Φυτοβιολογικά συστήματα επεξεργασίας αστικών λυμάτων

ΜΙΚΡΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΦΥΤΟΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΑΣΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ ΜΕ ΜΗΔΕΝΙΚΗ  ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ

Του ΘΑΝΑΣΗ ΑΠΕΡΓΗ,  πολ.μηχ.,μέλους του Σ.ΟΛ.ΑΡ.
1. Εισαγωγή:
Σκοπός της επεξεργασίας καθαρισμού των υγρών αποβλήτων είναι η επαναφορά του χρησιμοποιημένου νερού στη φύση (ή στο κύκλωμα παραγωγής) με αποδεκτά φυσικά χαρακτηριστικά που θα είναι συμβατά με τις επιθυμητές χρήσεις. Ώστε να προστατευθεί η δημόσια υγεία και τα φυσικά οικοσυστήματα.
Στους Ελληνικούς προϊστορικούς οικισμούς (Ακρωτήρι Σαντορίνης, Κνωσός, Φαιστός, κλπ.) ανακαλύφθηκαν εκτεταμένα δίκτυα αποχέτευσης ομβρίων και αστικών λυμάτων, αποδεικνύοντας την υψηλή πολιτιστική στάθμη των οικισμών. Στο τέλος του 19ου αιώνα και στις αρχές του 20ου δοκιμάζονται οι πρώτες εφαρμογές στην επεξεργασία των αστικών λυμάτων. (Αγγλία: Χαλικοδιϋλιστήριο, Γερμανία Δεξαμενή  Imhoff, ΗΠΑ: Μέθοδος δραστικής λάσπης κλπ).
Τα τελευταία χρόνια η αυξημένη ευαισθησία σε θέματα περιβάλλοντος και η ανάγκη τήρησης των κανόνων υγιεινής σε οικιστικές μονάδες που δεν συνδέονται με δίκτυα αποχέτευσης, επέβαλε λύσεις αυτόνομων μικρών μονάδων επεξεργασίας αστικών λυμάτων. Είναι αυτά που στην «αγορά» ονομάζουμε γενικώς «Βιολογικός Καθαρισμός,  ή Βιολογικός Βόθρος»».

2. Μικρά  αυτόνομα συστήματα επεξεργασίας αστικών λυμάτων:
Μικρές μονάδες θεωρούμε μονάδες που εξυπηρετούν από 5 μέχρι και 5000 ισοδύναμα άτομα. Τα περισσότερα συστήματα είναι προδιαστασιολογημένα και τυποποιημένα. Τις μονάδες τις  χωρίζουμε γενικά σε αναερόβια και αερόβια συστήματα επεξεργασίας.

2.1 Αναερόβιο σύστημα : Στο αναερόβιο σύστημα αναφέρεται, ο γνωστός στεγανός βόθρος με δυνατότητα καθαρισμού 30-35% και ο αντίστοιχος σηπτικός. Η διάταξη αυτή  προδιαγράφεται ήδη από το 1937 (ΦΕΚ/20/Β/2.2.1937) και βελτιώνεται με  την απόφαση Ε1β/221 της 22.1/2402.1964 (ΦΕΚ 138 Β). Δυστυχώς σε πολλές περιπτώσεις ούτε αυτά τα στοιχειώδη δεν τηρούνται από τους κατ’ ευφημισμό  «κατασκευαστές» κατοικιών.
Ένα εξελιγμένο σύστημα αναερόβιας επεξεργασίας είναι η  αναερόβια μονάδα  επεξεργασίας με φίλτρο και με δυνατότητα καθαρισμού έως 60%. Με αντίστοιχες βελτιώσεις φθάνει η απόδοση του μέχρι ≈ 90% βαθμό καθαρισμού.  (Σχήμα 1)
 

