Π ΕΡΙΕΧΟΜ ΕΝ Α
Σελίδεο
Πρόλογος...1
Κ εφ .1 Ρύπανση...3
Κ εφ .2 Έδαφος-Υγρά Απόβλητα...13
Κ εφ .3 Ποιότητα Νερού... 21
Κ εφ .4 Γεωλογικό Στοιχεία... 29
1.1 Έδ αφ ος...29
4 .2 Υπόγειο Νερό... 32
Κ εφ .5 Μικροοργανισμοί...38
5.1 Παθογόνοι Μικροργανισμοί...38
Κ ε φ.6 Ιόντα... 51
6 .1 Τοξικότητα Ιόντων... 51
Κ εφ .7 Άζωτο-Φωσφόρος...52
7.1 Άζωτο...52
7 .2 Φωσφόρος... 63
Κ ε φ.8 Φυτοφόρμακα και άλλες Οργανικές Ουσίες... 67
8 .1 Φυτοφάρμακα...67
8 .2 Οργανικές Ουσίες...77
Κ εφ .9 Συμπεράσματα...80
Κ εφ .1 0 Βιβλιογραφία... 80
ΠΡΟΛΟΓΟΣ
To αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση των μηχανισμών ρύπανσης του υπεδάφους και των υπόγειων νερών και η σχέση μεταξύ της μετακίνησης των ρύπων και των εδαφικών γεωλογικών χαρακτηριστικών.
Τα επιμέρους ζητήματα που εξετάσθηκαν στην εργασία αυτή είναι:
• Οι χημικές ενώσεις και τα χαρακτηριστικά τους που περιλαμβάνονται στα υγρά και στερεά απόβλητα που απορρίπτονται στο έδαφος.
• Τα είδη και τα χαρακτηριστικά των μικροοργανισμών που υπάρχουν στα απόβλητα.
• Τα γεωλογικά χαρακτηριστικά του εδάφους που συσχετίζονται με την μετακίνηση των ρύπων και των μικροοργανισμών.
• Τις επιπτώσεις της ρύπανσης κυρίως των υπόγειων νερών.
Η ρύπανση των εδαφών, των επιφανειακών και υπόγειων νερών οφείλεται στη διάθεση των αποβλήτων στο έδαφος, τα οποία με τις κατάλληλες συνθήκες που δημιουργούνται, μετακινούνται, διασκορπίζονται διασπώνται και αντιδρούν με άλλες ουσίες. Όλα αυτά έχουν σαν αποτέλεσμα να υποβαθμίζεται η ποιότητα του υπόγειου νερού. Ο κίνδυνος που δημιουργείται κατά τη διάθεση των αποβλήτων εξαρτάται από τα είδη των ουσιών, τις ποσότητες απόθεσης, τα χαρακτηριστικά και τα αντίστοιχα προβλήματα που μπορεί να δημιουργήσουν στον άνθρωπο.
Το έδαφος είναι και ένα μέσο αποδοχής των αποβλήτων και το νερό τα βοηθάει να κινηθούν. Σύμφωνα με τη γεωλογία, το έδαφος είναι ένα σύνολο συστατικών και πετρωμάτων. Τα πετρώματα ανάλογα με τη διάμετρό τους και την απόσταση μεταξύ των κόκκων τους (πορώ δες), επιτρέπουν την κίνηση του νερού προς έναν υπόγειο υδροφορέα.
Σύμφωνα με τον υδρολογικό κύκλο του νερού ένα μέρος του αποθηκεύεται στο υπέδαφος σαν υπόγειο νερό. Κατά την κίνησή του προς τα κάτω συναντά δυο ζώνες, την ακόρεστη και την κορεσμένη, οι οποίες μας δείχνουν την ποσότητα του νερού που βρίσκεται στους πόρους.
Με την κίνησή του όμως, το νερό, συμπαρασύρει μαζί του διόφορες ουσίες όπως, χημικές ενώσεις, ιόντα, οργανικό συστατικά φυτοφάρμακα και μικροοργανισμούς, που υπάρχουν κυρίως στα ανθρώπινα και ζωικά λύματα. Η ύπαρξή τους στο νερό μπορεί να προκαλέσει διάφορες ασθένειες.
Ένα από τα σοβαρότερα προβλήματα στα νερά δημιουργείται από τα νιτρικό ιόντα. Το άζωτο που υπάρχει στα λιπάσματα δίνει θρεπτικά στοιχεία στο έδαφος και βοηθάει στην ανάπτυξη των φυτών, αλλά ταυτόχρονα δημιουργεί και προβλήματα ποιότητας στο υπόγειο νερό εξαιτίας της ύπαρξης των νιτρικών. Η ύπαρξή τους καθιστά αδύνατη τη χρήση οποιουδήποτε προϊόντος και νερού από τον άνθρωπο και τα ζώα επειδή στον κάθε οργανισμό μετατρέπεται σε νιτρώδη (ΝΟ2). Στα απόβλητα το άζωτο το συναντάμε ως οργανικό και αμμωνιακό.
Ο φώσφορος στο έδαφος και τα πετρώματα υπάρχει σαν ορυκτό, με ευδιάλυτη μορφή το συναντάμε όμως και στα λιπάσματα. Στα υγρά απόβλητα υπάρχει με τη μορφή ανόργανου και οργανικού φωσφόρου.
Το βόριο, το χλώριο και το νάτριο είναι ιόντα που βρίσκονται και αυτά στα απόβλητα. Η ταξική τους δράση δημιουργεί προβλήματα κυρίως στα φυτά.
Τέλος οργανικά συστατικά είναι τα λιπίδια, οι πρωτεΐνες, οι υδρογονάνθρακες, οι φαινόλες, οι επιφανειακά ενεργές ουσίες και τα φυτοφάρμακα με τα εντομοκτόνα. Από αυτά τα πιο επικίνδυνα είναι τα φυτοφάρμακα.
Τα φυτοφάρμακα χρησιμοποιούνται στις καλλιέργειες για την καταπολέμηση των εντόμων, των παρασίτων και των μικροοργανισμών.
Έχ ουν τοξική δράση και δημιουργούν διάφορα προβλήματα είτε άμεσα είτε μέσω των μεταβολιτών τους δηλαδή των χημικών ενώσεων που παράγονται κατά την διάσπρση τους.
Αντικείμενο της παρούσης εργασίας είναι η διάθεση και μεταφορά των αποβλήτων στο έδαφος. Για την ποσοτική εκτίμηση της μετακίνησης των χημικών ενώσεων και ιδίως των νιτρικών χρησιμοποιήθηκε το μαθηματικό μοντέλο CHEM FLO-2000 και για την μετακίνηση των ιών το πιθανοτικό μαθηματικό μοντέλο Virulo.
ΚΕΦ Α Λ Α ΙΟ ΠΡΏΤΟ
Ο όρος ρύπανση εκφράζει τη διοχέτευση στερεών, υγρών, ταξικών και μη, διαλυμάτων και αερίων, βιομηχανικών και αστικών αποβλήτων και λυμάτων, είτε σε γλυκά , υφάλμυρα ή θαλασσινά νερά, είτε στο έδαφος.
