Τεχνολογίες που συνδέονται με την διαχείριση βιομηχανικών υγρών αποβλήτων Δρ. Γεώργιος Δ. Γκίκας Επικ. Καθηγητής Εργαστήριο Οικολογικής Μηχανικής και Τεχνολογίας Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος Πολυτεχνική Σχολή Δ.Π.Θ. Τηλ./Fax: 25410-79381 E-mail: ggkikas@env.duth.gr
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Βιομηχανικές πηγές ρύπανσης Βιομηχανικά υγρά απόβλητα Νομοθετικό πλαίσιο διάθεσης βιομηχανικών υγρών αποβλήτων Επεξεργασία βιομηχανικών λυμάτων Τεχνητοί υγροβιότοποι Παράδειγμα επεξεργασίας αποβλήτων ελαιοτριβείου με φυσικά συστήματα
Πηγές ρύπανσης Οι κυριότερες πηγές ρύπανσης των ποταμών, λιμνών παράκτιων και υπόγειων υδάτων είναι: Αστικές Βιομηχανικές Γεωργικές Φυσικές
Βιομηχανικές πηγές ρύπανσης Τα απόβλητα των βιομηχανιών ταξινομούνται ανάλογα με τις δραστηριότητες σε: Λύματα υγιεινής εργαζομένων: παρόμοια με τα αστικά. Λύματα νερού ψύξης: σχετικά καθαρά αλλά αυξάνουν την θερμοκρασία του αποδέκτη ενώ σε μερικές περιπτώσεις λόγω ανακύκλωσης των νερών ψύξης είναι ρυπασμένα με άλατα και αντισκωριακά και απαιτούν καθαρισμό πριν τη διάθεσή τους στον αποδέκτη. Λύματα από το πλύσιμο των πρώτων υλών, των προϊόντων και των χώρων παραγωγής: δεύτερα σε όγκο μετά τα νερά ψύξης, περιέχουν αιωρούμενα υλικά και ειδικούς ρύπους. Λύματα παραγωγικής διαδικασίας: έχουν σημαντικό φορτίο και απαιτούν επεξεργασία. Λύματα της επιφανειακής απορροής των χώρων της βιομηχανίας. Τα απόβλητα αυτά είναι εύκολο να ελεγχθούν και να υποστούν επεξεργασία καθαρισμού
Βιομηχανικά υγρά απόβλητα Περιέχουν: Ανόργανα άλατα (N, P, S κλπ) Οργανικές ενώσεις (BOD, COD, φαινόλες, χλωριωμένες ενώσεις) Οξέα και αλκάλια Αιωρούμενα στερεά Επιπλέοντα υλικά (λίπη, έλαια κ.λπ) Τοξικές ουσίες ανόργανες ή οργανικές Χρώματα από βαφεία, βυρσοδεψεία, χαρτοβιομηχανίες Θερμά υγρά από συμπυκνωτές και εγκαταστάσεις ψύξεως Ραδιενεργά υλικά από πυρηνικούς αντιδραστήρες, επεξεργασία μεταλλευμάτων ουρανίου κ.λπ.
Βιομηχανικά υγρά απόβλητα
Βιομηχανικά υγρά απόβλητα Πηγή: Νταρακάς 2006
Νομοθετικό πλαίσιο διάθεσης υγρών βιομηχανικών αποβλήτων Το αυξημένο ενδιαφέρον για την προστασία του περιβάλλοντος που παρατηρείται παγκοσμίως τις τελευταίες δεκαετίες, έχει ως αποτέλεσμα τη θέσπιση αυστηρής Νομοθεσίας για τη διάθεση των επικίνδυνων και τοξικών αποβλήτων, στερεών και υγρών, σε όλες τις αναπτυγμένες χώρες. Στην Ελλάδα, οι πρώτοι ουσιαστικοί Νόμοι, Προεδρικά Διατάγματα και Υπουργικές Αποφάσεις που προέβλεπαν όρους για τη διάθεση των υγρών βιομηχανικών αποβλήτων σε διάφορους υδάτινους αποδέκτες και καθόριζαν τα ανώτερα επιτρεπτά όρια διαφόρων ρυπαντών, θεσπίστηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 70.