Σχήμα1. Αναερόβια μονάδα  επεξεργασίας με φίλτρο

2.2. Αερόβιο σύστημα: Η προσαγωγή αέρα είναι το χαρακτηριστικό αυτών των μονάδων. Η περίσσεια οξυγόνου τρέφει αερόβιους οργανισμούς που αποικοδομούν τις οργανικές ουσίες και δεν εκλύουν υδρόθειο. Άρα δεν μυρίζουν. Δύο συστήματα από τα αερόβια έχουν μεγάλη διάδοση : Η μέθοδος ασυνεχούς  λειτουργίας, (Sequencing Batch Reactor)  και η μέθοδος εκτεταμένου αερισμού και ενεργού λάσπης (Activated sludge). (Σχήμα 2) Ο τελικός βαθμός καθαρισμού μπορεί να φτάσει μέχρι και 92%. Τα συστήματα αυτά  όμως είναι ενεργοβόρα και απαιτούν συστηματική παρακολούθηση και επισταμένη συντήρηση. Διεργασίες που δυστυχώς,  συνήθως αμελούνται.
 

Σχήμα 2. Αερόβιο σύστημα με την μέθοδο εκτεταμένου αερισμού και ενεργού λάσπης (Activated sludge). Συστήματα Compact σε δεξαμενές πολυαιθυλενίου.

3. Φυτοβιολογική επεξεργασία : Φυσικά και τεχνητά συστήματα υδροβιοτόπων.
Οι φυσικοί υδροβιότοποι λειτουργούν σαν μια τεράστια μονάδα καθαρισμού υδάτων.
Οι τεχνητοί υδροβιότοποι για την επεξεργασία αστικών και γεωργικών αποβλήτων βρίσκουν ήδη μεγάλη εφαρμογή στην Ευρώπη και στην Αμερική. Στην Ελλάδα  παρ’ όλο που οι κλιματικές συνθήκες είναι ευνοϊκές δεν έχουν μέχρι τώρα μεγάλη εφαρμογή. Μέχρι σήμερα έχουν εφαρμοσθεί ορισμένοι τεχνητοί υδροβιότοποι επεξεργασίας αστικών λυμάτων στη Β. Ελλάδα σε μεγάλη κλίμακα, (Π.χ.Βάσσοβα, Μάδυτος, Κορέστεια κλπ) (Σχήμα 3.) Παράλληλα λειτουργούν πιλοτικά και ερευνητικά μικρά συστήματα που παρακολουθούνται και καταγράφονται  από Πανεπιστημιακά Εργαστήρια. (Σχήμα 4.)
 
Σχήμα 3. Τοπογραφικό διάγραμμα του τεχνητού υδροβιότοπου Ν. Κορεστείων
                 Νομού Καστοριάς

 
Σχήμα 4. Σχέδιο Πειραματικής μονάδας υγροβιότοπου επιφανειακής ροής  του
                Εργαστηρίου της  Οικολογικής Μηχανικής και Τεχνολογίας της
                Πολυτεχνικής Σχολής του Δημοκρίτειου Πανεπιστήμιου Θράκης.
                                        
