περιβαλλοντικη και-οικολογικη-μηχανικη
•
0 j'aime•913 vues
ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΛΥΜΑΤΩΝ ΜΙΚΡΗΣ ΔΥΝΑΜΙΚΟΤΗΤΑΣ. Στη παρούσα μελέτη που ακολουθεί έγινε ο υπολογισμός τεσσάρων συστημάτων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων για ένα συγκρότημα έξι κατοικιών. Τα συστήματα που μελετήθηκαν είναι : Βόθρος, Τεχνητός Υγρότοπος, Βιολογικός Δίσκος και Σύστημα Compact με Αερισμό. Στη συνέχεια αφού έγιναν όλοι οι απαιτούμενοι υπολογισμοί για καθένα σύστημα ξεχωριστά έγινε προσπάθεια να επιλεχθεί το βέλτιστο σύστημα με τη χρήση μιας μεθόδου Πολυκριτηριακής Ανάλυσης (ELECTRE III). Τα κριτήρια τα οποία χρησιμοποιήσαμε για την αξιολόγηση των συστημάτων ήταν τα εξής: • Κατασκευαστικό Κόστος. • Λειτουργικό Κόστος. • Απαιτούμενη Έκταση που καταλαμβάνουν. • Η Δυνατότητα Επαναχρησιμοποίησης που μπορεί να έχουν και • Η Κοινωνική Αποδοχή τους (στο κριτήριο αυτό συμπεριλαμβάνεται το κατά πόσο είναι ευχάριστο ένα τέτοιο σύστημα και αν έχει οχλήσεις, όπως πιθανές οσμές) Με βάση τα παραπάνω κριτήρια η αξιολόγηση των συστημάτων είχε την παρακάτω κατάταξη : • Σαν βέλτιστο σύστημα αρχικά επιλέχθηκε ο Τεχνητός Υγρότοπος • Στη συνέχεια το σύστημα Compact το οποίο λειτουργεί με παρατεταμένο αερισμό. • Έπειτα ο Βόθρος και • Τελευταίο το σύστημα του Βιολογικού Δίσκου.
Recommandé
Contenu connexe
Tendances
Tendances (20)
Similaire à περιβαλλοντικη και-οικολογικη-μηχανικη
Similaire à περιβαλλοντικη και-οικολογικη-μηχανικη (20)
περιβαλλοντικη και-οικολογικη-μηχανικη
- 1. ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Π.Μ.Σ : ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΚΑΙ ΟΙΚΟΛΟΓΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ « ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΛΥΜΑΤΩΝ ΜΙΚΡΗΣ ∆ΥΝΑΜΙΚΟΤΗΤΑΣ. » ∆Ι∆ΑΣΚΩΝ : ∆ρ. ΣΤΑΣΙΝΑΚΗΣ ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ: ΑΛΜΠΑΝΕΛΛΗΣ ΦΡΑΓΚΟΥΛΗΣ Μυτιλήνη 2007
- 2. 2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ Α) ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Εισαγωγή………………………………………………………………………………7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο . 1.1 ΜΕΘΟ∆ΟΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΩΝ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ. 1.1.1 Εισαγωγή………………………………………………………………………..8 1.1.2 Εναλλακτικές Μέθοδοι Επεξεργασίας Λυµάτων……………………………….8 1.2 ΒΙΟΛΟΓΙΚΟΙ ∆ΙΣΚΟΙ. 1.2.1 Ιστορικό……………………………………………………………………….10 1.2.2 Περιγραφή του Συστήµατος ………………………………………………….10 1.2.3 Οικονοµοτεχνικά ∆εδοµένα…………………………………………………...12 1.2.4 Κριτήρια για την Επιλογή της Θέσης Εγκατάστασης…………………………13 1.3 ΤΕΧΝΗΤΟΙ ΥΓΡΟΤΟΠΟΙ. 1.3.1 Γενικά Χαρακτηριστικά………………………………………………………15 1.3.2 Εκτίµηση και Επιλογή Θέσης…………………………………………………15 1.3.3 Προεπεξεργασία Υγρών Αποβλήτων………………………………………….16 1.3.4 Επιλογή και ∆ιαχείριση της Φυτικής Βλάστησης……………………………..17 1.3.5 Σχεδιασµός Παραµέτρων……………………………………………………...17 1.3.6 Οικονοµοτεχνικά ∆εδοµένα…………………………………………………...21 1.3.7 Ο Γερµανικός Κανονισµός ΑΤV- A262 για την επεξεργασία Λυµάτων µε τη Μέθοδο των Τεχνητών Υγροτόπων………………………………………….22 1.4 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ COMPACT. 1.4.1 Προεπεξεργασία Υγρών Αποβλήτων………………………………………… 27 1.4.2 Καθίζηση………………………………………………………………………28 1.4.3 Επίπλευση……………………………………………………………………...28 1.4.4 Συστήµατα Αερισµού………………………………………………………….29 1.4.5 Τριτοβάθµια Επεξεργασία……………………………………………………..30 1.5 ΒΟΘΡΟΣ. 1.5.1 Συστήµατα Σηπτικών ∆εξαµενών……………………………………………..31 1.5.1.1 Εισαγωγή………………………………………………………………..31 1.5.1.2 Σηπτικές ∆εξαµενές…………………………………………………….32 1.5.1.3 ∆ιαχείριση Απόνερων…………………………………………………..37 1.5.1.4 Υπολογισµός Χωρητικότητας Στεγανού Βόθρου………………………38 1.5.2 Απορροφητικός Βόθρος……………………………………………………….39 1.5.3 Συµβατικός Βόθρος Βαρύτητας……………………………………………….40 1.5.4 Βόθροι Βαρύτητας Σηπτικών ∆εξαµενών Απορροής…………………………41 1.5.5 Βόθροι Άντλησης Σηπτικών ∆εξαµενών Απορροής…………………………..41 1.5.6 Βόθροι Πιέσεως µε Αλεστικές Αντλίες………………………………………..41
- 3. 3 1.5.7 Κριτήρια για τη Σχεδίαση Εναλλακτικών Συστηµάτων Συλλογής Υγρών Αποβλήτων…………………………………………………………………….41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο . ΕΠΑΝΑΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ. 2.1 Εισαγωγή………………………………………………………………………..42 2.2 Ιστορική Επισκόπηση…………………………………………………………...44 2.3 Επαναχρησιµοποίηση για Άρδευση……………………………………………..46 2.4 Επαναχρησιµοποίηση Λυµάτων για Αστική Χρήση πλην Πόσης και Χρήσεις Αναψυχής………………………………………………………………………..47 2.5 Εµπλουτισµός Υπόγειου Υδροφορέα για Χρήση εκτός Πόσης…………………47 2.6 Ανασκόπηση ∆ιεθνούς Θεσµικού Πλαισίου για την Επαναχρησιµοποίηση Λυµάτων…………………………………………………………………………48 2.7 Οδηγία Παγκόσµιου Οργανισµού Υγείας……………………………………….48 2.8 Νοµοθεσία στον Ευρωπαϊκό Χώρο……………………………………………...50 2.9 Τεχνικές Απαιτήσεις για την Επαναχρησιµοποίηση Λυµάτων………………….51 2.10 Φυσικά Συστήµατα Επεξεργασίας και Επαναχρησιµοποίησης Λυµάτων……..51 2.11 Άρδευση Κοινόχρηστων Χώρων……………………………………………...55 2.12 Άρδευση ∆ασικών Εκτάσεων και Πυροπροστασία……………………………56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο . ΠΟΛΥΚΡΙΤΗΡΙΑΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ. 3.1 Η Βάση της Πολυκριτηριακής Αξιολόγησης……………………………………58 3.2 Ορισµός………………………………………………………………………….58 3.3 Τα Στάδια της Πολυκριτηριακής Ανάλυσης…………………………………….58 3.4 Οι Συµµετέχοντες στη ∆ιαδικασία………………………………………………60 3.5 Η Επιλογή των Κριτηρίων………………………………………………………62 3.6 Αποτίµηση των Κριτηρίων………………………………………………………63 3.7 Πλεονεκτήµατα – Μειονεκτήµατα της Πολυκριτηριακής Μεθόδου……………63 3.8 Η Επιλογή της κατάλληλης Μεθόδου Λήψης Απόφασης……………………….64 3.9 Η Κατηγορία Μεθόδων Electre……………………………………………… …66 3.9.1 Γενικά………………………………………………………………………….66 3.9.2 Το Νοηµατικό Πλαίσιο της Electre III………………………………………...67 3.9.3 Μεθοδολογία…………………………………………………………………..67 3.9.4 Εξαγωγή Κατατάξεων…………………………………………………………70 3.9 5 Η Παρουσίαση των Αποτελεσµάτων………………………………………….71 Στόχοι Μελέτης………………………………………………………………………71 Β) ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ. Εισαγωγή……………………………………………………………………………..72 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο . 4.1 ΣΧΕ∆ΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. 4.1.1 Σχεδιασµός Βόθρου……………………………………………………............74 4.1.2 Σχεδιασµός Τεχνητού Υγροτόπου……………………………………………..76 4.1 3 Σχεδιασµός Βιολογικού ∆ίσκου………………………………….....................81 4.1.4 Σχεδιασµός Συστήµατος Compact………………………….............................84
- 4. 4 4.1.5 Σύγκριση των παραπάνω Συστηµάτων Βάσει των Υπολογισµών…………….88 4.2 ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΣΕΝΑΡΙΩΝ. 4.2.1 Επιλογή της Μεθόδου…………………………………………………………89 4.2.2 Σχηµατισµός Εναλλακτικών Σεναρίων………………………………………..89 4.2.3 Επιλογή των Εµπλεκόµενων (STAKEHOLDERS)…………………………...89 4.2.4 Επιλογή των Κριτηρίων……………………………………………………….89 4.2.5 Αποτύπωση Συντελεστών Βαρύτητας…………………………………………90 4.2.6 Προσδιορισµός των Παραµέτρων της ELECTRE III…………………………90 4.2.7 Παρουσίαση των Αποτελεσµάτων…………………………………………….91 4.2.8 Ανάλυση Αποτελεσµάτων……………………………………………………..93 4.2.9 Όρια Ευαισθησίας του Προγράµµατος………………………………………..93 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5ο . ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ………………………………………………………………...95 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ……………………………………………………………………96 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Προσφορές Εταιρειών………………………………………………………………100
- 5. 5 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να ευχαριστήσω το καθηγητή µου και επιβλέποντα της πτυχιακής µου εργασίας κ. Στασινάκη Νάσο καθώς επίσης και τη Τέγου Λήδα οι οποίοι µε βοήθησαν να διεκπαιρεώσω τη παρούσα εργασία. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια µου, τους φίλους µου και την κοπέλα µου που µε στήριξαν καθόλη τη διάρκεια της φοίτησης µου στο µεταπτυχιακό.