Νομοθετικό πλαίσιο διάθεσης υγρών βιομηχανικών αποβλήτων Στα χρόνια που ακολούθησαν μέχρι σήμερα και ιδίως μετά την ένταξη της χώρας μας στην Ευρωπαϊκή Ένωση, η σχετική Νομοθεσία εμπλουτίστηκε και εναρμονίστηκε με τις σχετικές Οδηγίες της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Νόμοι που αναφέρονται σε μέτρα και όρους για τη διάθεση των επικίνδυνων αποβλήτων στο περιβάλλον και των ανώτερων επιτρεπτών ορίων επικίνδυνων ουσιών στα απόβλητα είναι: Ν. 1650/86, ΚΥΑ 19396/1546/97, ΚΥΑ 55648/2210/91, ΚΥΑ 15519/83, Π.Δ. 179182/656/79, κλπ
Νομοθετικό πλαίσιο διάθεσης υγρών βιομηχανικών αποβλήτων Η Νομοθεσία καθορίζει και το καθεστώς ίδρυσης και λειτουργίας διαφόρων εγκαταστάσεων, μεταξύ αυτών και των μονάδων επιφανειακής κατεργασίας μετάλλων και επιμετάλλωσης. Οι σχετικοί νόμοι είναι: (Ν. 2965/2001, Ν. 2516/97, ΚΥΑ 69269/5387/90, ΚΥΑ 47943/88, κλπ.).
Επεξεργασία Βιομηχανικών Λυμάτων Οι διαφορετικοί τύποι ρύπανσης που προέρχονται από τα λύματα απαιτούν ποικίλες στρατηγικές για την εξάλειψη της ρύπανσης. Απομάκρυνση στερεών: Τα περισσότερα στερεά μπορούν να απομακρυνθούν χρησιμοποιώντας απλές τεχνικές καθίζησης με τα στερεά να ανακτώνται ως πολτός ή λάσπη. Πολύ λεπτά στερεά και στερεά με πυκνότητες κοντά στην πυκνότητα του νερού θέτουν ιδιαίτερα προβλήματα. Σε τέτοια περίπτωση μπορεί να απαιτείται διήθηση ή υπερδιήθηση. Επίσης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί κροκίδωση χρησιμοποιώντας άλατα στυπτηρίας ή την προσθήκη πολυελεκτρολυτώνġ. GIKAS
Επεξεργασία Βιομηχανικών Λυμάτων Απομάκρυνση ελαίων και γράσου: Στο σχήμα φαίνεται ένας τυπικός διαχωριστής ελαίων Θεωρείται αξιόπιστος και φθηνός τρόπος για την απομάκρυνση πετρελαίου, λίπους και άλλων υδρογονανθράκων από το νερό. Είναι επίσης μια αποδοτική μέθοδος για την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους του πετρελαίου πριν από τη χρήση μεμβρανών φίλτρων και χημικών διεργασιών.
Επεξεργασία Βιομηχανικών Λυμάτων Απομάκρυνση βιοαποικοδομήσιμων οργανικών ουσιών: Το βιοαποικοδομήσιμο οργανικό υλικό φυτικής ή ζωικής προέλευσης είναι συνήθως δυνατό να αντιμετωπιστεί χρησιμοποιώντας εκτεταμένες συμβατικές διαδικασίες επεξεργασίας λυμάτων όπως είναι τα συστήματα ενεργού ιλύος και το φίλτρο αναρρόφησης (trickling filter). Μπορεί να προκύψουν προβλήματα εάν τα λύματα είναι υπερβολικά αραιωμένα με νερό πλυσίματος ή έχουν υψηλές συγκεντρώσεις σε αίμα ή γάλα. Επιπλέον, η παρουσία καθαριστικών, απολυμαντικών, παρασιτοκτόνων ή αντιβιοτικών μπορεί να έχει επιζήμιες επιπτώσεις στις διεργασίες επεξεργασίας
Επεξεργασία Βιομηχανικών Λυμάτων Διαδικασία ενεργού ιλύος: Η ενεργός ιλύς είναι μια βιοχημική διαδικασία για την επεξεργασία λυμάτων και βιομηχανικών λυμάτων που χρησιμοποιούν αέρα (ή οξυγόνο) και μικροοργανισμούς για την βιολογική οξείδωση οργανικών ρύπων. Η διαδικασία ενεργού ιλύος περιλαμβάνει: Δεξαμενή αερισμού Δεξαμενή καθίζησης. Μέρος της ιλύος ανακυκλώνεται στη δεξαμενή αερισμού και η εναπομένουσα λάσπη αποβλήτων αφαιρείται για περαιτέρω επεξεργασία και τελική απόρριψη.