Τα τεχνητά συστήματα φυτοβιολογικής επεξεργασίας σε αντίθεση με τα συμβατικά  συστήματα που αναφέραμε, λειτουργούν αποκλειστικά με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, ΑΠΕ (Ηλιακή, αιολική κλπ). Συστατικό μέρος τους είναι τα υδροχαρή φυτά που η φυτοβιολογική τους δράση παίζει καθοριστικό ρόλο στον τεχνητό υδροβιότοπο. Οι σημαντικότερες επιδράσεις των φυτών στην επεξεργασία των υγρών αποβλήτων σχετίζονται με φυσικές επιπτώσεις του ιστού του φυτού. Ο δε βαθμός που ο μεταβολισμός των φυτών (απελευθέρωση οξυγόνου κλπ) επηρεάζει την επεξεργασία των λυμάτων εξαρτάται από το  είδος των φυτών και από τον σχεδιασμό του συστήματος.  Τα βασικά πλεονεκτήματα των συστημάτων αυτών είναι ότι δεν παράγουν υποπροϊόντα που να χρειάζονται επεξεργασία, δεν έχουν μηχανικά μέρη, και το κόστος λειτουργίας τους είναι ελάχιστο. Ουσιαστικά πρόκειται για μία εξελιγμένη μορφή υγροβιότοπου όπου επιλέγονται οι φυσικές διεργασίες του φυσικού υδροβιότοπου και εφαρμόζονται στον τεχνητό. (Σχήμα 5.)
Τα υδατικά συστήματα χωρίζονται σε  λίμνες σταθεροποίησης ή οξείδωσης, λίμνες ωρίμανσης , αναερόβιες και αεριζόμενες λίμνες κλπ.  Οι τεχνητοί υδροβιότοποι  χαρακτηρίζονται σε επιφανειακής ροής και υπόγειας ροής (Οριζόντιας και κατακόρυφης υπόγειας ροής). Οι μέσες αποδόσεις των τεχνιτών υδροβιότοπων  σε αφαίρεση ρύπων πληρούν την Οδηγία 1991/271/EEC της EE.
 

Σχήμα 5. Αρχή λειτουργίας Τεχνητού Υδροβιότοπου. (Δεξαμενή Σταθεροποίησης)


4. Μικρές τυποποιημένες μονάδες φυτοβιολογικής επεξεργασίας.
Οι μικρές μονάδες φυτοβιολογικής επεξεργασίας αστικών λυμάτων εφαρμόζουν επιτυχημένα τη μέθοδο της φυσικής επεξεργασίας των λυμάτων. Μετά από έρευνα σε  αντίστοιχες πιλοτικές εφαρμογές, παρατηρήσεις και διορθώσεις έχουν τυποποιηθεί ως εξής:
Το πεδίο διάθεσης τυποποιείται σε μεμονωμένες λεκάνες. Οι λεκάνες που είναι στεγανές,  μπορεί να είναι κατασκευασμένες επί τόπου ή προκατασκευασμένες. Οι προκατασκευασμένες μπορεί να είναι από σκυρόδεμα ή από πολυαιθυλένιο. Συνήθως είναι λεκάνες ορθογωνικής ή εξαγωνικής κάτοψης και κωνοειδούς μορφής  για εξοικονόμηση  χώρου, με προκαθορισμένο όγκο. Οι λεκάνες υποκαθιστούν το πεδίο διάθεσης. Τοποθετούνται η μία δίπλα στην άλλη και συνδέονται εν σειρά ή παράλληλα ή και με τον συνδυασμό και των δύο τρόπων. Συνδέονται μεταξύ τους έτσι ώστε να λειτουργούν σαν συγκοινωνούντα δοχεία. (Σχήμα 6.) Γεμίζονται κατά 50% με κοκκομετρημένο καθαρό αδρανές υλικό (συνήθως βότσαλο). Το βότσαλο σκεπάζεται με μία μεμβράνη (συνήθως γαιούφασμα), ώστε να λειτουργήσει σε αυτή τη  στάθμη σαν ηθμός. Ενώ η άνω στάθμη γεμίζεται με φυτικές γαίες που φυτεύεται με υδροχαρή φυτά. Η εκλογή των φυτών είναι καθοριστική για την λειτουργία της επεξεργασίας. Με τον τρόπο αυτό έχει υποκατασταθεί ένα φυσικό σύστημα υδροβιότοπου υπόγειας οριζόντιας ροής.

