκτυα αποχετεύσεων 24

Αφαλάτωση 25

Η Επιλογή της Αφαλάτωσης Διαθέσιμες πηγές νερού για αφαλάτωση: Θαλασσινό νερό: TDS > 35,000 ppm Έντονα υφάλμυρο νερό: 10,000 ppm < TDS < 35,000 ppm Υφάλμυρο νερό: 1,000 ppm < TDS < 10,000 ppm Πόσιμο νερό: TDS < 500 ppm Υφαλμύρωση υδροφόρου ορίζοντα παράκτιων ζωνών Εμπορικά ανταγωνιστικό το κόστος παραγωγής πόσιμου νερού 26

Τεχνολογίες Αφαλάτωσης Θερμικές διεργασίες ή διεργασίες αλλαγής φάσης Πολυβάθμια Εκτόνωση (Multi-Stage Flushing, MSF) Πολυβάθμια Εξάτμιση (Multiple Effect Distillation, MED) Εξάτμιση με Επανασυμπίεση Ατμών (Vapour Compression, VC) Ηλιακή Απόσταξη (Solar Distillation) 27

Τεχνολογίες Αφαλάτωσης (2) Μέθοδοι με Μεμβράνες ή διεργασίες μίας φάσης Αντίστροφη Όσμωση (Reverse Osmosis, RO) Ηλεκτροδιάλυση (Electrodialysis, ED/EDR) Μικροδιήθηση (Microfiltration, MF) Υπερδιήθηση (Ultrafiltration, UF) Νανοδιήθηση (Nanofiltration, NF) Άλλες μέθοδοι Ιοντοανταλλαγή ( Ion- Exchange) Πάγωμα (Freezing) Υβριδικές μέθοδοι (Methane Hydrate Crystallization) 28

Τεχνολογίες Αφαλάτωσης (3) 29

Τεχνολογίες Αφαλάτωσης (4) 30

Τυπικά Τεχνολογικά Χαρακτηριστικά Αφαλάτωσης Μέθοδος Νερό Τροφοδοσίας Ενέργεια Ποιότητα Παραγόμενου ppm TDS Τυπικό Εύρος Μεγεθών m 3 /day MSF Θαλασσινό Θερμική ~ 10 1.000-60.000 MED Θαλασσινό Θερμική ~ 10 500-20.000 VC Θαλασσινό Ηλεκτρική ~ 10 25-2.500 SWRO Θαλασσινό Ηλεκτρική >500 0,4->70.000 BWRO Υφάλμυρο Ηλεκτρική ~ 250-500 2,5->50.000 ED Υφάλμυρο Ηλεκτρική ~ 300-500 15-50.000 31

Διεργασίες Μεμβρανών Τύπος υλικού μεμβράνης Φυσικό φαινόμενο / αίτιο διαχωρισμού Μηχανικός διαχωρισμός Μέγεθος πόρων μεμβράνης / ικανότητα διαχωρισμού 32

Ειδική Ενεργειακή Κατανάλωση Συστημάτων Αφαλάτωσης Τεχνολογία Ενέργεια Ειδική ενεργειακή κατανάλωση MSF MED Θερμική Ηλεκτρική Θερμική Ηλεκτρική 290 kj/kg 4-6 kwh/m 3 270 kj/kg 2,5-3 kwh/m 3 VC Ηλεκτρική 8-15 kwh/m 3 SWRO Ηλεκτρική 3-15 kwh/m 3 BWRO ED Ηλεκτρική Ηλεκτρική 0,5-3 kwh/m 3 1,5-4 kwh/m 3 (1500-3500 ppm TDS) 33

Τεχνολογικές Εξελίξεις Αφαλάτωσης (2) 34

Τεχνολογικές Εξελίξεις Αφαλάτωσης (3) 35

Αντίστροφη Όσμωση Αρχή Λειτουργίας Διαχωρισμός του διαλύτη (νερό) από το διάλυμα (θαλασσινό νερό), μέσω μεμβρανών, υπό την άσκηση εξωτερικής πίεσης. Οι μεμβράνες αυτές έχουν πόρους τέτοιων διαστάσεων ώστε να συγκρατούν τα ιόντα και να επιτρέπουν τη διέλευση του διαλύτη (νερού). Για το διαχωρισμό αυτό δε χρειάζεται θερμότητα ή αλλαγή φάσης 36

