ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΛΥΜΑΤΩΝ Η ΜΕΘΟ ΟΣ MBR

ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΛΥΜΑΤΩΝ Η ΜΕΘΟ ΟΣ MBR M. Zαχαρίας Π-Μ & Α.Τ-Μ Μέλος της Ε.Ε.Ε. Υδραυλικών & Υδατικών Πόρων του Τ.Ε.Ε. Περιληψη Η τεχνολογία επεξεργασίας λυµάτων συνεχώς εξελίσσεται. Στα πλαίσια αυτά τα τελευταία χρόνια αναπτύχθηκε µια νέα τεχνολογία επεξεργασίας λυµάτων, στηριζόµενη στην βασική µέθοδο της ενεργού ιλύος και στην διύλιση. Έτσι από το «πάντρεµα» αυτό, προέκυψε η µέθοδος MEMBRANE BIOREACTOR (MBR), που αποτελεί µέθοδο ενεργού ιλύος µε πολύ έντονο χαρακτήρα βιοδιάσπασης της οργανικής ύλης σε συνδυασµό µε διύλιση (Μικροδιύλιση η Υπερδιύλιση-(MF η UF )) σε αντικατάσταση των εξαµενών Τελικής Καθίζησης. Το χρησιµοποιούµενο µέσο είναι προφανώς οι µεµβράνες νέας τεχνολογίας. Οι µεµβράνες αυτές έχουν σχετικά µεγάλο βαθµό διαπερατότητας µε πόρους από 0,01µm ως 1,0 µm τοποθετούνται, είτε εντός του αεριζόµενου βιοαντιδραστήρα (smbr), είτε εκτός αυτού (sidestream MBR). Με την µέθοδο αυτή επιτυγχάνονται µεγάλοι βαθµοί επεξεργασίας (SS E =0,00 mg/l,b.o.d. 5 < 5 mg/l ), ενώ η απαιτούµενη έκταση είναι περίπου το 1/10 µιας κλασσικής µονάδος παρατεταµένου αερισµού. Επίσης η πλεονάζουσα ιλύς είναι η ελάχιστη δυνατή και πλήρως σταθεροποιηµένη. Η όλη µονάς τοποθετείται εντός οικίσκου προσαρµοσµένου στο περιβάλλον της περιοχής, γεγονός που καθιστά την µέθοδο αυτή πολύ ελκυστική για τουριστικές περιοχές µε ακριβή κτήση γης. Το κόστος κατασκευής µιας τέτοιας µονάδος είναι περίπου ίδιο η κατά τι µικρότερο µιας αντίστοιχης κλασσικής µονάδος ενεργού ιλύος, ενώ το κόστος λειτουργίας / συντήρησης περίπου 5% ως 10% υψηλότερο αλλά µε σαφείς τάσεις µείωσης. Η µέθοδος αυτή µπορεί να αποτελέσει αυτοτελή επεξεργασία, µετά από κάποια ειδική απλή προεπεξεργασια, η συµπλήρωµα επεξεργασίας σε υφισταµένες µονάδες ως τριτογενής επεξεργασία. και είναι πλέον κατάλληλη ως αποκεντρωµένο σύστηµα επεξεργασίας λυµάτων. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το πρόβληµα της επεξεργασίας λυµάτων σε τουριστικές περιοχές της χώρας µας είναι κυρίως ο απαιτούµενος χώρος, η αισθητική επίδραση στο άµεσο περιβάλλον και η ποιότητα των επεξεργασµένων λυµάτων. Η µέχρι τώρα σχετική τεχνολογία έχει λύσει το πρόβληµα της ποιότητος των επεξεργασµένων λυµάτων αλλά µε απαίτηση µεγάλης έκτασης και αύξησης του κόστους κατασκευής και κυρίως Λειτουργίας / Συντήρησης (Λ/Σ). Όµως το φλέγον πρόβληµα για µια τουριστική περιοχή είναι η απαίτηση µεγάλων εκτάσεων που χρειάζονται, για τα κλασσικά συστήµατα επεξεργασίας λυµάτων, όπως είναι το σύστηµα της ενεργού ιλύος. 1