Ο κίνδυνος που δημιουργείται με τη διάθεση των αποβλήτων στο περιβάλλον εξαρτάται από το είδος της ουσίας, την ποσότητα, τα χαρακτηριστικό τους και τα πιθανά προβλήματα που μπορεί να προκαλέσει στο περιβάλλον και στον άνθρωπο. Τα απόβλητα διακρίνονται σε επικίνδυνα και ταξικά απόβλητα. Ως επικίνδυνα θεωρούνται τα απόβλητα τα οποία λόγω της ποσότητας, της συγκέντρωσης ή των φυσικών, χημικών και μολυσματικών χαρακτηριστικών τους μπορεί να προκαλέσουν ή να συνεισφέρουν σημαντικά την αύξηση των θανάτων ή την αύξηση άλλων σοβαρών ασθενειώ ν, και τέλος να δημιουργήσουν με την παρουσία τους κίνδυνο για την υγεία του ανθρώπου ή του περιβάλλοντος όταν χειρίζονται με ακατάλληλο τρόπο, αποθηκεύονται, μεταφέρονται ή αποτίθενται. Ο όρος τοξικά χρησιμοποιείται για ουσίες που προκαλούν θάνατο ή σοβαρές βλάβες στους ανθρώπους και τα ζώα.
Το φυσικό περιβάλλον μέσα από το οποίο κινείται το υπόγειο νερό επηρεάζει την ποιότητά του. Τα υπόγεια νερά, ενώ έχουν περισσότερα ανόργανα στοιχεία από ότι τα επιφανειακά, έχουν ομοιόμορφη ποιότητα από εποχή σε εποχή και συχνά είναι σταθερής θερμοκρασίας. Δεν περιέχουν μικροοργανισμούς και αιωρούμενα στερεά λόγω του φιλτραρίσματος που γίνεται όταν περνούν την ακόρεστη ζώνη. Το είδος και οι συγκεντρώσεις των διαλυμένων συστατικών στο υπόγειο νερό εξαρτάται από το ιστορικό της επαφής του με την ατμόσφαιρα, την επιφάνεια του εδάφους, την κίνησή του στο εδαφικό προφίλ και τους υπόγειους υδροφορείς.
Η φυσική ποιότητα του νερού διαφέρει σε μεγάλο βαθμό από περιοχή σε περιοχή και έχει σχέση με τη γεωλογία και τις κλιματικές συνθήκες. Η συγκέντρωση των διαλυμένων αλάτων επηρεάζεται από τα
πετρώματα, τη φυσική σύνθεση των εδαφικών στρωμάτων και από το χρόνο που αυτά βρίσκονται σε επαφή με το νερό.
Στις ξηρές περιοχές ο εμπλουτισμός είναι περιορισμένος. Η βραδεία μετακίνηση του νερού έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία νερού χαμηλής ποιότητας. Επίσης η έντονη εξάτμιση προκαλεί την ανύψωση του νερού, με τα τριχοειδή φαινόμενα, με συνέπεια την εναπόθεση αλάτων κοντά στην επιφάνεια του εδάφους. Από την οξείδωση των πετρωμάτων συχνά απελευθερώνεται ασβέστιο και μαγνήσιο που συντελούν στην αύξηση της σκληρότητας.
Στα υπόγεια νερά ορισμένων περιοχών περιέχοντσι διαλυμένος σίδηρος και μαγγάνιο. Αν και δεν υπάρχει σοβαρός κίνδυνος από τη χρησιμοποίηση αυτών των νερών, από τους περισσότερους χρήστες νερού, τα καφετιά οξείδια των μετάλλων αυτών δημιουργούν αντιαισθητικούς χρωματισμούς και βρώμικες κηλίδες. Η μείωση όμως του σιδήρου συντελεί στην ανάπτυξη των βακτηρίων στα συστήματα διανομής του νερού που δίνουν άσχημες οσμές στο νερό. Η μόνη λύση σ' αυτού του είδους τα προβλήματα είναι η απομάκρυνσή τους από συστήματα επεξεργασίας του νερού.
Το αρσενικό μπορεί να προκαλέσει επίσης προβλήματα και βρίσκεται σε υδροφορείς ηφαιστειογενών αποθέσεων.
Οι πιο σοβαρές και διάσπαρτες πηγές μόλυνσης είναι η υπόγεια διάθεση των οικιακών υγρών αποβλήτων από τους ατομικούς βόθρους των σπιτιών. Αυτό συμβαίνει όταν τα γεωλογικά χαρακτηριστικά του εδάφους ευνοούν την απορρόφηση των αποβλήτων.
Τα πιο κοινά συστήματα διάθεσης των οικιακών λυμάτων είναι ο συνδυασμός των σηπτικών δεξαμενών για την κατακράτηση και το χώνεμα των στερεών και οι απορροφητικοί τάφροι βαθιάς διήθησης. Η δεξαμενή καθαρίζεται περιοδικά για τ.ην απομάκρυνση της συσσωρευμένης λάσπης.
Οι τάφροι διήθησης συνήθως αποτελούνται από διάτρητους σωλήνες τοποθετημένους πάνω σε χονδρόκοκκο υλικό. Οι οργανικές ενώσεις αποσυντίθενται στο αερόβιο περιβάλλον της τάφρου, ενώ το νερό διαρρέει προς τα κάτω μέσα στο έδαφος. Αν εκεί κοντά υπάρχει ένα φρεάτιο εκμετάλλευσης των υπόγειων νερών και το έδαφος είναι διαπερατό, τα λύματα που κινούνται κατακόρυφα φθάνουν στην υπόγεια στάθμη και από εκεί κινούνται οριζόντια προς το φρεάτιο με κίνδυνο να αντληθούν με το
υπόγειο νερό. Τα μεγάλα στερεά κατακρατούνται στον πυθμένα και το νερό διαρρέει έξω από τα τοιχώματα. Τα προβλήματα έμφραξης των βόθρων, που συχνά συμβαίνουν σε λεπτόκοκκα και μέσα εδάφη, οδηγούν στην ανάγκη αντικατάστασής τους από τις σηπτικές δεξαμενές.
Η επιλογή της θέσης για ένα σύστημα βραδείας διήθησης βασίζεται συνήθως στην ικανότητα του εδάφους να απορροφά το νερό με αρκετά μεγάλη ταχύτητα ώστε να προλαβαίνει τις ποσότητες των εκπομπών και να μην δημιουργείται λίμναση. Μία δοκιμή είναι απαραίτητη για τον προσδιορισμό της καταλληλότητας του εδάφους και της έκτασης που απαιτείται για τη δεξαμενή απορρόφησης. Εντούτοις, οι υψ ηλές ταχύτητες διήθησης δεν σχετίζονται με την ικανότητα του εδάφους να κατακρατούν ρύπους. Για το λόγο αυτό έχουν καταγραφεί με μεγάλη συχνότητα περιπτώσεις ρύπανσης των υπόγειων νερών σε εδάφη με μεγάλη διαπερατότητα. Όπου η ανακύκλωση των αποβαλλόμενων αποβλήτων είναι αρκετά γρήγορη, υπάρχει η πιθανότητα της μόλυνσης των πιο κοντινών φρεατίων με μικροοργανισμούς που προκαλούν ασθένειες, ή τα ιόντα χλωρίου και τα νιτρικά που είναι ιδιαίτερα ευκίνητα.
