Βελτιστοποίηση των διεργασιών κροκίδωσης, διήθησης και αξιολόγησης της διαχείρισης ιλύος κατά την κατεργασία πόσιμου νερού
Authors: Κατριβέσης Φώτιος 
Published: November 2021

Οι υδάτινοι πόροι είναι διαθέσιμες πηγές νερού, οι οποίες είναι χρήσιμες ή εν δυνάμει χρήσιμες για τον άνθρωπο και την οικονομία του. Το "γλυκό νερό" είναι ένας ανανεώσιμος πόρος, αλλά παρ' όλα αυτά η παγκόσμια προμήθεια αυτού του καθαρού νερού σταθερά μειώνεται. Καθώς λοιπόν η εξασφάλιση ασφαλούς πόσιμου νερού για τα μέλη μιας κοινωνίας είναι απαραίτητη, τα νερά πρέπει να υφίστανται αποτελεσματική κατεργασία πριν τη διάθεσή τους στους καταναλωτές, ανεξάρτητα από την πηγή προέλευσής τους. Από τις μεθόδους επεξεργασίας νερού που υπάρχουν, κάθε φορά επιλέγονται και χρησιμοποιούνται οι καταλληλότερες, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του διαθέσιμου νερού (ποτάμι, λίμνες, γεωτρήσεις, θάλασσα). Τα χαρακτηριστικά αυτά, όμως, μεταβάλλονται από εποχή σε εποχή αλλά κι ανάλογα με τις πηγές προέλευσης γεγονός που δυσχεραίνει την κατεργασία.Η παρούσα διατριβή με τίτλο «Βελτιστοποίηση των διεργασιών κροκίδωσης, διήθησης και αξιολόγηση της διαχείρισης ιλύος κατά την κατεργασία νερού», επικεντρώνεται σε δύο βασικές διεργασίες επεξεργασίας νερού που εφαρμόζονται στα περισσότερα διυλιστήρια στον κόσμο, τη διεργασία θρόμβωσης-κροκίδωσης και τη διεργασία της διήθησης. Η εργασία έχει ως στόχο την κατανόηση αρχικά του τρόπου λειτουργίας των μεθόδων αυτών και έπειτα την εξέταση παραμέτρων που θα μπορούσαν να τις βελτιστοποιήσουν μελετώντας την περίπτωση των επιφανειακών νερών του ποταμού Γλαύκου στην Αχαΐα. Επίσης στοχεύει μέσα από την μελέτη φυτοτοξικότητας, στην βελτιστοποίηση της διαχείρισης της παραγόμενης κατά την κατεργασία των παραπάνω νερών, ιλύος.Η χρήση χημικών (ηλεκτρολυτών -θειικό αργίλιο, θειικό πολυαργίλιο- και πολυηλεκτρολυτών -πολυακριλαμίδιο-) κατά τη διεργασία θρόμβωσης-κροκίδωσης, ως δυναμικό φαινόμενο που είναι, επηρεάζει την αλκαλικότητα του νερού, εξαρτάται από το pΗ, προκαλεί δευτερογενή ρύπανση στα παραγόμενα απόβλητα και έχει προκαλέσει ανησυχίες για τη δημόσια υγεία. Έτσι, στο κεφάλαιο αυτό εξετάζονται τρεις νέοι πολυηλεκτρολύτες, ο συνθετικός PDADMAC (PolyDiAllylDiMethylAmmoniumChloride), και οι φυσικοί χιτοσάνη και ινουλίνη (CarboxyMethylInylin). Παράλληλα, μελετάται η επίδραση των χημικών ουσιών στα χαρακτηριστικά του νερού (θολότητα, pH, στερεά, αγωγιμότητα, σκληρότητα, μέγεθος σωματιδίων). Ειδική σημασία δίνεται στη μελέτη της μεταβολής του δυναμικού ζήτα με σκοπό τη βελτιστοποίηση της διεργασίας, αλλά και της απορρόφησης ακτινοβολίας UV254, δείκτη των οργανικών ενώσεων που υπάρχουν στο νερό. Αξιολογώντας τα αποτελέσματα των πειραματικών σειρών φάνηκε ότι, τα ήδη χρησιμοποιούμενα κροκιδωτικά έχουν καλή απόδοση στην αφαίρεση θολότητας, ειδικά στα πειράματα με συνδυασμένη εφαρμογή ηλεκτρολύτη-πολυηλεκτρολύτη. Πολύ καλά αποτελέσματα παρατηρήθηκαν από το ανόργανο πολυμερές PDADMAC κυρίως σε μικρές δοσολογίες και θεωρούμε ότι πρέπει να εφαρμοσθεί στην πράξη, ενώ τα οργανικά φυσικά πολυμερή chitosan και inullin είχαν καλά αποτελέσματα σε επιλεγμένες περιοχές τιμών θολότητας και πρέπει να διερευνηθούν περαιτέρω για να αποτελέσουν μια εφαρμόσιμη πρόταση για μια εντελώς φυσική κατεργασία νερού.