Πέραν τούτου, δεν πρέπει να αγνοηθεί και η παραµόρφωση της τουριστικής εικόνας που παρουσιάζει µια κλασσική µονάδα επεξεργασίας αστικών λυµάτων. Τα παραπάνω αποτελούν την κύρια αιτία της µη κοινωνικής αποδοχής µιας τέτοιας κλασσικής εγκατάστασης επεξεργασίας λυµάτων, µε αποτέλεσµα την χρονοβόρα εξεύρεση χώρου, που σε πολλές περιπτώσεις δεν έχει κατάληξη, η την αποµακρυσµένη επιλογή χώρου, που απαιτεί σαφώς µεγαλύτερο κόστος κατασκευής και κυρίως Λ/Σ (αντλήσεις). Το πρόβληµα διογκώνεται µε την απαίτηση, για αποκεντρωµένα συστήµατα επεξεργασίας λυµάτων, καθ όσον απαιτούνται περισσότεροι της µιας µονάδες επεξεργασίας λυµάτων για έναν εκτεταµένο ήµο. Για παράδειγµα, µια κλασσική µονάδα επεξεργασίας λυµάτων για ΡΕ=10.000 απαιτεί έκταση περίπου 5 στρ., ενώ για ΡΕ=17.000 απαιτείται έκταση περίπου 8-9 στρ. εδοµένου δε ότι πολλές φορές οι παραπάνω εγκαταστάσεις επιδρούν αρνητικά στο τοπίο της περιοχής, η τοπική κοινωνία κατά κανόνα απορρίπτει τις κατά τα άλλα λογικές-θέσεις τέτοιων µονάδων (µη κοινωνική αποδοχή).αποτέλεσµα αυτού είναι η καθυστέρηση υλοποίησης µιας τέτοιας κλασσικής µονάδος, στην καλύτερη περίπτωση, ή η επιλογή πολύ αποµακρυσµένου χώρου µε ο τι αυτό συνεπάγεται η τέλος το πλήρες ναυάγιο για την αντιµετώπιση του προβλήµατος της επεξεργασίας των λυµάτων. Λύση στα παραπάνω προβλήµατα δίνει η νέα τεχνολογία µε χρήση µεµβρανών, όπως η µέθοδος MEMBRANE BIOREACTOR (MBR). Η µέθοδος MBR είναι κατ ουσίαν συγκερασµός ενεργού ιλύος και διύλισης. Σαν αποτέλεσµα η µέθοδος αυτή απαιτεί πολύ µικρό χώρο, σε σύγκριση µε την ενεργό ιλύ, δίνει πολύ καλύτερα ποιοτικά αποτελέσµατα και µπορεί να «εγκλωβισθεί» σε κτιριακή εγκατάσταση έκτασης περίπου το 1/8-1/10 της απαιτούµενης για µια κλασσική µονάδα ενεργού ιλύος. Στο παρελθόν δεν υπήρχαν συστήµατα MBR και η τεχνολογία ήταν άγνωστη στην αγορά των µονάδων επεξεργασίας. Οι κύριοι λόγοι ήταν: Η µέθοδος δεν είχε δοκιµαστική εµπειρία Υψηλά κόστη κατασκευής και κυρίως λειτουργίας (Μεµβράνες-Ενέργεια). Απαίτηση για ειδικευµένο προσωπικό λειτουργίας Άγνωστες οι απαιτήσεις λειτουργίας / συντήρησης Άγνωστος ο ρυθµός απόρριψης (αντικατάστασης ) των µεµβρανών Μη απαίτηση υψηλών βαθµών απόδοσης. 2. ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ Η µέθοδος MBR είναι αρκετά διαδεδοµένη στην Β. Αµερική και Ευρώπη ενώ στην Ασία η χρήση της αυξάνει αλµατωδώς. Μέχρι τα µέσα του 2004, η WERF ( Water Environment Research Foundation ), αναφέρει πάνω από 1000 τέτοιες εγκαταστάσεις ανά την υφήλιο. Η µεγαλύτερη εγκατάσταση MBR ευρίσκεται στην Brescia της Ιταλίας µε δυναµικότητα 42.000 κ.µ./ηµ., ενώ είναι σχεδόν έτοιµη µια µεγαλύτερη µονάδα MBR στην Γερµανία. Σήµερα κατασκευάζεται στο Muskat του Oman, µια MBR εγκατάσταση χρησιµοποιώντας µεµβράνες Kubota (Ιαπωνία) µε αναµενόµενη ζωή 5-10 χρόνια, δυναµικότητος 76.000 κ.µ./ηµ. και µε προοπτική επέκτασης στα 220.000 κ.µ./ηµ. Η MBR λειτουργεί σαν µονάδα ενεργού ιλύος µε MLSS της τάξης των 12 gr/m 3 ως 20 gr/m 3, και ηλικία λάσπης 30 ως 60 ηµέρες, ελαχιστοποιώντας τον υδραυλικό χρόνο παραµονής και την πλεονάζουσα ιλύ που είναι πλήρως σταθεροποιηµένη, ενώ οι τεράστιες δεξαµενές καθίζησης 2

αντικαθιστώνται από µονάδες διύλισης (µέσω µεµβρανών) τύπου MF η UF µε πόρους από 0,01µm ως 1µm και κατά µέσον όρο 0,4 µm. Η επανακυκλοφορία της ενεργού ιλύος, (side-stream MBR), γίνεται µε ταχείς ρυθµούς της τάξης των 5*Q, σε αντίθεση µε τα κλασσικά συστήµατα ενεργού ιλύος που κυµαίνεται από 0,5*Q ως 1,5*Q. Η µεγάλη συγκέντρωση της βιοµάζας στον βιολογικό αντιδραστήρα έχει ως συνέπεια την παντελή διάσπαση της οργανικής ύλης (ελάχιστη πλεονάζουσα ιλύς) και την νιτροποίηση µέσα σε περίπου 3 ώρες κατά µέσον όρο. Η συµπύκνωση της πλεονάζουσας ιλύος είναι της τάξης m=1,2. Η παραγωγή περίσσιας ιλύος θεωρητικά είναι περίπου 0,00 Kgr/Kgr BOD, αλλά πρακτικά µπορεί να φθάσει και µέχρι 0,15 Kgr/Kgr BOD. Το πρόβληµα του «µπουκώµατος» των µεµβρανών χρήζει µεγάλης προσοχής και αντιµετωπίζεται τόσο µε την σηµερινή ποιότητα των µεµβρανών, όσο και µε την πρέπουσα προεπεξεργασια των λυµάτων, όπως είναι η αεριζόµενη εξίσωση και η µικροεσχάρωση σε εν σειρά στάδια (π.χ. δυο εν σειρά µικροεσχάρες ανοιγµάτων 0,002 εκ. και 0,0008 εκ. Ο καθαρισµός των µεµβρανών επιτυγχάνεται συνήθως µέσω του αερισµού (Μεγάλες φυσαλίδες, smbr) η µε αντίστροφη έκπλυση, και κατά τακτά διαστήµατα µε χρήση χηµικών διαλυµάτων, ενώ η ζωή µιας τέτοιας µεµβράνης κυµαίνεται από 3 ως 10 χρόνια, γεγονός που εξαρτάται από την ποιότητα των εισερχοµένων λυµάτων, την ποιότητα της µεµβράνης και την µέθοδο προεπεξεργασίας. εδοµένου ότι η ιλύς επαναφέρεται συνεχώς στον βιοαντιδραστήρα, που λειτουργεί κάτω από συνθήκες έντονης βιοδιάσπασης της οργανικής ύλης, η πλεονάζουσα ιλύς είναι ποσοτικά παρά πολύ λίγη σε σχέση µε την κλασσική µονάδα ενεργού ιλύος και αρκετά λίγη σε σχέση µε τον παρατεταµένο αερισµό. Το MBR σύστηµα λειτουργεί είτε µε εµβαπτιζόµενες µεµβράνες στον βιοαντιδραστηρα (smbr) είτε µε εξωτερικές µεµβράνες (side-stream MBR)., a) smbr b) side-stream MBR Σχ. 1 Τυπικά Συστήµατα MBR 3