Τα υγρά απόβλητα μετά τη δευτεροβάθμια επεξεργασία μπορεί να προκαλέσουν πιθανά προβλήματα στα επιφανειακά νερά και μικρά προβλήματα ποιότητας στα υπόγεια Το νερό που διαρρέει, από τα επιφανειακά ξηρά υδατορεύματα που δέχονται λύματα περιέχει διαλυμένα άλατα στα οποία κυριαρχούν τα νιτρικά και τα χλωριούχα. Συνήθω ς όμως η βαθιά διήθηση των λυμάτων που έχουν υποστεί καθαρισμό γίνεται με επαρκή αραίωση από το νερό της βροχής που έχει σαν αποτέλεσμα να περιορίζεται σημαντικά η συσσώρευση των αλάτων στα υπόγεια νερά.
Η ταφή των στερεών αποβλήτων (χωματερές από τα σκουπίδια των οικισμών) μπορεί να αποτελέσει αιτία υποβάθμισης της ποιότητας των υπόγειων νερών λόγω της έκπλυσης που προκαλεί το νερό που διέρχεται από τη μάζα των σκουπιδιών. Τα εκπλύματα αποτελούνται από το νερό που κατά την κίνησή του δια μέσου της μάζας των στερεών αποβλήτων εμπλουτίζεται με ρύπους από την απευθείας διάλυση των ουσιών και με τα διαλυτά παράγωγα της αποικοδόμησης των αποβλήτων με τις χημικές και βιοχημικές αντιδράσεις. Μεγαλύτερα προβλήματα μόλυνσης είναι πιθανόν να συμβούν σε υγρές περιοχές όπου η διηθούμενη ποσότητα νερού είναι μεγαλύτερη από την ικανότητα απορρόφησης της περιοχής εναπόθεσης.
To νερό που περνάει διαμέσου των αποβλήτων είναι πλούσιο σε ανόργανα συστατικά όπως χλωριόντα, σίδηρο, μόλυβδο, χαλκό, νάτριο, νιτρικό, αμμωνία και μια ποικιλία οργανικών ουσιών. Όταν περιλαμβάνονται και στερεά βιομηχανικά απόβλητα, τότε στο νερό έκπλυσης μπορεί να περιέχονται επικίνδυνες ουσίες, όπως κυανιούχα, κάδμιο και χλωριωμένοι υδρογονάνθρακες. Η σύνθεση των νερών στις χωματερών διαφοροποιείται με την πάροδο του χρόνου λειτουργίας της χωματερής.
Οι βιομηχανίες παράγουν μεγάλες ποσότητες υγρών αποβλήτων μέσα από τις διαδικασίες παραγωγής, επεξεργασίας και ψ ύξης. Τα υγρά αυτά απόβλητα γενικά διαχωρίζονται και επεξεργάζονται στα συστήματα καθαρισμού, όπως γίνεται και στα οικιακά απόβλητα πριν αυτά διοχετευτούν στους επιφανειακούς αποδέκτες. Τα απόβλητα που ο καθαρισμός τους είναι αντιοικονομικός, διατίθενται σε υγρά μορφή ή λάσπη. Τα βιομηχανικά απόβλητα όλων των τύπων είναι, με την αναγωγή τους σε ξηρό βάρος, σχεδόν δύο φορές περισσότερα από αυτά που παράγονται από τις αστικές και εμπορικές πηγές. Το 9 0 % των επικίνδυνων αποβλήτων διατίθενται πάνω στην επιφάνεια του εδάφους, κυρίως επειδή αποτελεί τον πιο φθηνό τρόπο διαχείρισής τους. Ένα παρόμοιο ποσοστό μη επικίνδυνων κλασμάτων αποβλήτων διατίθενται στην επιφάνεια του εδάφους. Οι βιομηχανίες χημικών και παρόμοιων προϊόντων παράγουν υγρά απόβλητα αρκετά πιο επικίνδυνα από αυτό των άλλων βιομηχανικών δραστηριοτήτων, όπως μετάλλων, πετρελαίου και παραγώγων του άνθρακα και του χαρτιού.
Η πρακτική που χρησιμοποιείται κατά τη διαχείριση των ακάθαρτων βιομηχανικών λυμάτων, της λάσπης και των αστικών αποβλήτων είναι κυρίως η ταφή τους σε χωματερές και η εισροή τους στο υπέδαφος. Οι τεχνητές λίμνες (τάφροι, δεξαμενές και λιμνούλες) είναι μία σοβαρή πηγή ρύπανσης λόγω πιθανής διαρροής των επικίνδυνων ουσιών. Επειδή τα αποθηκευμένα λύματα τείνουν να διηθηθούν βαθιά προς τον υποκείμενο υδροφορέα, οι ευκίνητες ουσίες μεταφέρονται στο υπόγειο νερό είτε τυχαία ή επειδή η κατασκευή έχει σχεδιαστεί έτσι που να μειώνονται τα αποθηκευμένα υγρά. Η χρήση του νερού των αβαθών υπόγειων υδροφορέων σε περιοχές με πυκνή βιομηχανία, καθορίζεται από την έκταση και την τοξικότητα των ρύπων στα υπόγεια νερά.
Οι τυχαίες εγχύσεις υγρών αποβλήτων, ταξικών υγρών, βενζίνης και πετρελαίου δημιουργούν κινδύνους να μετακινηθούν δια μέσου της ακόρεστης ζώνης στα υπόγεια νερό. Οι υδρογονόνθρακες είναι από τους πιο κοινούς ρύπους που καταγρόφονται σε εκχύσεις και διαρροές ή από τη θραύση των υπόγειων αγωγών μεταφορός και αποθήκευσής τους. Η διαλυτότητα αυτών των ουσιών στο νερό είναι πολύ μικρή, με αποτέλεσμα μία μεγάλη ποσότητα πετρελαίου ή βενζίνης να κινείται βαθιά προς την υπόγεια στάθμη και να παραμένει στην επιφάνειά του. Οι υδρογονάνθρακες στα υπόγεια νερά διατηρούνται για δεκαετίες δίνοντας δυσάρεστη οσμή στο νερό που αντλείται από τους ρυπασμένους υδροφορείς. Οι περισσότερες περιπτώσεις τυχαίων μολύνσεων θα μπορούσαν να αποφευχθούν με την καλή διαχείριση, μέσα από τη δημιουργία κατάλληλων φραγμάτων, την αποφυγή χωρίς διάκριση εκχύσεων και τον ταχύτατο καθορισμό αυτών.
Τα βαριά μέταλλα είναι στοιχεία που εύκολα χάνουν ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν φορτισμένα ιόντα. Τα βαριά μέταλλα συνήθως είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού και αποτελούν στοιχεία με υψηλή τοξικότητα και μεγάλη πυκνότητα. Παράγονται ως παραπροϊόντα των μεταλλείων και των βιομηχανιών επεξεργασίας μετάλλων. Τα κυριότερα στοιχεία που ανήκουν στην κατηγορία αυτή είναι το αρσενικό (A s ), το κάδμιο (C d ), το χρώμιο (C r), ο χαλκός (C u ), ο μόλυβδος (P b ), ο υδράργυρος (H g ), το νικέλιο (Νί) και ο ψευδάργυρος (Ζ π ). Η τοξικότητά τους ποικίλει από στοιχείο σε στοιχείο και μια γενική κατάταξη μειω μένης τοξικότητας των παραπάνω μετάλλων είναι η εξής: Hg>Cd> Ni>Pb>Cr> Li.