Αντίστροφη Όσμωση (2) 37

Αντίστροφη Όσμωση (3) Πίεση Ημιπερατή μεμβράνη Θαλασσινό νερό Καθαρό νερό Ροή 38

Αντίστροφη Όσμωση (4) Πεδία εφαρμογής Παροχή πόσιμου ύδατος Παροχή αρδευτικού ύδατος Παροχή βιομηχανικού ύδατος Παραγωγή ύδατος χαμηλής αγωγιμότητας για εφαρμογές σε εργαστήρια, νοσοκομεία, φάρμακα κτλ 39

Αντίστροφη Όσμωση (5) Βασικά στάδια επεξεργασίας θαλασσινού νερού σε ένα σύστημα αντίστροφης όσμωσης είναι: Στάδιο προεπεξεργασίας Στάδιο αντίστροφης όσμωσης Τελικό στάδιο επεξεργασίας 40

Στάδιο Προεπεξεργασίας (1/3) Καταστροφή μικροοργανισμών και απομάκρυνση αιωρούμενων σωματιδίων ώστε να αποφευχθεί η ανάπτυξη μικροοργανισμών και η εναπόθεση αλάτων στις μεμβράνες. Συνήθως η προεπεξεργασία περιλαμβάνει: Προχλωρίωση του θαλασσινού νερού Συσσωμάτωση κολλοειδών σωματιδίων Καλό φιλτράρισμα Προσθήκη οξέος (ρύθμιση οξύτητας κ αποφυγή εναπόθεσης αλάτων) 41

Στάδιο Αντίστροφης Όσμωσης (2/3α) Αντλίες υψηλής πίεσης παρέχουν την απαιτούμενη πίεση (54-80 atm) ώστε το νερό να περάσει μέσα από τις μεμβράνες και να απορρίψει τα άλατά του. Καθώς μέρος μόνο του νερού περνά μέσα από τις ημιπερατές μεμβράνες, στο υπολειπόμενο διάλυμα η συγκέντρωση των αλάτων αυξάνεται. Την ίδια στιγμή ένα μέρος του νερού που τροφοδοτείται στις μεμβράνες απορρίπτεται, χωρίς να περάσει μέσα από αυτές. 42

Στάδιο Αντίστροφης Όσμωσης (2/3β) Χωρίς αυτή την ελεγχόμενη απόρριψη, η συγκέντρωση αλάτων στο διάλυμα θα συνέχιζε να αυξάνει, με επακόλουθο την εναπόθεση των υπερκορεσμένων αλάτων και αύξηση της οσμωτικής πίεσης κατά μήκος των μεμβρανών. Η ποσότητα του νερού αυτού είναι μεταξύ 20% και 70% της ροής τροφοδοσίας και εξαρτάται από τη συγκέντρωση των αλάτων στο νερό τροφοδοσίας. 43

Τελικό Στάδιο Επεξεργασίας (3/3) Σταθεροποίηση του παραγόμενου νερού και προετοιμασία του για τη διανομή του ως πόσιμου νερού. Το στάδιο αυτό μπορεί να αποτελείται από: Απομάκρυνση αερίων, όπως το υδρόθειο Ρύθμιση της οξύτητας (ph) και σκληρότητας. 44

Διάγραμμα Ροής Αφαλάτωσης με Σύστημα Αντίστροφης Όσμωσης Προχλωρίωση κ διόρθωση οξύτητας Άντληση θαλασσινού νερού Προσθήκη χλωριούχου σιδήρου και πολυηλεκτρολύτη Φίλτρα άμμου Άντληση φιλτραρισμένου νερού Νερό επιστροφής Αποχλωρίωση Διόρθωση οξύτητας Μεμβράνες αντίστροφης όσμωσης Αντλίες υψηλής πίεσης Μικροφιλτράρισμα Προσθήκη ασβέστη και διοξειδίου του άνθρακα Μεταχλωρίωση Πόσιμο νερό 45

Παράμετροι Επιλογής Τεχνολογίας Ποιότητα νερού τροφοδοσίας (θαλασσινό, υφάλμυρο) Ποσότητα και ποιότητα παραγόμενου νερού Κόστος Επένδυσης Διαθεσιμότητα χώρου Ενεργειακές απαιτήσεις και διαθεσιμότητα Διαθεσιμότητα και εμπειρία προσωπικού 46

Πλεονεκτήματα Τεχνολογίας RO Σχετικά απλή λειτουργία και συντήρηση Μικρός Όγκος Εγκατάστασης - δυνατότητα τοποθέτησης τους σε container Δυνατότητα επέκτασης της μονάδας/αύξηση παραγωγής εύκολα (modularity) Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας σε σχέση με τις μεθόδους εξάτμισης Δυνάτοτητα χρήσης συστημάτων ανάκτησης ενέργειας (20-40% ανάκτηση) 47