Μια τυπική επεξεργασία αστικών λυµάτων µε την µέθοδο MBR δείχνεται στο διάγραµµα ροής (Σχ. 2), (side-stream MBR), που ακολουθεί. 4

Αµφότερα τα συστήµατα MBR έχουν πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα. Τα κυριότερα εξ αυτών είναι τα παρακάτω: Πλεονεκτήµατα / Μειονεκτήµατα των 2 MBR σχηµάτων Τυπος MBR smbr side-stream MBR Κόστος Αερισµού Υψηλό (90%) Χαµηλό (20%) Κόστος Άντλησης Πολύ χαµηλό (28%) Υψηλό (60% ως 80%) Απαιτ. Έκταση Μεγαλύτερη Μικρότερη Συχνότης καθαρ. Μεµβρ. Μικρότερη Μεγαλύτερη Λειτουργικά Έξοδα Μικρότερα Μεγαλύτερα Κόστος Κατασκευής Μεγαλύτερο Μικρότερο Το κόστος κατασκευής µιας τυπικής µονάδος MBR είναι περίπου το ίδιο η κατά τι µικρότερο µιας αντίστοιχης µονάδος παρατεταµένου αερισµού, αλλά µε ποιότητα επεξεργασµένων λυµάτων σαφώς πολύ καλύτερη. Το κοστος λειτουργιας/συντηρησης (Λ/Σ), αν και εχει συνεχως τασεις µειωσης, ειναι κατα τι µεγαλυτερο εκεινου µιας αντιστοιχης µοναδος ενεργου ιλυος και συνισταται κυριως στο ενεργειακο κοστος και στο κοστος αντικαταστασης των µεµβρανων, κυµαινεται δε σηµερα περιπου στο 105% ως 110% του Λ/Σ κοστους µιας αντιστοιχης µοναδος παρατεταµµενου αερισµου. Απο Γερµανικο οικο παραγωγης µοναδων MBR, δινονται τα εξης µεσα χαρακτηριστικα µιας τυπικης εγκαταστασης MBR: Κύρια χαρακτηριστικά Τυπικής Μονάδος MBR Μέση απαίτηση χώρου Χρόνος Εκτέλεσης Έργου Μέσον κόστος κατασκευής(όλα πλην ΦΠΑ) Έξοδα συντήρησης 0,10 τ.µ./ρε 50% µιας κλασσικής µον. Ενεργού Ιλύος 300 /ΡΕ ως 350 /ΡΕ 1,50 /ΡΕ-Χρ. ως 2,50 /ΡΕ-Χρ Ανταλλακτικά (Μεµβράνες,Αντλίες) Εργατικά 0,50 /ΡΕ-Χρ ως 1,00 /ΡΕ-Χρ 1,00 /ΡΕ-Χρ ως 1,50 /ΡΕ-Χρ 5

Ενεργειακά Έξοδα Έξοδα χειρισµού περίσσιας ιλύος 8,50 /ΡΕ-Χρ ως 10,50 /ΡΕ-Χρ 1,50 /ΡΕ-Χρ ως 2,30 /ΡΕ-Χρ Συνοψίζοντας τα κυριότερα χαρακτηριστικά µιας µονάδος MBR και συγκρίνοντας τα µε τα αντίστοιχα µιας κλασσικής µονάδος ενεργού ιλύος, παραθέτοµε τον παρακάτω πίνακα: Πίνακας Σύγκρισης Μονάδων Παρατ. Αερισµού και MBR α/α Παραµετρος Παρατετ. Αερισµος MBR 1 Ποιότης Επ/νων Λυµάτων Πολύ καλή Άριστη 2 Απαιτούµενη Έκταση (τ.µ./ρε) 0,5 ως 1,0 0,10 3 Αισθητική ιάσταση Αρνητική Προσαρµογή στο Περιβ. 