Aπό το Γραφείο Τύπου του Υπουργείου Περιβάλλοντος και Ενέργειας εκδόθηκε η ακόλουθη ανακοίνωση:

Το Εθνικό Σχέδιο για τη Διαχείριση Λυμάτων αποτελεί ουσιαστικά το ενοποιημένο σύνολο και των 13 Περιφερειακών Σχεδίων Λυμάτων της χώρας. Σήμερα οι οικισμοί σε μη συμμόρφωση είναι 269 -έναντι 213 που βρίσκονται σε συμμόρφωση, με τις ανάγκες χρηματοδότησης να αγγίζουν συνολικά τα 3,25 δισ. ευρώ. Σημειώνεται ότι οι πόροι θα καλυφθούν κυρίως από το τρέχον ΕΣΠΑ καθώς και από το νέο της περιόδου 2021-2027.

Ειδικότερα, το Εθνικό Σχέδιο για τη Διαχείριση Λυμάτων προβλέπει:

α) Να ολοκληρωθούν το συντομότερο οι μελέτες στους 38 οικισμούς που δεν έχουν μελέτες. Σε όλη τη χώρα αυτό προβλέπεται να γίνει το 2021, ενώ κάποιοι οικισμοί της Αττικής αναμένεται να έχουν ολοκληρώσει τις μελέτες τους το 2022.

β) Να ολοκληρωθούν εντός του 2021 οι μετρήσεις στους 26 οικισμούς που δεν έχουν πλήρεις μετρήσεις.

γ) Να υποβληθούν για χρηματοδότηση τα έργα για τη δημιουργία υποδομών στους 25 οικισμούς που οι εγκαταστάσεις τους παρουσιάζουν προβλήματα, στο πρόγραμμα Αντώνης Τρίτσης, ώστε εντός του 2021 να έχουν εγκεκριμένη χρηματοδότηση.

δ) Να προχωρήσουν άμεσα οι δημοπρατήσεις σε έργα διαχείρισης λυμάτων που έχει εγκριθεί η χρηματοδότηση τους. Υπάρχουν περίπου 25 μεγάλα έργα που ακόμα δεν έχουν δημοπρατηθεί, παρότι έχει εγκριθεί η χρηματοδότηση τους.

Επίσης, για τους μικρότερους οικισμούς, από 2.000 κατοίκους και κάτω, προγραμματίζεται να συνταχθεί θνικό σχέδιο, εντός του α’ εξαμήνου 2021, με προτεραιότητα σε εκείνους που έχουν τουριστική επιβάρυνση το καλοκαίρι καθώς και σε εκείνους που βρίσκονται σε ευαίσθητες περιβαλλοντικά περιοχές, ώστε με εθνικούς και κοινοτικούς πόρους από το νέο ΕΣΠΑ, να προχωρήσουν οι απαραίτητες υποδομές για τη διαχείριση των λυμάτων τους.

Υπογραμμίζεται ότι σχετικές νομοθετικές ρυθμίσεις που θα διευκολύνουν τη λειτουργικότητα των υποδομών στη διαχείριση των αστικών λυμάτων θα περιλαμβάνονται στο νομοσχέδιο για την Ανακύκλωση του Υπουργείου Περιβάλλοντος και Ενέργειας.

Στη συνεδρίαση της επιτροπής καθοδήγησης για το εθνικό επιχειρησιακό σχέδιο υποδομών λυμάτων για τους οικισμούς της χώρας συμμετείχαν: Ο Γενικός Γραμματέας Δημοσίων Επενδύσεων, Δημήτρης Σκάλκος, ο Γενικός Γραμματέας του Υπουργείου Εσωτερικών, Μιχάλης Σταυριανουδάκης, ο Ειδικός Γραμματέας Διαχείρισης προγραμμάτων ΕΤΠΑ και Ταμείου Συνοχής, Γιώργος Ζερβός, ο Περιφερειάρχης Θεσσαλίας, Κώστας Αγοραστός -ως εκπρόσωπος της Ένωσης Περιφερειών Ελλάδος- ο Αντιπρόεδρος της ΚΕΔΕ, Δημήτρης Καφαντάρης -ως εκπρόσωπος της ΚΕΔΕ- και ο Πρόεδρος της Ένωσης ΔΕΥΑ και Δήμαρχος Ρεθύμνου, Γιώργος Μαρινάκης. Συμμετείχαν επίσης ο επικεφαλής της DG Regio για την Ελλάδα και την Κύπρο κ. Carstern Rasmussen και ο αναπληρωτής του, Παναγιώτης Θάνου, εκπρόσωποι από το ΥΜΕΠΕΡΑΑ καθώς η τεχνική γραμματεία λυμάτων, που έχει αναλάβει τη σύνταξη του σχεδίου.

Ο Μανώλης Γραφάκος, για την έγκριση του Εθνικού Σχεδίου Διαχείρισης Λυμάτων, δήλωσε:

«Επιχειρούμε οργανωμένα και με εξασφαλισμένη χρηματοδότηση να βάλουμε ένα τέλος στην απαράδεκτη εικόνα του 56% των οικισμών στη χώρα που δεν διαθέτει σύγχρονη διαχείριση λυμάτων.

Επιχειρούμε να επιλύσουμε ένα σοβαρό ζήτημα που ταλανίζει τη χώρα από το 2005. 15 χρόνια μετά, αποτελεί υποχρέωσή μας να αλλάξουμε σελίδα!»

ΑΠΟ ΤΟ ΓΡΑΦΕΙΟ ΤΥΠΟΥ

Οι επιπτώσεις της εκβιομηχάνισης του 21^ου αιώνα στο περιβάλλον μας είναι ανυπολόγιστης σημασίας και μεγέθους..

Περισσότερα...

Τα φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά των αστικών και βιομηχανικών αποβλήτων διαφέρουν σημαντικά με βάση τη βιομηχανία, τις διαδικασίες και τις χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται. Σήμερα η τεχνολογία προσφέρει αποτελεσματικές βιολογικές εναλλακτικές λύσεις για τα παραδοσιακά προϊόντα δημοτικών και βιομηχανικών αποβλήτων, που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για ποικίλες βιομηχανίες. Οι λύσεις μικροβιακής βάσης μπορούν να απλοποιήσουν τις διαδικασίες επεξεργασιών βιομηχανικών υγρών , τη βελτίωση της απόδοσης και χαμηλότερο κόστος λειτουργίας.

Βιομηχανικά προϊόντα επεξεργασίας λυμάτων για τη βιομηχανία διύλισης

Η επεξεργασία του αργού πετρελαίου σε προϊόντα διύλισης καυσίμων και η παραγωγή των βιομηχανικών χημικών ουσιών από τα υποπροϊόντα της διύλισης, δημιουργεί ένα σημαντικό ποσό λυμάτων. Τα συστατικά και οι όγκοι των διυλιστηρίων και πετροχημικών λυμάτων διαφέρουν σημαντικά από την τεχνολογία διεργασίας διύλισης. Τα λύματα διυλιστηρίου αφορούν πιο συχνά στην απομάκρυνση των υδρογονανθράκων πετρελαίου, καθώς και μια σειρά από πτητικές και ημι-πτητικές οργανικές ύλες: αλκάνια, αλκένια, αρωματικές ενώσεις, φαινολικά, και παρόμοια. Λόγω της περιεκτικότητας σε θείο ορισμένων μορφών αργού πετρελαίου, η παραγωγή των θειούχων είναι επίσης πηγή ανησυχίας. Οι προηγμένες τεχνολογίες επεξεργασιών βιομηχανικών υγρών και λυμάτων, είναι ειδικά σχεδιασμένες για συστήματα υγρών αποβλήτων της βιομηχανίας και των πετροχημικών.

Βιομηχανικά προϊόντα επεξεργασίας λυμάτων για τη βιομηχανία χαρτοπολτού και χαρτιού

Το χαρτί μπορεί να παραχθεί σε μια ποικιλία τρόπων, μέσω και των φυσικών και χημικών μεθόδων, αν και η χημική πολτοποίηση είναι η πιο διαδεδομένη μέθοδος. Η χημική πολτοποίηση δημιουργεί λύματα που μπορεί να είναι εξαιρετικά δύσκολα για διαχείριση και μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα με τη διευθέτηση, τη θολότητα, την ενόχληση μικροοργανισμών και την οργανική εξέλιξη. Κατά την εργασία στην παραγωγή χαρτοπολτού και χαρτιού λυμάτων, οι υπεύθυνοι διαχείρισης βιομηχανικών υγρών θα πρέπει να ψάχνουν για θέματα που σχετίζονται με τις αλλαγές της πρώτης ύλης, τις διαρροές υγρού, τις καυστικές χημικές διαρροές, τα υψηλά φορτία θερμοκρασίας, καθώς και την προσθήκη αναστολέων από επιφανειοδραστικές ουσίες και βιοκτόνα. Οι προηγμένες τεχνολογίες επεξεργασίας βιομηχανικών υγρών, είναι ειδικά σχεδιασμένες για τις προκλήσεις της βιομηχανίας χαρτοπολτού και χαρτιού.