Σχεδίαση Μονάδων RO Σύστημα Εισόδου Νερού Τροφοδοσίας Ανοικτής Θαλάσσης Πηγάδια Επεξεργασία Νερού Τροφοδοσίας Αντλία Υψηλής Πιέσεως Προσθήκη χημικών Φίλτρα Εμβολοφόρος Φυγοκεντρική Σύστημα ανάκτησης ενέργειας 48

Σχεδίαση Μονάδων RO Μεμβράνες Επεξεργασία Παραγόμενου Νερού Εμπλουτισμός Αποστείρωση Λοιπός Εξοπλισμός: Σύστημα Καθαρισμού Μεμβρανών Οργανα Ελέγχου και Λειτουργίας Σύστημα Απόρριψης Αλμης 49

Μονάδες Αντίστροφης RO στα Ελληνικά Νησιά Περιοχή Ημ/νία Εγκατάστασης Hμερ. Παραγωγή κμ/ημ Νερό Τροφοδοσίας Ορνός, Μύκονος 1989 1,200 θαλασσινό 1989 1,200 Ερμούπολις, Σύρος 1993 800 θαλασσινό 1998/99 960 Κίνι, Σύρος 1993 144 θαλασσινό Οία, Σαντορίνη Οία, Σαντορίνη 1994 1998 400 150 θαλασσινό Θηρασιά 1997 200 l/h θαλασσινό Ομηρούπολις, Χίος 2000 600 υφάλμυρο Νίσυρος 1991 300 θαλασσινό Ιθάκη 1983 500 θαλασσινό 50

Επεξεργασία του Νερού (1/3) Για να καταστεί το νερό πόσιμο, (ή γενικά ανθρώπινης κατανάλωσης), πρέπει να καθαριστεί Γενικά, τα υπόγεια νερά θεωρείται ότι δεν χρειάζονται επεξεργασία, ενώ τα επιφανειακά πρέπει οπωσδήποτε να καθαριστούν Αυτό γίνεται σε μονάδες επεξεργασίας (διυλιστήρια νερού), όπου με διάφορες φυσικές και χημικές διεργασίες απομακρύνονται τα στερεά και οι μικροοργανισμοί 51

Επεξεργασία του Νερού (2/3) Σήμερα λειτουργούν στην Ελλάδα πλήθος τέτοιων μονάδων, κάθε μεγέθους και πολυπλοκότητας Γενικά υπάρχει τεχνογνωσία και η λειτουργία τους δεν παρουσιάζει δυσκολίες. Λόγω μεταβαλλόμενης ποιότητας του ακάθαρτου νερού, χρειάζεται να γίνεται συνεχώς έλεγχος ποιότητας του καθαρού νερού 52

Επεξεργασία του Νερού (3/3) Έχουν κατασκευαστεί σε πολλές πόλεις της χώρας μας μονάδες επεξεργασίας αστικών λυμάτων. Οι μονάδες αυτές λειτουργούν με τις ίδιες βασικές αρχές των διυλιστηρίων νερού. Η επεξεργασία των αποβλήτων είναι κατά πολύ δυσκολότερη και απαιτητική. Σε πολλές περιπτώσεις το παραγόμενο επεξεργασμένο νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για άρδευση περιοχών, εξοικονομώντας έτσι πολύτιμες ποσότητες νερού. 53

Αφαλάτωση Ειδικές Εφαρμογές στη Βιομηχανία 54

Χρήσεις νερού στη βιομηχανία (1/2) Το νερό που χρησιμοποιείται στην βιομηχανία αντιστοιχεί περίπου στο 22% της κατανάλωσης γλυκού νερού 57-69% χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενέργειας 30-40% σε βιομηχανικές διαδικασίες 0,5-3% καταναλώνεται σε ατμοηλεκτρικούς σταθμούς 55

Ειδική κατανάλωση νερού στη βιομηχανία Ειδική κατανάλωση Βιομηχανικός Κλάδος νερού (m 3 /tn προϊόντος) Κλωστοϋφαντουργία 50-500 Τυροκομεία 100-200 Χαρτοβιομηχανία > 200 Κατεργασία δέρματος 50-100 Κονσερβοποιεία 20-50 Χαλυβουργία 30-40 Ζυθοποιία 10-15 Διυλιστήρια 2-4 Βιομηχανία γάλακτος 2-4 Βιομηχανία 2-5 Απορρυπαντικών Υαλουργία 40-60 Επιμεταλλωτήρια 800-36000 Τροφοδοσία λεβήτων Καθαρό νερό για τους αεριοστροβίλους Αποθείωση Aπομάκρυνση αλάτων ασβεστίου Νερό θαλάμου ψύξης 56

