ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ
ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ
ΤΟΜΕΑΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ
&
ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ
«ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΜΟΝΑΔΑΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΤΗΣ ΠΟΛΗΣ
ΤΩΝ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΤΟΥ ΦΩΣΦΟΡΟΥ ΣΤΑ ΔΙΑΦΟΡΑ ΣΤΑΔΙΑ
ΤΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ»
ΚΟΣΜΑ ΧΡΙΣΤΙΝΑ
ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΛΕΚΚΑΣ ΘΕΜΙΣΤΟΚΛΗΣ ΜΥΤΙΛΗΝΗ 2004
ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ
Θα ήθελα αρχικά να ευχαριστήσω τον Διδάσκοντα κ. Παρασκευά Παναγιώτη, για την ανάθεση και επίβλεψη της Πτυχιακής μου εργασίας καθώς και για την πολύτιμη βοήθειά του όσες φορές χρειάστηκε.
Θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαίτερα, τον Δρ. Δημοσθένη Γκιώκα για τη μεγάλη προθυμία του να με βοηθήσει, τις πολύτιμες συμβουλές του, τις αμέτρητες φορές που μου έδινε πληροφορίες και απαντούσε στα ερωτήματά μου μέσω τηλεφώνου, την πλούσια Βιβλιογραφία που μου εξασφάλισε, τις συμβουλές του όσον αφορά τον τρόπο διεξαγωγής των μετρήσεων και γενικά την αμέριστη συμπαράστασή του κατά τη διάρκεια εκπόνησης της Πτυχιακής μου εργασίας.
Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω όλο το προσωπικό της ΜΕΥΑ Ιωαννίνων και ιδιαίτερα τον κ. Γεώργιο Τσιμαράκη, Υπεύθυνο του Εργαστηρίου της ΜΕΥΑ, για τις πολύ χρήσιμες πληροφορίες και συμβουλές του καθώς και την υποστήριξή του τόσο κατά τη διάρκεια διεξαγωγής των μετρήσεων όσο και μετά. Ακόμη, θα ήθελα να ευχαριστήσω την κ. Παπαχρήστου Θεοδοσία, Χημικό του Εργαστηρίου, για τις πληροφορίες και τη βοήθεια που μου παρείχε.
Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω θερμά τα μέλη της τριμελούς εξεταστικής επιτροπής, τον Καθηγητή Περιβαλλοντικής Μηχανικής και Διευθυντή του Εργαστηρίου Ποιότητας Υδάτων και Αέρα κ. Θεμιστοκλή Λέκκα, τον κ. Παρασκευά Παναγιώτη και τον Διδάσκοντα κ. Δημητρακόπουλο Παναγιώτη.
Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένειά μου για όλα τα εφόδια και τη στήριξη που μου παρείχε όλα αυτά τα χρόνια στη Μυτιλήνη, το Δημήτρη μου για την υπομονή του, καθώς και όλους τους φίλους μου για τη συμπαράσταση και υποστήριξή τους στις δυσκολίες που παρουσιάστηκαν κατά τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσης εργασίας.
Η εργασία αυτή αφιερώνεται στον αδερφό μου που πάντα είναι δίπλα μου και με στηρίζει...
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
ΕΙΣΑΓΩΓΗ...1
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ 1.1 Γενικά... 4
1.2 Προεπεξεργασία... 6
1.3 Πρωτοβάθμια Επεξεργασία... 6
1.4 Δευτεροβάθμια Επεξεργασία ... 7
1.4.1 Συστήματα Ενεργού Ιλύος... 7
1.4.2 Λίμνες Επεξεργασίας... 10
1.4.3 Βιολογικά Φίλτρα... 10
1.5 Τριτοβάθμια Επεξεργασία... 10
1.6 Απολύμανση Αποβλήτων... 11
1.7 Διάθεση... 11
1.8 Επεξεργασία Ιλύος... 11
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΔΥΝΑΜΙΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΜΟΝΑΔΩΝ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ 2.1 Συστήματα Εσχάρωσης... .. 13
2.2 Συστήματα Εξάμμωσης... .. 14
2.3 Πρωτοβάθμια Καθίζηση... 14
2.4 Συστήματα Αερισμού... 15
2.5 Δευτεροβάθμια Καθίζηση... .. 17
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΦΑΙΡΕΣΗ ΑΖΩΤΟΥ ΚΑΙ ΦΩΣΦΟΡΟΥ 3.1 Νιτροποίηση... 19
3.1.1 Διεργασία της Νιτροποίησης... 19
3.1.2 Παράγοντες που επηρεάζουν τη Νιτροποίηση... 20
3.2 Απονιτροποίηση... 20
3.2.1 Διεργασία της Απονιτροποίησης... 21
3.2.2 Παράγοντες που επηρεάζουν την Απονιτροποίηση... 21
3.3 Συστήματα βιολογικής αφαίρεσης αζώτου... 21
3.4 Αφαίρεση φωσφόρου... 24
3.4.1 Αφαίρεση φωσφόρου με χημική καθίζηση... 24
3.4.2 Εναλλακτικά σχέδια αφαίρεσης φωσφόρου... 24
3.4.3 Βιολογική αφαίρεση φωσφόρου... 25
3.4.3.1 Συστήματα βιολογικής αφαίρεσης φωσφόρου... 25
3.5 Συνδυασμένη βιολογική αφαίρεση αζώτου/φωσφόρου... 26
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4
ΜΟΝΑΔΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΠΟΛΗΣ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ
4.1 περιγραφή της περιοχής μελέτης... 29
4.1.1 Φυσικά χαρακτηριστικά της περιοχής... 29
4.1.1.1 Γεωμορφολογικά στοιχεία... 29
4.1.1.2 Γεωλογικά στοιχεία... 29
4.1.1.3 Κλιματολογικά στοιχεία... 29
4.1.1.4 Υδρογεωλογικά στοιχεία – στραγγιστικό σύστημα... 30
4.1.1.5 Οικιστικά στοιχεία – Δραστηριότητες... 31
4.2 Πηγές και είδη Ρύπανσης... 31
4.2.1 Προέλευση των ρύπων... 31
4.2.2 Φύση των ρύπων... 32
4.2.3 Κατηγορίες πηγών ρύπανσης... 32
4.2.4 Καταγραφή των πηγών ρύπανσης... 33
4.3 Η ΜΕΥΑ των Ιωαννίνων... 34
4.3.1 Γενικά... 34
4.3.2 Τεχνική περιγραφή των υφιστάμενων εγκαταστάσεων της ΜΕΥΑ Ιωαννίνων πριν την επέκτασή τους... 36
4.3.3 Τεχνική περιγραφή λειτουργίας των υφιστάμενων εγκαταστάσεων της ΜΕΥΑ Ιωαννίνων πριν την επέκτασή τους...40
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΚΑΙ ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΤΗΣ ΜΕΥΑ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ 5.1 Λειτουργικά προβλήματα των εγκαταστάσεων πριν την επέκταση... 42
5.2 Επέκταση αρχικών εγκαταστάσεων... 45
5.2.1 Παράμετροι σχεδιασμού... 45
5.2.1.1 Παροχές λυμάτων... 45
5.2.1.2 Ρυπαντικά φορτία... 47
5.2.1.3 Παροχές και φορτία σχεδιασμού... 49
5.3 Περιγραφή των νέων έργων... 51
5.3.1 Σχεδιασμός εγκαταστάσεων... 52
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΜΟΝΑΔΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ 6.1 Σημεία δειγματοληψιών... 59
6.2 Λειτουργικές παράμετροι... 59