Βιομηχανικά προϊόντα επεξεργασίας λυμάτων για τη βιομηχανία τροφίμων και ποτών

Η παραγωγή των προϊόντων διατροφής μπορεί να δημιουργήσει ένα ρεύμα λυμάτων που είναι πλούσιο σε οργανικές ενώσεις, λίπη, έλαια και λίπη (ομίχλη), και θρεπτικά συστατικά. Για παράδειγμα, το γάλα είναι πλούσιο σε συγκεκριμένες οργανικές όπως υδατάνθρακες, πρωτεΐνες και λιπίδια. Αυτές οι οργανικές ενώσεις συμβάλλουν στην υψηλή βιολογική ζήτηση οξυγόνου (BOD), και οι πρωτεΐνες συμβάλλουν σε υψηλότερα επίπεδα αζώτου. Οι προηγμένες τεχνολογίες βιολογικών λυμάτων είναι ειδικά σχεδιασμένες για τη βιομηχανία τροφίμων και ποτών, συμπεριλαμβανομένης της βιοαποικοδόμησης των λιπών, των έλαιών και λιπών, και τη βελτίωση της παραγωγής βιοαερίου σε αναερόβιες μονάδες προεπεξεργασίας.

προϊόντα επεξεργασίας αστικών λυμάτων

Τα κύρια χαρακτηριστικά των αστικών λυμάτων μπορεί να χαρακτηριστούν ως φυσικά, χημικά και βιολογικά, και εξαρτώνται από τη χρήση της γης, την πυκνότητα του πληθυσμού, το χειρισμό ομβρίων υδάτων, τους βιομηχανικούς χρήστες και την ύδρευση. Οι σύγχρονες και προηγμένες τεχνολογίες βιολογικών λυμάτων έχουν σχεδιαστεί για εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων, ώστε να μεγιστοποιηθεί η αποτελεσματική απόδοση των εγκαταστάσεων μειώνοντας ταυτόχρονα το κόστος λειτουργίας και κάνοντας τις εγκαταστάσεις αυτές για την επεξεργασία βιομηχανικών υγρών και λυμάτων πιο εύκολο να λειτουργήσουν.

Η παρουσία ενώσεων του αζώτου στα υγρά απόβλητα γεννά την ανάγκη να εφαρμόζονται μέθοδοι για την αφαίρεσή τους, ώστε να προστατεύεται το περιβάλλον. Είναι γνωστό ότι το φαινόμενο του ευτροφισμού στους υδάτινους αποδέκτες οφείλεται κυρίως σε υψηλές συγκεντρώσεις αζωτούχων ενώσεων που προέρχονται από απορρίψεις υγρών αποβλήτων, καθώς και από τις απορροές γεωργικών εκτάσεων όπου έχουν χρησιμοποιηθεί αζωτούχα λιπάσματα.

Ειδικότερα, στα ανεπεξέργαστα υγρά απόβλητα οι αζωτούχες ενώσεις είναι οργανικές και ανόργανες. Στις ανόργανες κατατάσσονται τα αμμωνιακά ιόντα (ΝΗ4+) καθώς και τα νιτρικά (ΝΟ3-), ενώ στις οργανικές η ουρία (βασικό συστατικό των ούρων) και ποικίλες άλλες ενώσεις με προεξάρχουσες τις πρωτεΐνες (διαλυμένες και κολλοειδείς) και τα ενδιάμεσα προϊόντα της ενζυματικής τους διάσπασης (αμινοξέα,αμίνες).

Πρέπει να σημειωθεί ότι η πλήρης υδρολυτική ενζυματική διάσπαση των αζωτούχων οργανικών ουσιών που αναφέραμε, παράγει μεταξύ άλλων αμμωνιακά ιόντα που για συντομία θα αποκαλούνται εφεξής αμμωνία.

Μια τυπική ανάλυση ανεπεξέργαστων οικιακών υγρών αποβλήτων περιέχει περίπου 30 mg/l οργανικό άζωτο (δηλαδή δεσμευμένο στα μόρια των οργανικών ενώσεων ) και 50 mg/l ελεύθερη αμμωνία.

Στη περίπτωση βεβαίως που εξετάζουμε βιομηχανικά απόβλητα, ιδιαιτέρως βιομηχανιών τροφίμων , σφαγείων και κτηνοτροφικών εγκαταστάσεων, η συγκέντρωση των αζωτούχων ενώσεων (οργανικών και ανοργάνων) είναι συχνά πολλαπλάσια.

Όπως είναι γνωστό, κατά τη διάρκεια ενός βιολογικού καθαρισμού η αναπτυσσόμενη στον βιοαντιδραστήρα βιομάζα που χρησιμοποιεί ως υπόστρωμα (τροφή) το οργανικό φορτίο των αποβλήτων, αποτελείται κυρίως από βακτηρίδια των οποίων το κυτταρόπλασμα, δηλαδή το υλικό κατασκευής τους, απαρτίζεται από μια πληθώρα σύνθετων μεγαλομορίων με κύριο συστατικό τις πρωτεΐνες. Έχει υπολογιστεί ότι η επί ξηρού βάρους περιεκτικότητα της βιομάζας σε άζωτο είναι της τάξης του 12%. Συνεπώς, εάν για παράδειγμα η συγκέντρωση της βιομάζας στον βιοαντιδραστήρα υπό συνθήκες ισορροπίας είναι 3000 mg/l ανάμικτου υγρού, το χημικώς δεσμευμένο σε αυτήν άζωτο διατηρείται συνεχώς στο επίπεδο των 360 mg/l ανάμικτου υγρού. Άρα για κάθε κιλό παραγόμενης βιομάζας αναλίσκονται 120 γρ. αζώτου. Το άζωτο αυτό αξιοποιείται από τα βακτηρίδια (κυρίως υπό μορφήν αμμωνίας) αποσπώμενο, μέσω βιοχημικών διεργασιών, από τις αζωτούχες ενώσεις που περιέχονται στα υγρά απόβλητα.

Εκτός όμως από το δεσμευμένο στη βιομάζα άζωτο, παρατηρούμε ότι συχνά ανιχνεύεται στον βιοαντιδραστήρα αδέσμευτο άζωτο, κυρίως ως ελεύθερη αμμωνία. Η συγκέντρωση του αδέσμευτου αζώτου εξαρτάται από τη διαφορά μεταξύ του συνολικού αζώτου των ανεπεξέργαστων αποβλήτων και του δεσμευμένου στη βιομάζα καθώς και από τη συγκέντρωση του αζώτου που ελευθερώνεται μετά από τη λύση του κυτταροπλάσματος των νεκρών βακτηριδίων. Είναι συνεπώς αναγκαία η εφαρμογή πρόσθετων μεθόδων επεξεργασίας ώστε να μειωθεί η συγκέντρωση της περίσσειας του αζώτου στα υπό επεξεργασία απόβλητα.

Στην προκειμένη περίπτωση η μείωση του αζώτου επιτυγχάνεται με την εφαρμογή βιολογικής επεξεργασίας η οποία χωρίζεται σε δύο διακριτά στάδια.

Το πρώτο στάδιο που ονομάζεται νιτρικοποίηση (nitrification) αποσκοπεί στη μετατροπή της ελεύθερης αμμωνίας (ΝΗ4+) σε νιτρικά ιόντα (ΝΟ3-), ενώ το δεύτερο που ονομάζεται απονιτρικοποίηση (denitrification) αποσκοπεί στη μετατροπή των νιτρικών ιόντων σε αέριο άζωτο (Ν2) που ελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα. Στη συνέχεια αναπτύσσονται οι δύο αυτές μέθοδοι.

Νιτρικοποίηση

Ο γενικός πληθυσμός των διαφόρων ειδών βακτηριδίων που αναπτύσσονται στον βιοαντιδραστήρα ενός βιολογικού καθαρισμού αξιοποιώντας ως υπόστρωμα (τροφή) τις οργανικές ουσίες των αποβλήτων, ανήκει στην κατηγορία των αερόβιων ετερότροφων μικροοργανισμών. Αυτό σημαίνει ότι οι αναγκαίες και ικανές συνθήκες για τη διατήρηση της ζωής στον βιοαντιδραστήρα είναι η παρουσία διαλυμένου οξυγόνου, βιοαποικοδομήσιμης οργανικής ύλης, καθώς και μακροθρεπτικών (άζωτο,φώσφορος) και μικροθρεπτικών (ιχνοστοιχεία) ουσιών. Επίσης, δεν θα πρέπει να ανιχνεύονται ουσίες που δρούν τοξικά επι του βακτηριδιακού πληθυσμού.