Εφαρμογή 1: Βιομηχανία Τροφίμων Γενικές εφαρμογές: και Ποτών Επεξεργασία υπολείμματος απόσταξης Ανάκτηση λυμάτων Βιομηχανία Γλυκαντικά Ζαχαρότευτλα & Υδρογονωμένα σάκχαρα (ΙΧ) Ποτοποιία Συμπύκνωμα χυμών (αφυδάτωση) (RO) Μείωση της οξύτητας σε χυμό φρούτων (UF) Αποπίκρανση χυμών (UF) 57

Εφαρμογή 1: Βιομηχανία Τροφίμων και Ποτών (συν.) Τρόφιμα Γαλακτοκομικά προϊόντα (IX) Ζελατίνη (IX) Ορός γάλακτος (NF, RO) Καθαρισμός λακτόζης (NF, UF, IX) Νερό 58

Εφαρμογή 2: Διυλιστήρια Αφαλάτωση του πόσιμου νερού και νερού γενικής χρήσης Απομεταλλοποίηση νερού για την παροχή του λέβητα Επεξεργασία του αφαλατωμένου νερού για επαναχρησιμοποίηση ή απόθεση πίσω στο περιβάλλον 59

Εφαρμογή 2: Βιομηχανία Χημικών & Πετρελαιοειδών (συν.) Καθαρισμός άλμης από πυρίτιο και άργιλο Καθαρισμός άλμης από υδροξείδιο του νατρίου Αποξήρανση των οργανικών διαλυτών Απομάκρυνση κυανιούχων ενώσεων Απομάκρυνση υδραργύρου 60

Εφαρμογή 3: Εξορυκτική Βιομηχανία Νερό υψηλής καθαρότητας για την επεξεργασία μεταλλευμάτων και ορυκτών Επεξεργασία των υδάτων αποστράγγισης κυκλώματα ψύξης του εξοπλισμού (θραυστήρες) Πόσιμο νερό (απομακρυσμένη τοποθεσία) 61

Στατιστικά Στοιχεία για την Αφαλάτωση Top 10 χωρών με συνολική εγκατεστημένη ισχύ από το 1945 -DesalData.com 62

Στατιστικά Στοιχεία για την Αφαλάτωση (συν.) Ετήσια συμβολαιοποιημένη δυναμικότητα ανά περιοχή 2005-2011-DesalData.com 63

Στατιστικά Στοιχεία για την Αφαλάτωση (2) Διαχρονική εξέλιξη ετήσιας εγκατεστημένης ισχύος ανά τεχνική -DesalData.com 64

Τεχνολογικές Εξελίξεις - Ανάκτηση ενέργειας Υδροδυναμικές μηχανές (αντλίες σε αντίστροφη λειτουργία / pelton στρόβιλοι) Ογκομετρικές μηχανές (εναλλάκτες πίεσης, αντλίες αξονικών εμβόλων) 65

Ανάκτηση Ενέργειας Στρόβιλοι Ανάκτηση ενέργειας Εναλλάκτες πίεσης 66

Μονάδες RO με Ανάκτηση Ενέργειας 67

Μονάδες RO με Ανάκτηση Ενέργειας (2) Πηγή: www.temak.gr 68

Μονάδες RO με Ανάκτηση Ενέργειας (3) Πηγή: www.temak.gr 69

Forward Osmosis 70

Επίσκεψη του Εργαστηρίου στα Ναυπηγεία Σύρου, Εργοστάσιο Αφαλάτωσης 05-06.06.14 71

Επίσκεψη του Εργαστηρίου στα Ναυπηγεία Σύρου, Εργοστάσιο Αφαλάτωσης 05-06.06.14 (2) 72

Διαχείριση Υγρών Αποβλήτων 80

Αστικά Λύματα Υγρά Βιομηχανικά Απόβλητα Διαφορετικό ρυπαντικό φορτίο Τα βιομηχανικά απόβλητα πολλές φορές είναι τοξικά χρήζουν ειδικής επεξεργασίας Η ευθύνη καθαρισμού των αστικών λυμάτων είναι της πολιτείας (ΟΤΑ, Νομαρχίες, κλπ.) Η ευθύνη καθαρισμού των υγρών βιομηχανικών αποβλήτων είναι της παραγωγού βιομηχανίας. 81

Ρυπαντικό Φορτίο Υγρών Αποβλήτων Παροχή (m 3 /ημέρα, Q max, Q min ) Οργανικό Φορτίο (Μετράται με μία πολύ σημαντική παράμετρο, το BOD 5 ) Στερεά Σωματίδια (Αιωρούμενα, Κολλοειδή, Συνολικά) Ανόργανες Ουσίες (Άζωτο, Φωσφόρος) Βαρέα Μέταλλα Παθογόνοι Μικροοργανισμοί 82

