Συμβολή στην προσομοίωση ποιοτικών και υδροδυναμικών χαρακτηριστικών λιμνών σταθεροποίησης στη βόρεια Ελλάδα
Authors: Χαλάτση Μαρία 
Published: August 2021

Σκοπός της διατριβής είναι η διερεύνηση της λειτουργίας τριών Συστημάτων Λιμνών Σταθεροποίησης της Βορείου Ελλάδος, στο Βαμβακόφυτο, το Ν. Σκοπό και το Χαρωπό του Ν. Σερρών, η μελέτη των ποιοτικών τους χαρακτηριστικών, η μοντελοποίησή τους και η προσομοίωση των υδροδυναμικών τους χαρακτηριστικών με τρισδιάστατο υδροδυναμικό μοντέλο.Δειγματοληψίες πραγματοποιήθηκαν στα σημεία εισόδου της επαμφοτερίζουσας λίμνης και εξόδου της τελευταίας λίμνης ωρίμανσης από το 2005 έως και το 2012. Οι παράμετροι που μετρήθηκαν ήταν: θερμοκρασία (νερού και αέρα), TSS, BOD5, COD, TN, N-NH4+, N-NO3-, TP, FC, TC, DO, pH και 72 ακόμα χημικά στοιχεία και βαρέα μέταλλα.Οι συγκεντρώσεις και οι αποδόσεις των συστημάτων παρουσίασαν σημαντικές διαφοροποιήσεις μεταξύ τους, καθώς το όλο πείραμα διεξήχθη κάτω από πραγματικές και όχι ελεγχόμενες συνθήκες. Τα συστήματα παρουσίασαν σταθερή λειτουργία, με χαμηλές σταθερές αποκλίσεις και ιδιαίτερα ικανοποιητικές συσχετίσεις μάζας εισόδου – εξόδου. Οι αποδόσεις μάζας σχεδόν ταυτιζόταν με τις αποδόσεις συγκέντρωσης. Τους θερινούς μόνο μήνες σημειώθηκε μείωση των αποδόσεων μάζας, γεγονός που οφείλεται στην έντονη εξατμισοδιαπνοή, λόγω αυξημένης ηλιοφάνειας και υψηλών θερμοκρασιών. Οι τιμές του DO κυμάνθηκαν περίπου στα ίδια επίπεδα, ενώ του pH δεν κυμάνθηκαν ποτέ εκτός του προτεινόμενου εύρους τιμών. Οι τιμές της Προσρόφησης Νατρίου (SAR) και της Ηλεκτρικής Αγωγιμότητας κατατάσσουν τα νερά των συστημάτων στην κατηγορία Ι, όπου ο κίνδυνος νατρίου είναι μικρός. Η πλειοψηφία των χημικών στοιχείων που αναλύθηκαν παρουσίασαν σταθερότητα στις συγκεντρώσεις τους, με εξαίρεση τα Al, Cu, Mn, Pb και Zn. Οι συγκεντρώσεις παρέμειναν σε κάθε περίπτωση κάτω από τα προβλεπόμενα όρια, ακόμη και για διάθεση σε ευαίσθητους αποδέκτες. Τις υψηλότερες συγκεντρώσεις τις παρουσίασαν τα Ca>Na>Mg>Cl>Si>K>>>P>S. Η διαδικασία απομάκρυνσης των βαρέων μετάλλων παρουσίασε αστάθεια. Από τα βαρέα μέταλλα που συνήθως ελέγχονται στα αστικά λύματα, το Cd δεν υπερέβη το ποσοστό ανιχνευσιμότητας, ενώ οι αποδόσεις αφαίρεσης των Zn, Pb και Cu έφτασαν το 77%, 92% και 86% αντίστοιχα.Υπολογίστηκαν οι σταθερές αποσύνθεσης k20 των ενώσεων του άνθρακα (BOD) και των αζωτούχων ενώσεων (ΝOD) των ανεπεξέργαστων λυμάτων, οι οποίες είναι 0,427d-1 και 0,247d-1 αντίστοιχα. Υπολογίστηκαν οι σταθερές κινητικής 1ης τάξης kT για το ρυθμό αποσύνθεσης των TSS, BOD, COD, TN, N-NH4+, N-NO3-, TP και FC, με τιμές 0,041, 0,032, 0,032, 0,036, 0,031, 0,006, 0,015 και 0,079m/d αντίστοιχα. Προέκυψαν εξισώσεις που συνδέουν τη συγκέντρωση εκροής με τη συγκέντρωση εισροής, με καλύτερη προσέγγιση συγκρινόμενες με αυτές άλλων ερευνητών, με εξαίρεση τα ΤΝ και Ν-ΝΗ4+. Προέκυψε μαθηματική σχέση που συνδέει την ετήσια συσσώρευση ιλύος με τη μέση ετήσια συγκέντρωση TSS και BOD. Ο ετήσιος ρυθμός συσσώρευσης ιλύος ήταν παρόμοιος για τα τρία συστήματα (≈0,10m3/p/y). Τα υδροδυναμικά χαρακτηριστικά που μελετήθηκαν με το τρισδιάστατο υδροδυναμικό μοντέλο ΕLCOM είναι η θερμοκρασία, ο HRT και η ταχύτητα ροής στο σύστημα του Βαμβακοφύτου. Η βαθμονόμηση του μοντέλου ήταν πολύ ικανοποιητική, αποδεικνύοντας πως το μοντέλο αναπαράγει ικανοποιητικά τις τιμές των μετρήσεων πεδίου.