Σε αντίθεση με τα αερόβια, ετερότροφα βακτηρίδια που ήδη αναφέραμε, τα βακτηρίδια που είναι ικανά να μετατρέψουν (οξειδώσουν) την αμμωνία σε νιτρικά ιόντα ανήκουν στη κατηγορία των αεροβίων αυτοτρόφων μικροοργανισμών. Οι μικροοργανισμοί αυτοί αξιοποιούν το διαλυμένο οξυγόνο ως αποδέκτη ηλεκτρονίων μέσω της ενζυματικής αφυδρογόνωσης της αμμωνίας με αποτέλεσμα το σθένος του αζώτου απο –3 στο ιόν ΝΗ4+ να γίνει +5 στο ιόν ΝΟ3-1 και του Ο2 από 0 να γίνει –2 στο παραγόμενο Η2Ο. Με τον τρόπο αυτό τα βακτηρίδια χρησιμοποιούν την ενέργεια που παράγεται από τη βιοχημική αυτή οξείδωση ώστε να υποστηρίζονται οι  μεταβολικές λειτουργίες  (καταβολισμός).

Σε ό,τι αφορά τον πολλαπλασιασμό τους (αναβολισμό), αξιοποιούν ως πηγή άνθρακα ανόργανες διαλυμένες ουσίες όπως διοξείδιο του άνθρακος, όξινα ανθρακικά, ανθρακικά ιόντα κ.λ.π.

Στη διαδικασία που περιγράψαμε εμπλέκονται δύο διακριτά είδη βακτηριδίων.

Συγκεκριμένα:

-          το είδος nitrosomonas μετατρέπει την αμμωνία σε νιτρώδη ιόντα (ΝΟ2-) σύμφωνα με την αντίδραση  2ΝΗ4+ 3Ο2  à 2ΝΟ2- + 2Η+  + 2Η2Ο

-          το είδος nitrobacter μετατρέπει τα νιτρώδη ιόντα σε νιτρικά σύμφωνα με την αντίδραση   2ΝΟ2-  + Ο2  à 2ΝΟ3-

Σημειώνεται ότι η ταχύτητα με την οποία ολοκληρώνεται η πρώτη αντίδραση είναι πολύ μικρότερη από της δεύτερης και κατά συνέπεια η ανάπτυξη του είδους nitrosomonas είναι εκείνη που ορίζει την συνολική ταχύτητα οξείδωσης της αμμωνίας.

Επίσης, αυτό που παρατηρούμε είναι ότι η νιτρικοποίηση προκαλεί μείωση του pH (παραγωγή Η+), ενώ οι ανάγκες σε διαλυμένο οξυγόνο είναι ιδιαιτέρως υψηλές. Για την οξείδωση 1 μέρους βάρους αμμωνίας απαιτούνται 4,5 μέρη βάρους διαλυμένου οξυγόνου.

Τέλος, για την εξασφάλιση πηγών άνθρακα ανόργανης προέλευσης σημαντικό ρόλο παίζει η συνολική αλκαλικότητα των αποβλήτων (περιεκτικότητα σε όξινα ανθρακικά και ανθρακικά ιόντα). Απόβλητα με πολύ χαμηλή αλκαλικότητα δεν είναι σε θέση να υποστηρίξουν την ικανοποιητική ανάπτυξη των νιτρικοποιητικών βακτηριδίων.

Έχει παρατηρηθεί ότι ο γενικός πληθυσμός των βακτηριδίων που έχουν ως πηγή άνθρακος τις οργανικές ουσίες, πολλαπλασιάζεται πολύ ταχύτερα από ό,τι τα νιτρικοποιητικά βακτηρίδια. Κατά συνέπεια εάν  ο ρυθμός απομάκρυνσης της περίσσειας της βιομάζας είναι υψηλός (ηλικία βιολογικής λάσπης < 5 ημερών) δεν υπάρχει επαρκής χρόνος για την ικανοποιητική ανάπτυξη των νιτρικοποιητικών βακτηριδίων. Θα πρέπει να διατηρείται εντός του βιοαντιδραστήρα βιομάζα ηλικίας κατά προτίμηση άνω των 15 ημερών. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της συνεχούς ανακυκλοφορίας της βιομάζας από τη δεξαμενή δευτεροβάθμιας καθίζησης προς τον βιοαντιδραστήρα η οποία συχνά είναι της τάξης του 100 έως 200% της παροχής (όγκος ανά μονάδα χρόνου) των εισερχομένων αποβλήτων.

Η ανάγκη για τη διατήρηση μεγάλης ηλικίας βιομάζας στον βιοαντιδραστήρα μέσω της συνεχούς ανακυκλοφορίας ώστε να δοθεί αρκετός χρόνος για την ανάπτυξη των νιτρικοποιητών οδηγεί στην κατασκευή βιοαντιδραστήρων μεγάλων διαστάσεων με υψηλές απαιτήσεις αερισμού ώστε το διαλυμένο οξυγόνο να διατηρείται συνεχώς σε τουλάχιστον 2 mg/l. Αυτό συνεπάγεται, υψηλότερο κόστος κατασκεύης καθώς και λειτουργίας των μονάδων επεξεργασίας. Μια αρκετά ελκυστική λύση που οπωσδήποτε μειώνει τη δαπάνη επεξεργασίας είναι η χρήση ετοίμων καλλιεργειών νιτρικοποιητών, προϊόντων βιοτεχνολογίας, οι οποίοι προστίθενται στον βιοαντιδραστήρα.

Τέτοια προϊόντα διατίθενται στην αγορά (όπως π.χ. το LLMO)

Είναι προφανές ότι τα νιτρικοποιητικά βακτηρίδια αποτελούν μια ειδική ομάδα η οποία δεν ανήκει στον γενικό βακτηριδιακό πληθυσμό ενός βιαντιδραστήρα που έχει ως κύριο έργο την αποικοδόμηση της οργανικής ύλης. Άρα η χρήση των έτοιμων καλλιεργειών διασφαλίζει τον επαρκή πολλαπλασιασμό τους που οδηγεί στην ποσοτική νιτρικοποίηση της αμμωνίας (τουλάχιστον 90%), ανεξαρτήτως των συνθηκών ανακυκλοφορίας. Σε περίπτωση που η αρχική συγκέντρωση της αμμωνίας είναι πολύ μεγάλη, μέχρι και 500 mg/l, και οι απαιτήσεις αφαίρεσης υπεβαίνουν το 95% πιθανόν να απαιτείται η εφαρμογή διβάθμιας νιτρικοποίησης. Στην προκειμένη περίπτωση είναι αναγκαία η χρησιμοποίηση των έτοιμων καλλιεργειών.

Απονιτρικοποίηση

Η οριστική αφαίρεση του αζώτου επιτυγχάνεται κυρίως με τη μετατροπή (αναγωγή) των νιτρικών ιόντων σε αέριο άζωτο το οποίο στη συνέχεια εκλύεται στη ατμόσφαιρα.

Η μετατροπή αυτή γίνεται με την εφαρμογή ειδικής βιολογικής μεθόδου μέσω σειράς ενζυματικών βιοχημικών αντιδράσεων σε ανοξικό περιβάλλον δηλαδή σε βιοαντιδραστήρα όπου το διαλυμένο οξυγόνο είναι DO <= 0,1 mg/l.

Οι βιοχημικές αντιδράσεις ανήκουν στον καταβολικό κύκλο του εμπλεκόμενου βακτηριδιακού πληθυσμού με σκοπό τη κάλυψη των ενεργειακών του αναγκών.

Συγκεκριμένα πραγματοποιείται η βιολογική οξείδωση των οργανικών ουσιών μέσω διαδοχικών ενζυματικών αφυδρογονώσεων και τα νιτρικά ιόντα χρησιμοποιούνται ως οι τελικοί αποδέκτες των ηλεκτρονίων που έχουν ελευθερωθεί κατά τη διαδικασία αυτή. Το άζωτο με σθένος +5 στα νιτρικά ιόντα ανάγεται σε αέριο άζωτο με σθένος 0.

2ΝΟ3- + 6Η+ + 10e- à N2 + 6OH-

Κατά την απονιτρικοποίηση παρατηρείται αύξηση του pH (παραγωγή ΟΗ-)

Εάν εφαρμοσθεί σε μια μονάδα καθαρισμού αποβλήτων η όλη διαδικασία νιτρικοποίησης-απονιτρικοποίησης, για μεν τη νιτρικοποίηση χρειάζονται 4,5 μέρη βάρους διαλυμένου οξυγόνου για κάθε μέρος βάρους αμμωνιακού αζώτου, ενώ κατά την απονιτρικοποίηση, η οποία είναι μια ανοξική διαδικασία, εξοικονομούνται 2,9 μέρη βάρους οξυγόνου, δεδομένου ότι στη βιοχημική οξείδωση των οργανικών ουσιών συμμετέχει το δεσμευμένο στα νιτρικά ιόντα οξυγόνο. Κατά συνέπεια για κάθε μέρος βάρους αζώτου που τελικά ελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα, έχουν απαιτηθεί στην πραγματικότητα 2,4 μέρη βάρους διαλυμένου οξυγόνου. Η ποσότητα αυτή αντιστοιχεί περίπου στο 20% των συνολικών αναγκών της μονάδας σε διαλυμένο οξυγόνο, ενώ εάν εφαρμοζόταν μόνο η νιτρικοποίηση θα αντιστοιχούσε περίπου στο 35% των αναγκών.