Τα κυριότερα χαρακτηριστικά των βαρέων μετάλλων είναι η τάση τους να συσσωρεύονται στο εδαφικό σύστημα σε υψηλά ρΗ και η μειωμένη δυνατότητα απομάκρυνσή τους από το επιφανειακό στρώμα εδάφους. Στο εδαφικό διάλυμα βρίσκονται με τη μορφή ενώσεων με οργανικές ουσίες, αιωρούμενα και με τη διαλυτή τους μορφή των ενώσεων που σχηματίζουν.
Ένα μέρος της βροχόπτωσης ή του νερού άρδευσης που εφαρμόζεται στα γεωργικό εδάφη διηθείται δια μέσου του επιφανειακού εδάφους μεταφέροντας στη μάζα του διαλυμένες ουσίες. Λόγω της εξατμισοδιαπνοής, το νερό που διηθείται βαθιά περιέχει διαλυμένα άλατα με συγκεντρώσεις δύο και τρεις φορές μεγαλύτερες από αυτές του εφαρμοζόμενου νερού. Στα διαπερατά εδάφη, η περίσσεια νερού που περνά τη ζώνη των ριζών όπου γίνεται εναπόθεση αλάτων παρασέρνει τα
διαλυμένα υλικά (ιδιαίτερα τα ιόντα χλωρίου, θειικών και νατρίου) οτα υπόγεια νερά.
Με τις μεθόδους άρδευσης συνήθως εφαρμόζεται περισσότερο νερό από τις πραγματικές ανάγκες της εξατμισοδιαπνοής και τις απαιτήσεις έκπλυσης των αλάτων στο υπέδαφος. Το επιπλέον νερό που εφαρμόζεται κατά την άρδευση είτε απορρέει επιφανειακά προς τους επιφανειακούς αποδέκτες είτε διηθείται βαθιά προς τα υπόγεια νερά και από εκεί με την κίνηση του υπόγειου νερού μπορεί να επιστρέφει στους επιφανειακούς αποδέκτες. Αυτό το μέρος του πλεονάζοντος νερού που εφαρμόζεται κατά την άρδευση και που επιστρέφει στα επιφανειακό νερά είναι το νερό που επιστρέφει κατά την άρδευση και που μπορεί να ξαναχρησιμοποιηθεί από τους χρήστες σε συνεχείς κύκλους άρδευσης. Στα ξηρά ημίξηρα κλίματα, αυτή η διαδικασία αναπόφευκτα οδηγεί στην αύξηση της συγκέντρωσης των διαλυμένων αλάτων με κάθε επαναχρησιμοποίηση του νερού.
Τα συστατικά των λιπασμάτων μπορούν να μετακινηθούν προς το υπόγειο νερό που βρίσκεται κάτω από καλλιεργούμενες εκτάσεις, εκτός από την περίπτωση των αργιλωδών εδαφών, όπου η διήθηση του νερού είναι περιορισμένη. Οι πιο οχληροί ρύποι, για την υγεία του ανθρώπου, από τη γεωργία είναι τα νιτρικά ιόντα, τα οποία με μεγάλη ευκολία μεταφέρονται με το νερό που διηθείται βαθιά δια μέσου της ακόρεστης ζώνης του εδάφους και της υπόγειας ροής στην κορεσμένη ζώνη. Η άρδευση και η εφαρμογή των λιπασμάτων ανόργανου αζώτου φαίνεται ότι συντελούν στην ταχύτατη αύξηση των νιτρικών σε πολλές αγροτικές περιοχές. Αλλά η αύξησή τους μπορεί να παρατηρηθεί και σε μη αρδευόμενες περιοχές με οργανικά εδάφη. Σ ' αυτή την περίπτωση τα νιτρικά απελευθερώνονται κατά τη μικροβιακή ανοργανοποίηση των φυτικών υπολειμμάτων και των ζωικών αποβλήτων που ενσωματώνονται στο έδαφος. Προφανώς, η διήθηση των νιτρικών ιόντων σε καλλιεργούμενες εκτάσεις, με καλή στράγγιση δεν μπορεί να αποφευχθεί, χωρίς τη μείωση ή και την εγκατάλειψη της λίπανσης και τη μετατροπή των καλλιεργειώ ν σε φυσική βλάστηση.
Η χρησιμοποίηση των συνθετικών λιπασμάτων έχει αυξηθεί δραματικά τα τελευταία χρόνια, επειδή βοηθάνε τους γεωργούς έτσι ώστε να αναπτυχθούν γρήγορα τα φυτά. Το ανόργανο άζωτο εφαρμόζεται συχνά σε ποσότητες μεγαλύτερες από τις κανονικές, που προκαλούν μεγαλύτερες αποδόσεις. Από μελέτες που έγιναν βρέθηκε ότι η μισή ποσότητα
αζωτούχων λιπασμάτων από αυτή που εφαρμόζεται χρησιμοποιείται από τα φυτά. Σ ε εδάφη με φτωχή στράγγιση και υψηλή υπόγεια στάθμη, μεγάλο μέρος των νιτρικών που εκπλύνονται χάνονται σαν αέριο άζωτο με την απονιτροποίηση, ενώ οι στραγγιστικοί αγωγοί που βρίσκονται κάτω από καλά στραγγιζόμενα εδάφη, συγκεντρώνουν περίπου τη μισή ποσότητα των νιτρικών. Οι κυριότεροι παράγοντες που επηρεάζουν την κίνηση των νιτρικών προς τα υπόγεια νερά είναι η ποσότητα των λιπασμάτων που εφαρμόζεται, η εδαφική διαπερατότητα και η ταχύτητα διήθησης του νερού. Για να περιοριστεί η αύξηση των νιτρικών πρέπει να γίνουν αλλαγές στη διαχείριση του νερού και τον τρόπο καλλιέργειας. Σοβαρά προβλήματα υπάρχουν στις μικρές πόλεις που βρίσκονται κοντά σε αγροτικές περιοχές, οι οποίες χρησιμοποιούν για πόσιμο νερό τα υπόγεια νερά και εκεί που οι καλλιεργούμενες εκτάσεις μετατρέπονται σε αστικές περιοχές και ανοίγονται φρεάτια που θα χρησιμοποιηθούν για οικιακούς σκοπούς.
Τα στερεά απόβλητα των ζώων είναι επίσης σημαντικές πηγές νιτρικών και διαλυμένων αλάτων. Η διείσδυση αυτών των ρύπων εξαρτάται από τις τοπικές εδαφικές συνθήκες, τη στράγγιση, τη βροχόπτωση και τις επιφανειακές συνθήκες απόθεσης. Η νιτροποίηση-απονιτροποίηση που γίνεται στο μίγμα των κόπρων και του επιφανειακού εδάφους περιορίζουν τον κίνδυνο της διήθησης του αζώτου. Η ταφή των γεωργικών στερεών αποβλήτων στα οποία περιλαμβάνονται και τα υπολείμματα των καλλιεργειών, τα νεκρά ζώα και τα κόπρανα μπορεί να προκαλέσουν έκπλυση, αν και είναι μικρής έκτασης και τοπικό φαινόμενο.