- 6. 6 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Στη παρούσα µελέτη που ακολουθεί έγινε ο υπολογισµός τεσσάρων συστηµάτων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων για ένα συγκρότηµα έξι κατοικιών. Τα συστήµατα που µελετήθηκαν είναι : Βόθρος, Τεχνητός Υγρότοπος, Βιολογικός ∆ίσκος και Σύστηµα Compact µε Αερισµό. Στη συνέχεια αφού έγιναν όλοι οι απαιτούµενοι υπολογισµοί για καθένα σύστηµα ξεχωριστά έγινε προσπάθεια να επιλεχθεί το βέλτιστο σύστηµα µε τη χρήση µιας µεθόδου Πολυκριτηριακής Ανάλυσης (ELECTRE III). Τα κριτήρια τα οποία χρησιµοποιήσαµε για την αξιολόγηση των συστηµάτων ήταν τα εξής: • Κατασκευαστικό Κόστος. • Λειτουργικό Κόστος. • Απαιτούµενη Έκταση που καταλαµβάνουν. • Η ∆υνατότητα Επαναχρησιµοποίησης που µπορεί να έχουν και • Η Κοινωνική Αποδοχή τους (στο κριτήριο αυτό συµπεριλαµβάνεται το κατά πόσο είναι ευχάριστο ένα τέτοιο σύστηµα και αν έχει οχλήσεις, όπως πιθανές οσµές) Με βάση τα παραπάνω κριτήρια η αξιολόγηση των συστηµάτων είχε την παρακάτω κατάταξη : • Σαν βέλτιστο σύστηµα αρχικά επιλέχθηκε ο Τεχνητός Υγρότοπος • Στη συνέχεια το σύστηµα Compact το οποίο λειτουργεί µε παρατεταµένο αερισµό. • Έπειτα ο Βόθρος και • Τελευταίο το σύστηµα του Βιολογικού ∆ίσκου.
- 7. 7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα τελευταία χρόνια, τόσο σε παγκόσµιο επίπεδο αλλά κυρίως σε Ευρωπαϊκό, παρατηρείται µια προσπάθεια για θέσπιση διαρκώς αυστηρότερων νόµων και διατάξεων που αφορούν την πολιτική περιβάλλοντος, αντικατοπτρίζοντας την αυξηµένη οικολογική συνείδηση του συνόλου των πολιτών. Παράλληλα, αναζητούνται µέθοδοι και τεχνικές προκειµένου σε όλους τους τοµείς δραστηριότητας των ανθρώπων να επιτυγχάνεται περιορισµός της ρύπανσης. Μέσα σε αυτό το γενικότερο πλαίσιο διαχείρισης, ιδιαίτερη σηµασία έχουν τα έργα αποχέτευσης και επεξεργασίας αποβλήτων, που ως σκοπό έχουν την όσο το δυνατόν γρηγορότερη και οικονοµικότερη αποµάκρυνση των ακάθαρτων και βλαβερών για το περιβάλλον νερών (απόβλητα), καθώς και την κατάλληλη επεξεργασία (καθαρισµό τους), ώστε να διατεθούν ακίνδυνα στο περιβάλλον (Αραβώσης et al, 2003). Σκοποί της διαδικασίας επεξεργασίας λυµάτων είναι η αποµάκρυνση των αιωρούµενων σωµατίων, της οργανικής ύλης, των µικροβιακών οργανισµών και της τροφικής τους αλυσίδας, αφήνοντας τα υγρά που αποµένουν κατάλληλα για απορρόφηση από το έδαφος ή τη διάθεσή τους σε ποτάµια ή στη θάλασσα. Οι τρεις βασικές στάθµες της διαδικασίας επεξεργασίας λυµάτων χαρακτηρίζονται ως πρωτοβάθµια, δευτεροβάθµια και τριτοβάθµια. Κατά την πρωτοβάθµια επεξεργασία πρέπει να αποµακρύνονται περίπου τα δυο τρίτα των αιωρούµενων σωµατίων και το ένα τρίτο της οργανικής ύλης. Στη δευτεροβάθµια επεξεργασία σε δοχεία ή επιφάνειες αερισµού γίνεται αποδόµηση των µικροοργανισµών που µεταλλάσσονται σε οργανική ύλη. Στο πέρας της χρησιµοποιείται πολλές φορές χλώριο ή ενώσεις του για την αποµάκρυνση των επιβλαβών µικροβίων. Αυτή είναι η τριτοβάθµια επεξεργασία, που απαιτείται µόνο όταν πρέπει τα επεξεργασµένα λύµατα να χυθούν σε περιβαλλοντολογικά ευαίσθητη υγρή όδευση, οπότε αποµακρύνονται οι θρεπτικές ουσίες, όπως αζωτούχες και φωσφορούχες ενώσεις που διευκολύνουν την ανάπτυξη βακτηρίων, µικροβιακών ή άλλων οργανισµών. Πρέπει να τονιστεί ότι οι τρεις αυτές διαδικασίες δεν είναι ποτέ πλήρως διαχωρισµένες και γενικά εξαρτώνται από το σύστηµα επεξεργασίας λυµάτων και τις απαιτήσεις αποδόµησής τους. Οι υποχρεώσεις των µηχανικών, των ιδιοκτητών και των ενοίκων που ισχύουν για τις κεντρικές αποχετεύσεις κτιρίων ή οικισµών περιλαµβάνονται σε σχετική Yγειονοµική ∆ιάταξη (Aπ. E1β/221 της 22.1/ 24.2.1965 ΦEK 138B) ή αναφέρονται στο Γ.O.K., στον Kτιριοδοµικό Kανονισµό και στην T.O.T.E.E. 2412/ 86. Προϋπόθεση για την κατασκευή ιδιωτικού συστήµατος συλλογής, επεξεργασίας και διάθεσης των υγρών αποβλήτων είναι η έκδοση άδειας από την αρµόδια αρχή. H προστασία του περιβάλλοντος, του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα και των θαλασσών επιβάλλει την αποφυγή διάθεσης λυµάτων κατά τρόπο που να προξενεί µόλυνση στο υδατικό απόθεµα της γης. Είναι έτσι αναγκαίο σε κάθε περίπτωση που δεν έχει εξασφαλιστεί κεντρικό δίκτυο αποχέτευσης να λαµβάνονται µέτρα διάθεσης των λυµάτων µε κατασκευές που γίνονται µε δαπάνη των κατασκευαστών των κτιρίων ή των οικισµών ώστε να εξασφαλίζεται διάθεση των λυµάτων κατά τρόπο που να µην επηρεάζεται δυσµενώς το περιβάλλον. Η νοµοθεσία η σχετική µε τη διάθεση των λυµάτων κτιρίων σε περιοχές χωρίς κεντρικό δίκτυο αποχέτευσης επιβάλλει την υποβολή µελέτης επεξεργασίας και διάθεσής τους (Τσίγκας, 2003)
- 8. 8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. 1.1 ΜΕΘΟ∆ΟΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΩΝ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ. 1.1.1 Εισαγωγή. Η επεξεργασία των υγρών αποβλήτων αποβλέπει στην αποµάκρυνση, εξουδετέρωση ή κατάλληλη τροποποίηση των επιβλαβών χαρακτηριστικών τους, ώστε να εξαλειφθούν ή να ελαττωθούν σε αποδεκτό επίπεδο οι δυσµενείς για τον τελικό αποδέκτη (έδαφος, επιφανειακά νερά κ.λ.π) συνέπειες. Ειδικότερα τα αστικά λύµατα, εφόσον δεν περιέχουν µεγάλο ποσοστό βιοµηχανικών αποβλήτων και είναι σχετικά σταθερής ποιότητας, µπορούν να υποβληθούν σε τυποποιηµένες µεθόδους επεξεργασίας καθαρισµού µε δοκιµασµένα ικανοποιητικά αποτελέσµατα. Ως ΄΄βλαβερά΄΄ συστατικά των αποβλήτων θεωρούνται τα ογκώδη αντικείµενα, η άµµος, τα µικρού µεγέθους στερεά που αιωρούνται στη µάζα των αποβλήτων (αιωρούµενα στερεά), τα οργανικά – φυσικά συστατικά (υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, λίπη), οι παθογόνοι µικροοργανισµοί και τα θρεπτικά στοιχεία (άζωτο και φώσφορος). Οι διάφορες µέθοδοι καθαρισµού των λυµάτων αποτελούν αποµίµηση µε ελεγχόµενες ευνοϊκές συνθήκες των διαφόρων διεργασιών, που γίνονται στη φύση, όταν διατεθούν υγρά απόβλητα. Για τον καθαρισµό των λυµάτων χρησιµοποιείται συνήθως ένας συνδυασµός φυσικοχηµικών και βιολογικών διεργασιών µε στόχο την επίτευξη του επιθυµητού αποτελέσµατος. 1.1.2 Εναλλακτικές Μέθοδοι Επεξεργασίας Λυµάτων. Η αποµάκρυνση του ρυπαντικού φορτίου των λυµάτων γίνεται µε συνδυασµό φυσικών, χηµικών, φυσικοχηµικών και βιολογικών διεργασιών. Οι διεργασίες αυτές σκοπεύουν να δεσµεύσουν και να αφαιρέσουν τους ρύπους από τη µάζα του νερού. Το σύνολο των διεργασιών αυτών είναι η διαδικασία επεξεργασίας και η εγκατάσταση επεξεργασίας λυµάτων, στην οποία διαχωρίζονται µε βιοτεχνολογικές διεργασίες οι ρύποι από το νερό, έχει επικρατήσει να ονοµάζεται βιολογικός καθαρισµός. Η βασική αρχή, στην οποία στηρίζεται η λειτουργία των βιολογικών καθαρισµών, είναι ο µετασχηµατισµός των διαλυµένων οργανικών και ανόργανων ενώσεων, που αποτελούν τους ρύπους του νερού, µε µεταβολικές διαδικασίες σε κύτταρα και εξωκυτταρικές ουσίες, που έχουν την τάση να συσσωµατώνονται. Τα συσσωµατώµατα δεσµεύουν µε φαινόµενα προσρόφησης και επιρρόφησης τους αιωρούµενους ρύπους. Με τον τρόπο αυτό το πολυφασικό µείγµα των απόνερων µετατρέπεται σε διφασικό (συσσωµατώµατα κυτταρικής βιοµάζας και νερό) και µπορεί να διαχωρίζεται ο διαλύτης (νερό) από τις εναιωρούµενες ουσίες (βιοµάζα) µε τεχνικές διαύγασης. Για την πρακτική εφαρµογή των διαφόρων διαδικασιών και µεθόδων καθαρισµού έχουν αναπτυχθεί ειδικές εγκαταστάσεις µε κατάλληλη διαµόρφωση και εξοπλισµό, ώστε να εξασφαλίζεται η µεγαλύτερη δυνατή απόδοση µε ελεγχόµενες και ρυθµιζόµενες συνθήκες. Έτσι, έχουν διαµορφωθεί τρία κυρίως βασικά στάδια καθαρισµού, που εκφράζουν φραστικά το βαθµό της καθαρότητας της τελικής απορροής : α) Πρωτοβάθµιος ή Μηχανικός Καθαρισµός. Περιλαµβάνει συνήθως σχάρισµα, αφαίρεση - άµµου ή επιπλεόντων υλικών και πρωτοβάθµια καθίζηση. Ο
- 9. 9 πρωτοβάθµιος καθαρισµός µπορεί να ελαττώσει το ρυπαντικό φορτίο (οργανικά, στερεά, µικρόβια), κατά µέσο όρο, από 35-50% περίπου. β) ∆ευτεροβάθµιος Καθαρισµός. Για την αποµάκρυνση κατά το δυνατό των πολύ λεπτών και διαλυµένων ουσιών ακολουθεί δευτεροβάθµια επεξεργασία, η οποία αποτελείται συνήθως από βιολογική αποδόµηση των οργανικών ουσιών και στη συνέχεια αποµάκρυνση των σχηµατιζόµενων αιωρηµάτων µε δευτεροβάθµια καθίζηση. Η ελάττωση του ρυπαντικού φορτίου (BOD5, αιωρούµενα στερεά, κολοβακτηριοειδή), κατά το δευτεροβάθµιο καθαρισµό (σε συνδυασµό µε τον πρωτοβάθµιο) είναι κατά µέσο όρο της τάξεως του 90% περίπου. Επίσης έχουµε αποµάκρυνση αζώτου και φωσφόρου. γ) Τριτοβάθµιος ή προχωρηµένος καθαρισµός. Ακολουθεί τα προηγούµενα στάδια. Πολλές και διαφορετικές είναι οι µέθοδοι που χρησιµοποιούνται τόσο για την επεξεργασία όσο και την διάθεση ή εκµετάλλευση των επεξεργασµένων υγρών. Οι πιο συνηθισµένες διαδικασίες είναι : Επεξεργασία ενεργούς ιλύος. Περιστρεφόµενοι βιολογικοί επαφείς (RBC ή βιολογικοί δίσκοι). Τεχνητοί υγρότοποι. Η επιλογή της καταλληλότερης µεθόδου για κάθε οικισµό εξαρτάται από µια σειρά παραγόντων, οι οποίοι µπορεί να είναι : Οι απαιτήσεις στην ποιότητα των επεξεργασµένων λυµάτων. Το µέγεθος του εξυπηρετούµενου πληθυσµού. Η έκταση εγκατάστασης καθώς και το κόστος εγκατάστασης και λειτουργίας του βιολογικού σταθµού. (Αραβώσης et al, 2003). Στη συνέχεια παρατίθενται εισαγωγικά στοιχεία για τα εξής συστήµατα επεξεργασίας αποβλήτων : Βιολογικοί ∆ίσκοι. Τεχνητοί Υγρότοποι. Συστήµατα Compact. Βόθρος.