Τα βακτηρίδια που αναλαμβάνουν το έργο της απονιτρικοποίησης ανήκουν στη κατηγορία των δυνητικών ετερότροφων μικροοργανισμών. Ο όρος δυνητικός υποδηλώνει ότι οι μικροοργανισμοί αυτοί έχουν τη δυνατότητα να λειτουργήσουν είτε σε αερόβιο (παρουσία διαλυμένου οξυγόνου), είτε σε αναερόβιο-ανοξικό περιβάλλον (απουσία διαλυμένου οξυγόνου – διαλυμένο οξυγόνο <= 0,1 mg/l).

Ως ετερότροφοι μικροοργανισμοί, χρησιμοποιούν τις οργανικές ενώσεις ως πηγή άνθρακα για να υποστηρίξουν τις μεταβολικές τους λειτουργίες. Συγκεκριμένα η απουσία ή η πολύ χαμηλή συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου διαφοροποιούν εν μέρει την ενζυματική οξείδωση των οργανικών ουσιών για την παραγωγή ενέργειας που έχει ως αποτέλεσμα και την μετατροπή των νιτρικών ιόντων σε αέριο άζωτο.

Τα είδη των δυνητικών ετερότροφων βακτηριδίων συμπεριλαμβάνονται στον γενικό βακτηριδιακό πληθυσμό που αναπτύσσεται στις μονάδες αερόβιου βιολογικού καθαρισμού και διαφοροποιούν τον τρόπο λειτουργίας τους εφόσον βρεθούν σε αερόβιο-ανοξικό περιβάλλον. Για το λόγο αυτό η απονιτρικοποίηση πραγματοποιείται σε ειδικό ανοξικό βιοαντιδραστήρα εντός του οποίου θα πρέπει να ισχύουν οι ακόλουθες συνθήκες:

-          πολύ χαμηλή συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου ( DO <= 0,1 mg/l)

-          υψηλή συγκέντρωση νιτρικών ιόντων

-          ικανοποιητική συγκέντρωση οργανικών ουσιών ως υπόστρωμα (τροφή) των βακτηριδίων

-          βιομάζα στην οποία συμπεριλαμβάνονται δυνητικά ετερότροφα βακτηρίδια 

Για την ικανοποίηση των συνθηκών αυτών, υπάρχουν δύο βασικές σχεδιαστικές προσεγγίσεις:

1. Ο ανοξικός βιοαντιδραστήρας τοποθετείται πριν από τον αερόβιο στην αρχή της μονάδας καθαρισμού.

Στην προκειμένη περίπτωση:

-          οι οργανικές ουσίες προέρχονται από τα εισερχόμενα στη μονάδα ανεπεξέργαστα απόβλητα

-          τα νιτρικά ιόντα εξασφαλίζονται μέσω της ανακυκλοφορίας ανάμικτου υγρού από τον αερόβιο βιοαντιδραστήρα στον οποίο έχει ολοκληρωθεί η διαδικασία της νιτρικοποίησης

-          ο βακτηριδιακός πληθυσμός εξασφαλίζεται μέσω της ανακυκλοφορίας βιομάζας από τη δεξαμενή δευτεροβάθμιας καθίζησης που έπεται του αερόβιου βιοαντιδραστήρα (περίπου 40% της συνολικής ανακυκλοφορίας) .

Με τη μέθοδο αυτή δεν επιτυγχάνεται συνήθως η ποσοτική απονιτρικοποίηση δεδομένου ότι μέρος του ανάμικτου υγρού δεν ανακυκλοφορεί στον ανοξικό βιοαντιδραστήρα.

Πλεονέκτημα της μεθόδου είναι η υψηλή ταχύτητα απονιτρικοποίησης λόγω της ιδιαίτερα γρήγορης ανάπτυξης των απονιτροποιητικών βακτηριδίων σε περιβάλλον με άφθονο υπόστρωμα (τροφή). Η όλη διαδικασία διαρκεί 30 έως 60 λεπτά γεγονός που συνεπάγεται την κατασκευή ανοξικού βιοαντιδραστήρα μικρών διαστάσεων.

2. Ο ανοξικός βιοαντιδραστήρας τοποθετείται μετά την αερόβια επεξεργασία.

Στην προκειμένη περίπτωση μετά το πέρας της αερόβιας επεξεργασίας και αφού έχει ολοκληρωθεί η διαδικασία της απονιτρικοποήσης, τα πλούσια σε νιτρικά ιόντα επεξεργασμένα απόβλητα οδηγούνται σε ανοξικό βιοαντιδραστήρα στον οποίο αναπτύσσεται η κατάλληλη βιομάζα που ως πηγή άνθρακα χρησιμοποιεί οργανικές ουσίες που προστίθενται ειδικά για το σκοπό αυτό. Τέτοιες ουσίες είναι η μεθανόλη, το οξικό οξύ κ.λ.π.

Πλεονέκτημα της μεθόδου είναι ότι επεξεργάζεται τον συνολικό όγκο των αποβλήτων και κατά συνέπεια επιτυγχάνονται μεγαλύτερα ποσοστά αφαίρεσης του συνολικού αζώτου. Υπό αυτές πάντως τις συνθήκες, η ταχύτητα με την οποία αναπτύσσοντα οι απονιτρικοποιητές είναι μικρή, με αποτέλεσμα να απαιτείται μεγαλύτερος  χρόνος επαφής των αποβλήτων με τη βιομάζα και άρα η κατασκευή βιοαντιδραστήρων μεγάλων διαστάσεων καθώς και δεξαμενής καθιζήσεως για το διαχωρισμό και την ανακυκλοφορία της ανοξικής βιομάζας. Σημαντική  βελτίωση της κατάστασης επιτυγχάνεται εάν χρησιμοποιηθούν εξαρχής έτοιμες καλλιέργειες απονιτρικοποιήτων, προϊόντα βιοτεχνολογίας.

Σε περιπτώσεις που απαιτείται η ποσοτική αφαίρεση μεγαλών αρχικών συγκεντρώσεων αζωτούχων ενώσεων στα ανεπεξέργαστα απόβλητα είναι δυνατός ο συνδυασμός των δύο αυτών μεθόδων καθώς και ορισμένων άλλων παραλλαγών.

Αθήνα, 23-4-2019

Φιλοκτήτης Α Βεϊνόγλου                                                                

       Χημικός περιβαλλοντολόγος (M.Sc)

 Η ανάπτυξη τεχνολογιών για τη διαχείριση και επεξεργασία αστικών λυμάτων αποτελεί έναν παγκόσμιο στόχο...

Περισσότερα...

Η ρύπανση του περιβάλλοντος και η συνεχώς αυξανόμενη παραγωγή οικιακών και βιομηχανικών αποβλήτων είναι ένα μείζον πρόβλημα που αντιμετωπίζει η ανθρωπότητα. Το πρόβλημα προκαλεί σημαντική περιβαλλοντολογική υποβάθμιση και απασχολεί έναν κατακόρυφα αυξανόμενο αριθμό επιστημόνων. Στόχος τους αποτελεί η επεξεργασία των οργανικών αποβλήτων οικιακής και βιομηχανικής προέλευσης και η επεξεργασία των χημικών λασπών που προκύπτουν από αυτήν. Η αποτελεσματική διαχείριση των οργανικών λυμάτων (στα οργανικά λύματα κατατάσσονται: χαρτί, χαρτόνι, υφάσματα λάστιχα, δέρματα, ξύλα και απορρίμματα κήπων, παναγιωτακόπουλος Δ (2002) «Βιώσιμη διαχείριση αστικών στερεών αποβλήτων», εκδόσεις Ζυγός, Θεσσαλονίκη) είναι μάλιστα ένας στόχος που τίθεται σε παγκόσμιο επίπεδο, στο πλαίσιο της μέριμνας για έναν πράσινο και βιώσιμο πλανήτη.

Η επεξεργασία αέρος και η αναερόβια επεξεργασία οργανικών αποβλήτων αποτελούν δυο ευρέως διαδεδομένες μεθόδους διαχείρισης λυμάτων.

Η αναερόβια επεξεργασία είναι μια μέθοδος επεξεργασίας λυμάτων με τη βοήθεια βακτηριδίων υπό αναερόβιες συνθήκες (δηλαδή κάτω από συνθήκες απουσίας οξυγόνου). Κατά τη διαδικασία της επεξεργασίας οργανικών αποβλήτων με τη μέθοδο αυτή, αποδομούνται οι οργανικές ενώσεις που εμπεριέχονται στα απόβλητα με κύριο στόχο την παραγωγή της μεγίστης δυνατής ποσότητας βιοαερίου και την περαιτέρω αξιοποίησή του για την παραγωγή ενέργειας.