Η αξιολόγηση της διήθησης βαθέως στρώματος έδειξε ότι αυτή παρουσιάζει βέλτιστη απόδοση όταν προηγείται καλή προκατεργασία μέσω θρόμβωσης–καθίζησης. Στην αποτελεσματικότητα της διεργασίας εξετάστηκε η επίδραση παραγόντων όπως η θολότητα του ρεύματος εισόδου και η χρησιμοποιούμενη φαινομενική ταχύτητα, μετρώντας παραμέτρους όπως η θολότητα και η διαφορά πίεσης, αλλά και το δυναμικό-ζ, η αγωγιμότητα, το μέγεθος των σωματιδίων, κ.λπ. Στα πειράματα διήθησης με βαθύ στρώμα άμμου παρατηρήθηκε ότι η επιφανειακή φόρτιση του φίλτρου επιδρά σε μεγάλο βαθμό στη διεργασία και έτσι η ικανότητα διήθησης είναι φθίνουσα συνάρτηση της παροχής. Ενώ από τα πειραματικά αποτελέσματα για την πτώση πίεσης προκύπτει ότι αυτή αυξάνει με την αύξηση της παροχής, γεγονός που οδηγεί στην επιλογή μικρότερων ταχυτήτων διήθησης. Τα αποτελέσματα στις πειραματικές σειρές με μεμβράνες υπερδιήθησης έδειξαν ότι αυτές μπορούν άνετα να διαχωρίσουν υδατικά διαλύματα με μικρές συγκεντρώσεις και να αποδώσουν νερό με πολύ καλύτερα ποιοτικά χαρακτηριστικά (αφαίρεση των βακτηρίων, σωματιδίων κ.ά), αλλά στις μεσαίες και μεγάλες θολότητες, με την πάροδο του χρόνου, μειώνεται αισθητά η διαπερατότητά τους, λόγω επικαθήσεων (fouling). Η αυστηρότητα των κανονισμών ποιότητας πόσιμου νερού, η αυτοματοποιημένη λειτουργία και ο μικρότερος χώρος εγκατάστασης αντιπαρέρχονται το όποιο μειονέκτημα αυξημένου κόστους λειτουργίας και την καταστούν ελκυστικότερη για την παραγωγή πόσιμου νερού. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην βελτιστοποίηση μιας μονάδας επεξεργασίας νερού για την αντικατάσταση των φίλτρων βαρύτητας με μονάδες υπερδιήθησης (ultrafiltration) με σκοπό, αφενός την μείωση του πάγιου και λειτουργικού κόστους των αμμόφιλτρων και αφετέρου την καλύτερη απομάκρυνση όλων των αιωρούμενων σωματιδίων που δεν απομακρύνονται κατά την διαδικασία θρόμβωσης/καθίζησης. Η λειτουργία των διεργασιών καθαρισμού του νερού και η επιλογή χημικών ουσιών επεξεργασίας έχουν αντίκτυπο στην φύση και τον όγκο της αποβάλλουσας ιλύος. Στην προσπάθεια εύρεσης ενός περιβαλλοντικά ορθού και αειφόρου τρόπου διαχείρισης της, η αποβάλλουσα ιλύς αναμίχθηκε με σχετικά άγονο έδαφος αγρού, και στη συνέχεια μελετήθηκε η φυτοτοξικότητα των στερεών δειγμάτων σε δυο είδη φυτών. Για τον προσδιορισμό τοξικών επιδράσεων στη βλάστηση των σπόρων γρασιδιού και την ανάπτυξη νεαρών φυτών μαρουλιού μελετήθηκε η επίδραση τριών καλλιεργητικών χειρισμών του εδάφους (μείγματα χώματος – ιλύος 85-15%, 70-30%, 55-45%). Κατά τη διάρκεια των φυτοτοξικών πειραμάτων γινόταν καθημερινή οπτική παρατήρηση και λαμβάνονταν πειραματικές μετρήσεις (πλάτος, μήκος φύλλου, αριθμός φύλλων, κλπ.), με σκοπό την τελική απεικόνιση της προόδου ανάπτυξης των φυτών. Η αξιολόγηση της καλλιέργειας φυτών σε χώμα εμπλουτισμένο με αποβάλλουσα λάσπη διυλιστηρίου νερού δεν έδειξε κανενός είδους φυτοτοξικότητα ή μετάπτωση των φυτών σε λήθαργο και η ανάπτυξη των φυτικών οργανισμών, δεν έδειξε να ήταν ανάλογη της αύξησης της συγκέντρωσης ιλύος στο έδαφος. Έτσι, τα παραγόμενα απόβλητα (ιλύς) από τη διαδικασία επεξεργασίας επιφανειακών νερών, μπορούν να αξιοποιηθούν ως μέσο ανάπτυξης φυτών με την συμπλήρωση-τροποποίηση των αναλογιών της λεπτής γης του εδάφους. Αποτέλεσμα αυτού του τρόπου θα είναι η περιβαλλοντική και αειφόρος διαχείριση της αποβάλλουσας ιλύος διυλιστηρίου νερού, καθώς και η ανάπτυξη και η αξιοποίηση της γης.