- 10. 10 1.2 ΒΙΟΛΟΓΙΚΟΙ ∆ΙΣΚΟΙ. 1.2.1 Ιστορικό. Ο περιστρεφόµενοι βιολογικοί δίσκοι αποτελούν ένα σύστηµα βιολογικής επεξεργασίας λυµάτων που τα τελευταία χρόνια εµφανίζεται να συναγωνίζεται ικανοποιητικά τα παραδοσιακά συστήµατα της ενεργού ιλύος και των βιολογικών φίλτρων, τόσο για δηµοτικά όσο και για πολλά βιοµηχανικά απόβλητα. Η θεωρητική σύλληψη του συστήµατος των βιολογικών δίσκων ξεκινάει το 1900 στη Γερµανία από τον Weigand και τριάντα χρόνια αργότερα παρουσιάζονται οι πρώτες πειραµατικές εγκαταστάσεις από ξύλινους και µεταλλικούς δίσκους, τόσο στην Γερµανία όσο και στις Ηνωµένες Πολιτείες. Τα πρώτα αποτελέσµατα δεν είναι ενθαρρυντικά και κάθε παραπέρα ερευνητική προσπάθεια σταµατά. Η µετέπειτα εξέλιξη του συστήµατος βρίσκεται σε στενή συσχέτιση µε την ανακάλυψη και δυνατότητα χρησιµοποίησης διάφορων νέων υλικών κατασκευής των δίσκων. Στη δεκαετία του 60 η χρησιµοποίηση µεγάλων φύλλων διογκωµένης πολυστερίνης δίνει ώθηση σε νέες έρευνες που οδηγούν στην κατασκευή εγκαταστάσεων βιολογικών δίσκων για δηµοτικά και βιοµηχανικά λύµατα. Εν τούτοις οι εγκαταστάσεις αυτές είναι µικρής κλίµακας και εξυπηρετούν πληθυσµούς της τάξεως µερικών χιλιάδων κατοίκων ενώ για µεγαλύτερες εγκαταστάσεις το κόστος κατασκευής των βιολογικών δίσκων σε σύγκριση µε συστήµατα ενεργού ιλύος είναι ακόµα πολύ υψηλό. Νέα ώθηση και καθιέρωση του συστήµατος για εγκαταστάσεις µεγαλύτερης κλίµακας επιτυγχάνεται µε την χρησιµοποίηση στη δεκαετία του 70 σαν υλικού κατασκευής των δίσκων ρυτιδοειδών φύλλων αδρανούς PVC, που µε κατάλληλη επεξεργασία και διάταξη εξασφαλίζουν πολυάριθµα κανάλια ροής, µε εσωτερικές διασυνδέσεις και µεγάλη ειδική επιφάνεια. Οι αλλεπάλληλες αυτές εξελίξεις του υλικού κατασκευής των δίσκων και οι συνεχιζόµενες προσπάθειες για την βελτίωση της λειτουργίας του συστήµατος διεύρυναν τα πεδία εφαρµογής του έτσι ώστε στα τέλη της δεκαετίας του 70 να χρησιµοποιούνται οι δίσκοι µε ικανοποιητικά αποτελέσµατα, σε εγκαταστάσεις για την επεξεργασία αστικών (για πληθυσµούς µέχρι 100.000 κατοίκους) και βιοµηχανικών λυµάτων. Τα τελευταία χρόνια το ερευνητικό ενδιαφέρον για µία παρά πέρα εξέλιξη και διερεύνηση του πεδίου εφαρµογής των περιστρεφόµενων βιολογικών δίσκων έχει γίνει πιο έντονο λόγω της ενεργειακής κρίσης. Έτσι το κύριο πλεονέκτηµα του συστήµατος που είναι η σχετικά µικρή απαιτούµενη ενέργεια κατά την λειτουργία του, αποκτά ιδιαίτερη βαρύτητα στις οικονοµοτεχνικές συγκρίσεις για την επιλογή διάφορων συστηµάτων βιολογικής επεξεργασίας λυµάτων. 1.2.2 Περιγραφή του συστήµατος. Η βασική µονάδα των συστηµάτων επεξεργασίας λυµάτων µε περιστρεφόµενους βιολογικούς δίσκους είναι οι κυκλικοί µεγάλης διαµέτρου δίσκοι από ελαφρύ πλαστικό υλικό περασµένοι εν σειρά σε έναν οριζόντιο άξονα, και τοποθετηµένοι σε µία δεξαµενή, συνήθως κατασκευασµένη από σκυρόδεµα. Ο οριζόντιος άξονας περιστρέφεται αργά ενώ περίπου το 40% της επιφάνειας του πλαστικού υλικού βρίσκεται βυθισµένο στα λύµατα. Με την περιστροφή γίνεται αλλεπάλληλη βύθιση διαδοχικών τµηµάτων της επιφάνειας των δίσκων µέσα στα διερχόµενα από την λεκάνη ροής λύµατα και µετέπειτα ανάδυση και έκθεση στον ατµοσφαιρικό αέρα.
- 11. 11 Κατά την έναρξη της λειτουργίας οι µικροοργανισµοί των λυµάτων προσαρτώνται στις περιστρεφόµενες επιφάνειες, πολλαπλασιάζονται και σε διάστηµα µιας περίπου εβδοµάδας (ανάλογα και µε την ποιότητα των λυµάτων) όλη η επιφάνεια καλύπτεται από ένα στρώµα βιοµάζας πάχους µερικών χιλιοστών και συγκεντρώσεως δεκάδων χιλιάδων mg/l. Κατά την λειτουργία µε την περιστροφή οι δίσκοι κατά την ανάδυσή τους παρασέρνουν ένα λεπτό στρώµα λυµάτων στον αέρα έτσι ώστε ατµοσφαιρικό οξυγόνο διαλύεται στο λεπτό υγρό στρώµα. Στη συνέχεια οι µικροοργανισµοί της επιφάνειας προσλαµβάνουν το διαλυµένο οξυγόνο καθώς και τις οργανικές ουσίες του στρώµατος των λυµάτων και µε τον τρόπο αυτό επιτελούν την διαδικασία της σύνθεσης νέου πρωτοπλάσµατος. Με την διαδικασία αυτή επιτυγχάνονται υψηλοί βαθµοί αποµάκρυνσης οργανικής τροφής από την υγρή φάση, βαθµοί που κυµαίνονται από 90 έως 95% ως προς το αποµακρυνόµενο BOD. Η νέα µικροβιακή µάζα που δηµιουργείται κατά τη σύνθεση συσσωρεύεται στην επιφάνεια αυξάνοντας µε τον τρόπο αυτό το πάχος του στρώµατος των µικροοργανισµών. Για µόνιµες συνθήκες λειτουργίας το µικροβιακό στρώµα φτάνει σε µία οριακή κατάσταση που εκδηλώνεται µε την διατήρηση ενός σταθερού πάχους βιοµάζας που εξαρτάται από τις λειτουργικές συνθήκες. Η σταθεροποίηση αυτή επιτυγχάνεται από την κατάσταση δυναµικής ισορροπίας που επικρατεί µε την απόσταση µικροοργανισµών από την επιφάνεια και την αναπλήρωσή τους από την νέα συντιθέµενη βιοµάζα που προκύπτει από τον µεταβολισµό των οργανικών ουσιών. Η αποµάκρυνση των µικροοργανισµών προκαλείται από τις διατµητικές δυνάµεις που ασκούνται στο µικροβιακό στρώµα κατά την περιστροφή των δίσκων. Οι δυνάµεις αυτές υπερνικούν τις δυνάµεις επιφανείας του στρώµατος στις περιοχές που αυτές εξασθενούν λόγω του µεγάλου πάχους του στρώµατος, µε αποτέλεσµα να έχουµε την αποκόλληση µικρών συνόλων µικροοργανισµών. Ο τρόπος αυτός αποκόλλησης δηµιουργεί µία τραχεία και κατακερµατισµένη εξωτερική επιφάνεια µικροβιακού στρώµατος που διευκολύνει τη µεταφορά και χρησιµοποίηση τόσο των οργανικών ουσιών όσο και του οξυγόνου. Θα πρέπει να σηµειωθεί ότι ο µηχανισµός αυτός αποκόλλησης της βιοµάζας διαφέρει από τον αντίστοιχο µηχανισµό που είναι υπεύθυνος για την αποκόλληση της βιοµάζας στα βιολογικά φίλτρα και δηµιουργεί λειτουργικά πλεονεκτήµατα στους περιστρεφόµενους βιολογικούς δίσκους. Η βιοµάζα που αποκολλάται από την επιφάνεια των δίσκων εισέρχεται στα λύµατα της δεξαµενής και παραµένει σε αιώρηση λόγω της ανάµιξης που προκαλείται από την περιστροφή των δίσκων. Έτσι οι µικροοργανισµοί αυτοί έρχονται σε επαφή µε τις οργανικές ουσίες των λυµάτων και κάτω από αερόβιες συνθήκες είναι λογικό να αναµένεται ότι οι βιολογικές διεργασίες συνεχίζονται στο ανάµικτο υγρό και εποµένως ότι επιτελείται περαιτέρω αποµάκρυνση οργανικών ουσιών. ∆ιάφορες προσπάθειες έχουν γίνει για να εκτιµηθεί ποσοτικά η συνεισφορά των παραπάνω βιολογικών διεργασιών στην όλη απόδοση του συστήµατος. Γενικά πάντως γίνεται δεκτό ότι λόγω της χαµηλής συγκεντρώσεως των µικροοργανισµών στο ανάµικτο υγρό (της τάξεως των 100 mg/l) σε σύγκριση µε την συγκέντρωση των µικροοργανισµών της επιφάνειας των δίσκων η επίδραση των πρώτων στην απόδοση του συστήµατος είναι αµελητέα και είναι δυνατόν να αγνοηθεί κατά τον σχεδιασµό. Λόγω της παρουσίας των αιωρουµένων µικροοργανισµών στην υγρή φάση, γίνεται αναγκαία η παρεµβολή δεξαµενών τελικής καθίζησης πριν από την τελική διάθεση των επεξεργασµένων λυµάτων κατ αναλογία µε τα συστήµατα ενεργού ιλύος και βιολογικών φίλτρων. Στην περίπτωση όµως των βιολογικών δίσκων η αυξηµένη