Επεξεργασία Βιομηχανικών Λυμάτων Διαδικασία φίλτρου τροφοδοσίας (trickling filter): Τα μέρη που αποτελείται ένα σύστημα trickling filter είναι: Μια κλίνη με πορώδες μέσο πάνω στην οποία αναπτύσσεται το μικροβιακό βιοφιλμ. Ένα περίβλημα ή ένα δοχείο που στεγάζει την κλίνη με το πορώδες μέσο. Ένα σύστημα διανομής της ροής των λυμάτων στο μέσο φιλτραρίσματος. Σύστημα εισαγωγής αέρα. Σύστημα αφαίρεσης και διάθεσης της ιλύος από τα επεξεργασμένα λύματα.
Επεξεργασία Βιομηχανικών Λυμάτων Διαδικασία φίλτρου αναρρόφησης: Οι αερόβιες συνθήκες διατηρούνται λόγω αέρα που ρέει μέσω της κλίνης με φυσική μεταφορά ή με αντλία. Η διεργασία απομάκρυνσης των ρύπων περιλαμβάνει: την προσρόφηση οργανικών ενώσεων στο μικροβιακό φίλμ, την παροχή οξυγόνου που απαιτείται για τη βιοχημική οξείδωση των οργανικών ενώσεων. Τα τελικά προϊόντα περιλαμβάνουν: αέριο διοξείδιο του άνθρακα, νερό και άλλα προϊόντα της οξείδωσης
Επεξεργασία Βιομηχανικών Λυμάτων Επεξεργασία άλλων οργανικών ενώσεων Τα συνθετικά οργανικά υλικά, συμπεριλαμβανομένων των διαλυτών, των χρωμάτων, των φαρμακευτικών προϊόντων, των παρασιτοκτόνων, μπορεί να είναι πολύ δύσκολο να αντιμετωπιστούν. Οι μέθοδοι επεξεργασίας είναι συχνά ειδικές για το υπό επεξεργασία υλικό. Οι μέθοδοι περιλαμβάνουν: την επεξεργασία προηγμένης οξείδωσης, την απόσταξη, την προσρόφηση, την αποτέφρωση, τη χημική ακινητοποίηση ή την υγειονομική ταφή.
Επεξεργασία Βιομηχανικών Λυμάτων Επεξεργασία οξέων και αλκαλίων Τα οξέα και τα αλκάλια συνήθως εξουδετερώνονται υπό ελεγχόμενες συνθήκες. Η εξουδετέρωση συχνά παράγει ένα ίζημα το οποίο θα απαιτεί επεξεργασία ως ένα στερεό κατάλοιπο που μπορεί επίσης να είναι τοξικό. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να αναπτυχθούν αέρια που απαιτούν επεξεργασία για το ρεύμα αερίου. Μετά την εξουδετέρωση, συνήθως απαιτούνται και κάποιες άλλες μορφές επεξεργασίας
Επεξεργασία Βιομηχανικών Λυμάτων Επεξεργασία τοξικών υλικών Τα τοξικά υλικά, συμπεριλαμβάνουν πολλά οργανικά υλικά, μέταλλα (όπως ψευδάργυρο, άργυρο, κάδμιο κ.λπ.), οξέα, αλκάλια, μη μεταλλικά στοιχεία (όπως αρσενικό ή σελήνιο) είναι γενικά ανθεκτικά στις βιολογικές διεργασίες, εκτός αν είναι πολύ αραιωμένα. Τα μέταλλα μπορούν συχνά να κατακρημνιστούν με αλλαγή του ρη ή με επεξεργασία με άλλα χημικά. Πολλά ωστόσο, είναι ανθεκτικά σε επεξεργασία και μπορεί να απαιτούν συγκέντρωση που ακολουθείται από υγειονομική ταφή ή ανακύκλωση. Τα διαλυμένα οργανικά μπορούν να αποτεφρωθούν με μεθόδους προηγμένης οξείδωσης.
