Εφαρμογή πρωτοβάθμιων συστημάτων διήθησης για τη μείωση των ενεργειακών αναγκών και τη διαχείριση του αυξανόμενου φορτίου σε εγκαταστάσεις ενεργού ιλύος
Authors: Τσαμουτσόγλου Κωνσταντίνος 
Published: January 2025

Τα τελευταία χρόνια, η χρήση ενέργειας στις Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) έχει αυξηθεί λόγω της εφαρμογής προηγμένων μεθόδων επεξεργασίας λυμάτων και ιλύος καθώς και τη διαχείριση υψηλότερων όγκων αποβλήτων. Πολλές ΕΕΛ λειτουργούν με αυξημένες υδραυλικές παροχές ή αυξημένο φορτίο εισόδου, με συνέπεια την ατελή επεξεργασία των λυμάτων. Το φαινόμενο αυτό είναι έντονο κατά τους θερινούς μήνες, σε ΕΕΛ που εξυπηρετούν τουριστικές περιοχές. Λύση στα προαναφερθέντα προβλήματα θα μπορούσαν να αποτελέσουν καινοτόμα πρωτοβάθμια συστήματα διήθησης για την επεξεργασία αστικών λυμάτων με χαμηλό κόστος και ενέργεια. Η καινοτομικότητα των συστημάτων πρωτοβάθμιας διήθησης έγκειται στην πρώιμη απομάκρυνση αιωρούμενων στερεών από τα λύματα, πριν αυτά εισέλθουν στη δεξαμενή αερισμού. Με αυτό τον τρόπο υφιστάμενες και νέες ΕΕΛ μπορούν να αναβαθμιστούν, χωρίς την ανάγκη συμβατικής επέκτασης. Δύο τέτοιες πιλοτικές μονάδες με μέγιστη δυναμικότητα 2.500 και 1.800 m3/d αποβλήτων έχουν σχεδιαστεί και εγκατασταθεί στις ΕΕΛ Μάρπησσας (Ελλάδα) και Κυπερούντας (Κύπρος), αντίστοιχα. Οι πιλοτικές μονάδες αποτελούνται κατά σειρά από: μικροκόσκινα και Αυτοκαθαριζόμενα Αμμόφιλτρα Ανοδικής Ροής (Continuous Backwash Upflow Media Fitlers, CBUMFs), ενώ το συμπύκνωμα των CBUMFs επεξεργάζεται σε δεξαμενή καθίζησης με λαμέλλες. Με αυτόν τον τρόπο οι δύο ΕΕΛ αναβαθμίστηκαν με αποτέλεσμα να μπορούν να δεχτούν αυξημένο φορτίο εισόδου, με παράλληλη μείωση της ενεργειακής τους δαπάνης. Ωστόσο, και οι δύο ΕΕΛ προγραμματίζουν επέκταση του δικτύου αποχέτευσης με συνέπεια την αύξηση της παροχής εισόδου. Συγκεκριμένα, οι βασικοί στόχοι της διδακτορικής διατριβής είναι: i) ο σχεδιασμός και η κατασκευή πρωτοβάθμιων συστημάτων διήθησης με τις διεργασίες μικροκοσκίνισης, αμμοφίλτρανσης και καθίζησης με λαμέλλες, ii) η διερεύνηση και αξιολόγηση αποδοτικότητας των διεργασιών μικροκοσκίνισης, αμμοφίλτρανσης και καθίζησης με λαμέλλες στην επεξεργασία των υγρών αποβλήτων, iii) η προσομοίωση και δημιουργία λογισμικού για τις τεχνολογίες μικροκοσκίνισης και αμμοφίλτρανσης, iv) η οικονομική αξιολόγηση των πιλοτικών συστημάτων στις ΕΕΛ Μάρπησσας και Κυπερούντας και v) η διερεύνηση υιοθέτησης των πρωτοβάθμιων συστημάτων διήθησης από ΕΕΛ στην Ελλάδα και την Κύπρο vi) και η ποσοτικοποίηση των εκτιμώμενων οφελών στην κατάντη βιολογική επεξεργασία υπερφορτωμένων ΕΕΛ με τη χρήση των τεχνολογιών μικροκοσκίνισης και αμμοφίλτρανσης. Οι μέσες ποσοστιαίες απομακρύνσεις των Ολικών Αιωρούμενων Στερεών (Total Suspended Solids, TSS), του Βιοχημικά Απαιτούμενου Οξυγόνου πέντε ημερών (Biochemical Oxygen Demand, BOD5) και του Χημικά Απαιτούμενου Οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand, COD) με συνδυασμένη επεξεργασία μικροκοσκίνισης (με άνοιγμα πόρων 250 μm) και αμμοφίλτρανσης υπολογίστηκαν ίσες με 52 ± 2 %, 46 ± 7 %, 43 ± 3 %, στην ΕΕΛ Κυπερούντας, αντίστοιχα. Mε την προσθήκη κροκιδωτικών (Χλωριούχου Πολυαλουμινίου (Polyaluminum Chloride, PAC)) στο CBUMF, οι μέσες ποσοστιαίες απομακρύνσεις των TSS, BOD5 και COD με συνδυασμένη επεξεργασία (μικροκοσκίνιση ακολουθούμενη από αμμοφίλτρανση) προσδιορίστηκαν ίσες με 72 ± 1 %, 52 ± 5% και 60 ± 5 %. Τα πρωτοβάθμια συστήματα διήθησης είναι ικανά για την απομάκρυνση του ολικού κατά Kjeldahl αζώτου σε ποσοστό 10% έως 23% από τα αστικά λύματα. Ωστόσο, το εύρος της απομάκρυνσης ολικού φωσφόρου που επιτεύχθηκε με συνδυασμένη επεξεργασία (μικροκοσκίνιση ακολουθούμενη από αμμοφίλτρανση) ήταν από 5% έως 18% στην ΕΕΛ Κυπερούντας. Η ποσοστιαία απομάκρυνση των αιωρούμενων στερεών για το μικροκίσκινο (με άνοιγμα πόρων 250 μm), που εγκαταστάσθηκε στην ΕΕΛ Μάρπησσας υπολογίστηκε από 40 έως 58% χωρίς την προσθήκη κροκιδωτικών κατά τις εργοστασιακές αποδοχής. Επιπλέον, από τη μικροκοσκίνιση με τη χρήση των Φίλτρων Περιστρεφόμενου Ιμάντα (Rotating Belt Filters, RBFs) παράγονται Πρωτοβάθμια Κοσκινισμένα Στερεά (Primary Sieved Solids, PSS), με περιεκτικότητα σε στερεά μεταξύ άνω του 30%. Επιπλέον, τα πειραματικά δεδομένα και οι προβλέψεις των μοντέλων εμφάνισαν υψηλό βαθμό συμφωνίας (R2> 98). Εκτός από την αξιολόγηση των καινοτόμων τεχνολογιών, χρησιμοποιήθηκαν πειραματικά δεδομένα για τη δημιουργία λογισμικoύ προσομοίωσης διεργασιών λυμάτων. Το λογισμικό δύναται να παρέχει έναν προκαταρκτικό σχεδιασμό των πρωτοβάθμιων συστημάτων διήθησης ώστε να επιτρέπεται η εφαρµογή των καινοτόµων λύσεων σε ευρύτερη κλίμακα (scale-up). Το λογισμικό προσφέρει επιπλέον δεδομένα σχετικά με την εκτιμώμενη μείωση των ενεργειακών αναγκών των ΕΕΛ με τη χρήση πρωτοβάθμιων συστημάτων διήθησης. Το εκτιμώμενο κόστος για την πλήρη επεξεργασία των λυμάτων με την εφαρμογή πρωτοβάθμιας διήθησης στην υφιστάμενη ΕΕΛ Μάρπησσας υπολογίστηκε στα 0,32 €/m3. Ωστόσο, το κόστος για την αναβάθμιση της ΕΕΛ Μάρπησσας με συμβατική επέκταση (επέκταση της υφιστάμενης βιολογικής επεξεργασίας) υπολογίστηκε ίσο με 0,48 €/m3. Για την αναβάθμιση της ΕΕΛ Κυπερούντας, το κόστος για την πλήρη επεξεργασία των λυμάτων με πρωτοβάθμια διήθηση εκτιμήθηκε στα 0,88 €/m3. Από την άλλη, το κόστος συμβατικής επέκτασης (επέκταση της υφιστάμενης βιολογικής επεξεργασίας) προσδιορίστηκε ίσο με 1,64 €/m3 για την ΕΕΛ Κυπερούντας. Σχετικά με την υιοθέτηση των πρωτοβάθμιων συστημάτων διήθησης από ελληνικές και κυπριακές ΕΕΛ, το εξεταζόμενο δείγμα έδειξε ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την εφαρμογή των συστημάτων αυτών. Η διερεύνηση της επίδρασης των πρωτοβάθμιων συστημάτων διήθησης στην κατάντη βιολογική επεξεργασία υπερφορτωμένων ΕΕΛ δύναται να οδηγήσει σε σημαντικές μειώσεις στον όγκο (m3) των δεξαμενών αερισμού (15-55%), τις απαιτούμενες ανάγκες σε οξυγόνο (kg O2/h) (απομάκρυνση BOD5 και νιτροποίηση) στις δεξαμενές αερισμού (14-52%), τη ποσότητα (t/d) δευτεροβάθμιας ιλύος (19-66%), και τη κατανάλωση ενέργειας (kWh/m3) των δεξαμενών αερισμού (9-54%). Τα πρωτοβάθμια συστήματα διήθησης αποτελούν μια βιώσιμη τεχνολογική προσέγγιση στην αποδοτικότερη επεξεργασία των υγρών αποβλήτων, αντιμετωπίζοντας εύστοχα τα προβλήματα της υπερφόρτωσης με την παράλληλη μείωση τους κόστους λειτουργίας των ΕΕΛ μικρής και μεγάλης δυναμικότητας.