Η διεργασία της αναερόβιας χώνευσης είναι μια φυσική διαδικασία, η οποία μπορεί να οριστεί ως μια βιολογική διεργασία κατά την οποία ένα οργανικό υλικό, σε συνθήκες απουσίας οξυγόνου, μετατρέπεται σε μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα. Πρόκειται για μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων με παράλληλες αντιδράσεις. Σε πρώτο στάδιο, σύνθετες πολυμερικές ενώσεις υδρολύονται από εξωκυτταρικά ένζυμα σε διαλυτά παράγωγα μικρότερου μεγέθους, ώστε να μπορέσουν να εισχωρήσουν στο εσωτερικό του κυττάρου. Αυτές οι ενώσεις ζυμώνονται ή οξειδώνονται αναερόβια σε λιπαρά οξέα, αλκοόλες, διοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο, μεθάνιο και αμμωνία.

Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται στην Ελλάδα για την επεξεργασία των αποβλήτων που προέρχονται από τον πρωτογενή τομέα, όπως παραδείγματος χάριν τα χοιροστάσια, τα βουστάσια, τις αγροτικές καλλιέργειες, τα σφαγεία, τα τυροκομεία κτλ. Μετρήσεις έχουν δείξει ότι τα παραγόμενα οργανικά απόβλητα αυτών των πρωτογενών τομέων ανέρχονται σε 17.439.599 τόνους κάθε χρόνο. Σύμφωνα με έρευνες και επιστημονικές μελέτες, η αναερόβια επεξεργασία αυτών αποτελεί την πιο συμφέρουσα βιολογική μέθοδο διαχείρισής τους, χάρη στην υψηλή ανάκτηση ενέργειας (παραγωγή βιοαερίου) και των περιορισμένων περιβαλλοντολογικών επιπτώσεων.

Τα πλεονεκτήματα της αναερόβιας επεξεργασίας είναι τα ακόλουθα:

• μικρή παραγωγή ιλύος
• υψηλή απόδοση επεξεργασίας
• χαμηλό αρχικό κεφάλαιο
• μη απαίτηση οξυγόνου
• παραγωγή καυσίμου (μεθανίου)
• μικρές απαιτήσεις σε θρεπτικά
• χαμηλό λειτουργικό κόστος

Τα υποπροϊόντα της αναερόβιας επεξεργασίας χρησιμοποιούνται περαιτέρω, γεγονός που την καθιστά την καταλληλότερη μέθοδο επεξεργασίας λυμάτων:

α. Το βιοαέριο, όπου ανάλογα με την παραγόμενη ποσότητα του μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί από το σύστημα αναερόβιας επεξεργασίας οργανικών αποβλήτων, ενώ υπάρχει και η δυνατότητα αξιοποίησής του σε πολλές εφαρμογές (πράσινη ενέργεια) όπως παραδείγματος χάριν τη θέρμανση κτηρίων και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

β. Η βιολάσπη, όπου μετά την επεξεργασία της (αφυδάτωση ή ξήρανση), είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί ως υλικό για βιολύπανση ή με περαιτέρω επεξεργασία ως λίπασμα.

γ. Το υγρό κλάσμα, το οποίο παράγεται από την αφυδάτωση της βιολάσπης και συνήθως πρέπει να επεξεργαστεί περαιτέρω σε μονάδα αερόβιας επεξεργασίας προτού διατεθεί πίσω στο περιβάλλον.

Ο όρος βιοεξυγείανση (μετ. του όρου bioremediation) είναι γενικός και αποδίδει την οποιαδήποτε βιολογική επεξεργασία που σχετίζεται με τη διάσπαση της οργανικής ύλης. Χρησιμοποιείται κυρίως στα εγχειρίδια της γενικής (ή και περιβαλλοντικής) μικροβιολογίας.

Στη περίπτωση του βιολογικού καθαρισμού η οργανική ύλη (οργανικοί ρύποι) χρησιμοποιείται κυρίως από ετερότροφα βακτηρίδια (αερόβια ή αναερόβια) ως υπόστρωμα (τροφή) για τη κάλυψη των μεταβολικών τους αναγκών. Ως αποτέλεσμα έχομε την διάσπαση των οργανικών ρύπων με ταυτόχρονη παραγωγή νέων βακτηριδίων.

Ο μεταβολισμός των βακτηριδίων διακρίνεται σε καταβολισμό και αναβολισμό.

Ο καταβολισμός περιλαμβάνει όλες τις εσωτερικές κυτταρικές λειτουργίες που αποσκοπούν στη παραγωγή ενέργειας που είναι αναγκαία για την ομαλή τους λειτουργία. Η ενέργεια αυτή υπό μορφή κυρίως χημικής ενέργειας στηρίζει τις βιοχημικές διεργασίες που είναι απαραίτητες για τον αναβολισμό των βακτηριδίων, δηλαδή τον πολλαπλασιασμό τους (παραγωγή νέου κυτταροπλάσματος) καθώς και για την παραγωγή πολύπλοκων ουσιών μεγάλου μοριακού βάρους που αποθηκεύονται στο κυτταρόπλασμα και χρησιμοποιούνται σε περιόδους έλλειψης υποστρώματος ώστε να διατηρηθεί η ζωή.

Είναι προφανές ότι οι δύο διακριτές διεργασίες του καταβολισμού και αναβολισμού είναι στη πραγματικότητα αλληλένδετες δεδομένου μάλιστα ότι οι βιοχημικές αντιδράσεις είναι αμφίδρομες, που σημαίνει ότι μια ορισμένη αντίδραση κατά τη μία φορά εντάσσεται στις καταβολικές λειτουργίες ενώ κατά την άλλη στις αναβολικές.

Όλες οι βιοχημικές αντιδράσεις που ρυθμίζουν τη ζωή των βακτηριδίων καταλύονται από ένζυμα η παραγωγή των οποίων σε ό,τι αφορά το είδος και την διαθεσιμότητα ελέγχεται από το γενετικό υλικό (γονιδίωμα από DNA,RNA). Σημειώνεται ότι τα βακτηρίδια είναι προκαριωτικοί μικροοργανισμοί που σημαίνει ότι το κύτταρο δεν διαθέτει διακριτά δομημένο πυρήνα στον οποίο να είναι εγκλεισμένο το γενετικό τους υλικό (γονιδίωμα).

Ο αερόβιος βιολογικός καθαρισμός στηρίζεται στη δράση αερόβιων ετερότροφων βακτηριδίων. Τα αερόβια βακτηρίδια κατά τη φάση του καταβολισμού οξειδώνουν οργανικές ουσίες του υποστρώματος και τα ιόντα υδρογόνου που αποσπώνται κατά την πολύπλοκη αυτή βιοχημική διεργασία έχουν ως τελικό αποδέκτη το διαλυμένο οξυγόνο του βιοαντιδραστήρα, το οποίο ανάγεται (από σθένος 0 σε σθένος –2) με αποτέλεσμα την παραγωγή μορίων νερού (Η2Ο). Εν προκειμένω η παραγόμενη χημική ενέργεια αξιοποιείται από τη διαδικασία του αναβολισμού με τελικό αποτέλεσμα την παραγωγή νέας βιομάζας.

Βασικό κριτήριο για την ομαλή λειτουργία ενός αερόβιου βιολογικού καθαρισμού είναι η ιδιότητα της βιομάζας να διαχωρίζεται με ευκολία από τα καθαρισμένα απόβλητα. Αυτό προϋποθέτει τον σχηματισμό συνεκτικών βακτηριδιακών συσσωματωμάτων ειδικού βάρους μεγαλύτερου του νερού. Ο σχηματισμός των συσσωματωμάτων ευνοείται όταν το ενεργειακό απόθεμα των βακτηριδίων είναι περιωρισμένο, όταν δηλαδή λειτουργούν στη λεγόμενη ενδογενή φάση (ενδογενής διαπνοή).

 Κατά την ενδογενή διαπνοή ο μεταβολισμός των βακτηριδίων στηρίζεται εν μέρει στο διαθέσιμο υπόστρωμα και εν μέρει στην χρήση ουσιών αποθηκευμένων στο κυτταρόπλασμα. Εγκαθίσταται συνεπώς μια δυναμική ισορροπία και στα συσσωματώματα περιέχονται ζώντα και νεκρά βακτηρίδια, ροφημένη οργανική και ανόργανη ύλη, έρποντα και αγκυρωμένα πρωτόζωα τα οποία αξιοποιούν ως πηγή τροφής την νεκρή βακτηριδιακή ύλη καθώς και μετάζωα. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα συσσωματώματα δομούνται επάνω σε ένα δίκτυο από πολύπλοκες μεγαλομοριακές ουσίες (υδατανθρακικής και πρωτεϊνικής σύστασης με μικτά υδρόφοβα και υδρόφιλα χαρακτηριστικά) που αποτελούν προϊόντα του βακτηριδιακού μεταβολισμού.