Μονάδα Επεξεργασίας Αποβλήτων 83

Χαρακτηριστικά Υγρών Αποβλήτων και Αντίστοιχες Πηγές Χαρακτηριστικά ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Χρώμα Οσμή Στερεά Θερμοκρασία ΧΗΜΙΚΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ Οργανικά Υδρογονάνθρακες Λίπη, έλαια Φυτοφάρμακα Φαινόλες Πρωτείνες Ανόργανα Αλκαλικότητα Χλωρίδια Βαρέα Μέταλλα Άζωτο ph Φώσφορος Θείο Τοξικές ενώσεις Μικροβιολογικό Φορτίο Πηγές Αστικά λύματα και βιομηχανικά απόβλητα Αποσύνθεση λυμάτων και βιομηχανικών αποβλήτων Λύματα, βιομηχανικά απόβλητα, διάβρωση εδάφους Αστικά λύματα και βιομηχανικά απόβλητα Αστικά λύματα και βιομηχανικά απόβλητα Αστικά λύματα και βιομηχανικά απόβλητα Αστικά λύματα και βιομηχανικά απόβλητα Αγροτικά Απόβλητα Βιομηχανικά απόβλητα Αστικά λύματα και βιομηχανικά απόβλητα Αστικά λύματα Αστικά λύματα Βιομηχανικά λύματα Αστικά και αγροτικά λύματα Βιομηχανικά απόβλητα Αστικά λύματα και βιομηχανικά απόβλητα Αστικά λύματα και βιομηχανικά απόβλητα Βιομηχανικά απόβλητα Αστικά λύματα 84

Ανάγκη Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων 85

Ανάγκη Επεξεργασίας (συν.) Συνεπώς η επεξεργασία είναι απαραίτητη: α) για να προστατευτεί η ποιότητα του αποδέκτη από: Την ελάττωση του διαλυμένου οξυγόνου και την αλλοίωση του οικοσυστήματος Την αισθητική υποβάθμιση (οσμές, μη διαύγεια) Φαινόμενα ευτροφισμού (άζωτο, φωσφόρος) Φαινόμενα τοξικότητας (βαρέα μέταλλα, PCB) 86

Ανάγκη Επεξεργασίας (2) β) για να προστατευτεί η υγεία των ανθρώπων από παθογόνα μικρόβια που μπορεί να εισέλθουν στον οργανισμό, είτε από το στόμα ή από το δέρμα. 87

Τυπική Σύσταση Αστικών Λυμάτων Χαρακτηριστικά Συγκέντρωση (mg/l) Όρια Οδηγίας (91/271) BOD5 100-300 <=25 COD 250-1000 <=125 Αιωρούμενα Στερεά 100-350 <=35 α Ολικό Άζωτο 20-80 <=10 β Ολικός Φωσφόρος 5-20 <=1 β α: Για πληθυσμό άνω των 10000 κατοίκων β: Για πληθυσμό άνω των 100000 κατοίκων 88

Νομοθεσία ΕΕ για την Επεξεργασία Υγρών Αποβλήτων Προθεσμίες για την κατασκευή μονάδων επεξεργασίας αποβλήτων (Οδηγία 91/271) Ευαίσθητες Περιοχές Κανονικές Περιοχές 31/12/2005 κατάλληλη επεξεργασία 31/12/2005 κατάλληλη επεξεργασία 31/12/2005 δευτεροβάθμια επεξεργασία 31/12/2005 δευτεροβάθμια επεξεργασία 31/12/1998 προηγμένη επεξεργασία 31/12/2005 δευτεροβάθμια επεξεργασία 31/12/1998 προηγμένη επεξεργασία 31/12/2005 δευτεροβάθμια επεξεργασία 31/12/1998 προηγμένη επεξεργασία 31/12/2005 δευτεροβάθμια επεξεργασία Πληθυσμός < 2000 2.000 10.000 15.000 150.000 89

Στάδια Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων Προεπεξεργασία: περιλαμβάνει φυσικές διεργασίες, όπως: άντληση για ανύψωση των λυμάτων, εξισορρόπηση της παροχής, εσχαρισμό των λυμάτων, τεμαχισμό ευμεγεθών σωματιδίων αιωρούμενου υλικού, Αμμοσυλλογή, και λιποσυλλογή 90