Σχήμα 6. Διάταξη τυποποιημένης φυτοβιολογικής μονάδας δυναμικότητας
50 ισοδυνάμων ατόμων. (Μελέτη, Bamar Hellas Ltd)

4.1. Τρόπος λειτουργίας μικρής φυτοβιολογικής μονάδας
Συνιστάται στην  υδραυλική εγκατάσταση της κατοικίας τα λύματα να χωρίζονται σε «μαύρα» και «γκρίζα». «Μαύρα» χαρακτηρίζουμε  τα λύματα των αποχωρητηρίων, ενώ «γκρίζα» τα λύματα της κουζίνας του πλυντηρίου και του λουτρού. Τα μαύρα λύματα πρέπει να διοχετεύονται σε μία δεξαμενή τύπου Imhoff (Ανεστραμμένος Κώνος), ενώ τα γκρίζα σε ένα λιποσυλλέκτη. Ακολούθως περνούν σε μία δεξαμενή ανάμειξης και ομοιογεννοποίησης Εάν το υδραυλικό σύστημα της κατοικίας είναι ενιαίο, τότε πρέπει τα μικτά λύματα να διοχετευθούν σε μία τριθάλαμη δεξαμενή , ώστε  τα λύματα να ομοιογεννοποιηθούν και να εξισορροποιηθούν . Στη τριθάλαμη
δεξαμενή επιτυγχάνεται  αφαίρεση  ρύπων της τάξης του 30 – 35% . Ακολούθως περνούν σε  μία δεξαμενή διανομής. Η παροχή προς το πεδίο διάθεσης, δηλαδή στις λεκάνες διάθεσης, γίνεται με φυσική ροή. (Σχήμα 7)
 
Σχήμα 7. Τρόπος λειτουργίας φυτοβιολογικής μονάδας

Τα τυχόν πλεονάζοντα νερά υπερχειλίζουν στην τελευταία δεξαμενή συλλογής και εν συνεχεία διοχετεύονται στο έδαφος, ή ξαναγυρίζουνε στην αρχική δεξαμενή διανομής. Η εκλογή των φυτών είναι καθοριστική για τη λειτουργία του συστήματος. Συνήθως εκλέγονται υδροχαρή φυτά και κατά προτίμηση με τον ίδιο τύπο βλάστησης που υπάρχει στην περιοχή της εγκατάστασης. Η φύτευση των λεκανών με καλάμια (Phragmites), ψάθα (Typha), ή με  βούρλα (Scripus) έχει πολύ καλά αποτελέσματα. Η εκλογή ανθοφόρων υδροχαρών φυτών δίνει την δυνατότητα να δημιουργηθεί ένας αισθητικός κήπος. Τέτοια φυτά είναι οι ίριδες (Iris Pseudoacorus και  Iris Kaemferi),  ο Υάκινθος (Hyacynthus orientalis) κλπ. Τα φυτά  και οι θάμνοι θα πρέπει  να συντηρούνται με αυτόματο πότισμα σε περιπτώσεις  κατοικιών που κατοικούνται περιοδικά. (Σχήμα 8 & 9 ).
Στις φυτοβιολογικές μονάδες οι μέσες αποδόσεις σε αφαίρεση ρύπων πληρούν την Οδηγία 1991/271/EEC της EE.

Σχήμα 8. Τυποποιημένη Φυτοβιολογική μονάδα 50 Ισοδυνάμων ατόμων στο Πόρτο-Χέλι, έτοιμη να φυτευτεί. (Μελέτη, κατασκευή  Bamar Hellas Ltd)

Σχήμα 9. Η ίδια φυτοβιολογική μονάδα 6 μήνες μετά τη φύτευση.

5. Πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα  τυποποιημένων φυτοβιολογικών συστημάτων
Οι  τυποποιημένες φυτοβιολογικές μονάδες παρουσιάζουν τα εξής πλεονεκτήματα :
•    Ικανοποιητική λειτουργία αφού πληρούνται οι προδιαγραφές της Οδηγίας
            1991/271/EEC της EE
•    Άοσμη λειτουργία
•    Δεν έχουν μηχανικά μέρη
•    Δεν χρειάζονται συντήρηση
•    Φυσική απολύμανση χωρίς χημικά
•    Μηδενικό κόστος λειτουργίας
•    Αισθητική αναβάθμιση περιβάλλοντος

Το μοναδικό μειονέκτημα είναι ότι σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα, απαιτείται σημαντικά μεγαλύτερη έκταση για την εγκατάσταση τους.