Στη πράξη η συνεκτικότητα των βακτηριδιακών συσσωματωμάτων ελέγχεται από τον λόγο F/M όπου το F εκφράζει σε kg BOD5(ή COD)/day το διαθέσιμο οργανικό φορτίο (υπόστρωμα), ενώ το M σε kg MLSS(ή MLVSS) εκφράζει τη συγκέντρωση της βιομάζας στον βιοαντιδραστήρα. Σκόπιμο είναι ο λόγος αυτός να διατηρείται χαμηλός (F/M < 0,1) ώστε το σύστημα να λειτουργεί συνεχώς στην ενδογενή φάση. Ρυθμιστικός παράγοντας εν προκειμένω είναι ο έλεγχος της ανακυκλοφορίας της βιομάζας (βιολογικής λάσπης) που συνεπάγεται και την κατά περιόδους αφαίρεση περίσσειας βιολογικής λάσπης.

Τα σύγχρονα αερόβια βιολογικά συστήματα επιδιώκουν την παραγωγή όσο το δυνατόν μικρότερης ποσότητας περίσσειας λάσπης και με υψηλό βαθμό σταθεροποιήσης. Ο βαθμός σταθεροποίησης εξαρτάται από το ποσοστό της αδρανούς  οργανικής ύλης η οποία αποτελείται από ουσίες που δεν διασπώνται περαιτέρω βιολογικά.

Κατά συνέπεια η περίσσεια της λάσπης θα πρέπει

1. Να  είναι πλήρως απαλλαγμένη από ροφημένες βιοδιασπώμενες οργανικές ουσίες μεγάλου μοριακού βάρους. Αυτό σημαίνει ότι τα είδη των βακτηριδίων που έχουν αναπτυχθεί στη βιομάζα θα πρέπει να είναι ικανά να παράγουν στην εξωτερική επιφάνεια του κυτταροπλάσματος τα κατάλληλα υδρολυτικά εξωένζυμα ώστε τα μεγαλομόρια να διασπασθούν σε απλούστερα ικανά να εισέλθουν,μέσω του κυτταρικού τοιχώματος και της περικυτταρικής μεμβράνης, στο εσωτερικό των βακτηριδίων. Σε ορισμένες μάλιστα περιπτώσεις, όταν το υπόστρωμα περιέχει δυσδιάσπαστες χημικές ουσίες υπό κολλοειδή ή αδιάλυτη μορφή, τα βακτηρίδια θα πρέπει να αναπτύξουν κατάλληλους μηχανισμούς παραγωγής εξειδικευμένων εξωενζύμων.
2. Να περιέχει σε μεγάλο ποσοστό αδρανή τελικά προϊόντα μεταβολισμού, όπως είναι τα χουμικά οξέα καθώς και την αδιάλυτη ανόργανη ύλη που έχει ροφηθεί και προσροφηθεί στο πλέγμα στήριξης των συσσωματωμάτων. 

Ειδικότερα τα χουμικά οξέα είναι ιδιαιτέρως σύνθετες οργανικές ενώσεις πολύ μεγάλου μοριακού βάρους που περιέχουν πλήθος καρβοξυλομάδων και φαινολικών υδροξυλομάδων και που με βάση τη βιβλιογραφία η συγκέντρωσή τους στη βιομάζα κυμαίνεται από 20 έως 200 mg/g VSS 

Σύμφωνα με τα όσα αναπτύχθηκαν είναι προφανές ότι η βιοαποικοδόμηση της οργανικής ύλης οδηγεί στη δημιουργία νέας οργανικής ύλης υπό τη μορφή του βακτηριδιακού κυτταροπλάσματος. Είναι προφανές ότι στους βιολογικούς καθαρισμούς η περίσσεια της βιομάζας δεν είναι δυνατόν να εξαλειφθεί πλήρως. Σ’αυτό άλλωστε συνηγορεί και το γεγονός ότι στα ειδικά συστήματα περαιτέρω βιολογικής επεξεργασίας της βιολογικής λάσπης, αερόβια ή αναερόβια, ο αναμενόμενος βαθμός απόδοσης σε ό,τι αφορά τη μείωση της αρχικής οργανικής ύλης της βιομάζας , δεν ξεπερνά το 60-70% .

Βεβαίως σε περίπτωση που η βιομάζα έχει αναπτύξει με ιδιαίτερη επιτυχία την αποικοδομητική της δράση ιδιαιτέρως σε ό,τι αφορά δυσδιάσπαστες κολλοειδείς και αδιάλυτες οργανικές ουσίες, ενώ παράλληλα βρίσκεται υπό άριστες συνθήκες οργάνωσης και λειτουργίας των  βακτηριδιακών συσσωματωμάτων , θα πρέπει να αναμένεται μια εύλογη μείωση της περίσσειας της βιομάζας κατά 50% περίπου. Προς την κατεύθυνση αυτή σκόπιμη είναι η χρήση εξειδικευμένων βακτηριδιακών καλλιεργειών- προϊόντων βιοτεχνολογίας,κυρίως όταν πρόκειται να υποστούν επεξεργασία «δύσκολα» βιομηχανικά απόβλητα.

Επιλεγμένη βιβλιογραφία

1. Microorganisms in activated sludge and biofilm processes,Water science and technology, Vol.46,no ½,2002
2. Ross E McKinney, Microbiology for sanitary engineers,N.Y,1962
3. Sewage sludge stabilisation and disinfection, edited by Alan Bruce, WRC, 1984

Φ.Α.Βεϊνόγλου                                                                      Αθήνα,8-1-2018

Η αναερόβια επεξεργασία των αποβλήτων υπάρχει ως τεχνολογία πάνω από 100 χρόνια.

Περισσότερα...

Η τεχνολογία της αναερόβιας επεξεργασίας οργανικών αποβλήτων υπάρχει εδώ και εκατό τουλάχιστον χρόνια, ξεκινώντας από απλές σηπτικές δεξαμενές σε σύγχρονους βιοαντιδραστήρες με ελεγχόμενη θερμοκρασία, πλήρη ανάδευση και υψηλή συγκέντρωση βιομάζας.

Λέγοντας απόβλητα εννοούμε τα οικιακά και αστικά λύματα. Όταν τα υγρά απόβλητα μιας πόλης περιέχουν και σημαντικές ποσότητες υγρών βιομηχανικών αποβλήτων τότε μιλάμε για υγρά αστικά απόβλητα. Τα οικιακά λύματα είναι τα παραπροϊόντα των ανθρώπων που παράγονται από την αφόδευση, το μπάνιο, το μαγείρεμα και υπολογίζονται σε 180 - 300 λίτρα ανά άτομο κάθε ημέρα.

Με τον όρο αστικά λύματα εννοούμε κυρίως αυτά που παράγονται από δημόσια κτήρια, νοσοκομεία κ.λ.π. Η ποιότητα και η ποσότητα των βιομηχανικών αποβλήτων μεταβάλλεται, είναι χαρακτηριστικό της περιοχής, της πόλης, της χώρας και της οικονομίας μις περιοχής, επομένως δεν υπάρχουν διαδικασίες που να εφαρμόζουν απόλυτα σε όλες τις περιπτώσεις.

Ωστόσο, τα βασικά συστατικά που πρέπει να απομακρυνθούν, να διασπαστούν ή να εξουδετερωθούν είναι κοινά: το οργανικό φορτίο (μικροοργανισμοί και οργανικές ενώσεις), στερεά (αδρομερή, κολλοειδή, συσσωματώματα), στερεά ανόργανα, λίπη, έλαια, φώσφορος, φαινόλες, βαρέα μέταλλα και παθογόνα βακτήρια.

Η αναερόβια επεξεργασία οργανικών αποβλήτων περιλαμβάνει επεξεργασία της βιολογικής λάσπης με μεθόδους όπως διήθηση, οξείδωση, αναερόβια χώνευση και επεξεργασία της χημικής λάσπης με χλωρίωση, εξουδετέρωση,συσσωμάτωση προσρόφηση και ιοντοανταλλαγή.

Η μελέτη της αναερόβιας διάσπασης των οργανικών στα λύματα από βακτήρια έχει μελετηθεί ιδιαίτερα την τελευταία δεκαετία. Έχει παρατηρηθεί ότι τρεις ομάδες βακτηρίων εμπλέκονται στην αναερόβια μετατροπή των οργανικών υλικών σε μεθάνιο.

Η πρώτη ομάδα είναι βακτήρια που υδρολύουν και ζυμώνουν σύνθετα οργανικά υλικά και βιολογικά υπολείμματα σε λιπαρά οξέα, αλκοόλες, διοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία και υδρογόνο. Η δεύτερη ομάδα, αυτή των ακετοβακτηρίων χαρακτηρίζεται φυσιολογικά από την παραγωγή υδρογόνου και συμπληρώνει την διαδικασία μετατρέποντας τα παραπάνω βιομόρια σε υδρογόνο και διοξείδιο του άνθρακα και οξικό οξύ. Η τρίτη ομάδα αποτελείται από μεθανογόνα βακτήρια που διασπούν τα βιομόρια σε μεθάνιο.

Η αναερόβια διάσπαση των λυμάτων εξαρτάται από τη συνεργιστική δράση των παραπάνω μικροοργανισμών και δεν μπορεί να γίνει σε ξεχωριστά στάδια. Ο παράγοντας με τη μεγαλύτερη σημασία είναι η μερική πίεση του υδρογόνου που παράγεται και η θερμοδυναμική της αντίδρασης.