Στάδια Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων (2) Πρωτοβάθμια Επεξεργασία: περιλαμβάνει διεργασίες απομάκρυνσης των στερεών που καθιζάνουν, καθώς επίσης και του επιπλέοντος υλικού (πρωτοβάθμια καθίζηση, ελάττωση ρυπαντικού φορτίου έως και 40%) Δευτεροβάθμια Επεξεργασία: περιλαμβάνει βιολογικές μεθόδους απομάκρυνσης των διαλυμένων οργανικών ουσιών. Επιτυγχάνεται μείωση του ρυπαντικού φορτίου μέχρι και 90% 91

Στάδια Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων (3) Τριτοβάθμια Επεξεργασία: περιλαμβάνει φυσικοχημικές ή βιολογικές μεθόδους επεξεργασίας απομάκρυνσης θρεπτικών ουσιών, όπως του αζώτου και του φωσφόρου 92

Στάδια Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων (4) Απολύμανση των επεξεργασμένων αποβλήτων για απομάκρυνση των παθογόνων μικροοργανισμών Επεξεργασία της ιλύος, που περιλαμβάνει βιολογικές μεθόδους σταθεροποίησης και φυσικές μεθόδους μείωσης του όγκου της, όπως πάχυνση και ξήρανση 93

Στάδια Επεξεργασίας Αποβλήτων 94

Ποσοστά Απομάκρυνσης Ρύπων Στάδιο επεξεργασίας Άζωτο Φώσφορος BOD Πρωτοβάθμια 20 25 50 Δευτεροβάθμια 35 40 90 Τριτοβάθμια 75 90 95 95

Στόχοι Σταδίων Επεξεργασίας ΣΤΑΔΙΟ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΤΟΥ ΣΤΑΔΙΟΥ ΣΤΟΧΟΣ Προεπεξεργασία και Πρωτοβάθμια Επεξεργασία Φυσικές Διεργασίες Εσχάρωση, Εξισορρόπηση παροχής, Εξάμμωση, Λιποσυλλογή, Καθίζηση, Κροκίδωση, Συσσωμάτωση Απομάκρυνση στερεών 96

Στόχοι Σταδίων Επεξεργασίας (2) ΣΤΑΔΙΟ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΤΟΥ ΣΤΑΔΙΟΥ ΣΤΟΧΟΣ Δευτεροβάθμια Επεξεργασία Βιολογικές και Χημικές Διεργασίες Ενεργός ιλύς, δευτεροβάθμια καθίζηση Απομάκρυνση οργανικού φορτίου Τριτοβάθμια Επεξεργασία Χημικές διεργασίες Απονιτροποίηση, αφαίρεση ενώσεων φωσφόρου, διήθηση, απολύμανση Απομάκρυνση αζώτου, φωσφόρου, μικροοργανισμών 97

Διεργασίες Απομάκρυνσης Ρύπων ΡΥΠΟΙ BOD Ολικά Αιωρούμενα Στερεά (SS) Άζωτο Φώσφορος Βαρέα μέταλλα Λίπη Πτητικές Οργανικές Ενώσεις (VOC) Παθογόνοι μικροοργανισμοί ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ Μέθοδος Ενεργού Ιλύος Εσχάρωση Καθίζηση Επίπλευση Ιζηματοποίηση Νιτροποίηση / Απονιτροποίηση Ιζηματοποίηση Βιολογική επεξεργασία Βιολογική επεξεργασία Ιζηματοποίηση Εξάτμιση Συσσωμάτωση Επίπλευση Βιολογική επεξεργασία Βιολογική επεξεργασία Απολύμανση Υπεριώδης ακτινοβολία 98

Κατάταξη Διεργασιών ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΣΤΑΔΙΟ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΚΟΠΟΣ ΦΥΣΙΚΕΣ Εσχάρωση Πρωτοβάθμια Επεξεργασία Απομάκρυνση μεγάλου μεγέθους στερεών Καθίζηση Πρωτοβάθμια και Απομάκρυνση στερεών και πάχυνση Δευτεροβάθμια ιλύος Επίπλευση Πρωτοβάθμια Επεξεργασία Απομάκρυνση μικρών σωματιδίων αιωρούμενων στερεών μετά από βιολογική ή χημική επεξεργασία ΧΗΜΙΚΕΣ Εξουδετέρωση Τριτοβάθμια Ιζηματοποίηση Δευτεροβάθμια Απομάκρυνση φωσφόρου και στερεών σωματιδίων Συσσωμάτωση Πρωτοβάθμια Συσσωμάτωση μικρών σωματιδίων σε μεγαλύτερα Απολύμανση (με χλώριο, Απομάκρυνση παθογόνων Τριτοβάθμια όζον, UV) μικροοργανισμών ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ Μέθοδος Ενεργού Ιλύος Δευτεροβάθμια Απομάκρυνση οργανικού φορτίου 99