Το μεγαλύτερο όμως πρόβλημα ρύπανσης των υπογείων νερών είναι η παρατηρούμενη κατά τα τελευταία χρόνια αύξηση των νιτρικών. Η υπερβολική λίπανση μπορεί να προκαλέσει την έκπλυση των νιτρικών στο υπόγειο νερό. Τα οργανικά υπολείμματα που παραμένουν στο έδαφος μετά τη συγκομιδή υφίστανται ανοργανοποίηση και νιτροποίηση από τα βακτήρια. Οι βροχοπτώσεις κατά τη διήθησή τους προκαλούν μεταφορά των νιτρικών μέσα στο έδαφος. Το νερό που διηθείται βαθιά στις εκτάσεις με το γρασίδι περιέχει γενικά μόνο λίγα χιλιοστογραμμάρια ανά λίτρο νιτρικό που προέρχονται από τη νιτροποίηση των οργανικών ουσιών στα επιφανειακά στρώματα. Σ ε όλα τα καλλιεργούμενα εδάφη, η άροση καταστρέφει τα φυσικά δημιουργούμενα στρώματα και προκαλεί αερισμό των βαθύτερων στρωμάτων που βοηθά στο σχηματισμό των νιτρικών. Αυτό
αυξάνει τις απώλειες έκπλυσης κατά το φθινόπωρο και το χειμώνα που ακολουθούν την καλοκαιρινή συγκομιδή. Η άροση της αγρανάπαυσης προσθέτει μεγάλες ποσότητες νεκρού οργανικού υλικού στο έδαφος που διατίθενται για ανοργανοποϊηση.
Στην ακόρεστη ζώνη, οι διαλυμένες ουσίες μεταφέρονται προς την υπόγεια στάθμη με την κατακόρυφη ροή του νερού, όπου συχνά μετακινούνται προς τα κάτω ανάλογα με τον τρόπο χρησιμοποίησης του εδάφους. Στην κατακόρυφη διεύθυνση, η υπόγεια στάθμη είναι το επίπεδο που μπορεί να υπάρξει απότομη μεταβολή της συγκέντρωσης των νιτρικών.
Στην κορεσμένη ζώνη η υδραυλική κλίση προκαλεί την οριζόντια μετακίνηση του υπόγειου νερού και τα στρώματα νερού με διαφορετική ποιότητα παραμένουν διακεκριμένα λόγω της μικρής προς τα κάτω διασποράς. Η σύγκλιση των γραμμών ροής στα σημεία εκροής οδηγεί στην ανάμιξη των νερών διαφορετικής ποιότητας και ηλικίας.
Τα φυτοφάρμακα που χρησιμοποιούνται σε μεγάλη κλίμακα στη γεωργία για την προστασία των καλλιεργειώ ν από τα έντομα, μύκητες και βακτήρια και την καταπολέμηση των ζιζανίων αποτελούν σημαντικούς ρύπους για τα υπόγεια νερά. Παρότι οι οργανικές ουσίες που χρησιμοποιούνται σαν φυτοφάρμακα είναι ταχείας αποικοδόμησης, σημαντικές ποσότητες αυτών και των προϊόντων της διάσπασής τους έχουν καταγραφεί στα υπόγεια νερά. Σημαντικό ρόλο για τη σοβαρότητα της ρύπανσης από τα αγροχημικά αποτελεί η τοξικότητα, η ποσότητα και ο χρόνος παραμονής της ουσίας στο έδαφος καθώς και ο τρόπος εφαρμογής τους στο έδαφος. Πολλές φορές οι ουσίες αυτές συνδυάζονται με άλλες χημικές ουσίες και μπορεί να δημιουργήσουν ακόμη πιο τοξικές ενώσεις με αντιδράσεις που δεν μπορούν να προβλεφθούν και να παρατηρηθούν.
Οι βασικές χημικές και βιοχημικές αντιδράσεις που συντελούν στη μεταβολή της έντασης και της σύνθεσης της ρύπανσης των υπόγειων νερών είναι οι αντιδράσεις σχηματισμού συμπλόκων, η μεταβολή της ενεργότητας των ιόντων υδρογόνου, οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, οι αντιδράσεις κατακρήμνισης και επαναδιάλυσης, οι αντιδράσεις προσρόφησης-εκρόφησης και οι βιομηχανικές αντιδράσεις.
Σχηματισυό συυπλόκω ν: Είναι μια διαδικασία κατά την οποία δύο ή περισσότερα ιόντα του διαλύματος συνδέονται και σχηματίζουν μία νέα ένωση η οποία μπορεί να παρουσιάζει μικρότερη ή μεγαλύτερη
10
κινητικότητα από ότι τα ιόντα από τα οποία αποτελείται. Για παρόδειγμα τα ιόντα βαρέων μετάλλων σε συνδυασμό με χλώριο και οργανικές ενώσεις δημιουργούν ενώσεις που παραμένουν στο εδαφικό διάλυμα και παρουσιάζουν μεγαλύτερη κινητικότητα επειδή δεν επηρεάζονται από τις διαδικασίες καθίζησης και προσρόφησης. Από την άλλη μεριά μειώνεται η κινητικότητά τους όταν συνδυαστούν με χουμικές οργανικές ουσίες και υδροξείδια μετάλλων που προσροφούνται από τα στερεά του εδάφους.
ΕΕουδετέοω ση: Το ρΗ είναι ένας σπουδαίος παράγοντας που επηρεάζει τη διαλυτότητα των ουσιών μέσα στα υπόγεια νερά. Πολλές ενώσεις και στοιχεία, ιδιαίτερα τα κατιόντα έχουν μεγαλύτερη διαλυτότητα σε χαμηλό ρΗ (όξινες συνθήκες). Από τα ιόντα μόνο το Na*, Ca""·", NOs' και Cl' μπορούν να βρεθούν στα υπόγεια νερά για όλη την κλίμακα τιμών του ρΗ των φυσικών νερών. Η βασική ρυθμιστική ικανότητα των περισσότερων υδροφορέων είναι τα διαλυμένα ανθρακικά, τα οποία εξαρτώνται από την παρουσία ανθρακούχων υλικών στον υδροφορέα. Η ρυθμιστική ικανότητα των αλκαλικών διαλυμάτων (ρ Η > 9 ) προέρχεται από το πυριτικό αργίλιο. Οι υδροφορείς με μικτή λιθολογική σύνθεση από τα πυριτικό και ανθρακικά υλικά παρουσιάζουν τη μεγαλύτερη ρυθμιστική ικανότητα. Αντίθετα, πυριτικές ή χαλαζιακές άμμοι έχουν πολύ μικρή ρυθμιστική ικανότητα τόσο σε όξινες όσο και σε αλκαλικές συνθήκες.
Διαδικασίεα οΕειδοανανωνήα Είναι μια σημαντική διαδικασία με σπουδαίο ρόλο στον έλεγχο της χημείας των υπόγειων νερών για το σίδηρο και τα άλλα μετακινούμενα στοιχεία και για τα στοιχεία που μπορεί να υπάρχουν κάτω από περισσότερες από μία καταστάσεις. Στους ελεύθερους υδροφορείς, οι περιοχές εμπλουτισμού έχουν αερόβιες συνθήκες, ενώ στους κλειστούς οι συνθήκες είναι πλήρως ανοξικές. Οι διαλυμένες οργανικές ενώσεις των εκπλυμάτων συχνά κινούνται προς περιοχές με ανοξικές συνθήκες τόσο στην ακόρεστη ζώνη όσο και στα υπόγεια νερά που βρίσκονται ακριβώς κάτω από την πηγή ρύπανσης.