- 12. 12 πυκνότητα των αιωρούµενων µικροβιακών συσσωρευµάτων έχει σαν αποτέλεσµα την αύξηση της ταχύτητας καθίζησής τους µε συνέπεια την δυνατότητα σχεδιασµού της δεξαµενής τελικής καθίζησης µε σχετικά υψηλό οργανικό και υδραυλικό φορτίο. Επιπρόσθετα στις δεξαµενές τελικής καθίζησης επιτυγχάνεται συνήθως ικανοποιητική συµπύκνωση της ιλύος (4-5%) και έτσι είναι δυνατό σε πολλές περιπτώσεις να αποφευχθεί η εγκατάσταση παχυντών ιλύος. Μία τυπική εγκατάσταση επεξεργασίας λυµάτων µε περιστρεφόµενους δίσκους απαρτίζεται από διάφορες εν σειρά τοποθετηµένες µονάδες περιστρεφόµενων δίσκων, που η κάθε µία αποτελεί ένα διακριτό στάδιο επεξεργασίας. Το ανάµικτο υγρό καθώς περνά διαδοχικά από κάθε στάδιο υφίσταται έναν προοδευτικά αυξανόµενο βαθµό καθαρισµού λόγω των µικροοργανισµών του κάθε σταδίου. Σε κάθε στάδιο οι µικροοργανισµοί που αναπτύσσονται προσαρµόζονται τόσο ποσοτικά όσο και ποιοτικά στα χαρακτηριστικά του ανάµικτου υγρού του κάθε σταδίου. Έτσι στα πρώτα στάδια, όπου συναντώνται υψηλές συγκεντρώσεις τροφής στα λύµατα η βιοµάζα των δίσκων αποτελείται κυρίως από µία µεγάλη ποσότητα και ποικιλία βακτηριδίων ενώ στα µεταγενέστερα στάδια εµφανίζονται και υψηλότερες µορφές ζωής συµπεριλαµβανοµένων των πρωτοζώων και των νιτροποιητικών βακτηριδίων. Ο συνηθέστερα εφαρµοζόµενος αριθµός σταδίων σε µία εγκατάσταση βιολογικών δίσκων κυµαίνεται από 3-6 στάδια. Σε περιπτώσεις όπου είναι απαιτητός ένα υψηλός βαθµός νιτροποίησης είναι δυνατόν να προστεθούν περισσότερα στάδια. Τα τελευταία στάδια επεξεργασίας όπου η βιοµάζα των δίσκων αποτελείται κατά το µεγαλύτερο ποσοστό από νιτροποιητικά βακτηρίδια, δεν επιτυγχάνουν σε σοβαρό βαθµό αποµάκρυνση οργανικών ουσιών, ο δε σκοπός τους είναι η επίτευξη της νιτροποίησης. Σε ορισµένες περιπτώσεις είναι δυνατόν να ακολουθεί και ένα τελευταίο στάδιο από περιστρεφόµενους δίσκους που στόχο έχει την επίτευξη της απονιτροποίησης. Στο στάδιο αυτό λόγω των απαιτούµενων αναερόβιων συνθηκών οι περιστρεφόµενοι βιολογικοί δίσκοι βρίσκονται πλήρως βυθισµένοι στο ανάµικτο υγρό και είναι κατά κανόνα αναγκαία η προσθήκη άνθρακα. Εναλλακτικά η απονιτροποίηση µπορεί να γίνεται στα πρώτα στάδια τα οποία είναι βυθισµένα. Απαραίτητη στην περίπτωση αυτή είναι η επανακυκλοφορία νιτροποιηµένης εκροής. (Ανδρεαδάκης, 2006) 1.2.3 Οικονοµοτεχνικά ∆εδοµένα. Στις εγκαταστάσεις των βιοδίσκων το λειτουργικό κόστος είναι αισθητά µικρότερο καθώς ο µοναδικός σηµαντικός καταναλωτής ρεύµατος είναι ο άξονας περιστροφής των βιοδίσκων (εξαιρουµένων των αντλιών, οι οποίες είναι και στις δύο περιπτώσεις ισοδύναµες). Επίσης, δεν υπάρχουν µηχανικά µέρη τα οποία να υφίσταται ιδιαίτερη καταπόνηση και άρα οι απαιτήσεις σε ανταλλακτικά είναι µικρές. Επιπλέον χηµικά ή άλλα πρόσθετα δεν απαιτούνται, εκτός και εάν το επιβάλλει η φύση του αποβλήτου. Το κύριο πεδίο εφαρµογής των εγκαταστάσεων επεξεργασίας µε βιοδίσκους είναι τα αστικά απόβλητα και ιδιαίτερα αυτά µικρών οικισµών, µε προβλήµατα χώρου και πρόσβασης (νησιά, ορεινές περιοχές, ξενοδοχεία, κατασκηνώσεις κ.λ.π). Υπάρχουν όµως και αρκετές περιπτώσεις που τα συστήµατα βιοδίσκων έχουν λειτουργήσει µε µεγάλη επιτυχία σε µεταποιητικές µονάδες (βιοµηχανία τροφίµων) ή µονάδες του πρωτογενούς τοµές (εκτροφεία ψαριών) Από άποψη δυναµικότητας, η µικρότερη εγκατεστηµένη µονάδα εξυπηρετεί 6 κατοίκους (όχι ισοδύναµους αλλά πραγµατικούς) και η µεγαλύτερη 14.000 ΙΠ (3000
- 13. 13 m3 /d). Μονάδες µεγαλύτερης δυναµικότητας κρίνονται µάλλον ασύµφορες, τόσο από οικονοµικής όσο και από διαχειριστικής άποψης. Για τα ελληνικά δεδοµένα το εύρος δυναµικότητας στο οποίο µπορεί τεχνικά και οικονοµικά να κινηθεί µια εγκατάσταση βιοδίσκων είναι 100-7000 ΙΠ (20-1500 m3 /d). Επίσης, οι εγκαταστάσεις βιοδίσκων θεωρούνται οι ιδανικές µονάδες επεξεργασίας για την εφαρµογή µη συγκεντρωτικών στρατηγικών επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων, ΄΄one in everybody’s neighborhood΄΄ οι οποίες σε αρκετές περιπτώσεις στον ελληνικό χώρο µπορούν να αποδειχθούν σωτήριες τόσο από τεχνικής, οικονοµικής αλλά και κοινωνικής άποψης. Η λογική της τοποθέτησης µικρών µονάδων για κάθε οικισµό ή κοινότητα καταργεί την ανάγκη κατασκευής αγωγών συλλογής και µεταφοράς προς ένα κεντρικό σταθµό επεξεργασίας, έργο ιδιαίτερα αντιοικονοµικό αν λάβει κανείς υπ’ όψιν του τις κατά τόπους γεωγραφικές ιδιοµορφίες και τα ενδιάµεσα αντλιοστάσια, αλλά και προβληµατικό από λειτουργική άποψη. Ένα άλλο σηµαντικό πρόβληµα το οποίο µπορεί να αντιµετωπισθεί είναι η µεγάλη εποχιακή διακύµανση φορτίων που παρατηρείται σε τουριστικές περιοχές µε λίγους µόνιµους κατοίκους. Η σύνθεση µιας τέτοιας εγκατάστασης µπορεί να ακολουθήσει δοµούµενη (modular) φιλοσοφία, η οποία να επιτρέπει τη λειτουργία µέρους µόνο της εγκατάστασης µε τρόπο ιδιαίτερα απλό και απόλυτα αποτελεσµατικό. Συνοψίζοντας, τα κύρια πλεονεκτήµατα της µεθόδου εντοπίζονται τα εξής : Απαιτούν µικρό χώρο εγκατάστασης. ∆ουλεύουν κλασµατικά. Έχουν µικρή κατανάλωση ρεύµατος, µικρό κόστος λειτουργίας και κόστος εγκατάστασης. Είναι εύκολη η αύξηση δυναµικότητας της εγκατάστασης, τοποθετώντας παράλληλα R.B.C. Έχουν πολύ υψηλό βαθµό απόδοσης, αντοχή στις αιχµές και αθόρυβη λειτουργία. ∆εν έχουν λειτουργικά προβλήµατα. ∆εν χρειάζονται εξειδίκευση. Παρακολούθηση από 1 άτοµο (υδραυλικός ή ηλεκτρολόγος) περί την µια ώρα την ηµέρα. Έχουν εύκολη τοποθέτηση. ∆εν έχουν οσµές και θόρυβο κατά τη λειτουργία τους. Έχουν µικρή συντήρηση και µικρή παραγωγή λάσπης. Ευκολία στη διαχείριση παροχών µε σηµαντικές αυξοµειώσεις. Ως βασικά µειονεκτήµατα µπορούν να αναφερθούν : Περιορισµοί στο µέγεθος. ∆εν χρησιµοποιούνται σε όλα τα είδη αποβλήτων.(Αραβώσης et al, 2003) 1.2.4 Επιλογή της Θέσης Εγκατάστασης. Η επιλογή της θέσης εγκατάστασης του βιολογικού καθαρισµού καθορίζεται από διάφορα κριτήρια τα οποία αναφέρονται στη συνέχεια : Ελάχιστη απόσταση από τα όρια των κτιρίων. Ύπαρξη αποδέκτη σε κοντινή απόσταση.
- 14. 14 ∆ιαθεσιµότητα κατάλληλης έκτασης (τοπογραφία, κλίσεις, µέγεθος οικοπέδου κλπ). Αποφυγή προστατευµένων περιοχών. Περιβαλλοντικά/ αισθητικά ή άλλα κριτήρια, ιδιαιτερότητες της περιοχής. Οικονοµικά κριτήρια.