6.2.1 Διαλυμένο οξυγόνο... 59
6.2.2 Θερμοκρασία... 61
6.2.3 PH... 62
6.2.4 BOD... 62
6.2.5 COD... 63
6.2.6 Αμμωνία... 63
6.2.7 Νιτρικά... 63
6.2.8 Ορθοφωσφορικά... 64
6.2.9 Στερεά... 64
6.2.9.1 Ολικά στερεά (TS)... 64
6.2.9.2 Αιωρούμενα στερεά (SS)... 64
6.2.9.3 Διαλυμένα στερεά (DS)... 65
6.2.10 Αλκαλικότητα... 65
6.2.11 Δείκτης Όγκου Λάσπης (SVI)... 65
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ 7.1 Πρώτος κύκλος μετρήσεων... 66
7.1.1 Αποτελέσματα και διαγράμματα πρώτου κύκλου μετρήσεων... 67
7.1.2 Συμπεράσματα-σχολιασμος πρώτου κύκλου μετρήσεων (πριν την αναβάθμιση και επέκταση)... 88
7.2 Δεύτερος κύκλος μετρήσεων... 91
7.2.1 Αποτελέσματα και διαγράμματα δεύτερου κύκλου μετρήσεων... 91
7.2.2 Συμπεράσματα-σχολιασμος δεύτερου κύκλου μετρήσεων (μετά την αναβάθμιση και επέκταση)... 109
7.3 Γενικά συμπεράσματα ... 111
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΕΝΩΣΕΙΣ ΦΩΣΦΟΡΟΥ 8.1 Γενικά... 112
8.1.1 Προσδιορισμός ενώσεων φωσφόρου... 113
8.2 Πειραματικό μέρος... 115
8.2.1 Προσδιορισμός ορθοφωσφορικών (PO4-3) ... 115
8.2.2 Προσδιορισμός Ολικού φωσφόρου (Total P)... 115
8.2.3 Προσδιορισμός οξυ-υδρολυόμενων φωσφορικών (Acid P)... 115
8.2.4 Αποτελέσματα μετρήσεων... 116
8.2.5 Διαγράμματα και σχολιασμός των αποτελεσμάτων... 124
8.2.6 Συσχετίσεις τιμών ... 130
8.2.6.1 Ανάλυση συσχετίσεων... 132
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...134
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι (Σχηματικά Διαγράμματα ΜΕΥΑ Ιωαννίνων)... 136
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ (Εικόνες ΜΕΥΑ Ιωαννίνων)...137
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Τον τελευταίο αιώνα η ανθρωπότητα καλείται όλο και πιο έντονα να έρθει αντιμέτωπη με τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις που προκλήθηκαν από την αλόγιστη και βίαιη επέμβασή της στο φυσικό περιβάλλον. Η αλλαγή του κλίματος από την αύξηση της παγκόσμιας θερμοκρασίας, η όξινη βροχή, η μείωση της βιοποικιλότητας, η μείωση των μη ανανεώσιμων ορυκτών πόρων αλλά και η συνεχής δηλητηρίαση του εδάφους, του νερού (επιφανειακού και υπόγειου) και του αέρα από εντομοκτόνα και τοξικά απόβλητα, είναι μερικά μόνο από τα πολυάριθμα περιβαλλοντικά προβλήματα που προέκυψαν εξαιτίας της ελλιπούς πρόληψης της ρύπανσης.
Ουσιαστικά κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα συνοδεύεται από την παραγωγή αποβλήτων, η έκθεση σε πολλά από τα οποία αναμένεται να είναι επικίνδυνη για την ανθρώπινη υγεία. Κρίνεται λοιπόν απαραίτητα η επεξεργασία τους πριν από τη διάθεσή τους σε κάποιον αποδέκτη (αέρας, έδαφος, νερό). Τα παραγόμενα απόβλητα μπορεί να είναι ως προς τη φύση τους αέρια, υγρά ή στερεά.
Υγρά απόβλητα είναι ύδατα τα οποία μπορούν να προκύψουν είτε από ανθρώπινες δραστηριότητες όπως τουαλέτα και απόνερα οικιακής χρήσης είτε από βιομηχανικές δραστηριότητες. Η ποιοτική και ποσοτική σύσταση των υγρών αποβλήτων εξαρτάται από την πηγή προέλευσης τους και ενδέχεται να παρουσιάζει σημαντικές διαφορές.
Τα συστατικά της ρύπανσης των υγρών αποβλήτων μπορούν να είναι :
• Αδρανούς χαρακτήρα, δηλαδή μη βιοαποδομήσιμα και να συσσωρεύονται στο περιβάλλον,
• Τοξικού χαρακτήρα και να επιδρούν άμεσα και καταστροφικά στο περιβάλλον,
• Βιοαποδομήσιμα μεν, αλλά σε τέτοια μεγάλη περιεκτικότητα, που η μετατροπή τους στο υδάτινο περιβάλλον, δηλαδή στους φυσικούς αποδέκτες λίμνες, ποταμούς, θάλασσες κ.λ.π., να συνδέεται με μια μεγάλη κατανάλωση οξυγόνου και να έχει αντίχτοιχα επιβλαβείς επιπτώσεις για την υπάρχουσα ζωή.
Η διάθεση λοιπόν των υγρών αποβλήτων σε υδάτινους αποδέκτες μπορεί να αποβεί μοιραία για τους οργανισμούς που διαβιούν σε αυτούς. Σημαντική και κοινή για τα περισσότερα υγρά απόβλητα είναι, όπως αναφέρθηκε, η μείωση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου στον αποδέκτη, η οποία οφείλεται στη διάσπαση του οργανικού υλικού από τους μικροοργανισμούς του. Το φαινόμενο αυτό αφαιρεί το οξυγόνο, το οποίο μόνο κατά ένα μέρος αναπληρώνεται με τη διαλυτοποίηση ατμοσφαιρικού οξυγόνου. Όταν το φορτίο ρύπανσης είναι ανεκτό, το επίπεδο διαλυμένου οξυγόνου παραμένει πάνω από το 50 % της τιμής κορεσμού που απαιτείται για την παρουσία ψαριών και ο αποδέκτης έχει τη δυνατότητα αυτοκαθαρισμού. Όταν όμως το φορτίο είναι μεγάλο, όχι μόνο παρεμποδίζεται η παρουσία ψαριών, αλλά είναι δυνατό να επικρατήσουν κα ανοξικές-αναερόβιες συνθήκες με συνεπακόλουθη έκλυση οσμηρών αερίων H2S.
Ιδιαίτερα προβλήματα προκαλούνται όμως και από την παρουσία φωσφόρου και αζώτου στα υγρά απόβλητα. Και για τα δύο συστατικά ισχύει εξίσου ο ρόλος που
παίζουν στα πλαίσια του ευτροφισμού των φυσικών υδάτων. Ενώ, συμπληρωματικά θα πρέπει να αναφερθεί ο τοξικός ρόλος της αμμωνίας για τα ψάρια, προκαλώντας ζήτηση οξυγόνου με τη βιοοξείδωση του αμμωνιακού σε νιτρικό άζωτο. Η κατανάλωση αυτή του οξυγόνου μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική μείωση του υπάρχοντος διαλυμένου οξυγόνου επιδρώντας έτσι αρνητικά στη διαβίωση όλων των μορφών ζωής.
Από τα παραπάνω γίνεται φανερό ότι οι μικροβιακοί και χημικοί παράγοντες που περιέχονται στα υγρά απόβλητα διαταράσσουν την οικολογία του υδάτινου περιβάλλοντος, μολύνουν και ρυπαίνουν τα πόσιμα νερά (επιφανειακά και υπόγεια) και τα είδη διατροφής που προέρχονται από τις θάλασσες και τα ποτάμια, καταστρέφουν τις κολυμβητικές περιοχές με επιπτώσεις στην οικονομία, αναψυχή και υγεία του ανθρώπου, ενώ συγχρόνως αλλοιώνουν αισθητικά τη φύση με την ύπαρξη αιωρούμενων, επιπλεόντων, χρωστικών και αφριζόντων υλικών στην επιφάνεια των υδάτινων σχηματισμών.