Κατακοήυνιση-επαναδιόλυση: Η παρουσία υψηλών συγκεντρώσεων των ανιόντων, όπως των ανθρακούχων, φωσφορικών, υδροξειδίων, θειικών και πυριτικών μπορεί να οδηγήσει σε κατακρήμνιση των αδιάλυτων κατιόντων ειδικά των πολυσθενικών βαρέων μετάλλων. Εντούτοις, εάν η αντίδραση κατακρήμνισης περιλαμβάνει μεταβολή στο σθένος των κατιόντων ή δημιουργηθεί μεταβολή στην κατάσταση του οξυγόνου του
διαλύματος, θα προκληθεί διαλυτοποίηση και επιστροφή κάποιων ιόντων στο διάλυμα. Το αρχικό ρΗ και η μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα είναι οι πιο σπουδαίες παράμετροι που επηρεάζουν τη διαλυτότητα.
Αντιδοάσεια ποοσοόω ησησ: Η διαδικασία της ιοντοανταλλαγής (προσρόφηση) γίνεται όταν κάποια κατιόντα και σε μικρή έκταση κάποια ανιόντα του διαλύματος αντικαθιστούν άλλα κατιόντα από τα αργιλικά υλικά του εδάφους. Η απομάκρυνση των βαρέων μετάλλων με αυτή τη διαδικασία ελευθερώνει ισοδύναμες ποσότητες των υψηλότερης αλκαλικότητας μετάλλων, όπως Na, Κ και C a, στο εδαφικό διάλυμα. Η μεταβολή στις συνθήκες χημικής ισορροπίας του διαλύματος με μείωση ρΗ ή με έκπλυση των αργιλωδών υλικών από πιο αραιό διάλυμα, μπορεί να οδηγήσει σε επιστροφή ορισμένων προσροφημένων κατιόντων στο διάλυμα (εκρόφ ηση).
Βιογπυικέε διαδικασίεε: Η αναερόβια διάσπαση των οργανικών ουσιών σε μεθάνιο, διοξείδιο του άνθρακα και νερό είναι μια βιοχημική διαδικασία που συμβαίνει μέσα στις χωματερές και στους υδροφορείς όπου συνεχίζουν να υπάρχουν αναερόβιες συνθήκες. Αποικοδόμηση των οργανικών ουσιών γίνεται επίσης στις αερόβιες συνθήκες στα όρια των πλουμιών ρύπανσης. Στις ίδιες αντιδράσεις ανήκει η αξιοποίηση από το μικροβιακό πληθυσμό των υπόγειων νερών των ανόργανων στοιχείων Ν, C, Ρ και S και ορισμένων ιχνοστοιχείων για τη σύνθεση των κυττάρων τους και έτσι τα απομακρύνουν μόνιμα από το εδαφικό διάλυμα.
ΚΕΦ Α Λ Α ΙΟ Δ ΕΥΤΕΡΟ
2 . Ε Δ Α Φ Ο Σ -Υ Γ Ρ Α Α Π Ο Β Λ Η Τ Α
Το έδαφος είναι ένα ζων μέσο για την αποδοχή, τη μεταφορά και την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων. Τα υγρά απάβλητα που εφαρμάζονται στο έδαφος αφήνουν συστατικά και εισέρχονται στα υπάγεια και επιφανειακά νερά, στα φυτά και στην ατμόσφαιρα.
Η αύξηση τα τελευταία χρόνια του πληθυσμού των αστικών περιοχών, οδήγησε στην παράλληλη αύξηση της παραγωγής αστικών και βιομηχανικών αποβλήτων τα οποία όμως πρέπει να επεξεργαστούν και κάπου να διατεθούν. Η διάθεση των λυμάτων στους ποταμούς, τα ρέματα, τις λίμνες και τις θάλασσες γίνεται σε πολλές περιπτώσεις χωρίς ή με ανεπαρκή επεξεργασία, λόγω της απουσίας ή της μη σωστής διαχείρισης και συντήρησης των μονάδων επεξεργασίας.
Το νερό είναι το βασικότερο συστατικό των υγρών αποβλήτων. Ένα μικρό ποσοστό οργανικού υλικού μπορεί να μολύνει μεγάλους όγκους νερού. Το νερό δεν είναι ρυπαντική ουσία αλλά είναι σημαντικό για την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων. Το νερό διατηρεί τη ζωή του εδάφους.
Η διαλυτότητα των ουσιών, η διαδρομή τους, και το ποσοστό διαλυτότητας επηρεάζουν σημαντικά την τελική μορφή κοι τοποθεσία των συστατικών των υγρών αποβλήτων. Ακόμη, το ποσοστό του νερού στο έδαφος ελέγχει το ποσοστό του αέρα και ειδικότερα του οξυγόνου για τις αντιδράσεις των συστατικών των αποβλήτων.
Η ζωή των υγρών αποβλήτων στο έδαφος εξορτάται από τη θερμοκρασία, το ρΗ και την αλκαλικότητα.
Η θερμοκρασία των αποβλήτων είναι ένας σημαντικός παράγοντας του βιολογικού και χημικού χαρακτήρα τους. Η αύξηση της θερμοκρασίας επιφέρει γρηγορότερη ανάπτυξη των μικροοργανισμών και κατά συνέπεια επιτάχυνση των βιοχημικών αντιδράσεων. Παράλληλα, επιφέρει και μείωση του βοθμού διαλυτότητας των αερίων (π .χ . του διαλυμένου οξυγόνου) στη μάζο των αποβλήτων.
Το ρΗ επηρεάζει σχεδόν όλες τις διαδικασίες επεξεργασίας (βιολογική επεξεργασία, απολύμανση, επεξεργασία λάσπης κλπ .) και μπορεί
να δημιουργήσει προβλήματα φθοράς (διάβρωση) σε αγωγούς, μηχανολογικό εξοπλισμό κλπ. Επειδή πολλές διαδικασίες απαιτούν συγκεκριμένες τιμές ρΗ για τη βέλτιστη απόδοσή τους κρίνεται απαραίτητος ο έλεγχός του.
Η αλκαλικότητα Οφείλεται στην παρουσία ιόντων HCOs', COs'^, ή OH' που βρίσκονται ενωμένα με τα C a, Mg, Na ή Κ. Η παρουσία των παραπάνω ιόντων στα αστικά απόβλητα οφείλεται στο πόσιμο νερό και στις εισροές στο αποχετευτικό σύστημα. Η αλκαλικότητα των αποβλήτων είναι σημαντική παράμετρος γιατί ρυθμίζει το ρΗ των αποβλήτων και κατά συνέπεια επηρεάζει διάφορες διεργασίες επεξεργασίας. Εκφράζεται συνήθως ως mg/1 CaCOa.
Η ικανότητα της ακόρεστης ζώνης και των υπόγειων υδροφόρων στρωμάτων να απομακρύνουν τους ρύπους από ρυπασμένα νερά που κινούνται διαμέσου του πορώδους τους, χρησιμοποιείται στα συστήματα επεξεργασίας αποβλήτων στο έδαφος. Στα συστήματα αυτά, τα μερικώς επεξεργασμένα απόβλητα ή τα ρυπασμένα νερά, διηθούνται στο έδαφος από όπου κινούνται βαθιά προς τα υπόγεια νερά. Αυτά κινούνται πλευρικά μέσα στον υδροφορέα μέχρι κάποια απόσταση, απ' όπου εγκαταλείπουν τον υδροφορέα ή αντλούνται σαν ανανεωμένο νερό. Το ανανεωμένο νερό μπορεί να συλλεγεί από φρεάτια ή στραγγιστικούς αγωγούς και να εηαναχρησιμοποιηθεί ή μπορεί να φτάσει με την υπόγεια διαρροή στα ποτάμια και σε άλλους επιφανειακούς αποδέκτες. Τα εδαφικά συστήματα χρησιμοποιούνται για να περιοριστεί η ρύπανση των ποταμών και των άλλων επιφανειακών αποδεκτών από την απευθείας διάθεση των υγρών αποβλήτων.