Επεξεργασία Βιομηχανικών Λυμάτων Βιομηχανικά υγρά απόβλητα με επικίνδυνο μεταλλικό φορτίο Οι κυριότερες εναλλακτικές τεχνικές που έχουν αναπτυχθεί για την επεξεργασία των υγρών βιομηχανικών αποβλήτων με επικίνδυνο μεταλλικό φορτίο είναι: ηλεκτρανάκτηση, αντίστροφη όσμωση, ιονεναλλαγή, ρόφηση με ενεργό άνθρακα, βιορόφηση και εξαγωγή με οργανικό διαλύτη
Φυσικά Συστήματα για την Επεξεργασία Υγρών Αποβλήτων
Φυσικά Συστήματα Επεξεργασίας Λυμάτων Φυσικά Συστήματα είναι αυτά που για την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων χρησιμοποιούν τις φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο φυσικό περιβάλλον, όταν το απόβλητο, το έδαφος, ορισμένα είδη φυτών, μικροοργανισμοί και η ατμόσφαιρα έρχονται σε επαφή. Υδατικά Χερσαία
Τεχνητοί Υγροβιότοποι Αποτελούνται από στεγανές λεκάνες στις οποίες προστίθεται κατάλληλο πορώδες μέσο για τη φύτευση υδροχαρούς βλάστησης. Η στεγανότητα των λεκανών επιτυγχάνεται με την κάλυψη του πυθμένα και των πρανών με κατάλληλα υλικά (π.χ. μεμβράνη ή άργιλο). ΔΙΑΚΡΙΝΟΝΤΑΙ Επιφανειακής ροής Υποεπιφανειακής (ή υπόγειας) ροής οριζόντιας υπόγειας ροής κατακόρυφης ροής.
Τεχνητοί Υγροβιότοποι Τεχνητοί υγροβιότοποι οριζόντιας επιφανειακής ροής Τα λύματα κινούνται στην επιφάνεια, σε μικρό βάθος και κατά την οριζόντια διεύθυνση.
Τεχνητοί Υγροβιότοποι Τεχνητοί υγροβιότοποι οριζόντιας υποεπιφανειακής ροής Η ροή γίνεται υπογείως μέσα από το πορώδες υλικό των λεκανών στην οριζόντια διεύθυνση. Τα υγρά απόβλητα καθαρίζονται καθώς έρχονται σε επαφή με την επιφάνεια του πορώδους μέσου και με τις ρίζες των φυτών.
Τεχνητοί Υγροβιότοποι Τεχνητοί υγροβιότοποι κατακόρυφης υποεπιφανειακής ροής Η κίνηση των υγρών αποβλήτων γίνεται μέσα από το πορώδες υλικό των λεκανών κατά την κατακόρυφη διεύθυνση. Διαθέτουν δίκτυο αγωγών για τη μεταφορά αέρα (οξυγόνου) στη μάζα του πορώδους μέσου.
Τεχνητοί Υγροβιότοποι Διάταξη υβριδικών συστημάτων TYOYP TYKP TYKP TYKP TYOYP
Τεχνητοί Υγροβιότοποι Πρωτοβάθμια επεξεργασία Εισροή Κατακόρυφη ροή (Ι) Κατακόρυφη ροή (ΙΙ) Οριζόντια ροή (ΙΙΙ) Τεχνητός Υγροβιότοπος Κατακόρυφης Υπόγειας Ροής Υβριδικό Σύστημα Εκροή
Σύγκριση συμβατικών και φυσικών συστημάτων ΣΥΜΒΑΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Μειονεκτήματα Χρήση μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην κατασκευή (σκυρόδεμα, χάλυβας κ.λ.π.) και στην λειτουργία (ηλεκτρική ενέργεια, χημικά κ.λ.π.) Παραγωγή σημαντικών ποσοτήτων παραπροϊόντων, που απαιτούν περαιτέρω επεξεργασία (μεγάλες ποσότητες ιλύος) Έχουν πολλά μηχανικά μέρη Απαιτήσεις σε εξειδικευμένο προσωπικό Απαίτηση υψηλού κόστους κατασκευής και λειτουργίας Πλεονέκτημα: Απαίτηση μικρής έκτασης ΦΥΣΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Πλεονεκτήματα Χρήση μόνο ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ηλιακή, αιολική κ.λ.π.) Παραγωγή μηδαμινών ποσοτήτων παραπροϊόντων, που δεν χρειάζονται περαιτέρω επεξεργασία (φυτική βιομάζα) Δεν έχουν μηχανικά μέρη Δεν έχουν απαιτήσεις σε εξειδικευμένο προσωπικό Χαμηλό κόστος κατασκευής (αν υπάρχουν διαθέσιμες εκτάσεις), μηδαμινό κόστος λειτουργίας Είναι συμβατά με τα συμβατικά συστήματα (μπορούν να χρησιμοποιηθούν για επέκταση υπάρχουσας εγκατάστασης) Μειονέκτημα: Απαίτηση μεγάλης έκτασης