Προκύπτει, λοιπόν, ότι η ανάγκη της επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων πριν από τη διάθεσή τους σε έναν υδάτινο αποδέκτη είναι επιτακτική. Σήμερα η επεξεργασία των υγρών αποβλήτων λαμβάνει χώρα σε Μονάδες Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων (ΜΕΥΑ). Τα λύματα οδηγούνται στις μονάδες αυτές, όπου και υφίστανται επεξεργασία. Η μεταφορά τους γίνεται μέσα από ένα σύστημα αποχέτευσης το οποίο αποτελείται από δίκτυο υπονόμων. Το δίκτυο αυτό μπορεί να μεταφέρει είτε μόνο αστικά απόβλητα είτε και όμβρια ύδατα μαζί με λύματα.
Η βασική αρχή λειτουργίας των ΜΕΥΑ συνίσταται κατ’αρχήν στην απομάκρυνση των στερεών συστατικών (αιωρούμενων και χονδρών) από το απόβλητο και μάλιστα κατά κανόνα με καθίζηση, περιστασιακά και με επίπλευση. Τα διαλυτά συστατικά μετατέπονται ακολούθως με βιολογικές και χημικές μεθόδους σε αέρια ή μη διαλυτά (στερεά) συστατικά, τα οποία και διαχωρίζονται. Κατά τη βιολογική επεξεργασία διαλυτών οργανικών συστατικών (ανθρακούχων) προκύπτει βιομάζα (ιλύς) η οποία διαχωρίζεται ως περίσσεια «λάσπη», με παράλληλη μετατροπή των οργανικών συστατικών (65 % περίπου), μετά από πλήρη οξείδωση σε CO2 και H2O. Η απομάκρυνση του αζώτου, επιτυγχάνεται με τη νιτροποιητική και απονιτροποιητική διαδικασία, ενώ η απομάκρυνση φωσφόρου είτε με χημική κατακρήμνιση είτε με βιολογική αποφωσφόρωση.
Οι διεργασίες επεξεργασίας και διάθεσης υγρών αποβλήτων περιλαμβάνουν την προεπεξεργασία, την πρωτοβάθμια, δευτεροβάθμια και τριτοβάθμια επεξεργασία. Η προεπεξεργασία γίνεται με στόχο να προστατευτούν οι επόμενες κύριες επεξεργασίες.
Στην προεπεξεργασία γίνεται απομάκρυνση των σχετικά μεγάλου μεγέθους στερεών των αποβλήτων. Η πρωτοβάθμια επεξεργασία (Π.Ε.) αποσκοπεί στην απομάκρυνση των αιωρούμενων και επιπλεόντων στερεών, καθώς και στην προετοιμασία του απόβλητου είτε για απόδοση σε έναν αποδέκτη, είτε για δευτεροβάθμια επεξεργασία (Δ.Ε.) μετά από εξουδετέρωση και δοθείσας περίπτωσης, εξισορρόπηση. Η δευτεροβάθμια επεξεργασία περιλαμβάνει τη βιολογική επεξεργασία και εστιάζει στην απομάκρυνση οργανικού άνθρακα. Η τριτοβάθμια επεξεργασία (Τ.Ε.) στοχεύει στην απομάκρυνση των θρεπτικών συστατικών, αζώτου και φωσφόρου, που δεν έχουν μετατραπεί στα πλαίσια των προηγούμενων διεργασιών. Επίσης, η τριτοβάθμια επεξεργασία περιλαμβάνει χημικές και θερμικές διεργασίες όπως η διήθηση, η χρήση ενεργού άνθρακα, η ιονταλλαγή, η χρήση δεξαμενών παρακράτησης και άλλες.
Ο απαιτούμενος βαθμός επεξεργασίας για ένα απόβλητο εξαρτάται από τα προς τήρηση όρια των εκπομπών. Τα όρια αυτά καθορίζονται από σχετικές διατάξεις, ανάλογα με την προβλεπόμενη χρήση των αποδεκτών (ύδρευση, κολύμβηση ή αλιεία). Ευθύνη για την εφαρμογή των διατάξεων και τον καθορισμό της ανώτερης τιμής της εκροής στους επιφανειακούς και θαλάσσιους αποδέκτες στα διάφορα διαμερίσματα της χώρας έχουν οι αντίστοιχες υπουργικές ή νομαρχιακές αρχές.
Στην Ελλάδα η ισχύουσα νομοθεσία βασίζεται στην Ευρωπαϊκή οδηγία 91/271/ΕΟΚ (EE L 135/40/30.5.1991), η οποία εναρμονίστηκε με τα ελληνικά δεδομένα με την κοινή υπουργική απόφαση «μέτρα και όροι για την επεξεργασία αστικών λυμάτων»
του 1997 (ΦΕΚ 192Β/14.3.1997). Συγκεκριμένα, σύμφωνα με τον πίνακα 1 του παραρτήματος I του άρθρού 16 της προαναφερθείσας υπουργικής απόφασης, η απαίτηση για απορριψη εκροής δεν θα πρέπει να ξεπερνα τα 25 mg/l όσον αφορά το Βιοχημικά Aπαιτούμενο Οξυγόνο (BOD5) και τα 125 mg/l για το Χημικά Απαιτούμενο Οξυγόνο (COD). Επιμέρους Νομαρχιακές Αποφάσεις περιορίζουν ακόμη περισσότερο τα ανώτερα επιτρεπτά όρια εφαρμόζοντας αυστηρότερες τιμές διάθεσης επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων για τους φυσικούς αποδέκτες κάθε νομού.
Σκοπός της παρούσης εργασίας είναι η μελέτη της απόδοσης της Μ.Ε.Υ.Α της πόλης των Ιωαννίνων πριν και μετά την αναβάθμιση και επέκτασή της. Παρουσιάζονται και αναλύονται οι παράμετροι εκείνοι που παίζουν ρόλο στην επιτυχή λειτουργία των μονάδων ενεργού ιλύος και συγκεκριμένα της Μ.Ε.Υ.Α. Ιωαννίνων. Επίσης, εξετάζεται πιο αναλυτικά ο σκοπός της τριτοβάθμιας επεξεργασίας δηλαδή, αφαίρεση αζώτου και φωσφόρου. Ακόμη, γίνεται αναλυτικός προσδιορισμός των ενώσεων του φωσφόρου στα διάφορα στάδια της επεξεργασίας των αποβλήτων. Ο προσδιορισμός των ενώσεων του φωσφόρου έγινε για τους εξής λόγους:
• Ο φώσφορος αποτελεί περιοριστικό παράγοντα για τον τελικό αποδέκτη, γιατί προκαλεί ευτροφισμό και στη συγκεκριμένη περίπτωση της ΜΕΥΑ Ιωαννίνων τελικός αποδέκτης είναι ο ποταμός Καλαμάς και
• Δεν υπάρχει αρκετή Βιβλιογραφία που να αναφέρεται στον προσδιορισμό των ενώσεων του φωσφόρου.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ
Η επεξεργασία που απαιτείται έτσι ώστε να μειωθεί το ρυπαντικό φορτίο των αστικών αποβλήτων, βασίζεται στα ποιοτικά χαρακτηριστικά των αποβλήτων και στα χαρακτηριστικά του αποδέκτη τελικής διάθεσης. Οι γραμμές επεξεργασίας στις Μοναδες Επεξεργασίας Αποβλήτων (ΜΕΑ) είναι δύο. Η πρώτη αφορά την επεξεργασία, δηλαδή την απομάκρυνση ουσιών επιβλαβών για τον τελικό αποδέκτη, από την υγρή μάζα των αποβλήτων και η δεύτερη αφορά την επεξεργασία της ιλύος, δηλαδή την επεξεργασία των επιβλαβών ουσιών που θα απομακρυνθούν στην πρώτη γραμμή.