Τα συστήματα επεξεργασίας διακρίνονται σε τρεις κύριους τύπους αναλόγως με τον τρόπο και το ρυθμό εφαρμογής των υγρών αποβλήτων, τον τύπο του εδάφους, τα φυτά και την κλίση της επιφάνειας του εδάφους.
Οι τύποι αυτοί είναι οι εξής:
• Τα ταχείας διήθησης.
• Τα επιφανειακής ροής.
• Τα βραδείας διήθησης ή αρδευτικών συστημάτων.
Η διάκριση αυτών των συστημάτων στηρίζεται στον τρόπο με τον οποίο εφαρμόζεται και απομακρύνεται το νερό από το χώρο εφαρμογής.
Όπως δείχνει και η ονομασία τους, στα βραδείας διήθησης ή άρδευσης το
νερό απομακρύνεται με την εξατμισοδιαπνοή, στα ταχείας διήθησης με τη βαθιά διήθηση και στα επιφανειακής ροής με την επιφανειακή απορροή.
Στα συστήυατα Βοαδείαα διήθησησ μία καλλιέργεια αναπτύσσεται και συγκομίζεται και η πρόσληψη των στοιχείων από τα φυτά αποτελεί σημαντικό μηχανισμό απομάκρυνσης των θρεπτικών στοιχείων. Ο ετήσιος ρυθμός εφαρμογής των αποβλήτων είναι συνήθως μεταξύ 1,2 και 1 ,4 m . Στα συστήματα ταχείας διήθησης εφαρμόζονται μεγαλύτεροι όγκοι υγρών αποβλήτων συχνά 10-30 φορές από ότι στα βραδείας διήθησης. Η ποσότητα των θρεπτικών στοιχείων που απομακρύνεται σ' αυτά τα συστήματα από τα φυτά είναι ασήμαντη. Τα συστήματα επιφανειακής ροής χρησιμοποιούνται σε εδάφη μικρής διαπερατότητας, όπου το περισσότερο νερό ρέει επιφανειακά σε ένα λεπτό στρώμα και συλλέγεται στην άκρη. Ο ρυθμός εφαρμογής είναι παρόμοιος μ' αυτόν των συστημάτων βραδείας διήθησης, αλλά η απομάκρυνση των στοιχείων γίνεται κυρίως με αντιδράσεις που δημιουργούνται στην επιφάνεια ή λίγο κάτω από αυτή του εδάφους.
Τα συστήυατα ταγείαα διήθησηα εγκαθίστανται σε χονδρόκοκκο εδάφη, η εφαρμογή των υγρών αποβλήτων γίνεται με κατάκλιση σε λεκάνες και η ανανέωσή τους γίνεται κυρίως με φυσικές, χημικές και μικροβιολογικές διαδικασίες καθώς το νερό κινείται βαθιά στο έδαφος. Η αρχική επεξεργασία των υγρών αποβλήτων γίνεται σε πρωτοβάθμια και δευτεροβάθμια συστήματα. Τα συστήματα αυτά μπορούν να εφαρμοστούν σε οποιοσδήποτε κλιματικές συνθήκες, με δυνατότητα λειτουργίας το χειμώνα χωρίς διακόπτη και αποθήκευση των αποβλήτων. Κατά τη λειτουργία τους τα απόβλητα εφαρμόζονται ανά 5-15m in έτσι που το βάθος του νερού να είναι γύρω στα 5-15cm . Το νερό απομακρύνεται από την επιφάνεια του εδάφους σε 1-2 ώρες περίπου και ακολουθεί μία ξηρή περίοδος που διαρκεί για την υπόλοιπη μέρα. Ο χρόνος της υγρής και ξηρής περιόδου είναι συνάρτηση του εδάφους, των χαρακτηριστικών των υγρών αποβλήτων, των κλιματικών συνθηκών και των απαιτήσεων ποιότητας του ανανεωμένου νερού. Οι στραγγιστικοί αγωγοί που χρησιμοποιούνται για την απομάκρυνση του νερού είναι πηλοσωλήνες ή από συνθετικό PVC με ελάχιστη διάμετρο 15cm , τοποθετούνται σε βάθος 2- 5m και με ισαποχή 15 ή περισσότερων μέτρων. Τα συστήματα που
εγκαθίστανται σε βαθιές αποθέσεις άμμου και έχουν σαν σκοπό τον εμπλουτισμό χωρίς να χρειάζονται υποστράγγιση.
Στα συστηυατα επιωανειακηα o o n c το υγρό εφαρμόζεται με καταιονισμό ή άλλους τρόπους πάνω σε κεκλιμένο έδαφος. Το έδαφος καλύπτεται από δενδρώδη ή από ποώδη φυτά. Η ανανέωση του νερού επιτυγχάνεται με φ υσικές, χημικές και βιολογικές διαδικασίες κατά τη ροή τους προς τα κατάντη και με τις αλληλεπιδράσεις με τα φυτά και το έδαφος. Το μήκος της επιφάνειας ροής και κατά συνέπεια ο χρόνος παραμονής είναι ο παράγοντας που καθορίζει την απομάκρυνση των ρύπων (BO D s, αιωρούμενα στερεά, θρεπτικά στοιχεία, βακτήρια) και είναι η βασική παράμετρος κατά τη σχεδίαση των συστημάτων αυτών. Το σύνηθες μήκος είναι 30-45m για τα αστικά λύματα βασικής επεξεργασίας και κατ' ελάχιστο 45m για λύματα από λεκάνες οξείδωσης και από συστήματα καθίζησης.
Τα βραδείαα διήθησης συστηυατα είναι τα πιο διαδεδομένα συστήματα στις μέρες μας επειδή είναι μία μέθοδος εξοικονόμησης των υδατικών πόρων, των θρεπτικών στοιχείων και της ενέργειας.
Τα θρεπτικά στοιχεία που περιέχονται στα επεξεργασμένα υγρά αστικά απόβλητα είναι βασικό πλεονέκτημα της άρδευσης με τέτοιο νερό, επειδή μειώνουν την ανάγκη προσθήκης θρεπτικών στοιχείων με χημικά λιπάσματα. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις η περίσσεια θρεπτικών στοιχείων στα υγρά απόβλητα μπορεί να προκαλέσει προβλήματα σε καλλιέργειες. Η γενική αρχή είναι να γίνονται περιοδικοί έλεγχοι για την εκτίμηση των θρεπτικών στοιχείων που περιέχονται στα απόβλητα, έτσι ώστε να υπολογίζονται οι ποσότητες που δίνονται στο έδαφος και φυσικά στην καλλιέργεια μέσω των αρδεύσεων. Τα στοιχεία αυτά πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τον υπολογισμό της λίπανσης που χορηγείται στο σύστημα έδαφος-φυτό με την κλασσική λίπανση.