Η τεχνολογία της αναερόβιας διάσπασης βελτιώνεται συνεχώς με την ταυτοποίηση νέων μεθανογόνων βακτηριών και το χαρακτηρισμό της φυσιολογικής τους συμπεριφοράς. Πολύ σημαντική παράμετρος είναι η συγγένεια των ειδών αυτών με τα βιοχημικά υποστρώματα της αναερόβιας επεξεργασίας. Εδώ έχει παρατηρηθεί ότι τα μεθανογόνα που χρησιμοποιούν ως υπόστρωμα το υδρογόνο έχουν υψηλή συγγένεια ενώ αυτά που χρησιμοποιούν ως υπόστρωμα το οξικό οξύ παρουσιάζουν την αντίθετη συμπεριφορά. Αυτή η διαφορά έχει σημαντικές προεκτάσεις στο σχεδιασμό της διαδικασίας της αναερόβιας επεξεργασίας των λυμάτων.

Μια σημαντική καινοτομία αφορά τη αύξηση της συγκέντρωσης της βιομάζας των μεθανογόνων στον βιοαντιδραστήρα. Αυτές οι συγκεντρώσεις επιτυγχάνονται με κροκίδωση, καθίζηση, προσάρτηση σε σταθερό φορέα, προσάρτηση σε κινητό φορέα ή ανάπτυξη σε κατάλληλη μήτρα.

Για αδιάλυτα οργανικά, η σημαντικότερη εξέλιξη είναι η ζύμωση στερεάς κατάστασης που αλλιώς λέγεται ξηρή αναερόβια κομποστοποίηση. Διάφορες τεχνολογίες έχουν καταφέρει να διασπούν οργανικά συσσωματώματα σε υψηλές ταχύτητας όπως σε βιοαντιδραστήρες στερεής κατάστασης.

Έχει παρατηρηθεί επίσης ότι συστήματα που λειτουργούν στο θερμοφιλικό εύρος 50-60 οC έχουν επιτύχει υψηλές ταχύτητες μετατροπής και παραγωγή σταθερών και ασφαλών τελικών προϊόντων.

Τέλος αντιδραστήρες με υπόστρωμα κοκκώδους λάσπης και μήτρες πολυουρεθάνης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την άμεση επεξεργασία αστικών λυμάτων κάτι που στο μέλλον θα διαφοροποιήσει σημαντικά όλο το σχεδιασμό που αφορά την αναερόβια επεξεργασία οργανικών αποβλήτων.

Η επεξεργασία των αστικών και βιομηχανικών λυμάτων περιλαμβάνει διάφορα στάδια, αερόβιας ή αναερόβιας επεξεργασίας, χημικών τροποποιήσεων και μηχανικών διεργασιών που σκοπό έχουν να κάνουν το τελικό προϊόν κατάλληλο για κάποια χρήση.

Περισσότερα...

Περισσότερα...

Η κομποστοποίηση είναι η μετατροπή των οργανικών απορριμμάτων σε ασφαλή και, πιθανώς, εμπορεύσιμα προϊόντα, μέσω της διαδικασίας της αποικοδόμησης. Κατά την κομποστοποίηση, το περιεχόμενο των οργανικών αποβλήτων διασπάται από μικροοργανισμούς, ο όγκος των απορριμμάτων μειώνεται και οι επιβλαβείς μικροοργανισμοί καταστρέφονται. Τα οργανικά απόβλητα μπορεί να είναι οικιακά απορρίμματα, κοπριά από φάρμες εκτροφής ζώων, υπολείμματα της αγροτικής παραγωγής ή παραπροϊόντα της επεξεργασίας τροφίμων.

Οι μικροοργανισμοί που συμμετέχουν στην κομποστοποίηση είναι κυρίως βακτήρια και μύκητες που αξιοποιούν τον οργανικό άνθρακα σαν πηγή ενέργειας. Η διάσπαση των αζωτούχων ενώσεων οδηγεί στην παραγωγή υλικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εδαφοβελτιωτικά. Η διαδικασία της κομποστοποίησης είναι εξώθερμη και η θερμότητα που παράγεται κατά τη διάρκεια της εξουδετερώνει ζιζάνια και παθογόνους οργανισμούς. Η μείωση του όγκου των απορριμμάτων και η εξουδετέρωση των ζιζανίων είναι οι δύο πιο επωφελής διεργασίες. Η προσθήκη κομπόστ στο έδαφος βελτιώνει τα χαρακτηριστικά του εδάφους και επιτρέπει τη σταδιακή απελευθέρωση θρεπτικών σε αυτό.

Η οργανική ύλη περιέχει άνθρακα και άζωτο σε διάφορες αναλογίες. Η ιδανική αναλογία για κομποστοποίηση είναι 30:1 αντίστοιχα. Αν είναι μεγαλύτερη, η διαδικασία επιβραδύνεται, ενώ αν είναι μικρότερη, η παραγόμενη θερμότητα σκοτώνει τους μικροοργανισμούς της κομποστοποίησης. Ο έλεγχος της θερμοκρασίας είναι το κλειδί για την επιτυχία της διαδικασίας.

Τα βακτήρια και οι μύκητες της κομποστοποίησης λειτουργούν καλύτερα σε θερμά, υγρά και καλώς αεριζόμενα περιβάλλοντα. Για τους λόγους αυτούς είναι σημαντικό να υπάρχει αρκετή ποσότητα απορριμμάτων, ώστε να δημιουργείται ένας αρκετά θερμός πυρήνας, και η ποσότητα αυτή να αερίζεται μηχανικά. Μικρότερες ποσότητες μπορούν να κομποστοποιηθούν χωρίς εξωτερικές παρεμβάσεις αλλά με πολύ μικρότερη ταχύτητα.

Η παρουσία νερού κρίνεται απαραίτητη για τη λειτουργία των μηχανισμών της κομποστοποίησης. Ωστόσο, σε μεγάλες ποσότητες, το νερό εμποδίζει την κομποστοποίηση δημιουργώντας αναερόβιες συνθήκες. Η διατήρηση της σωστής υγρασίας  μπορεί να γίνει με προσθήκη νερού, αν ο σωρός των απορριμμάτων είναι ξηρός. Αν ο σωρός είναι σχετικά υγρός, η υγρασία μπορεί να ελεγχθεί σκεπάζοντας, μερικώς ή ολικώς, το σωρό. Αυτές οι παρεμβάσεις θα επηρεάσουν τη θερμοκρασία της διαδικασίας. Γενικότερα, η θερμοκρασία της κομποστοποίησης θεωρείται ιδανική όταν είναι κοντά στους 70 βαθμούς Κελσίου, καθώς υψηλότερες θερμοκρασίες μπορούν να αδρανοποιήσουν τους μικροοργανισμούς.

Ο έλεγχος της ποιότητας των οργανικών αποβλήτων είναι σημαντικός γιατί επηρεάζει την αναλογία άνθρακα και αζώτου. Πρέπει να αποφεύγονται φυτικά υπολείμματα από φυτά που έχουν προσβληθεί από Phytopthera. Σε διαφορετική περίπτωση και αν η προσβολή είναι εκτεταμένη, ο μύκητας θα διαδοθεί με μεγάλη ταχύτητα στα φυτά του χώματος που δεχθεί το προϊόν της κομποστοποίησης. Τα υπολείμματα γρασιδιού, που συνήθως χρησιμοποιούνται για να μειώσουν την αναλογία άνθρακα και αζώτου, πρέπει να είναι απαλλαγμένα από χημικά, διαφορετικά θα μολυνθεί το χώμα.

Ο σχεδιασμός μιας επιτυχούς διαδικασίας κομποστοποίησης απαιτεί τον προσδιορισμό των βιολογικών, χημικών και μηχανικών παραμέτρων που βελτιστοποιούν τη διαδικασία. Η διαδικασία περιλαμβάνει επιγραμματικά το μηχανικό διαχωρισμό των αποβλήτων, την επεξεργασία του ξηρού κλάσματος, την κομποστοποίηση, την ωρίμανση του προϊόντος, τον εξευγενισμό και τη συσκευασία του.

Αξίζει να σημειωθεί ότι τα ανόργανα υλικά δεν μπορούν να κομποστοποιηθούν. Τα πλαστικά μπορούν να ανακυκλωθούν με ειδικές διαδικασίες που εξαρτώνται από το είδος του πλαστικού. Τα εντομοκτόνα μπορούν, επίσης, να ανακυκλωθούν αλλά μόνο όταν έχον την σχετική πιστοποίηση ότι θα διασπαστούν σε αβλαβή συστατικά. Τα ζωικά απόβλητα μπορούν θεωρητικά να κομποστοποιηθούν αλλά η κομποστοποίηση τους αποφεύγεται για λόγους ασφαλείας.