Η επεξεργασία των λυμάτων πραγματοποιείται σε διαδοχικές βαθμίδες (στάδια), για τις οποίες χρησιμοποιούνται οι όροι: Προκαταρκτική (ή προεπεξεργασία), πρωτοβάθμια, δευτεροβάθμια και τριτοβάθμια επεξεργασία. Εντούτοις οι όροι δεν είναι απόλυτα αντιπροσωπευτικοί, αφού μερικές διαδικασίες όπως η απομάκρυνση αζώτου και φωσφόρου, μπορούν να πραγματοποιούνται σε τρίτη, δεύτερη ή και πρώτη βαθμίδα.
Τα στάδια επεξεργασίας και οι διαδικασίες κάθε σταδίου φαίνονται παρακάτω:
1. Προεπεξεργασία Εσχάρωση
2. Πρωτοβάθμια επεξεργασία Μείωση στερεών
3. Δευτεροβάθμια επεξεργασία Μείωση οργανικού φορτίου Μείωση στερεών
Ρύθμιση PH
4. Τριτοβάθμια επεξεργασία Απολύμανση
Μείωση θρεπτικών (N, P) Μείωση στερεών
Επίσης, οι μέθοδοι επεξεργασίας, διακρίνονται ανάλογα με το ποια χαρακτηριστικά των αποβλήτων εκμεταλλεύονται σε:
1. Φυσικοχημικές
Εσχάρωση : Αμμοδιαχωρισμός-Λιποδιαχωρισμός
Απομάκρυνση στερεών : Συσσωμάτωση- Κροκίδωση-Καθίζηση, Επίπλευση,
Λεπτή Εσχάρωση.
Απολύμανση: Χλώριο (Cl2, ClO2, δ/μα, NaOCl) Όζον,
UV ακτινοβολία, Μεταερισμός.
2. Βιολογικές.
Μέθοδος ενεργού ιλύος Αεριζόμενες λίμνες Αβαθείς λίμνες Βιολογικά φίλτρα
Το κάθε στάδιο (ή βαθμίδα) μπορεί να περιλαμβάνει φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες απομάκρυνσης των διαφόρων ουσιών από τα απόβλητα. Στις φυσικές, η απομάκρυνση γίνεται με την εκμετάλλευση των φυσικών χαρακτηριστικών των αποβλήτων, στις χημικές γίνεται με την πρόσθεση χημικών ουσιών και στις βιολογικές με κάποια βιολογική διεργασία.
Οι μέθοδοι που έχουν βρεί ευρεία αφαρμογή στην επεξεργασία των υγρών αποβλήτων είναι: η μέθοδος της ενεργού ιλύος με τις παραλλαγές της, η μεθοδος των βιολογικών φίλτρων, οι λίμνες αερισμού ή δεξαμενές σταθεροποίησης κ.α.
Οι κυριότεροι παράγοντες που παίζουν ρόλο στην διαδικασία επιλογής της επεξεργασίας των αποβλήτων είναι:
1) Η προστασία της δημόσιας υγείας (π.χ αφαίρεση παθογόνων μικροοργανισμών).
2) Το ελάχιστο λειτουργικό κόστος (ενέργεια, συντήρηση, μηχανήματα).
3) Το κόστος κατασκευής.
4) Η μέγιστη χρησιμοποίηση των φυσικών πόρων (Τραγανίτης, Σκουμπούρης).
Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται συνοπτικά τα στάδια επεξεργασίας των αποβλήτων:
Σχήμα 1.1. Στάδια επεξεργασίας αποβλήτων
Προεπεξεργασία Πρωτοβάθμια
Επεξεργασία
Δευτεροβάθμια Επεξεργασία
Τριτοβάθμια Επεξεργασία
Απολύμανση Τελική
Διάθεση
1.2 ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ
Η προκαταρκτική επεξεργασία ή προεπεξεργασία γίνεται με στόχο να προστατευτούν οι επόμενες κύριες διαδικασίες επεξεργασίας. Η προεπεξεργασία περιλαμβάνει τα εξής στάδια:
Α. Εσχάρωση: Προστατεύει τις μονάδες επεξεγασίας από ογκώδη αντικείμενα (κουρέλια, κομμάτια ξύλων, πλαστικά, κλάδιά κλπ) που εάν εισέλθουν είναι δυνατό να προκαλέσουν διάφορα φραξίματα στις εγκαταστάσεις, καταστρέφοντας τις αντλίες και τον υπόλοιπο εξοπλισμό των ΜΕΑ. Η απομάκρυνση των ογκώδων αντικειμένων επιτυγχάνεται με την συγκράτησή τους σε εσχάρες κατα την διέλευση των αποβλήτων μέσα από αυτές.
Οι εσχάρες είναι διατάξεις που αποτελούνται από παράλληλες μπάρες και η απόδοσή τους εξαρτάται από τα διάκενα μεταξύ των παράλληλων μπαρών. Διακρίνονται σε λεπτές, μεσαίες και χοντρές εσχάρες. Επίσης, διακρίνονται σε εσχάρες χειρωνακτικού καθαρισμού και εσχάρες αυτόματου καθαρισμού.
Β. Τεμαχισμός: Σκοπός του είναι ο θρυμματισμος των ογκωδών αντικειμένων σε πολύ μικρού μεγέθους στερεά, που παραμένουν στη μάζα των αποβλήτων και απομακρύνονται σε επόμενα στάδια. Πραγματοποιείται με ειδικές συσκευές (τεμαχιστές), κυρίως στις πολύ μεγάλες μονάδες και συνήθως συνδέεται με τις εσχάρες.
Γ. Εξάμμωση: Σκοπός του είναι η απομάκρυνση των χαλικιών, κόκκων άμμου, σωματιδίων αργίλου ή άλλων ανόργανων βαριών σωματιδίων, διαμέτρου μεγαλύτερης των 200μ., τα οποία αν δεν απομακρυνθούν, δημιουργούν προβλήματα στις Μ.Ε.Α όπως εναπόθεση φερτών υλών στον πυθμένα αγωγών, φράξιμο σωληνώσεων, φθορά μηχανολογικού εξοπλισμού (αντλίες, ξέστρα κλπ) και μείωση της απόδοσης διαφόρων μονάδων επεξεργασίας. Η εξάμμωση γίνεται σε ειδικές δεξαμενές, τους εξαμμωτές, με τη δημιουργία κατάλληλων συνθηκών ροής που ευνοούν την καθίζηση και την απομάκρυνση της άμμου και των ανόργανων σωματιδίων.
Η εξάμμωση συνήθως συνδυάζεται με διάταξη λιποσυλλέκτη να έπεται αυτής, διάταξη που χρησιμεύει για την συγκράτηση των επιπλεόντων ουσιών, κυρίως λιπών και ελαίων.
Δ. Εξισσορόπηση παροχής: Η δεξαμενή εξισσορόπησης που σπάνια χρησιμοποιείται στις ΜΕΑ, σχεδιάζεται έτσι ώστε να φορτίζονται ομοιόμορφα οι επόμενες βαθμίδες εργασίας και να βελτιώνεται η απόδοσή τους (Τραγανίτης, Σκουμπούρης).