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ: Κάτοψη
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ: Κάτοψη - Τομές Y1 Influent LEGEND A1, A2, A3 = 1 st stage VF CW B1, B2 = 2 nd stage VF CW C = 3 rd stage HSF CW SC = Screening PV = Pump Vault S = Siphon Y1 Y2 C 3 rd stage HSF CW Natural Soil Level C Effluent Influent Β2 Β1 B2 B1 Entrance SECTION Y1-Y1 2 nd stage VF CWs SECTION Y2-Y2 2 nd stage VF CWs S S Α3 SC PV Y2 Α1 Α2 Α3 Α2 Α1 Α3 Α2 Α1 Natural Soil Level 1 st stage VF CWs 1 st stage VF CWs 3 rd stage HSF CW B2 B1 C Natural Soil Level
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ: Αντλιοστάσιο Δεξαμενή χωρητικότητα: 21,6 m 3 Αντλίες Αριθμός: 2 Παροχή: 90 m 3 /h Μανομετρικό: 12 m Φέρουν κοπτήρες A Αγωγοί προσαγωγής λυμάτων Φ600 Φ600 Σχάρα B Σιδερένια Καπάκια Θυρόφραγμα Αντλία Αντλία Βαλβίδα αντεπιστροφής - Δεικλίδα προς φρεάτιο διανομής PVC Φ125 A B αγωγοί υπερχείλισης Φ400 μήκους 5 m (μέχρι τον αποδέκτη)
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ: Κλίνη Α σταδίου B θυρίδα επίσκεψης - καθαρισμού ΠΛΑΚΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΥΛΙΚΟΥ στήριγμα στήριγμα ΠΛΑΚΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΥΛΙΚΟΥ διάτρητος αγωγός αερισμού PVC Φ110 ΠΛΑΚΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΥΛΙΚΟΥ στήριγμα στήριγμα ΠΛΑΚΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΥΛΙΚΟΥ διάτρητος αγωγός στράγγισης PVC Φ110 αγωγός διανομής PVC Φ200 αγωγός αερισμού PVC Φ110 αγωγός διανομής PVC Φ200 ΠΛΑΚΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΥΛΙΚΟΥ στήριγμα στήριγμα λεπτομ. 1 ΠΛΑΚΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΥΛΙΚΟΥ κινητό πώμα διάτρητος αγωγός στράγγισης PVC Φ200 κλίση 0,5% κλίση 1% λεπτομ. 2 B Γ αγωγός απαγωγής στραγγισμάτων PVC Φ200
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ: Κλίνη Α σταδίου-τομή λεπτομ. 2 Μεμβράνη αγωγός διανομής PVC Φ200 λεπτό χαλίκι 2-8mm στήριγμα αγωγού διανομής σκυρόδεμα 0,2x0,2 m αγωγός αερισμού χαλίκι 5-20mm κροκάλα 20-40mm αγωγός στράγγισης στήριγμα αγωγού διανομής
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ: Σίφωνας Διαστάσεις φρεατίου Μήκος: 4 m Πλάτος: 3,5 m Βάθος υγρών: 0,9 m (κατάσταση λειτουργίας) Σίφωνας Παροχή: 90 m 3 /h
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ: Αναμενόμενη εκροή ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ (mg/l) ΠΟΣΟΣΤΟ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ BOD 5 <=15 96 % COD <=40 93 % SS <=15 96 % TKN <=6 91 % ΤP <=4 50 %
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ: Κόστος ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Δαπάνη ( ) Έργα εισόδου, εσχάρωση 29.623 Κλίνες Α Σταδίου 38.671 Κλίνες Β Σταδίου 33.296 Κλίνη Γ Σταδίου 33.162 Σίφωνας-Δίκτυο αγωγών 15.743 Ηλεκτρικά 19.586 Υποδομές και πρασίνου 27.164 Κόστος Κατασκευής 197.245 Συνολικό Κόστος (περιλαμβάνει 18% ΟΕ, 23% ΦΠΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟ 286.282 ή 477.10 /ι.κ. Ηλεκτρική ενέργεια, εργατικά 12,25 /ημέρα ή 7,35 /ι.κ./έτος ή 0,13 /m 3 λύμ.
ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ
ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ
ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ
ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ 3ο στάδιο ΤΥΟΥΡ 2ο στάδιο ΤΥΚΡ 1ο στάδιο ΤΥΚΡ ΤΥΚΡ επεξεργασίαs Λυματολάσπης
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΣΕ ΠΙΛΟΤΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΤΥ
Introduction Olive oil production is an important part of the economy of Mediterranean countries From 2000 to 2010, Greece produced on the average (Greek Department of Agriculture) : 378,000 tons of olive oil The OMW is a part of the byproducts of the olive production process 2,266,000 tons of OMW
Olive Oil Production in Greece YEAR OLIVE TREES OLIVE OIL PRODUCTION (tn) VALUE ( ) 2000 129 053 238 430 000 795 641 2001 135 951 606 360 000 680 402 2002 137 338 029 414 000 898 380 2003 137 372 304 306 940 672 199 2004 131 912 536 364 578 936 965 2005 133 057 581 367 579 1 040 249 2006 131 980 860 335 929 1 071 614 2007 130 822 386 419 297 1 111 137 2008 132 215 466 328 273 810 834 2009 131 469 420 305 000 631 350 2010 136 862 936 280 090 649 809 Mean production (ktn/ year): Olive oil = 378 Olive mill wastewater (OMW) = 2,266 (Fountoulakis et al., 2008)
Olive Mill Wastewater (OMW): It is a by-product of the olive oil production process It is characterized by high organic load concentrations (i.e., COD and total phenols) It is considered among the strongest industrial wastewaters Its treatment, before final disposal, is a serious problem, considering that conventional treatment methods are expensive
... Olive Mill Wastewater (OMW): Herouvim et al. (2011) examined the efficiency of vertical flow constructed wetlands (VF CW) in OMW treatment mean pollutant removal efficiencies were: 70%, 70%, 75% and 87% for COD, total Phenols, TKN and orthophosphate (OP), respectively
... Olive Mill Wastewater (OMW): Yalcuk et al. (2010) reported 73%, 40% and 95% removals of COD, NH 4 -N and OP, respectively, in VF CW systems loaded with OMW
The pilot-scale natural system... OT1 VFCW 30 cm 10 cm 25 cm 15 cm MT OT2 Site: Laboratory of Ecological Engineering and Technology, Democritus University of Thrace It comprises: Two open naturally-aerated tanks (OT1, OT2) One vertical flow constructed wetland (VF CW) One free-water surface constructed wetland (FWS CW) FWSCW Effluent tank
... The pilot-scale natural system Concept: The OMW remains in the open naturally-aerated tanks for relatively long time (i.e., 6-8 months) Natural removal of COD and other constituents, mostly through: Sedimentation of suspended solids Anaerobic biologic activity Flotation, etc. Treatment in VF and FWS CWs
ΟΤ1 MT FWSCW ΟΤ2 VF CW Dimensions OT1 tank: 1.0 m long, 1.0 m wide and 1.0 m high. OT2 tank: 1.15 m long, 0.95 m wide and 1.0 m high. VF CW: cylindrical shape 0.82 m in diameter and 1.5 m high FWS CW: rectangular in plan view, 3.4 m long and 0.85 m wide Treatment Procedure The system received fresh, untreated OMW from a nearby olive mill. The OMW remained in the two open tanks for about 6-8 months. 15 L of OMW from each tank were taken daily, mixed, and introduced to the VF CW. The daily effluent of the VF CW was collected and fed into the FWS CW (HRT=13 d).
OMW production The OMW used in this study was taken, immediately after its release, from the open holding lagoon of a three-phase centrifuge olive mill located in the region of Xanthi, in north Greece. The three-phase centrifuge systems are characterized by continuous operation. The olive pulp is fed in a horizontal centrifuge system where olive oil, solids and OMW are separated. The following quantities are produced per 1000 kg of olives processed: 650-750 L of OMW and 200 kg of olive oil