4 Λειτουργία / Συντήρηση (Λ/Σ) Πολλαπλό Ειδ. Πρωσοπ. Ελάχιστο Ειδ. Προσωπ. 5 Ευελιξία Επέκτασης /Περιορ. Μον. Αρκετά ύσκολη Απόλυτη & Εύκολη 6 Οσµές Σπανίως αλλά πιθανές Καµία (κλειστό κυκλ.) 7 Κόστος κατασκευής Μεγάλο Μικρότερο (Κατά τι) 8 Κόστος Λ/Σ Σηµαντικό Μεγαλύτερο µε τάσεις µείωσης Τέλος στο Σχ. 3 δείχνεται µια κάτοψη µονάδος side-stream MBR για ΡΕ=25.000 που απαιτεί το πολύ 600 τ.µ εκ των οποίων 250 τ.µ. ως 300 τ.µ. είναι χώροι γραφείων κ.λ.π. 6

7

3 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η µέθοδος MBR είναι µέθοδος επεξεργασίας λυµάτων τελευταίας τεχνολογίας και αποτελεί µια έξυπνη, προσαρµοσµένη στο περιβάλλον και ορθή λύση στο πρόβληµα της επεξεργασίας των αστικών λυµάτων ιδίως σε τουριστικές περιοχές, όπου η εξεύρεση χώρου επεξεργασίας των λυµάτων που να έχει και την κοινωνική αποδοχή είναι πολύ δύσκολη. Η µέθοδος MBR δίνει άριστα αποτελέσµατα και στην ουσία είναι τριτογενής επεξεργασία, ενώ επιτυγχάνει και πλήρη νιτροποίηση. Η µέθοδος MBR λειτουργεί άριστα και ως αποκεντρωµένο σύστηµα επεξεργασίας λυµάτων µε µεγάλη ευελιξία ανάλογα µε τον εξυπηρετούµενο Πληθυσµό. Η επιλογή της µεθόδου MBR στις περιπτώσεις αυτές είναι κατά κανόνα µονόδροµος, ενώ ταυτόχρονα δίνει πολύ καλύτερα αποτελέσµατα σ ότι αφορά την ποιότητα των επεξεργασµένων λυµάτων από µια αντίστοιχη µονάδα ενεργού ιλύος ( Παρατεταµένος Αερισµός). Η αισθητική της περιοχής µιας τέτοιας µονάδος MBR,δεν επηρεάζεται αρνητικά, ενώ η εν λόγω µονάδα µπορεί να εγκατασταθεί εντός κτιρίου µε οικιστικά χαρακτηριστικά εκείνα της γύρω περιοχής και έτσι να προσαρµοσθεί άριστα στο περιβάλλον. Η µέθοδος αυτή επιλέγεται µε ταχείς ρυθµούς σε πολλά µέρη της Ευρώπης, Β. Αµερικής και Ασίας ιδίως σε τουριστικές περιοχές, και κατά την γνώµη µου είναι ιδανική για τα τουριστικά νησιά µας. Το κόστος κατασκευής µιας τυπικής µονάδος MBR είναι µικρότερο µιας αντιστοίχου µονάδος ενεργού ιλύος ( Παρατεταµένος Αερισµός ), ενώ το κόστος Λ/Σ κατά τι υψηλότερο,(5% ως 10% ), µε σαφείς τάσεις µείωσης. 4. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Expert impetus for MBRs, Wastewater Engineering Magazine, June 2004. 2. MBR helps Brescia, Wastewater Engineering Magazine, June 2005 3. «Μονας Επεξεργασιας Λυµατων ηµου ΑΚΡΑΤΑΣ», Μελετη Μ. Ζαχαρια, Ιουνιος 2005. 4. «Membrane Bioreactors: Wastewater Treatment Application to achieve high quality effluent,by Henry Mallia-Steven Till,(Fisher Stewart water Industry Group), 2001 Conference papers- WIOA/ AUSTRALIA. 8