1.3 ΠΡΩΤΟΒΑΘΜΙΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ
Σκοπός της πρωτοβάθμιας επεξεργασίας είναι η απομάκρυνση των αιωρούμενων στερεών με χημική επεξεργασία και καθίζηση. Συχνά η πρωτοβάθμια (μαζί με την προεπεξεργασία) είναι το μοναδικό είδος επεξεργασίας που γίνεται, ενώ σε αρκετές περιπτώσεις η πρωτοβάθμια επεξεργασία μπορεί και να παραληφθεί. Οι δεξαμενές καθίζησης έχουν πρακτικά σταθερή στάθμη νερού, που εξασφαλίζεται από μεγάλου
μήκους υπερχειλιστή εξόδου. Ομοιόμορφα διανεμημένη και ήρεμη (κατά το δυνατόν) εκροή επιτυγχάνεται με κατάλληλο διάφραγμα.
Το νερό διαρρέει τη δεξαμενή μέχρι τον υπερχειλιστή εξόδου ενώ μερος των αιωρούμενων στερεών καθιζάνει στον πυθμένα της δεξαμενής. Η ιλύς που συγκεντρώνεται στον πυθμένα των δεξαμενών σαρώνεται από μηχανικούς σαρωτές προς το φρεάτιο ιλύος.
1. Καθίζηση- Επίπλευση: Σκοπός της είναι η απομάκρυνση των αιωρούμενων οργανικών και ανόργανων στερεών μεγέθους 0,1-0,001 mm. Η απομάκρυνση που επιτυγχάνεται συνήθως είναι 30 – 40 % για το οργανικό φορτίο (BOD) και 50 – 60 % για τα αιωρούμενα στερεά (SS).
2. Χημική επεξεργασία και καθίζηση: Σκοπός της είναι η απομάκρυνση των αιωρούμενων και κολλοειδών στερεών που δεν απομακρύνονται με απλή καθίζηση.
Η διαδικασία στοχεύει στη μείωση των ολικών στερεών, στη βελτίωση της απόδοσης της πρωτοβάθμιας καθίζησης και στην απομάκρυνση φωσφόρου.
Η χημικά υποβοηθούμενη καθίζηση γίνεται με την προσθήκη συνήθως αλάτων του αργιλίου ή σιδήρου ή υδροξειδίου του ασβεστίου με τα οποία διευκολύνεται η συσσωμάτωση των λεπτών αιωρούμενων και κολλοειδών στερεών με αποτέλεσμα να καθιζάνουν και να επιτυγχάνεται απομάκρυνση στερεών (SS) μέχρι 90 % και οργανικού φορτίου (BOD) μέχρι 50-70 %. Επίσης, χρησιμοποιούνται με επιτυχία και πολυμερή σε συνδυασμό με υδράσβεστο και αργίλιο (Τραγανίτης, Σκουμπούρης).
1.4 ΔΕΥΤΕΡΟΒΑΘΜΙΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ
Σε αυτό το στάδιο γίνεται απομάκρυνση των οργανικών ουσιών των αποβλήτων, με βιολογικές διεργασίες στις οποίες χρησιμοποιούνται μικροοργανισμοί που καταναλώνουν τις οργανικές ουσίες. Στη συνέχεια, οι μικροοργανισμοί απομακρύνονται από τα απόβλητα με καθίζηση ή κάποια άλλη διαδικασία. Η βιολογική επεξεργασία γίνεται με διάφορες μεθόδους που χωρίζονται σε δύο γενικές κατηγορίες, ανάλογα με το αν οι μικροοργανισμοί βρίσκονται σε αιώρηση μέσα στα απόβλήτα (ενεργός ιλύς, λίμνες) ή προσκολλημένοι σε κάποια επιφάνεια (βιολογικά φίλτρα, βιολογικοί δίσκοι).
1.4.1. Συστήματα ενεργού ιλύος
Ένα τυπικό σύστημα ενεργού ιλύος (συμβατικό) αποτελείται από δύο δεξαμενές, την δεξαμενή αερισμού (Δ.Α) και την δεξαμενή δευτεροβάθμιας καθίζησης (Δ.Δ.Κ) (Σχήμα 1.2). Τα λύματα διαρρέουν την ΔΑ, στην οποία παρέχεται από το σύστημα αερισμού αρκετή ποσότητα αέρα ώστε να εξασφαλίζονται αερόβιες συνθήκες.
Q Q-W
ΑΝΑΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ
Σχήμα 1.2. Κλασσικό σύστημα ενεργού ιλύος
Δεξαμενή Αερισμού
Δεξαμενή Δευτεροβάθμιας
Καθίζησης
Η μέθοδος της ενεργού ιλύος, στηρίζεται στην επιστροφή της βιομάζας από τον πυθμένα της δεξαμενής δευτεροβάθμιας καθίζησης (ΔΔΚ), στην δεξαμενή αερισμού (ΔΑ), με στόχο τη διατήρηση υψηλής συγκέντρωσης μικροοργανισμών στην ΔΑ.
Τα λύματα περιέχουν διάφορες οργανικές και ανόργανες ουσίες που αποτελούν την απαραίτητη τροφή για την συντήρηση και ανάπτυξη των μικροοργανισμών και είναι ακριβώς οι ρύποι των οποίων επιδιώκεται η απομάκρυνση. Ο βαθμός απομάκρυνσης καθορίζεται από την ταχύτητα με την οποία οι μικροοργανισμοί χρησιμοποιούν τις τροφές – ρύπους. Με τα λύματα και το οξυγόνο του συστήματος αερισμού αναπτύσσεται στη ΔΑ μια πλούσια κοινότητα αερόβιων ετεροτροφικών οργανισμών, κυρίως βακτηρίων, τα οποία χρησιμοποιούν την οργανική ύλη κατά ένα μερος για οξείδωση και κατά το υπόλοιπο για σύνθεση νέας κυτταρικής ύλης. Επειδή τα βακτήρια βρίσκονται σε αιώρηση η δεξαμενή αερισμού ονομάζεται βιολογικός αντιδραστήρας αιωρούμενης βιομάζας και το μείγμα λυμάτων – μικροοργανισμών ονομάζεται μικτό υγρό.
Το σημαντικότερο αποτέλεσμα της βιολογικής επεξεργασίας είναι η μετατροπή της νεκρής οργανικής ύλης των λυμάτων σε ζωντανή βιομάζα. Το κρίσιμο πλεονέκτημα αυτής της μετατροπής βρίσκεται στο ότι η βιομάζα κροκιδώνεται και καθιζάνει εύκολα στη ΔΔΚ, απομακρυνόμενη έτσι από τα λύματα, ενώ η οργανική ύλη μετά από την πρωτοβάθμια καθίζηση έχει κυρίως διαλυμένη και κολλοειδή μορφή, πράγμα που σημαίνει αδυναμία καθίζησης.
Η βιομάζα συμπαρασύρει στην καθίζηση το μεγαλύτερο μέρος των διακριτών στερεών των λυμάτων, ανόργανων αλλά και οργανικών που δεν διαλύθηκαν στην ΔΑ. Η ιλύς που σχηματίζεται με αυτόν τον τρόπο στον πυθμένα της ΔΔΚ ονομάζεται ενεργός ιλύς. Μικρό μέρος των παραπάνω λυμάτων και της βιομάζας διαφεύγει από την ΔΔΚ με την εκροή από τον υπερχειλιστή της.
Εξαιτίας της συνεχούς παραγωγής ενεργού ιλύος θα πρέπει να πραγματοποιείται αντίστοιχα και συνεχής απομάκρυνση της περίσσειας ιλύος με κατάλληλη παροχή. Η περίσσεια ιλύος περιέχει μεγάλο μέρος οργανικού φορτίου, καθώς μόνο ένα περιορισμένο μέρος (συνήθως) του οργανικού φορτίου των λυμάτων οξειδώνεται στον αντιδραστήρα. Το κλάσμα της βιομάζας που απομακρύνεται από το σύστημα αντιστοιχεί στις οργανικές ενώσεις που δεν οξειδώθηκαν προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό, αλλά μετατράπηκαν σε βακτηριακή μάζα.