Τα θρεπτικά στοιχεία περιλαμβάνουν το άζωτο, το φώσφορο και περιστασιακά το κάλιο, το ψευδάργυρο, το βόριο και το θείο. Τα απόβλητα εφαρμόζονται σε αγροτικές ή δασικές εκτάσεις με καταιονισμό ή κατάκλιση.
Τα απόβλητα υφίστανται φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες καθώς κινούνται μέσα στο έδαφος και επιπλέον τα θρεπτικά στοιχεία απομακρύνονται με τη συγκομιδή των φυτών. Αποτέλεσμα των διεργασιών αυτών είναι η αποικοδόμηση, ο μετασχηματισμός και η ακινητοποίηση των
ουσιών που περιέχονται στα απόβλητα. Στις ψυχρές και υγρές περιοχές απαιτείται αποθήκευση των υγρών αποβλήτων κατά τη διάρκεια των βροχερών και ψυχρών περιόδων. Ο ρυθμός εφαρμογής προσδιορίζεται από την εξατμισοδιαπνοή και τις απαιτήσεις έκπλυσης των φυτών.
Η επιλογή του τύπου του συστήματος εξαρτάται από τις τοπικές κλιματικές (εξατμισοδιαπνοή, βροχόπτωση και θερμοκρασία) και υδρογεωλογικές συνθήκες (διαπερατότητα και βάθος του εδάφους, είδος υποστρώματος και φύση του υπόγειου υδροφορέα), τη φυτοκάλυψ η, τη διαθεσιμότητα εδαφικής έκτασης, την τοπογραφία της περιοχής, τους οικονομικούς περιορισμούς, τα απαιτούμενα όρια ασφαλείας και την ποσότητα και ποιότητα των αποβλήτων. Σ ε μερικές περιπτώσεις μπορεί να χρησιμοποιηθεί συνδυασμός αυτών.
Η βιολογική επεξεργασία που γίνεται στο επιφανειακό στρώμα του εδάφους προκαλεί τη σταθεροποίηση των οργανικών ουσιών από τους μικροοργανισμούς του εδάφους. Στα συστήματα αυτά δεν χρειάζεται ο διαχωρισμός και η απόθεση της λάσπης, που κάτω από τη φυσική αποικοδόμηση μετατρέπεται σε σταθεροποιημένα προϊόντα και αποτελεί μέρος του χούμου του εδάφους.
Τα συστήματα επεξεργασίας εδάφους απαιτούν πολύ λίγη ενέργεια για τη λειτουργία τους. Αυτή περιορίζεται στη μεταφορά των αποβλήτων στις θέσεις εφαρμογής. Αντιθέτως στα τυπικά συστήματα η ενέργεια χρειάζεται για τη μεταφορά, την ανάμιξη, τον αερισμό και τη δημιουργία ροής των υγρών (επιστροφή λάσπης, ανακύκλωση λυμάτων) και των υπολειμμάτων (αφροί και χώνεμα λάσπης).
Η απομάκρυνση των ανόργανων στοιχείων, κυρίως μετάλλων, διενεργείται με πρόσφηση και σε μικρότερο βαθμό με πρόσληψή του από τις ρίζες των φυτών. Γενικά, τα μέταλλα παραμένουν στο έδαφος ή στα ιζήματα των συστημάτων υδροχαρών φυτών. Το δυναμικό κατακρήμνισης μετάλλων στα περισσότερα εδάφη και στα διάφορα ιζήματα είναι γενικά υψηλό, ιδιαίτερα από συνθήκες ρΗ>6. Αντίθετα, υπό αναερόβιες συνθήκες και ρΗ<6, ορισμένα μέταλλα είναι περισσότερο διαλυτά και μπορούν να απελευθερώνονται στην εδαφική διάλυση. Η απομάκρυνση μετάλλων στα διάφορα φυσικά συστήματα ποικίλει και εξαρτάται από τη συγκέντρωσή τους στην εφαρμοζόμενη εκροή και τις τοπικές συνθήκες. Τα ποσοστά απομάκρυνσής τους κυμαίνονται από 8 0 -9 5 % . Μικρότερα ποσοστά
17
επιτυγχάνονται με συστήματα υγροβιότοπων τύπου ελεύθερης επιφάνειας (F W S ) και επιπλεόντων υδροχαρών φυτών, που οφείλονται στην περιορισμένη επαφή του αποβλήτου με το έδαφος και τα ιζήματα και στις αναερόβιες συνθήκες, που συνήθως επικρατούν σε αυτά.
Εκτός από τα συνήθη διαλυμένα μέταλλα, οι εκροές των επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων περιέχουν και άλλα διαλυμένα στοιχεία σε ίχνη. Η φυσική επίδραση του φιλτραρίσματος δεν είναι επαρκής για την απομάκρυνση τέτοιων ανόργανων συστατικών. Για να κρατηθούν ίχνη μετάλλων στη στερεά φάση του εδάφους απαιτούνται οι κατάλληλες φυσικές, χημικές και βιολογικές αντιδράσεις για την αδρανοποίηση τους.
Σ ε ένα σύστημα εμπλουτισμού υπόγειων υδροφορέων, η επίδραση των βιολογικών δραστηριοτήτων στα ανόργανα συστατικά των προεπεξεργασμένων εκροών είναι περιορισμένη. Αντίθετα, οι φυσικές και χημικές αντιδράσεις στο έδαφος, σχετικά με τα ίχνη ανόργανων στοιχείων είναι πολύ σημαντικές. Σ ' αυτές τις περιπτώσεις, λαμβάνονται υπόψη η εναλλακτική ικανότητα των κατιόντων, η χημική κατακρήμνιση, η επιφανειακή απορρόφηση, η χηλικοποίηση και η πολυπλοκότητα. Παρ' όλο που τα εδάφη δεν κατέχουν απεριόριστες ικανότητες απομάκρυνσης ανόργανων συστατικών, πειραματικές εργασίες έχουν δείξει ότι μπορούν να κατακρατήσουν σημαντικές ποσότητες μετάλλων σε ίχνη. ΓΓ αυτό, κατά την επιλογή της θέσης ενός έργου εμπλουτισμού υπόγειων υδροφορέων, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη και η κατακράτηση μετάλλων, που περιέχονται σε ίχνη στις χρησιμοποιούμενες εκροές, σε μακρές περιόδους.
Η απομάκρυνση διαλυμένων οργανικών στερεών επηρεάζεται, κυρίως, από τις διεργασίες της βιοαποικοδόμησης και προσρόφησης, που συμβαίνουν στη διάρκεια του εμπλουτισμού. Με τη διεργασία της βιοαποικοδόμησης παρέχεται η δυνατότητα μετατροπής τοξικών οργανικών ουσιών σε παράγωγά τους μειω μένης επικινδυνότητας. Η ταχύτητα και η έκταση βιοαποικοδόμησης επηρεάζονται από το είδος της οργανικής ουσίας, καθώς και από την παρουσία δεκτών ηλεκτρονίω ν, όπως τα διαλυμένα νιτρικά, τα θειικά και το οξυγόνο. Οι ενώσεις που οξειδώνονται εύκολα βιοαποικοδομούνται στα πρώτα εκατοστά της απόστασης μεταφοράς τους. Στην πλήρη βιοαποικοδόμηση ενός οργανικού συστατικού στην εφαρμοζόμενη εκροή εμπλουτισμού, τα τελικά παράγωγα ταυ είναι C02, υπό αερόβιες συνθήκες ή CO, Ν2, H2S και CH4, υπό αναερόβιες. Η