- 15. 15 1.3.ΤΕΧΝΗΤΟΙ ΥΓΡΟΤΟΠΟΙ. 1.3.1 Γενικά Χαρακτηριστικά. Στη δεκαετία του 1960 ο Dr Kathe Seidel, Γερµανός /Αυστριακός επιστήµονας, διεξήγαγε σειρά από εργαστηριακά πειράµατα πάνω στην ικανότητα των φυτών φυσικών υγροτόπων να ΄΄επεξεργάζονται΄΄ ποικίλα απόβλητα. Τα φυτά τοποθετούνται σε αδρανές µέσο αντί του φυσικού τους περιβάλλοντος, των πλουσίων σε θρεπτικά ελών, µε αποτέλεσµα να τρέφονται από τα θρεπτικά συστατικά των αποβλήτων. Με βάση την αρχική εργασία του Seidel, αναπτύχθηκαν πολλά συστήµατα επεξεργασίας. Υπήρξε παγκοσµίως η τάση χρήσης ΄΄συστηµάτων οριζόντιας ροής΄΄., όπου τα λύµατα ρέουν περίπου οριζόντια µέσα σε σειρά επάλληλων στρωµάτων πορώδων µέσων. Μερικά από αυτά τα συστήµατα λειτουργούν καλά, αλλά µερικά απέτυχαν στην επίτευξη των στόχων τους (Αραβώσης et al, 2003). Οι τεχνητοί υγροβιότοποι βασίζονται στη χρησιµοποίηση φυτών που αναφύονται όπως νεροκάλαµα, βούρλα και ψαθί. Σε τέτοια συστήµατα, η εφαρµογή του αποβλήτου διενεργείται πάνω ή κάτω από την επιφάνεια του εδάφους (Reed et al.,1984). Με βάση αυτήν τη αρχή, τα συστήµατα των τεχνητών υγροβιότοπων διακρίνονται σε αυτά µε ελεύθερη επιφάνεια νερού (FWS) και σε αυτά µε βυθισµένη βάση ή υποεπιφανειακής ροής (SFS) (Αγγελάκης, 1995). Τα συστήµατα οριζόντιας ροής λειτουργούν συνεχώς, πρακτικά χωρίς συντήρηση, απαιτώντας περίπου 4 έως 6τµ ανά εξυπηρετούµενο άτοµο για οικιακά λύµατα. Τα συστήµατα κατακόρυφης ροής απαιτούν απλούς τακτικούς χειρισµούς, επειδή οι κλίνες πρέπει να χρησιµοποιούνται κυκλοτερώς. Απαιτούν µόνο 1-2 τµ έκτασης γης ανά εξυπηρετούµενο άτοµο (Αραβώσης et al,2003). Στη συνέχεια, αναφέρονται στοιχεία προκαταρκτικού σχεδιασµού τέτοιων συστηµάτων. Ο λεπτοµερής σχεδιασµός τους περιλαµβάνει µεταξύ άλλων, το µέγεθος, την επιλογή και τον επιτόπιο σχεδιασµό των επί µέρους τµηµάτων του, το δίκτυο µεταφοράς, τους σταθµούς άντλησης. Πρέπει να σηµειωθεί ότι, αν και οι τεχνητοί υγροβιότοποι έχουν χρησιµοποιηθεί για µια ποικιλία εφαρµογών, στις οποίες συµπεριλαµβάνονται εφαρµογές από υγρά απόβλητα απορροφητικών συστηµάτων µέχρι διάφορα είδη βιοµηχανικών απόβλητων, στη συνέχεια γίνονται αναφορές κυρίως, για τη χρήση των τεχνητών υγροβιότοπων στην επεξεργασία αστικών υγρών αποβλήτων (Αγγελάκης, 1995). 1.3.2 Εκτίµηση και Επιλογή Θέσης. Τα βασικά χαρακτηριστικά της θέσης, που πρέπει να θεωρούνται κατά το σχεδιασµό συστηµάτων τεχνητών υγροβιότοπων, είναι η τοπογραφία, η εδαφολογία, η χρήση γης, η υδρολογία και το κλίµα της περιοχής. Τοπογραφία : Με δεδοµένο ότι τα συστήµατα τεχνητών υγροβιότοπων µε ελεύθερη επιφάνεια (FWS) σχεδιάζονται σε επίπεδες λεκάνες ή κανάλια και αυτά µε βυθισµένη βάση (SRS) σχεδιάζονται και κατασκευάζονται µε κλίσεις 1% ή ελαφρώς µεγαλύτερες γενικά, απαιτείται οµοιόµορφη τοπογραφία (από επίπεδη έως ελαφρώς κεκλιµένη). Είναι φανερό ότι τέτοια συστήµατα µπορούν να κατασκευασθούν και σε ανοµοιόµορφες εκτάσεις µε µεγάλες κλίσεις, αλλά σε τέτοιες περιπτώσεις το κόστος εκσκαφής, ίσως, να είναι απαγορευτικό. Γενικά, µπορούµε να θεωρήσουµε ότι κατάλληλες θέσεις για υγροβιότοπους είναι αυτές µε κλίσεις µικρότερες από 5%.
- 16. 16 Εδαφολογία : Θέσεις µε εδάφη ή υπεδάφη µε µικρή σχετικά περατότητα (<5mm/h) είναι πιο επιθυµητές για συστήµατα υγροβιότοπων, αφού ο αντικειµενικός σκοπός τους είναι η επεξεργασία υγρών αποβλήτων σε µια υδατική στρώση, πάνω από το χρησιµοποιούµενο εδαφικό υπόστρωµα. Έτσι, ελαχιστοποιούνται οι απώλειες του εφαρµοζόµενου υγρού αποβλήτου µε διήθηση του στο έδαφος. Σε συστήµατα υγροβιότοπων, όπως και σε αυτά επιφανειακής ροής, οι πόροι στο επιφανειακό έδαφος τείνουν να αποφράσσονται, εξαιτίας της κατακράτησης στερεών και των αναπτυσσόµενων αποικιών βακτηρίων. Επίσης, σε φυσικά εδάφη, είναι δυνατή η ελάττωση της περατότητας τους µε συµπίεση τους στη διάρκεια κατασκευής του έργου. Θέσεις µε πολύ περατά εδάφη µπορούν να χρησιµοποιηθούν µόνο στη περίπτωση κατασκευής µικρών συστηµάτων µε αργιλικές βάσεις ή άλλα τεχνητά υποστρώµατα. Άλλα εδαφικά και υπεδαφικά κριτήρια είναι τα ίδια σχεδόν, που απαιτούνται στα συστήµατα επιφανειακής ροής. Χρήση Γης : Γενικά, προτιµούνται ανοικτές γεωργικές εκτάσεις, ιδιαίτερα εκείνες που ευρίσκονται σε υπάρχοντες φυσικούς υγροβιότοπους. Οι τεχνητοί υγροβιότοποι επιδρούν αυξητικά και βελτιωτικά σε υπάρχοντες φυσικούς υγροβιότοπους µε προσθήκη υδρόβιας δραστηριότητας και εξασφάλιση σταθεράς υδατοτροφοδοσίας τους. Σε πολλές περιπτώσεις επιδρούν θετικά στην ποιοτική αναβάθµιση των περιοχών εγκατάστασης τους. Υδρολογία : Οι υγροβιότοποι πρέπει να ευρίσκονται έξω από περιοχές επιδεκτικές σε πληµµύρες εκτός όταν παρέχεται ιδιαίτερη προστασία τους από πληµµυρικά συµβάντα. Σε περιπτώσεις που συµβαίνουν µικρής έκτασης πληµµυρικά γεγονότα, ιδιαίτερα στη περίοδο του χειµώνα, που η λειτουργία τους περιορίζεται, δεν απαιτείται ιδιαίτερη προστασία τους. Κλίµα :Η χρήση τεχνητών υγροβιότοπων είναι δυνατή ακόµη και σε ψυχρά κλίµατα. Γενικά όµως η αποτελεσµατικότητα λειτουργίας ενός συστήµατος εξαρτάται από τη θερµοκρασία του εφαρµοζόµενου υγρού αποβλήτου και τον επιδιωκόµενο σκοπό της επεξεργασίας του. Έτσι, µε δεδοµένο ότι οι κύριοι µηχανισµοί επεξεργασίας είναι κυρίως βιολογικής φύσης, η απόδοση επεξεργασίας είναι σηµαντικά εξαρτώµενη από την επικρατούσα θερµοκρασία. Γι΄ αυτό, απαιτείται αποθήκευση του εφαρµοζόµενου αποβλήτου, όταν δεν επιτυγχάνεται ο αντικειµενικός σκοπός κατασκευής του δεδοµένου συστήµατος. 1.3.3 Προεπεξεργασία Υγρών Αποβλήτων. Το ελάχιστο επίπεδο προεπεξεργασίας υγρών αποβλήτων σε συστήµατα υγροβιότοπων είναι εκροές πρωτοβάθµιας επεξεργασίας ή αεριζόµενων τεχνητών λιµνών µε µικρό χρόνο παρακράτησης ή άλλων ισοδύναµων µε αυτές. Το επίπεδο προεπεξεργασίας εξαρτάται από τα ποιοτικά κριτήρια που πρέπει να πληροί η τελική εκροή και την ικανότητα αποµάκρυνσης του δεδοµένου συστήµατος. Σηµειώνεται ότι σε τεχνητούς υγροβιότοπους έχουν χρησιµοποιηθεί και εκροές δευτεροβάθµιας επεξεργασίας ή ακόµη και προωθηµένης επεξεργασίας, προκειµένου να αντιµετωπισθούν τοπικές κανονιστικές απαιτήσεις. Γενικά, όµως, πρέπει να αποφεύγεται η χρήση εκροών οξειδωτικών λιµνών, που περιέχουν υψηλές συγκεντρώσεις αλγών, επειδή αυτά όπως και στα συστήµατα επιφανειακής ροής, δεν αποµακρύνονται αποτελεσµατικά και δηµιουργούν διάφορα λειτουργικά προβλήµατα. Επίσης, επειδή η αποµάκρυνση φωσφόρου µε τέτοια συστήµατα είναι περιορισµένη, συνιστάται η αποµάκρυνση του κατά την προεπεξεργασία του αποβλήτου, ιδιαίτερα όταν υπάρχουν περιορισµοί ως προς τη συγκέντρωση του στην τελική εκροή.