Οι συνθήκες περιβάλλοντος που επηρεάζουν την ενεργό ιλύ είναι κυρίως η θερμοκρασία και το PH. Η θερμοκρασία έχει σημαντική επίδραση στην ταχύτητα βιοαποδόμησης άρα και στο χρόνο παραμονής των υγρών αποβλήτων στη δεξαμενή αερισμού.
Η ύπαρξη διαφόρων χημικών ενώσεων με τοξική επίδραση στους μικροοργανισμούς, επηρεάζει αρνητικά την αύξηση των μικροοργανισμών και κάτω από ορισμένες συνθήκες την αποκλείουν τελείως προκαλώντας παρεμποδίσεις.
Κάτω από κατάλληλες προϋποθέσεις μπορούν να αναπτυχθούν στη ΔΑ επαρκείς πληθυσμοί αυτοτροφικών νιτροποιών βακτηρίων, που πραγματοποιούν υψηλού
βαθμού οξείδωση του αμμωνιακού αζώτου σε νιτρικά (νιτροποίηση). Οι ΔΑ συνήθως έχουν βάθη από 3,5 έως 4,5 μέτρα.
Οι βασικές μέθοδοι αερισμού είναι:
Α) Διοχέτευση φυσαλίδων αέρα στα απόβλητα, από διαχυτήρες τοποθετημένους κοντά στη δεξαμενή αερισμού, από του οποίους το οξυγόνο μεταφέρεται στα απόβλητα και Β) Ανάδευση των αποβήτων με μηχανικά μέσα και μεταφορά οξυγόνου από την ατμόσφαιρα μέσω της τριβής που δημιουργείται. (Βαλκανάς, 1992)
Οι ΔΔΚ μπορεί να είναι κυκλικού, ορθογώνιου, ή τετραγωνικού σχήματος και βάθους 3 έως 5 μέτρων. Συνήθως για λόγους κόστους χρησιμοποιούνται κυκλικές δεξαμενές, οι οποίες μπορεί να είναι κεντρικής ή περιφερειακής εισροής.
Η συλλογή της ιλύος γίνεται είτε με περιστρεφόμενο ξέστρο, είτε με περιστρεφόμενη διάταξη αναρρόφησης της ιλύος. Η κλίση του πυθμένα όταν χρησιμοποιείται αναρρόφηση είναι πολύ μικρή ενώ όταν χρησιμοποιείται μηχανικό ξέστρο είναι 0,5-8
% για την εκκένωση της ΔΔΚ.
Η δεξαμενή πρωτοβάθμιας καθίζησης απομακρύνει μέρος των αιωρούμενων στερεών και του οργανικού φορτίου των λυμάτων, με αποτέλεσμα να προκύπτει οικονομικότερο σύστημα ΔΑ, ΔΔΚ και συστήματος αερισμού. Επίσης, εξασφαλίζει σχετικά καθαρισμένη εκροή ακόμα και όταν η βιολογική μονάδα βρεθεί εκτός λειτουργίας. Εντούτοις, σε πολλές περιπτώσεις μικρών πόλεων και κυρίως όταν εφαρμόζεται η μέθοδος του παρατεταμένου αερισμού, η πρωτοβάθμια καθίζηση αποφεύγεται. Έτσι, η όλη εγκατάσταση επεξεργασίας γίνεται απλούστερη, με λειτουργικά και οικονομικά πλεονεκτήματα.
Ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας υπάρχουν διάφορες παραλλαγές του συστήματος ενεργού ιλύος με συνηθέστερη τη συμβατική μεθοδο (Conventional) η οποία μελετήθηκε παραπάνω. Αναλυτικά αναφέρονται παρακάτω:
1. Πλήρης ανάμιξη (Complete mix): Ανάμιξη αποβλήτων μετά την Π.Κ με επιστρέφουσα ιλύ και είσοδος σε διάφορα σημεία της δεξαμενής αερισμού από ένα κεντρικό κανάλι.
2. Βηματικός αερισμός (Step aeration): Τροφοδοσία των αποβλήτων σε διάφορα σημεία της δεξαμενής αερισμού για την ύπαρξη σταθερής σχέσης τροφής/μικροοργανισμών.
3. Επαφή–σταθεροποίηση (Contact-stabilization): Προσρόφηση οργανικών ουσιών στους θρόμβους της ιλύος, στην είσοδο της ενεργού ιλύος, και αποδόμηση για απόληψη ενέργειας και δημιουργία κυτταρικής μάζας.
4. Εκτεταμένος αερισμός (Extended aeration): Συνεχή προσφορά οξυγόνου χωρίς την ανάλογη τροφή με αποτέλεσμα τη δημιουργία πολύ λίγης ή καθόλου περίσσειας ιλύος, λόγω της αυτοκατανάλωσης της ιλύος.
5. Μέθοδος Kraus: Παραλλαγή της μεθόδου επαφής σταθεροποίησης. Μαζί με μέρος της επιστρέφουσας ιλύος αερίζεται χωνευμένη ιλύς και το υγρό από τους χωνευτήρες της ιλύος.
Εναλλακτικές μέθοδοι της ενεργού ιλύος που η χρήση τους απαγορεύεται σε πολλές εφαρμογές είναι οι λίμνες επεξεργασίας και τα βιολογικά φίλτρα (Τραγανίτης, Σκουμπούρης).
1.4.2 Λίμνες Επεξεργασίας
Πρόκειται για διατάξεις επεξεργασίας υγρών αποβήτων με κύρια χαρακτηριστικά τους την απλότητα και το σχετικά χαμηλό κόστος κατασκευής και λειτουργίας τους, αλλά και την σχετικά μεγάλη επιφάνεια που απαιτούν. Πιο συγκεκριμένα είναι μεγάλες ανοιχτές, χωμάτινες και ρηχές λεκάνες στις οποίες τα ΥΑ παραμένουν για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Στις λίμνες αυτές είναι δυνατόν να πραγματοποιείται αερισμός, οπότε ονομάζονται λίμνες αερισμού ή να μην πραγματοποιείται αερισμός, οπότε ονομάζονται λίμνες σταθεροποίησης.
1.4.3 Βιολογικά φίλτρα
Τα βιολογικά φίλτρα είναι στρώματα υλικών με μεγάλη διαπερατότητα, όπου τα υγρά απόβλητα διασκορπίζονται με διάφορους μηχανισμούς στην επιφάνεια και συλλέγονται στον πυθμένα αφού διαβρέξουν τα υλικά που αποτελούν το στρώμα. Τα υλικά του στρώματος προσφέρουν την επιφάνεια όπου αναπτύσσεται η βιολογική δράση που έχει ως αποτέλεσμα την αποδόμηση των οργανικών ουσιών που περιέχονται στα υγρά απόβλητα. Έχουμε δηλαδή, προσκολλημένη βιολογική αύξηση.
Ανάλογη διαδικασία παρατηρείται και στους βιολογικούς δίσκους, όπου οι μικροοργανισμοί βρίσκονται προσκολλημένοι πάνω σε επίπεδες επιφάνειες (δίσκους) που περιστρέφονται μέσα στη μάζα των αποβλήτων σε ειδικές δεξαμενές. (Λέκκας, 2001).