Βιομηχανικά Υγρά Απόβλητα ΚΛΑΔΟΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΝΕΡΟΥ (m 3 /tn προϊόντος) Κλωστοϋφαντουργία 50-500 Τυροκομεία 100-200 Χαρτοβιομηχανία έως 200 Κατεργασία δέρματος 50-100 Κονσερβοποιεία 20-50 Χαλυβουργία 30-40 Ζυθοποιία 10-15 Διυλιστήρια 2-4 Βιομηχανία Γάλακτος 2-4 Βιομηχανία 2-5 Απορρυπαντικών Υαλουργία 40-60 Επιμεταλλωτήρια 800-36000 100

Επεξεργασία Υγρών Βιομηχανικών Αποβλήτων Βιομηχανικός Κλάδος Ρυπαντικό Φορτίο Διεργασίες Επεξεργασίας Κλωστοϋφαντουργία BOD, TSS, αλκαλικότητα Εξουδετέρωση, ιζηματοποίηση, βιολογική επεξεργασία Βιομηχανία Δέρματος BOD, TSS, χρώμιο Ιζηματοποίηση, βιολογική επεξεργασία Απορρυπαντικά BOD, Αφροί Σαπουνιών Επίπλευση και απομάκρυνση αφρών Ζυθοποιία BOD Φυγοκέντριση, βιολογική επεξεργασία 101

Επεξεργασία Υγρών Βιομηχανικών Αποβλήτων (συν.) Βιομηχανικός Κλάδος Ρυπαντικό Φορτίο Διεργασίες Επεξεργασίας Βιομηχανία Κρέατος Αναψυκτικά BOD BOD, TSS, αλκαλικότητα Εσχάρωση, καθίζηση, βιολογική επεξεργασία Εξουδετέρωση, εσχάρωση, βιολογική επεξεργασία Φαρμακοβιομηχανία BOD Εξάτμιση, ξήρανση Χαρτοβιομηχανία Επιμεταλλώσεις Βιομηχανία πλαστικών Υψηλό ή χαμηλό ph, TSS, ανόργανες ενώσεις Οξύτητα, βαρέα μέταλλα Υψηλό ή χαμηλό ph, TSS, πτητικές οργανικές ενώσεις Καθίζηση, εξουδετέρωση, βιολογική επεξεργασία Εξουδετέρωση, ιζηματοποίηση, καθίζηση Εξουδετέρωση, βιολογική επεξεργασία 102

Μονάδες Επεξεργασίας Λυμάτων στην Ελλάδα 103

Χρήσεις Ανακυκλωμένου Νερού ΧΡΗΣΗ Άμεση Έμμεση Δημοτική Πότισμα πάρκων και κήπων με κατασκευή δεύτερου δικτύου Επανατροφοδοσία υπόγειων αποδεκτών για περιορισμό των υπερβολικών γεωτρήσεων Γεωργική χρήση Ψυχαγωγική χρήση Άλλη χρήση Άρδευση συγκεκριμένων καλλιεργειών και ξέπλυμα των αγρών Κατασκευή τεχνητών λιμνών και πισινών κολύμβησης Επανατροφοδοσία στους αποδέκτες ώστε να αποτραπεί η υφαλμύρωση. Επανατροφοδοσία υπόγειων αποδεκτών Ανάπτυξη περιοχών για ψάρεμα Επανατροφοδοσία υπόγειων αποδεκτών 104

Ενεργειακή Κατανάλωση ΜΕΛ Η ενεργειακή κατανάλωση διαφέρει σημαντικά μεταξύ των διαφόρων μονάδων και είναι συνάρτηση πολλών παραμέτρων, όπως: παροχή των λυμάτων, ρύποι προς απομάκρυνση, τύπος των διεργασιών, φυσικά χαρακτηριστικά της μονάδας, μέθοδοι ρύθμισης και ελέγχου, διεργασίες για την επεξεργασία της ιλύος 105

Ενεργειακή Κατανάλωση ΜΕΛ (2) Συνεπώς, είναι γενικά δύσκολο να υπάρχουν επαρκή δεδομένα ενεργειακής κατανάλωσης για μία συγκεκριμένη διεργασία. Σε κάθε περίπτωση όμως, η λειτουργία των μονάδων επεξεργασίας αποβλήτων και η αποδοτικότητά της έχουν κάποια χαρακτηριστικά ανεξάρτητα από τη μονάδα αυτή καθαυτή. 106