- 17. 17 1.3.4 Επιλογή και ∆ιαχείριση της Φυτικής Βλάστησης. Η φυτική βλάστηση ασκεί ένα πολύ σηµαντικό και ολοκληρωµένο ρόλο στη λειτουργία των συστηµάτων υγροβιότοπων µε τη µεταφορά οξυγόνου δια µέσου του ριζικού συστήµατος στον πυθµένα των λεκανών επεξεργασίας. Έτσι, εφοδιάζεται µε οξυγόνο το µέσο κάτω από την επιφάνεια του νερού, για ανάπτυξη και συγκράτηση των µικροοργανισµών που διενεργούν τη βασική επεξεργασία του εφαρµοζόµενου αποβλήτου. ∆ιάφορα είδη φυτών, που ριζοβολούν σε χονδρόκκοκα υποστρώµατα και αναφύονται ή και βλαστάνουν πάνω από την επιφάνεια του νερού, χρησιµοποιούνται στα συστήµατα υγροβιότοπων. Τα πιο συνήθη είδη φυτών της οικογένειας Cyperaceae, κυρίως του γένους Carex spp. (είδη κύπερης) και των γενών Scirpus, Typha και Phragmites, δηλαδή βούρλων, ψαθιού και νεροκαλάµων, αντίστοιχα. Τα είδη αυτά συναντώνται σχεδόν παντού και είναι ανεκτικά στην υγρασία και τις χαµηλές θερµοκρασίες (ψύξη). Τα πιο σηµαντικά χαρακτηριστικά αυτών των φυτών, σχετικά βέβαια µε το σχεδιασµό τεχνητών υγροβιότοπων, είναι το απαιτούµενο βάθος νερού και το βάθος ριζοβολίας σε συστήµατα FWS και SFS, αντίστοιχα. Τα είδη του γένους Typha τείνουν να επικρατούν σε νερό βάθους πάνω από 0.15m . Τα είδη του γένους Scirpus αναπτύσσονται σε βάθος νερού από 0.05 έως 0.25m. Τα είδη του γένους Phragmites αναπτύσσονται σε βάθος νερού µέχρι 1.5m, αλλά ο µεταξύ τους ανταγωνισµός περιορίζεται σε µικρά βάθη νερού. Τέλος, τα είδη της οικογένειας Cyperaceae, συναντώνται σε µικρά βάθη νερού µικρότερα ακόµη και από αυτά στα οποία αναπτύσσονται τα είδη του γένους Scirpus. Το ριζικό σύστηµα των ειδών του γένους Typha επεκτείνεται µέχρι βάθους 0.3cm, ενώ αυτών του γένους Phragmites άνω των 0.6m και αυτών του γένους Scirpus άνω των 0.76m. Είδη των γενών Phragmites και Scirpus θεωρούνται κατάλληλα για συστήµατα SFS, επειδή το βάθος ριζοβολίας τους επιτρέπει τη χρήση λεκανών µεγαλύτερου βάθους. Γενικά στους τεχνητούς υγροβιότοπους και ιδιαίτερα στα συστήµατα SFS δεν απαιτείται η συγκοµιδή της φυτικής βλάστησης. Όµως, στα συστήµατα FWS απαιτείται περιοδική καταστροφή της υπάρχουσας ξηράς βλάστησης µε σκοπό τη διατήρηση συνθηκών ελεύθερης ροής και παρεµπόδιση της δηµιουργίας ροής σε αύλακες. Συνήθως δεν ενδείκνυται συγκοµιδή – αποµάκρυνση της φυτικής βιοµάζας µε σκοπό την αύξηση της αποµάκρυνσης θρεπτικών στοιχείων. 1.3.5 Σχεδιασµός Παραµέτρων Οι τεχνητοί υγροβιότοποι, ελεύθερης και υποεπιφανειακής ροής, αν και αποτελούν νέες τεχνολογίες, είναι σήµερα ευρύτατα διαδεδοµένοι σε όλες σχεδόν τις ΗΠΑ. Οι Brown and Reed (1994) βασιζόµενοι σε µια προκαταρκτική επισκόπηση – θεώρηση τέτοιων συστηµάτων στις ΗΠΑ, συµπεραίνουν ότι τα συστήµατα αυτά είναι τόσο αξιόπιστα όσο και χαµηλού σχετικά κόστους, κυρίως σε ότι αφορά την αποµάκρυνση BOD και διαλυµένων στερεών κατά την επεξεργασία υγρών αποβλήτων. Αντίθετα, τα συστήµατα αυτά υστερούν σε ότι αφορά την αποµάκρυνση ΝΗ3, που πιθανόν οφείλεται σε περιορισµένο εφοδιασµό µε οξυγόνο. Γι΄ αυτό απαιτείται πρόσθετη ερευνητική εργασία προσδιορισµού του κατάλληλου σχεδιασµού σε περιπτώσεις εξειδικευµένων συστηµάτων αποµάκρυνσης ειδικών συστατικών – ρυπαντών των αποβλήτων. (Brown and Reed, 1994) Στα συστήµατα τεχνητών υγροβιότοπων ο σχεδιασµός των βασικών παραµέτρων, όπως είναι ο υδραυλικός χρόνος κατακράτησης, η γεωµετρία (µήκος και πλάτος) λεκάνης, η ταχύτητα του φορτίου BOD5 και η ταχύτητα υδραυλικού φορτίου, τυγχάνει πρωτίστης σηµασίας.
- 18. 18 Βάθος Νερού. Στα συστήµατα FWS, το βάθος του νερού εξαρτάται από το βάθος, που απαιτείται η ανάπτυξη της φυτικής βλάστησης που επιλέγεται. Γενικά σε ψυχρά κλίµατα το λειτουργικό βάθος αυξάνει στη διάρκεια του χειµώνα, ώστε να επιτρέπεται η επιφανειακή ανάπτυξη πάγου και ο κατάλληλος αυξηµένος χρόνος κράτησης, που απαιτείται υπό τέτοιες συνθήκες. Γι΄ αυτό, στα FWS συστήµατα πρέπει κατά το σχεδιασµό τους να προβλέπεται µια κατασκευή εξόδου που να επιτρέπει µεταβαλλόµενο λειτουργικό βάθος. Ένα τέτοιο σύστηµα στο Listowel του Ontario της California έχει αυτή τη δυνατότητα, ώστε να λειτουργεί σε βάθος 0.1m τους θερινούς µήνες και 0.3m τους χειµερινούς. Στα συστήµατα τύπου SFS το βάθος τους σχεδιάζεται έτσι, ώστε να ελέγχεται το βάθος ριζοβολίας της φυτικής βλάστησης, επειδή η τροφοδοσία µε οξυγόνο διενεργείται ουσιαστικά δια µέσου του ριζικού συστήµατος. Γεωµετρία και Έκταση Λεκάνης. Η γεωµετρία της λεκάνης εξαρτάται από τον τύπο του συστήµατος (FWS ή SFS). Γι΄ αυτό, οι τύποι των δύο συστηµάτων θεωρούνται στη συνέχεια χωριστά. Συστήµατα FWS. Γενικά, στα συστήµατα FWS, κύρια πηγή οξυγόνου είναι η ελεύθερη επιφάνεια τους, αλλά η ύπαρξη βιολογικής βλάστησης παρεµποδίζει τον επιφανειακό επαναερισµό, που είναι δυνατό να διενεργείται µε τον άνεµο. Γι΄ αυτό θα πρέπει να εφαρµόζονται µικρά οργανικά φορτία, µέχρι 11kg/ στρ.d (Reed et al, 1984). Αντίθετα, η ύπαρξη φυτικής βλάστησης επιδρά ανασταλτικά στην ανάπτυξη αλγών. Η αποµάκρυνση ων στερεών σε αιώρηση οφείλεται κυρίως στο µηχανισµό της καθίζησης και διενεργείται, κυρίως, σε µικρές αποστάσεις από το σηµείο εισροής του αποβλήτου στο σύστηµα. Η αποµάκρυνση του αζώτου οφείλεται, κυρίως στις διεργασίες της νιτροποίησης – απονιτροποίησης και λιγότερο στην πρόσληψη του από τα φυτά και γι αυτό εξαρτάται σε µεγάλο βαθµό από την ταχύτητα εφαρµογής του οργανικού φορτίου και το χρόνο κράτησης. Ακόµη και όταν τα φυτά που χρησιµοποιούνται συγκοµίζονται περιοδικά, η αποµάκρυνση αζώτου η οφειλόµενη στην πρόσληψη του από τα φυτά, αντιπροσωπεύει ένα ποσοστό 10-15% της συνολικής αποµάκρυνσης του (Reed et al, 1987). Τέλος, η αποµάκρυνση του φωσφόρου σε τέτοια συστήµατα είναι περιορισµένης, εξαιτίας της περιορισµένης επαφής του αποβλήτου µε το έδαφος. Οδηγίες για µια σταθερή αναλογία πλάτους/µήκους δεν έχουν ακόµη καθορισθεί. Μια σχετική µελέτη, που έχει ανακοινωθεί, συνιστά επιµήκεις λεκάνες µε αναλογία πλάτος/µήκος = 1/10 για την επίτευξη ικανοποιητικής επεξεργασίας (Metcalf and Eddy, 1991). Με τη χρήση λεκανών µικρού πλάτους και µεγάλου σχετικά µήκους ελαττώνεται το δυναµικό για περιορισµένη κυκλοφορία. Αυτό συνεπάγεται αυξηµένη συγκέντρωση φορτίου στην είσοδο της λεκάνης, που µπορεί να οδηγήσει σε υπερφορτώσεις ιδιαίτερα στην περίπτωση που γίνεται υπέρβαση των κριτηρίων των σχετικών µε τα εφαρµοζόµενα φορτία. Για την αποφυγή υπερφορτώσεων στην είσοδο της λεκάνης µπορεί να χρησιµοποιηθεί ένα οφιοειδές περικυκλικό κανάλι για σταδιακή τροφοδοσία. Τέτοια τυπικά συστήµατα έχουν συνολικό πλάτος ισοδύναµο µε το µήκος της λεκάνης. Το πλάτος τους διαχωρίζεται σε πολλαπλάσιες (τουλάχιστον δύο) παράλληλες λεκάνες µε αναχώµατα για καλύτερο υδραυλικό έλεγχο και λειτουργική ευκαµψία. Επίσης, µε τις πολλαπλές λεκάνες δίνεται η δυνατότητα να τίθενται εκτός λειτουργίας τµήµατα του συστήµατος για διάφορους διαχειριστικούς λόγους, όπως είναι η φροντίδα της φυτικής βλάστησης και η συντήρηση της λεκάνης.