1.5 ΤΡΙΤΟΒΑΘΜΙΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ
Σκοπός της τριτοβάθμιας ή προχωρημένης επεξεργασίας αποβλήτων, είναι η απομάκρυνση ορισμένων ρυπαντικών ουσιών που δεν απομακρύνονται στα προηγούμενα στάδια επεξεργασίας όπως διάφορες ανόργανες ουσίες (χλωριούχα, θειϊκά κ.α), ιχνοστοιχείων, ρυπαντών προτεραιότητας (priority pollutants) και πτητικών ενώσεων (VOC). Πολλές από τις ενώσεις αυτές είναι τοξικές στον άνθρωπο και στο υδρόβιο περιβάλλον. Έτσι, αποκτούν ιδιαίτερη σημασία όταν περιέχονται σε επεξεργασμένα απόβλητα που διατίθενται σε επιφανειακά ή υπόγεια νερά που μπορεί στη συνέχεια να εισέλθουν στο δίκτυο του πόσιμου νερού.
Στην τριτοβάθμια επεξεργασία περιλαμβάνονται φυσικές, χημικές και βιολογικές διαδικασίες. Οι φυσικές περιλαμβάνουν την απομάκρυνση της αμμωνίας με εκρόφηση των αιωρούμενων στερεών, με διήθηση και των διαλυμένων στερεών, με ηλεκτροδιάλυση ή αντίστροφη ώσμωση. Οι χημικές περιλαμβάνουν την απομάκρυνση των νιτρικών και της αμμωνίας με ιοντοεναλλαγή, του φωσφόρου με χημική επεξεργασία - καθίζηση και των διαλυμένων οργανικών ουσιών, χλωρίου και βαρέων μετάλλων με ενεργό άνθρακα. Από τις βιολογικές σημαντικότερη είναι η νιτροποίηση – απονιτροποίηση για την απομάκρυνση των ενώσεων αζώτου.
Παρακάτω θα εξεταστούν αναλυτικότερα οι διαδικασίες απομάκρυνσης αζώτου και φωσφόρου, καθότι η σημασία τους είναι μέγιστη για την ΜΕΥΑ των Ιωαννίνων (Λέκκας, 2001).
1.6 ΑΠΟΛΥΜΑΝΣΗ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ
Η απολύμανση είναι το τελευταίο στάδιο επεξεργασίας, γίνεται με την χρήση χημικών ουσιών (χλώριο, όζον, βρώμιο) ή με φυσικά μέσα (ακτινοβολία, θερμότητα) και στοχεύει στην καταστροφή των παθογόνων μικροοργανισμών των αποβλήτων (αν και μερική απομάκρυνση ή καταστροφή τους γίνεται και στα άλλα στάδια επεξεργασίας), έτσι ώστε να εξαλείφεται ο κίνδυνος μετάδοσης ασθενειών μέσω του νερού στον αποδέκτη.
Συνηθέστερο μέσο απολύμανσης είναι το χλώριο. Η χλωρίωση γίνεται μέσα σε ορθογώνιες δεξαμενές συνήθως μαιανδρικής μορφής, όπου οι μικροοργανισμοί έρχονται σε επαφή με το χλώριο και καταστρέφονται (Λέκκας, 2001).
1.7 ΔΙΑΘΕΣΗ
Η διάθεση των επεξεργασμένων αποβλήτων μπορεί να γίνει είτε στο έδαφος (επιφανειακά ή υπεδάφεια) είτε σε κάποιο υδάτινο φορέα. Επίσης, μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν για άρδευση δασικών εκτάσεων. Η άρδευση των καλλιεργειών με τα επεξεργασμένα λύματα προμηθεύει στα φυτά νερό και θρεπτικά στοιχεία. Ακόμη, επιτυγχάνεται η εξασφάλιση νερού σε ξηρές και ημίξηρες περιοχές καθώς και σε περιοχές με ελλειματικό ισοζύγιο νερού.
Οι παράγοντες που καθορίζουν την εφαρμογή των επεξεργασμένων λυμάτων στο έδαφος είναι οι παρακάτω:
1. Οι κίνδυνοι για τη δημόσια υγεία.
2. Η περιορισμένη διαθεσιμότητα των εδαφών.
3. Οι μακροχρόνιες δυσμενείς επιπτώσεις στις φυσικές και χημικές ιδιότητες του εδάφους.
4. Η δημόσια αποδοχή των προϊόντων που παράγονται από καλλιέργειες που αναπτύσσονται σε εδάφη αρδευόμενα με επεξεργασμένα λύματα. (Λέκκας, 2001).
1.8 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΙΛΥΟΣ
Η τελική διάθεση της ιλύος με τρόπο ασφαλή και ωφέλιμο για το περιβάλλον, αποτελεί ένα δύσκολο και δαπανηρό θέμα, γιατί ενώ αποτελεί περίπου το 1 % του όγκου των λυμάτων, το κόστος για την επεξεργασία και διάθεσή της αντιστοιχεί στο 20-50 % του συνολικού κόστους κατασκευής και λειτουργίας μιας εγκατάστασης.
Οι βασικές διεργασίες που εφαρμόζονται για την επεξεργασία της ιλύος κατατάσσονται στις ακόλουθες κατηγορίες: Πύκνωση, σταθεροποίηση, απονέρωση, καύση.
Πύκνωση: Με την πύκνωση αφαιρούμε νερό, αυξάνοντας τη συγκέντρωση των στερεών και μειώνοντας έτσι τον όγκο της ιλύος. Η πύκνωση της ιλύος γίνεται με βαρύτητα, με επιπλευση και με φυγοκέντρηση.
Σταθεροποίηση: Η σταθεροποίηση της ιλύος πριν την τελική διάθεση είναι για την αποφυγή δυσάρεστων φαινομένων, όπως οι οσμές, τα έντομα, η μείωση των παθογόνων μ/ο κλπ, που είναι δυνατόν να εμφανιστούν αν διαθέσουμε την ιλύ στο περιβάλλον ως έχει. Η διαθέσιμη τεχνολογία για την σταθεροποίηση της ιλύος συνίσταται στην αναερόβια και αερόβια χώνευση, την οξείδωση με χλώριο, την επεξεργασία με υδράσβεστο και τη θερμική κατεργασία.
Αφυδάτωση: Η αφυδάτωση (απονέρωση) είναι απαραίτητη για:
• Τη μείωση του κόστους μεταφοράς
• Την ευκολότερη διαχείριση της στερεάς απονερωμένης ιλύος αντί της υδαρούς ρευστής ιλύος
• Την ευκολότερη καύση, όταν αυτή χρειάζεται
• Την αποφυγή της δημιούργίας αποστραγγισμάτων, όταν γίνεται ταφή της ιλύος
Η αφυδάτωση γίνεται με μηχανικούς τρόπους (διήθηση υπό κενό, διήθηση σε ταινιοφιλτρόπρεσσες, φυγοκέντριση, διήθηση υπό πίεση) και με φυσικούς τρόπους (εξάτμιση, στράγγισμα του νερού προς το έδαφος).
Καύση: Η καύση της ιλύος εξαρτάται από τα περιεχόμενα πτητικά στερεά, την προεπεξεργασία που έχει γίνει, τις απαιτήσεις για τον καθαρισμό των αερίων αποβλήτων και τον τύπο του αποτεφρωτή που χρησιμοποιείται. Της καύση προηγείται πάντοτε ξήρανση (Λέκκας, 2001).