Ενεργειακή Κατανάλωση ΜΕΛ (3) Τα πεδία της μεγαλύτερης ενεργειακής κατανάλωσης στις μονάδες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων είναι συνήθως ή άντληση, η βιολογική επεξεργασία και η επεξεργασία των στερεών υπολειμμάτων. Βελτίωση της ενεργειακής κατανάλωσης σε κάθε μία από τις περιοχές αυτές επιτυγχάνεται ως ακολούθως: 107

Ενεργειακή Κατανάλωση ΜΕΛ (4) Άντληση: Εφαρμογή καλής ρύθμισης και ελέγχου για τη βελτίωση των ροών. Βιολογική Επεξεργασία: Βελτιστοποίηση της αποδοτικότητας της πρωτοβάθμιας επεξεργασίας. Σημειώνεται ότι το BOD που απομακρύνεται με την πρωτοβάθμια επεξεργασία απαιτεί μικρότερα ποσά ενέργειας. 108

Παράμετροι Αποδοτικότητας Φυσικές Διεργασίες Εσχάρωση: Λειτουργίας ΜΕΛ Αποφυγή φραξίματος της σχάρας Καθίζηση: Μικρή ροή, όχι επιπλέουσα λάσπη, όχι διακοπή της ροής 109

Παράμετροι Αποδοτικότητας Χημικές διεργασίες Εξουδετέρωση: Λειτουργίας ΜΕΛ (2) Σωστή ρύθμιση του ph, αυτόματη τροφοδοσία των χημικών, και μέτρηση του χρόνου επαφής Ιζηματοποίηση: Αυτόματη παροχή χημικών, επαρκής ανάμιξη και έλεγχος του χρόνου επαφής 110

Παράμετροι Αποδοτικότητας Χημικές διεργασίες Λειτουργίας ΜΕΛ (3) Κροκίδωση Συσσωμάτωση: Αυτόματη παροχή χημικών, επαρκής ανάμιξη και έλεγχος του χρόνου επαφής Απολύμανση: Αυτόματη παροχή χημικών, επαρκής ανάμιξη και έλεγχος του χρόνου επαφής 111

Παράμετροι Αποδοτικότητας Βιολογικές: Ενεργού ιλύος: Λειτουργίας ΜΕΛ (4) Απολύτως ελεγχόμενος αερισμός με φυσαλίδες, ομοιόμορφη κατανομή αέρα και ανάμιξη, σωστός έλεγχος διαλυμένου οξυγόνου, όχι επιπλέουσα ιλύς 112

Παράμετροι Αποδοτικότητας Λειτουργίας ΜΕΛ (5) Ο έλεγχος της καλής απόδοσης και λειτουργίας μίας μονάδας επεξεργασίας υγρών αποβλήτων απαιτεί εργαστηριακή υποστήριξη. Αλλά και απλή παρατήρηση ορισμένων παραμέτρων μπορεί να παίξει σημαντικό ρόλο στον έλεγχο της καλής λειτουργίας της μονάδας. 113

Παράμετροι Αποδοτικότητας Λειτουργίας ΜΕΛ (6) Η εμφάνιση του αερισμού, δηλαδή αν εξασφαλίζεται επαρκής αερισμός και ανάμιξη Η ύπαρξη αφρού (ποσότητα χρώμα) Οι οσμές (στην εισροή και στις δεξαμενές βιολογικής επεξεργασίας) Η επιφάνεια καθίζησης (αφροί, διόγκωση, ανύψωση λασπών, κ.λπ.) Η διαύγεια της εκροής 114

Τεχνικά Προβλήματα Μερικά τεχνικά προβλήματα που συνήθως εντοπίζονται σε μονάδες επεξεργασίας αποβλήτων είναι τα ακόλουθα: 1. Παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων ιλύος, χωρίς επαρκή πρόληψη τελικής διάθεσής της 2. Μεγάλες καταναλώσεις ενέργειας και χημικών, με αποτέλεσμα την αύξηση του λειτουργικού κόστους 115

Τεχνικά Προβλήματα (2) 3. Λίπη, λάδια και οργανικά στερεά που περιέχουν τα λύματα σταδιακά φράζουν σιφόνια, αγωγούς, βόθρους, λιποπαγίδες, φρεάτια 4. Φθορά αντλιών λυμάτων από τα λιπαρά 116

Τεχνικά Προβλήματα (3) Τα συνήθη τεχνικά προβλήματα των εγκαταστάσεων επεξεργασίας αποβλήτων οφείλονται τόσο στο σχεδιασμό τους αυτό καθαυτό, όσο και σε πλημμελή λειτουργία των εγκαταστάσεων. Επίσης υφίστανται προβλήματα οργάνωσης και στελέχωσης των μονάδων. 117

Τέλος Ενότητας