6. Συμπεράσματα.  
Οι  τυποποιημένες φυτοβιολογικές μονάδες επεξεργασίας αστικών λυμάτων, είναι συστήματα που πληρούν τις προδιαγραφές της Οδηγίας    1991/271/EEC της EE ,
καλύπτουν μια μεγάλη κλίμακα εξυπηρετούμενων ατόμων, είναι φιλικά προς το περιβάλλον, είναι εντελώς άοσμα και  το κόστος συντήρησης τους είναι μηδαμινό, ενώ το κόστος λειτουργίας τους είναι μηδενικό. Για την Ελλάδα είναι μια καινοτομία φιλική προς το περιβάλλον, που μπορεί να εφαρμοσθεί σε μικρούς οικισμούς, ξενοδοχεία , μεμονωμένες κατοικίες και γενικά σε οικιστικές μονάδες που δεν διαθέτουν αποχετευτικό δίκτυο.    
 
7. Βιβλιογραφία - Αναφορές
7.1 Γρ. Μαρκαντωνάτου Επεξεργασία και διάθεση υγρών αποβλήτων /  Αθήνα 1986
7.2. Αθ. Ν. Απέργης Προκατασκευασμένα προϊόντα από σκυρόδεμα για αστικά και βιομηχανικά λύματα / HELECO  1993 / & 11ο Ελληνικό Συνέδριο  
       Σκυροδέματος / ΤΕΕ /  Κέρκυρα 1994
7.2. Γ.Δ.Γκίκας, Β.Α.Τσιχριτζής, Χ.Πεταλάς, Σ.Σκιάς / Επεξεργασία αστικών αποβλήτων του Δήμου Κορεστείων του Ν. Καστοριάς με σύστημα τεχνητών
       υγροβιότοπων / Εργαστήριο Οικολογικής Μηχανικής και Τεχνολογίας / Πολυτεχνική  Σχολή / Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης / Μονάδες  
       Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων Μικρής Κλίμακας / Εκδ:Α. Ζουμπούλης, Α. Κούγκουλος, Π. Σαμαράς, Χ. Προχάσκα./ Πορταριά  2006
7.3. Ε.Π. Κώττη, Β.Α. Τσιχριτζής Πιλοτικές Μονάδες Τεχνητών υδροβιότοπων Επιφανειακής Ροής για επεξεργασία υγρών αποβλήτων./ Εργαστήριο
       Οικολογικής Μηχανικής και Τεχνολογίας /  Πολυτεχνική Σχολή / Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης/ Μονάδες Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων    Μικρής Κλίμακας / Εκδ: Α. Ζουμπούλης, Α. Κούγκουλος, Π. Σαμαράς, Χ. Προχάσκα./ Πορταριά  2006
7.4.  Α. Παπαδόπουλος, Φ. Παπαδόπουλος, Γ.Παρισόπουλος, Ε. Μεταξά / έρευνα και εφαρμογή φυσικών συστημάτων επεξεργασίας λυμάτων σε αγροτικές περιοχές της Ελλάδας / ΕΘΙΑΓΕ / Μονάδες Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων Μικρής Κλίμακας / Εκδ:Α. Ζουμπούλης,  Α. Κούγκουλος, Π. Σαμαράς, Χ. Προχάσκα./ Πορταριά   2006
 7.5.  Bamar-Hellas Ltd / Επεξεργασία Υδάτων-Λυμάτων-Αποβλήτων / Τεχνικό Φυλλάδιο 2009
ΔΕΛΤΙΟ ΤΥΠΟΥ Σ.ΟΛ.ΑΡ. 6/11/2013
Περισσότερα...

27-28-4-2013
ΗΜΕΡΙΔΑ ΟΛΙΣΤΙΚΗΣ
ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗΣ
Get more Joomla!® Templates and Joomla!® Forms From Crosstec