Η τελική διάθεση της ιλύος είναι δυνατόν να γίνει σήμερα είτε στις χωματερές, είτε στο έδαφος ως εδαφοβελτιωτικό.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΔΥΝΑΜΙΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΜΟΝΑΔΩΝ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ
(G. Kiely, 1997) 2.1. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΣΧΑΡΩΣΗΣ
Οι ανεπαρκώς διαστασιολογημένες μονάδες εσχάρωσης έχουν σαν αποτέλεσμα να απαιτείται περισσότερο προσωπικό για την απομάκρυνση μη επιθυμητών εναποθέσεων ή εμφράξεων. Επιπλέον, ενδέχεται να επηρεάσουν αρνητικά την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας, είτε π.χ με διαταραχή της ομοιόμορφης κατανομής των υγρών αποβλήτων σε ακόλουθες βαθμίδες, με αυξημένες ταχύτητες ροής στην είσοδο δεξαμενών καθίζησης ή εν γένει με μια δυσλειτουργία του συστήματος με αποτέλεσμα να παρεμποδίζεται η παραλαβή των προβλεπόμενων ποσοτήτων του λύματος.
Οι σημαντικότερες αδυναμίες που μπορούμε να διαπιστώσουμε σε συστήματα εσχάρωσης είναι:
• Μεγάλα διάκενα
• Μεγάλη κλίση των εσχάρων
• Εναπόθεση άμμου στο αυλάκι παροχής εξαιτίας μη επαρκούς ταχύτητας ροής.
Ενώ κατά τις προηγούμενες δεκαετίες χρησιμοποιήθηκαν ευρέως εσχάρες με διάκενα 15-20 mm, σήμερα εφαρμόζονται συστήματα εσχάρωσης με διάκενα 5-6 mm και κόσκινα. Με αυτά έχουν περιοριστεί σε σημαντικό βαθμό λειτουργικά προβλήματα εξαιτίας έμφραξης, γεγονός το οποίο οδήγησε σε μια αύξηση της λειτουργικής ασφάλειας και σε μια μείωση των απαιτήσεων επίβλεψης από το προσωπικό. Για τη διατήρηση μιας επαρκούς ταχύτητας προσέγγισης της εσχάρας συνίσταται μια παράλληλη διαμόρφωση δύο, τριών ή τεσσάρων μονάδων. Με την διάταξη αυτή μπορούν οι επιμέρους εσχάρες, ανάλογα με το ύψος της παροχής να τεθούν εκ νέου σε λειτουργία. Σε μικρές μονάδες μπορεί να αερίζεται το υγρό απόβλητο πριν την εσχάρωση, με στόχο την αποφυγή καθίζησης της άμμου.
Κύριος λόγος για την αποφυγή λεπτών εσχάρων στο παρελθόν ήταν η σημαντική αύξηση στερεών οργανικών υλικών στα εσχαρίσματα. Με την ανάπτυξη μεθόδων για πλύση των εσχαρισμάτων έχει λυθεί αυτό το πρόβλημα οριστικά. Το τμήμα του οργανικού υλικού, το οποίο με την πλύση των εσχαρισμάτων αποδίδεται στο νερό έχει σαν αποτέλεσμα μια σχεδόν μη αισθητή αύξηση του φορτίου της τάξεως 2 % κατά το μέγιστο, αναφορικά με το χημικά απαιτούμενο οξυγόνο. Η αφυδάτωση των εσχαρισμάτων λαμβάνει χώρα με μηχανική συμπίεση.
Τα συστήματα εσχάρωσης θα πρέπει σήμερα να εγκαθίσταται κατά κανόνα σε κλειστά κτίρια προς αποφυγή δυσοσμίας σε γειτονικές κατοικημένες περιοχές και πλήρη ανεξαρτησία λειτουργίας από καιρικές συνθήκες.
2.2 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΞΑΜΜΩΣΗΣ
Από την αξιολόγηση των υπαρχόντων αποτελεσμάτων σε διάφορους εξαμμωτές προκύπτει ότι η αποτελεσματικότητα αυτών δεν είναι πάντοτε άριστη. Το γεγονός αυτό γίνεται ιδιαίτερα εμφανές σε μονάδες χωρίς πρωτοβάθμια καθίζηση, όπου η εναπόθεση άμμου στη δεξαμενή αερισμού μπορεί να πάρει εν μερει σημαντική έκταση, με αποτέλεσμα να απαιτείται μια υψηλή αποτελεσματικότητα των εξαμμωτών.
Επειδή η αποτελεσματικότητα κατακράτησης άμμου των εξαμμωτών εξαρτάται κυρίως από τις επικρατούσες υδραυλικές συνθήκες, θα πρέπει να δοθεί στο σημείο αυτό του σχεδιασμού ιδιαίτερη σημασία. Την αποτελεσματικότητα του συστήματος επηρεάζει εκτός από την ορθή επιλογή της διατομής, η διαμόρφωση της εισροής του εξαμμωτή και ο αερισμός.
Αρνητική επίπτωση στη λειτουργία των εξαμμωτών έχουν:
• Διάθεση του υγρού αποβλήτου στο μέτωπο της διαύλου δίχως ανάσχεση
• Υψηλή τύρβη εξαιτίας έντονου αερισμού
Μια υψηλή παροχή αέρα μπορεί να επηρεάσει αρνητικά την αποτελεσματικότητα λειτουργίας των εξαμμωτών και να οδηγήσει σε δυσλειτουργία των ακόλουθων βαθμίδων επεξεργασίας. Για το λόγο αυτό θα πρέπει να διατεθούν σε κάθε περίπτωση τουλάχιστον δύο παράλληλες γραμμές εξάμμωσης, έκαστη των οποίων να είναι εξοπλισμένη με παλινδρομική γέφυρα που φέρει αεραντλία απομάκρυνσης της καθιζάνουσας άμμου και επιφανειακό ξέστρο για απομάκρυνση των επιπλεόντων συστατικών (λιποειδών).
Εναλλακτικά στις αεριζόμενες δεξαμενές ορθογωνικής κάτοψης και τραπεζοειδούς διατομής μπορούν να χρησιμοποιηθούν επίσης αεριζόμενοι κυλινδρικοί εξαμμωτές φυγοκεντρικού τύπου με αεραντλία αναρρόφησης της άμμου. Το παραλαμβανόμενο ίζημα της άμμου θα πρέπει να οδηγείται κατά κανόνα προς το κοχλιωτό διαχωριστήρα της άμμου από το νερό. Συνίσταται επίσης πλύση για απομάκρυνση οργανικών προσμίξεων, με στόχο τη διευκόλυνση της περαιτέρω διάθεσης άμμου.
2.3. ΠΡΩΤΟΒΑΘΜΙΑ ΚΑΘΙΖΗΣΗ
Συμβατικές πρωτοβάθμιες καθιζήσεις είχαν στο παρελθον μια ιδιαίτερη σημασία σχετικά με την εκτεταμένη αφαίρεση αιωρούμενων στερεών (≥ 60%) και την πάχυνση πρωτογενούς και δευτερογενούς ιλύος. Σήμερα όμως, διαπιστώνεται ότι το μερίδιό τους σε μονάδες επεξεργασίας λυμάτων υποχωρεί σημαντικά.
Σημαντική σε μια δεξαμενή πρωτοβάθμιας καθίζησης είναι η παραμονή επαρκούς ποσότητας οργανικών συστατικών (COD, BOD) στο υγρό απόβλητο. Η ποσότητα αυτή απαιτείται στις επόμενες βαθμίδες για την αφαίρεση αζώτου και φωσφόρου και μπορεί να επιτευχθεί μόνο με βραχύ χρόνο παραμονής στη δεξαμενή. Επίσης, εξαιτίας της υψηλής υδραυλικής φόρτισης και προς αποφυγή παρεμπόδισης της βιολογικής αφαίρεσης φωσφόρου, δεν μπορεί η πρωτοβάθμια καθίζηση να χρησιμοποιηθεί πλέον για πάχυνση της δευτερογενούς ιλύος. Σε κάθε περίπτωση