- 19. 19 Συστήµατα SFS. Γενικά στα συστήµατα SFS η επιφάνεια του νερού διατηρείται ακριβώς κάτω από την επιφάνεια του εδάφους ή του χρησιµοποιούµενου µέσου. Η επεξεργασία του υγρού αποβλήτου οφείλεται σε φυσικές και βιοχηµικές αποκρίσεις του µέσου, καθώς επίσης στην επαφή του µε το ριζικό σύστηµα των φυτών (Reed et al, 1987). Τα επίπεδα αποµάκρυνσης είναι ισοδύναµα των συστηµάτων FWS και παρουσιάζουν µειωµένα προβλήµατα, σχετικά µε την ανάπτυξη κουνουπιών και δυσάρεστων οσµών. Για την κατασκευή των υποστρωµάτων χρησιµοποιούνται κυρίως έδαφος, άµµος και διάφορα άλλα χονδρόκοκκο ή ακόµη και πλαστικά ή άλλα αδρανή υλικά. Ρυθµός Εφαρµογής Φορτίου BOD5. Όπως στα συστήµατα επιφανειακής ροής, έτσι και σε αυτά των τεχνητών υγροβιότοπων, τα φορτία BOD5 θα πρέπει να ρυθµίζονται έτσι ώστε η ζήτηση οξυγόνου στο εφαρµοζόµενο απόβλητο να µην υπερβαίνει την ικανότητα µεταφοράς οξυγόνου µε τη φυτική βλάστηση. Επίσης, απαιτείται εµπειρία στη χρήση των κριτηρίων έκτασης – φορτίου (µάζα/ επιφάνεια x χρόνο), επειδή το πραγµατικό φορτίο δεν εφαρµόζεται οµοιόµορφα αλλά, συνήθως, παρατηρούνται αυξηµένες συγκεντρώσεις του κυρίως στις εισόδους, ενώ το οξυγόνο ουσιαστικά τροφοδοτείται οµοιόµορφα σε όλη την έκταση του συστήµατος. Εκτιµούµενοι ρυθµοί µεταφοράς οξυγόνου για αναφυόµενα φυτά κυµαίνονται από 5 έως 45 g/m2 .d µε µια µέση τιµή 20 g/m2 .d, που θεωρείται τυπική για τα περισσότερα συστήµατα (US.EPA, 1988). Έτσι, αυτός ο ρυθµός µεταφοράς οξυγόνου είναι συγκρίσιµος µε τον ρυθµό µεταφοράς οξυγόνου σε συστήµατα σταλαγµατικών φίλτρων, που είναι της τάξης 28.54 g/m2 .d (Schroeder, 1977). Το οξυγόνο µεταφέρεται από εκτιθεµένα στην ατµόσφαιρα φύλλα και στελέχη των φυτών στο ριζικό τους σύστηµα. Στα συστήµατα SFS που οι ρίζες των φυτών είναι σε επαφή µε την ροή της εκροής του εφαρµοζόµενου αποβλήτου, το µεταφερόµενο οξυγόνο στο ριζικό σύστηµα είναι διαθέσιµο στους µικροοργανισµούς που αποικούν σε αυτό και αποδοµούν το διαλυµένο BOD στην εκροή επαφής. Το βιολογικό απαιτούµενο οξυγόνο πρέπει να προσδιορίζεται στη βάση της τελικής απαίτησης, BODu. Βασιζόµενη σε µια αναλογία BODu/BOD5=1.5 , ο µέγιστος ρυθµός εφαρµοζόµενης BOD5 σε ένα σύστηµα SFS πρέπει θεωρητικά να µην υπερβαίνει τα 13.3 kg/στρ.d. Τυπικά, το ανώτατο συνιστώµενο όριο είναι 11kg/στρ.d (Water Pol. Contol Feder., 1990). Επειδή το φορτίο BOD παρουσιάζει αυξηµένη συγκέντρωση στην είσοδο του συστήµατος, συνίσταται όπως το τελικό φορτίο BOD να µην υπερβαίνει το ήµισυ του ρυθµού µεταφοράς οξυγόνου (Reed et al, 1988 και US.EPA, 1988). Βασιζόµενοι σ΄ αυτό το κριτήριο και σε µια αναλογία BODu/BOD5=1.5, ο µέγιστος ρυθµός φορτίου BOD5 θα πρέπει να µην υπερβαίνει τα 6.65 kg/στρ.d. Για συστήµατα που επεξεργάζονται υγρά απόβλητα µε σηµαντικό κλάσµα οργανικών στερεών που καθιζάνουν, το φορτίο θα πρέπει να είναι ακόµη µικρότερο και να διανέµεται κατά µήκος της λεκάνης µε σταδιακή τροφοδοσία, έτσι ώστε να αποφεύγεται η επικράτηση αναερόβιων συνθηκών στην κορυφή - είσοδο της λεκάνης του συστήµατος. Στα συστήµατα FWS, ο εφοδιασµός µε οξυγόνο σε µια θεωρούµενη στήλη νερού είναι περιορισµένος σε σύγκριση µε τα συστήµατα SFS. Αυτό οφείλεται στο ότι το ριζικό σύστηµα ευρίσκεται στο εδαφικό υπόστρωµα κάτω από τη στήλη νερού και το µεταφερόµενο σε αυτό οξυγόνο καταναλώνεται στο εκτεταµένο βενθικό περιβάλλον, που συνήθως παρατηρείται σε συστήµατα υγροβιότοπων. Επίσης, η µεταφορά οξυγόνου δια µέσου της επιφάνειας του εδάφους µε επαναερισµό, που προξενείται µε τον άνεµο και την φωτοσύνθεση, είναι περιορισµένη, εξαιτίας της παρουσίας πυκνής φυτικής βλάστησης. Έτσι, συστήµατα τύπου FWS µε πλήρη
- 20. 20 φυτική βλάστηση είναι κατάλληλα µόνο για µέσους ρυθµούς φορτίου BOD. Συνιστώνται κατά το σχεδιασµό τους φορτία, που να µην υπερβαίνουν το όριο των 6.65 kg/στρ.d. Αυξηµένη µεταφορά οξυγόνου µπορεί να επιτευχθεί σε συστήµατα µε αυξηµένο πλάτος λεκάνης και χρησιµοποίηση εναλλακτικών τµηµάτων µε / και χωρίς φυτική βλάστηση, για βελτίωση του επιπέδου αποµάκρυνσης αζώτου. Ταχύτητα Υδραυλικού Φορτίου. Σε συστήµατα τεχνητών υγροβιότοπων η ταχύτητα του υδραυλικού φορτίου εφαρµογής , Lw δεν είναι συνήθως πρωταρχική παράµετρος σχεδιασµού, αλλά είναι χρήσιµη, κυρίως για τη σύγκριση διαφόρων συστηµάτων µεταξύ τους. Οι ταχύτητες υδραυλικού φορτίου, που χρησιµοποιούνται στη πράξη, κυµαίνονται από 15 έως 50m3 /στρ.d (US.EPA, 1988). Το αντίστροφο της ταχύτητας του υδραυλικού φορτίου, δηλαδή η ειδική έκταση, Ac χρησιµοποιείται επίσης, για τη σύγκριση µελετών διαφόρων συστηµάτων και ταχείς προκαταρκτικούς προσδιορισµούς για την απαιτούµενη έκταση. Η απαιτούµενη ειδική έκταση, στην, πράξη, κυµαίνεται από 0.21 έως 0.69 στρ./(103 .m3 .d). Σε κεντρικές παραλιακές πεδιάδες της California, που χρησιµοποιούνται εκροές δευτεροβάθµιας ή πρωτοβάθµιας επεξεργασίας, σε υγροβιότοπους για την ανάπτυξη υδρόβιας ζωής και υδροχαρούς βλάστησης σε κατοικηµένες περιοχές, µια ειδική έκταση 0.21 στρ./(103 .m3 .d) αποδείχθηκε πολύ αποτελεσµατική. Έλεγχος Φορέων Εντόµων. Γενικά, τα συστήµατα των τεχνητών υγροβιότοπων και ιδιαίτερα αυτά τύπου FWS αποτελούν ιδεώδεις κατοικίες αναπαραγωγής κουνουπιών. Γι΄ αυτό, ο έλεγχος των φορέων – εντόµων αποτελεί σηµαντικό παράγοντα στην τελική απόφαση κατασκευής συστηµάτων τεχνητών υγροβιότοπων ιδιαίτερα των FWS. Έτσι, ο σχεδιασµός τέτοιων συστηµάτων πρέπει να περιλαµβάνει βιολογικό έλεγχο κουνουπιών, όπως είναι η δηµιουργία συνθηκών ανάπτυξης του είδους ψαριού Gambusia afinis, σε συνδυασµό βέβαια µε χηµικό έλεγχο τους. Σηµειώνεται ότι είναι απαραίτητα επίπεδα διαλυµένου οξυγόνου άνω του 1mg/L για τη διατήρηση πληθυσµού ψαριών αυτού του είδους. Επίσης, αραίωση της φυτικής βλάστησης ίσως θεωρείται απαραίτητη για τον περιορισµό τµηµάτων, που δεν είναι προσιτά στην ανάπτυξη του ιχθυο-πληθυσµού. Αντίθετα, στα συστήµατα SFS ο πολλαπλασιασµός των κουνουπιών, δεν αποτελεί συνήθως ιδιαίτερο πρόβληµα, επειδή αυτά είναι σχεδιασµένα έτσι , ώστε να εµποδίζεται η είσοδος κουνουπιών στην υποεπιφανειακή ζώνη του νερού. Γι΄ αυτό το σκοπό η επιφάνεια τους είναι, συνήθως, καλυµµένη µε χαλίκια, χονδρόκοκκη άµµο ή άλλα υλικά (Αγγελάκης, 1995). Η µέθοδος των τεχνητών υγροτόπων πλεονεκτεί έναντι των άλλων, καθώς περιλαµβάνει και τριτοβάθµια επεξεργασία µε ποσοστό απολαβής 60% της εκροής, που µπορεί να αξιοποιηθεί για άρδευση, ενώ ταυτόχρονα είναι η πλέον φιλική προς το περιβάλλον µέθοδος, καθώς οι ενεργειακές απαιτήσεις για τη λειτουργία της είναι µηδαµινές και παρουσιάζει αρµονική προσαρµογή στο φυσικό τοπίο. Μοναδικό µειονέκτηµα της µεθόδου των τεχνητών υγροτόπων είναι η µεγάλη επιφάνεια που απαιτείται για την εγκατάστασή τους. Στη συνέχεια ακολουθεί σύντοµη περιγραφή µιας µονάδας τεχνητού υγροτόπου κατακόρυφης ροής και υπεδάφιας διάθεσης των λυµάτων. Η µονάδα αυτή αποτελεί ένα κάθετο σύστηµα φιλτραρίσµατος µε υπόγειο τροφοδοτικό σύστηµα σωληνώσεων, στο οποίο η απαιτούµενη επιφάνεια µειώνεται στο µισό σε σχέση µε τα συστήµατα οριζόντιας ροής (2,5m2 ανά ισοδύναµο άτοµο), ενώ παράλληλα αποφεύγονται προβλήµατα έκλυσης οσµών και προσέλκυσης κουνουπιών που συναντώνται στα συστήµατα επιφανειακής διάθεσης. Μπορεί να
- 21. 21 εγκατασταθεί για κοινότητες 4 – 6000 κατοίκων, ενώ είναι πολύ αποτελεσµατικό και στην επεξεργασία βιοµηχανικών αποβλήτων (π.χ. ελαιοτριβεία, οινοποιεία, γαλακτοβιοµηχανίες κ.λ.π.). Γενική Περιγραφή της µεθόδου. Η αρχή της µεθόδου στηρίζεται στο συνδυασµό της δράσης του εδάφους, των ριζών και των µικροοργανισµών. Τα απόβλητα, τα οποία υφίστανται µηχανική προεπεξεργασία σε µια σηπτική δεξαµενή µε τρεις ή τέσσερις θαλάµους, διοχετεύονται µε ένα σύστηµα ειδικών σωληνώσεων σε ένα εδαφικό σώµα που αποτελείται από διαδοχικά στρώµατα άµµου και χαλικιού και είναι φυτεµένο µε µια συγκεκριµένη ποικιλία καλαµιών του είδους Phragmites australis , φυτά αυτοφυή στην περιοχή µας. Το σύστηµα σωληνώσεων εγγυάται την ισοµερή διάθεση των λυµάτων στο εδαφικό σώµα για την αποτελεσµατικότερη διήθησή τους, Το ριζικό σύστηµα των φυτών εξασφαλίζει συνεχή αερισµό του εδάφους µέσω του συστήµατος των αγγείων τους, αλλά και εξαιτίας της µείωσης της συνοχής των εδαφικών υλικών µε την ανάπτυξη των διακλαδώσεων τους. Οι µικροοργανισµοί, που φιλοξενούνται στις ρίζες, διασπούν το οργανικό φορτίο των αποβλήτων σε τέτοιο βαθµό ώστε ακόµη και πολύπλοκες, δύσκολα διασπώµενες ενώσεις να αποικοδοµούνται. Καµία ενσωµάτωση ξένων ουσιών δεν παρατηρείται στα φυτά, ούτε συµβαίνει συµφόρηση στο έδαφος. Το επεξεργασµένο νερό συλλέγεται στη συνέχεια σε συλλεκτήριους σωλήνες, στο κατώτερο µέρος του εδαφικού σώµατος και οδηγείται σε ένα φρεάτιο ελέγχου όπου µπορεί να ελεγχθεί. Από εκεί, µπορεί να διοχετευτεί στη θάλασσα, σε ποτάµι, λίµνη ή στο έδαφος χωρίς καµία επιβάρυνση στο περιβάλλον, ή να αξιοποιηθεί για στάγδην άρδευση. Τα πλεονεκτήµατα µιας τέτοιας εγκατάστασης µπορούν να συνοψιστούν στα εξής : • Χαµηλό κόστος κατασκευής, λειτουργίας και συντήρησης (δευτεροβάθµια & τριτοβάθµια επεξεργασία). • Μεγάλη διάρκεια ζωής (30 έως 50 χρόνια) • Ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας (το 10% ενός συµβατικού Βιολογικού) • Ελάχιστο κόστος συντήρησης (δεν απαιτείται η παρουσία µόνιµου προσωπικού) • ∆υνατότητα επέκτασης οποιαδήποτε χρονική στιγµή (ευελιξία στη διαστασιολόγηση) • Σταθερή διαδικασία καθαρισµού ακόµα και σε ακραίες καιρικές συνθήκες • ∆εν παρατηρούνται δυσάρεστες οσµές, ούτε προβλήµατα µε κουνούπια λόγω της υπόγειας διάθεσης και επεξεργασίας • Αρµονική προσαρµογή στο φυσικό τοπίο • Το σύστηµα αφ’ εαυτού εµπεριέχει και τριτοβάθµια επεξεργασία µε ποσοστό απολαβής το 60% του νερού, έτοιµου για άρδευση (Σωτηράκης,2003). 1.3.6 Οικονοµοτεχνικά ∆εδοµένα. Τα σηµαντικότερα πλεονεκτήµατα της µεθόδου αυτής είναι : • Η έλλειψη απαίτησης ηλεκτροµηχανολογικού εξοπλισµού • Η απλότητα στη λειτουργία της εγκατάστασης.