Τα οργανικά απόβλητα περιέχουν υλικά τα οποία προέρχονται από ζωντανούς οργανισμούς. Υπάρχουν πολλοί τύποι οργανικών αποβλήτων και μπορούν να ταξινομηθούν σε αστικά στερεά απόβλητα, βιομηχανικά στερεά απόβλητα, γεωργικά απόβλητα, και τα αστικά λύματα. Τα οργανικά απόβλητα συχνά απορρίπτονται μαζί με άλλα απόβλητα σε χώρους υγειονομικής ταφής ή σε αποτεφρωτήρες, αλλά δεδομένου ότι είναι βιοδιασπώμενα, μερικά οργανικά απόβλητα είναι κατάλληλα για κομποστοποίηση και ταφή στη γη.

Τα οργανικά υλικά που βρέθηκαν σε αστικά στερεά απόβλητα περιλαμβάνουν τρόφιμα, χαρτί, ξύλο, λυματολάσπη και απόβλητα. Λόγω των πρόσφατων ελλείψεων σε χωρητικότητα σε χώρους υγειονομικής ταφής, ο αριθμός των δημοτικών χώρων κομποστοποίησης για τα απόβλητα αυλής αυξάνεται σε όλη την ΕΕ, όπως και ο αριθμός των πολιτών που επιλέγουν την κομποστοποίηση αποβλήτων στις αυλές τους.

Η διαχείριση συγκεκριμένων ροών αποβλήτων, όπως τα οργανικά βιοαποδομήσιμα απόβλητα, αποτελεί σημαντικό στοιχείο της γενικής στρατηγικής της Διαχείρισης Αποβλήτων της Ευρωπαϊκής Ένωσης, συμβάλλοντας στη μείωση των επιπτώσεων των αποβλήτων στο περιβάλλον, εξασφαλίζοντας ότι η επεξεργασία των αποβλήτων θα γίνεται με περιβαλλοντικά ορθό τρόπο. Η δράση για ένα συγκεκριμένο ρεύμα αποβλήτων προκύπτει από τον όγκο του, την επικινδυνότητά του, τις ιδιότητες της διαχείρισης και τα αποτελέσματά του στο οικοσύστημα. Μέχρι στιγμής, τα βιοαποδομήσιμα απόβλητα έχουν ρυθμιστεί από τα όργανα της ΕΕ, σχετικά με αυτό το ρεύμα των απορριμμάτων, προκειμένου να μειωθούν οι αρνητικές επιπτώσεις τους στο περιβάλλον. Αν γίνει σωστά η ρύθμιση και η διαχείριση, τα βιοαποδομήσιμα απόβλητα μπορούν να συμβάλουν στην αποτελεσματική διαχείριση των πόρων και την αειφόρο ανάπτυξη.

Ειδικότερα, η βιολογική επεξεργασία έχει τα εξής πλεονεκτήματα: -η βιολογική επεξεργασία συμβάλλει στις προσπάθειες για τη μείωση του φαινομένου του θερμοκηπίου, καθώς εκτρέπει τα βιοαποδομήσιμα απόβλητα από την υγειονομική ταφή, όπου θα παράγουν μεθάνιο, ένα ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου - Η χρήση του κομπόστ στη γεωργία είναι ένας τρόπος για τη διατήρηση ή την αποκατάσταση της ποιότητας των εδαφών, λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων της οργανικής ύλης που περιέχεται στο ίδιο το λίπασμα - Η χρήση των προϊόντων λιπασματοποίησης στην κηπουρική είναι ένα έγκυρο υποκατάστατο της τύρφης, μειώνοντας έτσι το ποσοστό εκμετάλλευσης των υγροτόπων.

Η αναερόβια επεξεργασία είναι ένα μέσο για την παραγωγή «πράσινης ενέργειας», με τη δυνατότητα να αποκτήσει ένα υπόλειμμα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βελτιωτικό εδάφους ή ως λίπασμα για γεωργική γη.

Μία άλλη μέθοδος για τη θεραπεία στερεών αστικών αποβλήτων είναι κομποστοποίηση, σε μια βιολογική διαδικασία στην οποία το οργανικό τμήμα των απορριμμάτων αφήνεται να αποσυντεθεί κάτω από προσεκτικά ελεγχόμενες συνθήκες. Τα μικρόβια μεταβολίζουν το οργανικό απόβλητο και να μειώνουν τον όγκο του με όσο το 50 τοις εκατό. Το σταθεροποιημένο προϊόν ονομάζεται κομπόστ ή χούμους. Μοιάζει σαν χώμα στην υφή και την οσμή και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βελτιωτικό εδάφους ή σάπια φύλλα.

Η κομποστοποίηση παρέχει μια μέθοδο για την επεξεργασία και την ανακύκλωση τόσο σκουπιδιών και λυμάτων ιλύος σε μία λειτουργία. Καθώς οι αυστηρότεροι περιβαλλοντικοί κανόνες και οι περιορισμοί χωροθέτησης περιορίζουν τη χρήση των επιλογών αποτέφρωσης και υγειονομικής ταφής στερεών αποβλήτων, η εφαρμογή της κομποστοποίησης είναι πιθανό να αυξηθεί. Τα βήματα που εμπλέκονται στη διαδικασία περιλαμβάνουν τη διαλογή και το διαχωρισμό, τη μείωση μεγέθους, και την πέψη των απορριμμάτων.

Η επεξεργασία χημικών λασπών περιλαμβάνει διάφορα βασικά στοιχεία: τη φυσική επεξεργασία (δηλαδή διαλογή και διαδικασίες φιλτραρίσματος), τη βιολογική επεξεργασία (δηλαδή λίμνες οξείδωσης και λιμνοθάλασσες), και τις χημικές ουσίες. Οι χημικές ουσίες που απαιτούνται για την επεξεργασία του νερού πρέπει να χρησιμοποιηθούν πιο επιθετικά και σε μεγαλύτερες ποσότητες από ό, τι για τα λύματα στην επεξεργασία στο πόσιμο νερό. Ως εκ τούτου, η ασφαλής, κατάλληλη αποθήκευση για τα χημικά προϊόντα επεξεργασίας λυμάτων είναι κρίσιμη.

Υπάρχουν πέντε βασικά βήματα για τη διαδικασία επεξεργασίας λάσπης, καθένα από τα οποία περιλαμβάνει ένα σύνολο κοινών χημικών ουσιών. Τα βήματα έχουν ως εξής: απομάκρυνση των στερεών σωματιδίων, εξουδετέρωση, έλεγχος οσμών, την απολύμανση και την επεξεργασία της ιλύος και την αφαίρεση της. Ακόλουθεί η  διαδικασία απομάκρυνσης της ιλύος με λεπτομέρειες και οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται.

Γιατί η επεξεργασία χημικών λασπών είναι απαραίτητη

Η επεξεργασία χημικών λασπών παράγει και στα επί τόπου και εκτός τόπου συστημάτων (δηλ ενεργού ιλύος). Καθώς η επεξεργασία λυμάτων απομακρύνει τα στερεά έξω από τη λάσπη , είναι αναπόφευκτο ότι θα υπάρξουν εναπομείναντα Τα χαρακτηριστικά της ιλύος μπορεί να διαφέρουν  σημαντικά από αρκετά φρέσκα υλικά, τα οποία περιέχουν μεγάλες ποσότητες από παθογόνους οργανισμούς. Η επεξεργασία που απαιτείται για την ιλύ εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα ειδικά χαρακτηριστικά. Πριν η λάσπη περάσει μέσα από την τελική της διάθεση, θα πρέπει να αντιμετωπιστεί για να μειωθεί ο όγκος και η σταθεροποίηση των οργανικών υλικών. Η σταθεροποιημένη ιλύς δεν έχει μια σκληρή μυρωδιά και μπορεί να αντιμετωπιστεί χωρίς κινδύνους για την ασφάλεια. Με ένα μικρότερο όγκο, το κόστος για την αποθήκευση, άντληση, και διάθεσης της ιλύος είναι λιγότερο.

Επιλογές Απομάκρυνσης Λυμάτων Λάσπης

Υπάρχουν διάφορες επιλογές για την επεξεργασία οργανικών αποβλήτων συμπεριλαμβανομένης της σταθεροποίησης, της πάχυνσης, της αφυδάτωσης, της ξήρανσης και καύσης. Οι δαπάνες για την επεξεργασία της ιλύος και την απομάκρυνση της λάσπης από τα λύματα είναι περίπου οι ίδιες. Τυπικά, ένα πολυμερές χημικό χρησιμοποιείται για τη διαδικασία μείωσης του όγκου είναι γνωστή ως αφυδάτωσης.

Η αφυδάτωση μειώνει τον όγκο υγρού της ιλύος στο 90 τοις εκατό, ενώ και η προσθήκη των πολυμερών χημικών στην ουσία βελτιώνει τη συνοχή, δημιουργώντας ένα πιο  σταθερό προϊόν που είναι πιο εύκολο να διαχειριστεί κανείς, και αποτελείται από μεταξύ 25 και 27 τοις εκατό στερεού υλικού.