OMW physicochemical parameters depend on: 1. the olive oil extraction process 2. the waste pre-treatment before its disposal 3. the olive variety and the period of olive harvesting Table 1. OMW physicochemical parameters Parameter Kavroulakis and Ntougias Present Study Herouvim Yalcuk (2011) et al. et al. OT1 OT2 (2011) (2010) Koroneiki Mastoidis ph 4.19 4.21 5.00 7.36 4.90 4.89 EC (ms/cm) 9.74 9.61 5.70 4.52 12.29 16.14 DO (mg/l) 0.14 0.16 0.60 - - - COD (mg/l) 58,144 45,773 14,120 86,500 99,920 37,769 BOD (mg/l) 11,445 - - - 14,333 9,167 NH 4+ -N (mg/l) 38.1 33.6 101 24.33 621 498 TKN (mg/l) 280 202 506 - - - TP (mg/l) - - - - 437 313 PHE (mg/l) 2,516 3,067 2,841 2,063 12,750 6,530 TSS (mg/l) 3,654 3,126 - - - -
OMW quality measurements OMW samples from OT1 and OT2 were taken at 30 cm depth (from the surface) every 15 days, from December 12, 2011 to July 24, 2012 Samples were also taken daily (July 10, 2012 until August 3, 2012) from the influent and effluent of the VF CW and every four days from the effluent of the FWS CW The samples were analyzed in the laboratory, according to standard methods (APHA, 1998), for: COD, total Kjeldahl nitrogen (TKN), ammonia nitrogen (NH 4 -Ν) total suspended solids (TSS), and total phenols (PHE) Physicochemical parameters of OMW, such as temperature (T), ph, dissolved oxygen (DO) and electrical conductivity (EC), were measured in situ using appropriate instruments (WTW 197 series)
Results Open tanks DO (mg/l) T ( o C) 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 01/12/11 01/12/11 21/12/11 21/12/11 10/01/12 10/01/12 30/01/12 30/01/12 19/02/12 19/02/12 OT1 10/03/12 10/03/12 30/03/12 OT2 19/04/12 30/03/12 19/04/12 09/05/12 29/05/12 18/06/12 08/07/12 28/07/12 09/05/12 29/05/12 18/06/12 08/07/12 28/07/12 The OMW temperature values follow the air temperature and ranged between 6.3 ο C in the winter and 28.5 ο C in the summer. The DO concentration ranged between 0.2 mg/l and 0.8 mg/l during the monitoring period. The highest DO concentrations were measured in January and February when the temperature values were low.
Results Open tanks EC (ms/cm) ph 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 12,0 9,0 6,0 ph mean values in the two tanks were in the acidic area, varying between 4.0 to 4.3. These low values have an inhibitory effect on the microorganism growth. Electrical conductivity during the monitoring period varied from 8.52 ms/cm to 10.87 ms/cm in OT1 and from 9.12 ms/cm to 9.61 ms/cm in OT2. 3,0 01/12/11 21/12/11 10/01/12 30/01/12 19/02/12 10/03/12 30/03/12 19/04/12 09/05/12 01/12/11 29/05/12 21/12/11 18/06/12 10/01/12 08/07/12 30/01/12 28/07/12 19/02/12 OT1 10/03/12 30/03/12 OT2 19/04/12 09/05/12 29/05/12 18/06/12 08/07/12 28/07/12
COD (mg/l) Results Open tanks 80000 60000 40000 20000 0 01/12/11 21/12/11 10/01/12 30/01/12 19/02/12 10/03/12 OT1 30/03/12 OT2 Table 2. Pearson correlation coefficients for OT units 19/04/12 09/05/12 COD The mean COD removal was 51.5% and 51.2% at OT1 and OT2, respectively. COD reduction is mainly attributed to the sedimentation of suspended solids. T DO ph EC COD NH 4 -N TKN PHE TSS T 1 DO -0.563 ** 1 ph -0.204 0.170 1 EC 0.238-0.171 0.014 1 COD -0.305 0.011 0.176-0.012 1 NH 4 -N -0.129-0.230-0.389 * -0.008 0.590 ** 1 TKN -0.352 0.067-0.287 0.045 0.350 0.497 ** 1 PHE -0.413 * -0.075 0.425 * -0.241 0.597 ** 0.307 0.421 * 1 TSS -0.218-0.197-0.257-0.078 0.542 ** 0.792 ** 0.746 ** 0.333 1 ** Correlation is significant at the 0.01 level * Correlation is significant at the 0.05 level 29/05/12 18/06/12 08/07/12 28/07/12
NH 4 -N (mg/l) Results Open tanks 40 30 20 10 0 01/12/11 21/12/11 10/01/12 30/01/12 19/02/12 OT1 10/03/12 Table 2. Pearson correlation coefficients for OT units 30/03/12 OT2 19/04/12 09/05/12 NH4-N The NH 4 -Ν concentration showed 83.8% and 83.3% reduction in OT1 and OT2, respectively. The higher reduction of NH 4 -Ν was observed in the first two months. The positive value of Pearson correlation coefficient indicate the relation between NH 4 -N and TSS T DO ph EC COD NH 4 -N TKN PHE TSS T 1 DO -0.563 ** 1 ph -0.204 0.170 1 EC 0.238-0.171 0.014 1 COD -0.305 0.011 0.176-0.012 1 NH 4 -N -0.129-0.230-0.389 * -0.008 0.590 ** 1 TKN -0.352 0.067-0.287 0.045 0.350 0.497 ** 1 PHE -0.413 * -0.075 0.425 * -0.241 0.597 ** 0.307 0.421 * 1 TSS -0.218-0.197-0.257-0.078 0.542 ** 0.792 ** 0.746 ** 0.333 1 ** Correlation is significant at the 0.01 level * Correlation is significant at the 0.05 level 29/05/12 18/06/12 08/07/12 28/07/12
TKN (mg/l) 300 250 200 150 100 50 0 Results Open tanks 01/12/11 21/12/11 10/01/12 30/01/12 19/02/12 OT1 10/03/12 Table 2. Pearson correlation coefficients for OT units 30/03/12 OT2 19/04/12 09/05/12 TKN The mean TKN reduction was 64.9% and 55.4% at OT1 and OT2, respectively. There is a strong positive correlation (p<0.001) between TKN and TSS concentration values. T DO ph EC COD NH 4 -N TKN PHE TSS T 1 DO -0.563 ** 1 ph -0.204 0.170 1 EC 0.238-0.171 0.014 1 COD -0.305 0.011 0.176-0.012 1 NH 4 -N -0.129-0.230-0.389 * -0.008 0.590 ** 1 TKN -0.352 0.067-0.287 0.045 0.350 0.497 ** 1 PHE -0.413 * -0.075 0.425 * -0.241 0.597 ** 0.307 0.421 * 1 TSS -0.218-0.197-0.257-0.078 0.542 ** 0.792 ** 0.746 ** 0.333 1 ** Correlation is significant at the 0.01 level * Correlation is significant at the 0.05 level 29/05/12 18/06/12 08/07/12 28/07/12
PHE (mg/l) Results Open tanks 5000 4000 3000 2000 1000 0 01/12/11 21/12/11 10/01/12 30/01/12 19/02/12 OT1 Table 2. Pearson correlation coefficients for OT units PHE The PHE concentration remained almost constant during the monitoring period, and the mean reduction in the two open tanks was 27.8%. There was not statistically significant correlation (p>0.1) between phenol and TSS concentrations, indicating that the total phenols in OMW are more in a soluble form. T DO ph EC COD NH 4 -N TKN PHE TSS T 1 DO -0.563 ** 1 ph -0.204 0.170 1 EC 0.238-0.171 0.014 1 COD -0.305 0.011 0.176-0.012 1 NH 4 -N -0.129-0.230-0.389 * -0.008 0.590 ** 1 TKN -0.352 0.067-0.287 0.045 0.350 0.497 ** 1 PHE -0.413 * -0.075 0.425 * -0.241 0.597 ** 0.307 0.421 * 1 TSS -0.218-0.197-0.257-0.078 0.542 ** 0.792 ** 0.746 ** 0.333 1 ** Correlation is significant at the 0.01 level * Correlation is significant at the 0.05 level 10/03/12 30/03/12 OT2 19/04/12 09/05/12 29/05/12 18/06/12 08/07/12 28/07/12
Results Open tanks TSS Total suspended solids removals in the two tanks were 84.9% and 81.2% for OT1 and OT2, respectively The highest reduction was observed during the first two months (OT1: 71.2%, OT2: 75.4%), while, for the rest of the time, the reduction was not very important TSS (mg/l) 4000 3000 2000 1000 0 OT1 OT2 01/12/11 21/12/11 10/01/12 30/01/12 19/02/12 10/03/12 30/03/12 19/04/12 09/05/12 29/05/12 18/06/12 08/07/12 28/07/12
Results CWs Removal % Removal % 100 80 60 40 20 0 100 80 60 40 20 0 COD Absolute Relative Cumulative 54,1 17,3 VF CW FWS CW PHE Absolute Relative Cumulative 60,1 19,6 VF CW FWS CW Total Removal Total Removal
Results CWs Removal % Removal % 100 80 60 40 20 0 100 80 60 40 20 0 TKN Absolute Relative Cumulative 44,1 23,6 VF CW FWS CW TSS Absolute Relative Cumulative 52,0 27,0 VF CW FWS CW Total Removal Total Removal
Conclusions Two open, naturally-aerated tanks were used for the storage and pre-treatment of OMW before its application to a system that comprises two constructed wetlands in series: a vertical flow CW followed by a free-water surface CW. Pearson correlation analysis for physicochemical parameters of OMW in the two open tanks showed that COD, TKN and NH 4 -N removals were positively correlated to TSS reduction. The high organic load and high total phenol concentration, in combination with the low ph values, seem to have an inhibitory effect on the growth of microorganisms responsible for pollutant biodegradation. The system seems promising for application, since it is cost effective.
Thank you for your attention!