- 22. 22 • Η µικρή απαίτηση συντήρησης. • Η µηδενική σχεδόν κατανάλωση ενέργειας και το µικρό κόστος λειτουργίας. • Η καλή ενσωµάτωση της εγκατάστασης στον περιβάλλον χώρο. • Η δυνατότητα κατάργησης της χλωρίωσης. • Η σηµαντική µείωση της ποσότητας της παραγόµενης ιλύος. Μειονεκτήµατα της µεθόδου είναι : • Η µεγάλη απαιτούµενη επιφάνεια • Η έλλειψη εµπειρίας στη χώρα µας για την κατασκευή τέτοιων εγκαταστάσεων. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι µόνο το κόστος ενέργειας σε µια συµβατική λύση (παρατεταµένου αερισµού) για ΙΠ =1000 κατοίκους, αντιπροσωπεύει ετήσια κατά κεφαλήν δαπάνη περίπου 16€ (Αραβώσης et al, 2003). 1.3.7 O Γερµανικός Κανονισµός ATV - Α262 για την Επεξεργασία Λυµάτων µε τη Μέθοδο των Τεχνητών Υγροτόπων. Τα συστήµατα αυτά χωρίζονται σε δυο κατηγορίες. υγρότοποι µε ελεύθερη επιφάνεια και υγρότοποι υποεπιφανειακής ροής. Τα πρώτα συστήµατα αποτελούνται από κανάλια µικρού βάθους, γεµάτα µε λύµατα, στα οποία αναπτύσσεται βλάστηση. Oνοµάζονται έτσι, επειδή η επιφάνεια των λυµάτων βρίσκεται σε επαφή µε τον αέρα. Στα συστήµατα υποεπιφανειακής ροής τα λύµατα ρέουν σε µια στρώση πορώδους υλικού (άµµος, χαλίκι). Μέσα στη στρώση αυτή βρίσκονται οι ρίζες των φυτών που βοηθούν στον καθαρισµό των λυµάτων. Τα συστήµατα υποεπιφανειακής ροής χωρίζονται σε συστήµατα οριζόντιας ροής και συστήµατα κατακόρυφης ροής. Στα πρώτα η ροή των λυµάτων µέσα στο πορώδες υλικό γίνεται περίπου οριζόντια, ενώ στα δεύτερα η ροή των λυµάτων γίνεται από πάνω προς τα κάτω. Στην Ευρώπη χρησιµοποιούνται κυρίως τα συστήµατα υποεπιφανειακής ροής και µάλιστα τα συστήµατα κατακόρυφης ροής αποτελούν την τελευταία εξέλιξη της µεθόδου η οποία σηµειωτέον αναπτύχθηκε στην Ευρώπη. Τα αναφερόµενα στον παρόντα γερµανικό κανονισµό αφορούν συστήµατα υποεπιφανειακής ροής. Η πρώτη ανεπίσηµη γερµανική οδηγία για την επεξεργασία λυµάτων µε τη µέθοδο των τεχνητών υγροτόπων εκδόθηκε το 1982 µε τίτλο «Abwasserbehandlung in Anlagen mit Sumpfpflanzen». Στην οδηγία αυτή ενσωµατώθηκαν οι γνώσεις και η εµπειρία που υπήρχε µέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 80. Στη δεκαετία του 80 εµφανίστηκαν αρκετές µονάδες επεξεργασίας αυτού του τύπου και η τεχνολογία προχώρησε περισσότερο. Έτσι το 1989 δηµοσιεύτηκε η δεύτερη, επίσηµη πλέον, οδηγία (ATV-H 262) µε τίτλο «Behandlung von hauslichen Abwasser in Pflanzenbeeten». Η οδηγία αυτή είχε σηµαντική εφαρµογή στην πράξη και χρησιµοποιήθηκε για την κατασκευή µονάδων επεξεργασίας σε συνδυασµό µε συµπληρωµατικές απαιτήσεις και οδηγίες των οµόσπονδων κρατιδίων. O πρόσφατος κανονισµός (ATV-A 262) δηµοσιεύτηκε το 1998 µε τίτλο «Grundsatze fur Bemessung, Bau und Betrieb von Pflanzenbeeten fur kommunales Abwasser bei Ausbaugrossen bis 1000 Einwohnerwerte» (Βασικές αρχές για τη µελέτη, κατασκευή και λειτουργία τεχνητών υγροτόπων για την επεξεργασία αστικών λυµάτων δυναµικότητας µέχρι 1000 ισοδύναµων κατοίκων). O κανονισµός αυτός έχει λάβει ακόµη περισσότερο επίσηµη µορφή. Έχει µετατραπεί από οδηγία (Hinweis) σε κανονισµό εργασίας (Arbeitsblatt) και έχει ενσωµατώσει όλες τις τελευταίες εξελίξεις στον τοµέα αυτό. Παρακάτω δίνονται τα σηµαντικότερα στοιχεία του κανονισµού.
- 23. 23 Στεγανοποίηση Oι τεχνητοί υγρότοποι πρέπει να στεγανοποιούνται προς όλες τις κατευθύνσεις για την προστασία των υπόγειων νερών. Η απλούστερη µέθοδος στεγανοποίησης είναι η δηµιουργία αδιαπέρατης εδαφικής στρώσης µε πάχος 60 cm και υδροπερατότητα Κ10-8 m/s. Εκτός από την αδιαπέρατη εδαφική στρώση ως στεγανωτικά µπορούν να χρησιµοποιηθούν τα εξής υλικά: 1. Beton και πλαστικά φύλλα. 2. Μεµβράνες από πολυαιθυλένιο. Oι µεµβράνες πρέπει να έχουν ελάχιστο πάχος 1 mm, να αντέχουν στη διάτρηση από τις ρίζες των φυτών και να είναι ανθεκτικές στην υπεριώδη ακτινοβολία. 3. Στεγανοποίηση του φυσικού εδάφους µε µπετονίτη σε βάθος 60 cm. Πορώδες µέσο. Το υλικό του πορώδους µέσου πρέπει να αποτελείται από άµµο ή χαλίκι ή άλλο παρόµοιο υλικό µε στρογγυλεµένες ακµές. ∆εν επιτρέπεται η χρήση υλικού µε οξείες ακµές για την αποφυγή διάτρησης της µεµβράνης στεγανοποίησης. Τα χαρακτηριστικά του υλικού είναι τα εξής: • Η υδροπερατότητα πρέπει να κυµαίνεται µεταξύ 10-4 και 10-3 m/s., • O συντελεστής οµοιοµορφίας των κόκκων πρέπει να είναι U=d60/d10Κ5. • Το ενεργό µέγεθος των κόκκων πρέπει να είναι d10Κ0.2 mm. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά της κοκκοµετρίας θα πρέπει να ελέγχονται εργαστηριακά πριν από την κατασκευή και το υλικό δεν πρέπει να συµπυκνώνεται. Το πάχος της στρώσης πρέπει να είναι: • Για συστήµατα οριζόντιας ροής : Κ 50 cm. • Τα συστήµατα κατακόρυφης ροής : Κ 80 cm. Το ελάχιστο πάχος της στρώσης για τα συστήµατα οριζόντιας ροής καθορίζεται από το βάθος ενστάλαξης, από το βάθος του ριζώµατος των φυτών και από τις συνθήκες λειτουργίας κατά τη χειµερινή περίοδο. ∆εν είναι απαραίτητη η κατασκευή της κλίνης σε διαβαθµισµένες στρώσεις. Απαιτούµενη επιφάνεια υγροτόπου Για συστήµατα οριζόντιας ροής Κ 5 m2 / κάτοικο. Ελάχιστη επιφάνεια 20 m2 . Για συστήµατα κατακόρυφης ροής Κ 2.5 m2 / κάτοικο. Ελάχιστη επιφάνεια 10m2 . Η συνιστώµενη επιφανειακή υδραυλική φόρτιση είναι η εξής: Για συστήµατα οριζόντια ροής 40 1/(m2 .d). Για συστήµατα κατακόρυφης ροής 60 1/(m2 .d). Oι παραπάνω τιµές απαιτούνται για την αποµάκρυνση του οργανικού φορτίου. Εφ όσον απαιτείται η αποµάκρυνση αζώτου και φωσφόρου, οι τιµές είναι διαφορετικές αλλά δεν δίνονται στον κανονισµό, επειδή δεν υπάρχουν διεθνώς αποδεκτές τιµές. Καλύτερη απόδοση του υγροτόπου επιτυγχάνεται µε τη διακεκοµµένη ή εναλλάξ λειτουργία µε στόχο την καλύτερη είσοδο οξυγόνου στο πορώδες µέσο. Άλλες µέθοδοι για τη βελτίωση της απόδοσης είναι η αύξηση τα επιφάνειας του υγροτόπου και η επανακυκλοφορία των λυµάτων. Φυτά Τα φυτά που συνήθως χρησιµοποιούνται στους τεχνητούς υγροτόπους είναι φυτά των οικογενειών Phragmites, iris, Typha και Juncus. Ειδικότερα για τα φυτά Phragmites (καλάµια) ισχύουν τα εξής: