Eλληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο

Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας

Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών: Διαχείριση Αποβλήτων

ΔΙΑ 60: 2η Γραπτή Εργασία

ΒΑΘΜΟΣ: 10

Μαβίδης Σάββας (Α. Μ.: 104302)

Ονοματεπώνυμο συμβούλου καθηγητή: Δημήτριος Βαγενάς

Ιανουάριος 2017

0

Πίνακας περιεχομένων

ΕΙΣΑΓΩΓΗ................................................................................................................2

Περιγραφή λειτουργίας νιτροποίησης/απονιτροποίησης.......................................2Νιτροποίηση..................................................................................................................2Απονιτροποίηση............................................................................................................3

Επεξεργασία Υγρών Αποβλήτων.............................................................................4Κλασική Μέθοδος..........................................................................................................4Εναλλακτικές Μέθοδοι Επεξεργασίας Λυματων.............................................................4Βιοαντιδραστήρες με μεμβρανες (MBR).........................................................................5Μέθοδος προσκολλημένης βιομαζας.............................................................................7Η μέθοδος ΑΝΑΜΜΟΧ (ANaerobic AMMonium OXidation)............................................8

Βιβλιογραφία.......................................................................................................10

Άσκηση 1..............................................................................................................13

Άσκηση 2..............................................................................................................14

Άσκηση 3..............................................................................................................15

Εικόνα εξωφύλλου: Σάββας Μαβίδης

1

ΕΙΣΑΓΩΓΗ (70) ΚΑΛΗ ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΑ

N (Άζωτο): Ένα από τα κύρια συστατικά που βοηθά στην κανονική ανάπτυξη όλων των μερών του φυτού. Το άζωτο των οργανικών συστατικών του εδάφους, η ουρία ακόμη και το αμμωνιακό άζωτο, μετατρέπονται σε νιτρικό άζωτο, με τη βοήθεια της μικροβιακής χλωρίδας του εδάφους. [1]

Περιγραφή λειτουργίας νιτροποίησης/απονιτροποίησης

Το άζωτο και ο φώσφορος, είναι τα στοιχεία εκείνα, στην υψηλή συγκέντρωση των οποίων οφείλεται ο ευτροφισμός των υδάτων. Επικίνδυνα είναι και για την υγεία του ανθρώπου προκαλώντας διαφορες ασθένειες, μεταξύ άλλων την γνωστή μεθαιμοσφαιρινοπάθεια στα νεογνά. Για την επεξεργασία των λυμάτων οι περισσότερες μέθοδοι που αναπτύσσονται πλέον, είναι οι βιολογικές οι οποίες υπερτερούν έναντι των χημικών μεθόδων, διότι οι δεύτερες απαιτούν περεταίρω επεξεργασία γεγονός που αύξανε τα κόστη για εξοπλισμό, ενέργεια κ.α. [2]

Νιτροποίηση

Νιτροποίηση είναι η μετατροπή με βιολογική οξείδωση, οργανικού και αμμωνιακού αζώτου που υπάρχουν στα λύματα, σε νιτρώδη, ΝΟ2

- και στη συνέχεια των νιτρωδών σε νιτρικά ΝΟ3

-.

Το άζωτο στα λύματα βρίσκεται υπό δύο μορφές, την oργανική και την ανόργανη με την παρακάτω περίπου αναλογία:

Ν - οργανικό = 25% --------- οργανική ουσία βιοαποικοδομήσιμη (12%)

μη βιοαποικοδομήσιμη (13%)

Ν - ανόργανο = 75% --------- αμμωνιακό άζωτο ( ΝΗ4 - Ν )

Η προέλευσή του είναι:

Ν - οργανικό κυρίως από ουσίες ζωικής ή φυτικής προέλευσης όπως αμινοξέα, πρωτεΐνες και ουρία.

Ν - ανόργανο από την αποσύνθεση της ουρίας και την αναεροβική αποσύνθεση των πρωτεϊνών.

Και οι δύο μορφές αυτές του αζώτου μετατρέπονται σε αμμωνιακό άζωτο σε υδάτινο περιβάλλον. H Νιτροποίηση του αμμωνιακού αζώτου σε νιτρώδη (ΝΟ2

-) και νιτρικά (ΝΟ3

-), γίνεται από αυτοτροφικά βακτήρια, δηλαδή βακτήρια που παίρνουν την αναγκαία ενέργεια από την οξείδωση της αμμωνίας (ΝΗ3) και έχουν σαν πηγή άνθρακα τον ανόργανο άνθρακα (CO2) και όχι τον άνθρακα της οργανικής ουσίας.

2

Mέρος του αζώτου χρησιμοποιείται και για την βακτηριακή σύνθεση των Nitrosomonas και Nitrobacter.

Οι παράμετροι που επηρεάζουν την διεργασία της Νιτροποίησης - Απονιτροποίησης είναι:

- η θερμοκρασία- το pH- η ηλικία λάσπης- το οργανικό φορτίο [3]

Η αναλογία μεταξύ του εισερχόμενου οργανικού φορτίου και του αζώτου είναι βασικός παράγοντας και πρέπει να διατηρείται το δυνατόν σταθερή η σχέση BOD5 / TKN = 100 / 5.

Η αερόβια επεξεργασία που γίνεται με στοιχειακό οξυγόνο, είναι μια μέθοδος βιολογικής επεξεργασίας κατά την οποία η σταθεροποίηση γίνεται από αερόβιους και επαμφοτερίζοντες μικροοργανισμούς. Τα τελικά προϊόντα της διάσπασης και σταθεροποίησης των οργανικών ουσιών είναι CO2, H2O, NO3, ορισμένα μη διασπάσιμα οργανικά υλικά και το υπολειμματικό κυτταρικό (οργανικό) υλικό. [4][5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12]

Απονιτροποίηση

Απονιτροποίηση είναι η μετατροπή του νιτρικού αζώτου (ΝΟ3-Ν) από ετεροτροφικά βακτήρια (Μicrococcus, Bacillus κτλ.) σε αέριο άζωτο (Ν2), το οποίο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα.

Οι μικροοργανισμοί αυτοί σε ανοξικές συνθήκες (δηλ. έλλειψη διαλυμένου οξυγόνου DO και παρουσία νιτρικών ΝΟ3-Ν), χρησιμοποιούν το οξυγόνο των νιτρικών ως πηγή ενέργειας και παράγουν άζωτο (Ν2), αντί διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και νερό (Η2Ο).

Επιπλέον για την βακτηριακή σύνθεση είναι αναγκαία η παρουσία οργανικής ουσίας. Eκτός από την χρήση των νιτρικών αντί του ελεύθερου αζώτου η αντίδραση της απονιτροποίησης είναι ίδια με την οξείδωση του οργανικού φορτίου (άνθρακα).

Να σημειωθεί ότι κατά την βιολογική επεξεργασία μέρος του εισερχόμενου αζώτου χρησιμοποιείται για την βακτηριακή σύνθεση στο αερόβιο βιολογικό στάδιο. Η ποσότητα αυτή είναι περίπου 3 -5% του απομακρυνόμενου BOD5.

Η απονιτροποίηση γίνεται με τη δημιουργία ανοξικής ζώνης δηλαδή μιας δεξαμενής όπου έχουμε μόνο ανάμιξη χωρίς αερισμό. Η δημιουργία ανοξικής ζώνης επιτρέπει την ελεγχόμενη απονιτροποίηση η οποία έχει ως συνέπεια τα εξής:

- τη μείωση των απαιτήσεων της εγκατάστασης σε οξυγόνο

- την αφαίρεση αζώτου και την επίτευξη εκροής χαμηλής περιεκτικότητας σε άζωτο

3

- στην αποφυγή προβλημάτων επίπλευσης λάσπης στην καθίζηση. [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12]

Επεξεργασία Υγρών ΑποβλήτωνΗ επεξεργασία των λυμάτων με ενεργό ιλύ είναι μια καθιερωμένη μέθοδος, η οποία χρησιμοποιείται με διάφορες παραλλαγές, ανάλογα με τον επιδιωκόμενο βαθμό επεξεργασίας. Παρακάτω εξετάζονται α) η κλασική μέθοδος, β) η μέθοδος βιοαντιδραστήρα με μεμβράνες (MBR) γ) η μέθοδος ΑΝΑΜΜΟΧ και δ) μέθοδος προσκολλημένης βιομάζας.

Κλασική ΜέθοδοςΣτην κλασική μέθοδο, η επεξεργασία των λυμάτων πραγματοποιείται σε τρία στάδια. Αρχικά στην μηχανική προεπεξεργασία των λυμάτων, στη διάρκεια της οποίας κατακρατούνται τα στερεά σώματα σε σχάρα κι αμμοσυλλέκτη. Στη συνέχεια γίνεται διαχωρισμός των βαρυτέρων συστατικών σε δεξαμενή καθίζησης και μετά η βιολογική επεξεργασία των λυμάτων από αερόβιους οργανισμούς. Οι μικροοργανισμοί "καταναλώνουν" τις οργανικές (ρυπαντικές) ουσίες και τις μετατρέπουν σε ανόργανες ενώσεις. Στη διάρκεια αυτού του σταδίου επεξεργασίας καταναλίσκονται μεγάλες ποσότητες οξυγόνου, με αποτέλεσμα να απαιτείται παροχή οξυγόνου. Τα λύματα, μετά την ολοκλήρωση αυτού του σταδίου, το οποίο πραγματοποιείται στις δεξαμενές αερισμού, οδηγούνται σε δεξαμενή καθίζησης όπου πραγματοποιείται διαχωρισμός της ιλύος από τα καθαρισμένα πλέον λύματα, τα οποία στη συνέχεια οδηγούνται στον τελικό αποδέκτη. Η ιλύς κατά ένα ποσοστό επιστρέφει στη δεξαμενή αερισμού και η περίσσειά της οδηγείται για περαιτέρω επεξεργασία στις δεξαμενές αερισμού ιλύος, πάχυνσης ιλύος και στις κλίνες ξήρανσης ή στις ταινιοφιλτρόπρεσσες.

Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται σε μονάδες επεξεργασίας που συνήθως ξεπερνούν τους 5.000 ισοδύναμους κατοίκους. Ο βαθμός απομάκρυνσης του BOD5 που επιτυγχάνεται, είναι συνήθως 90 - 96% κι ο βαθμός μείωσης της συνολικής περιεκτικότητας αζώτου είναι 10 - 20%. Ανάλογα με το χρόνο παραμονής στη δεξαμενή αερισμού και το προσφερόμενο οξυγόνο, μέρος του αμμωνιακού αζώτου μετατρέπεται σε οξείδια του αζώτου. Είναι η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε στις περισσότερες των εγκαταστάσεων που έχουν κατασκευασθεί παγκοσμίως. [13]

Εναλλακτικές Μέθοδοι Επεξεργασίας Λυματων Εναλλακτικές λύσεις για την επεξεργασία των λυμάτων είναι η βιολογική επεξεργασία είτε με συστήματα αιωρούμενης βιομάζας είτε με συστήματα προσκολλημένης βιομάζας είτε με συστήματα λιμνών. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν οι μέθοδοι που εφαρμόζουν την τεχνική της αιωρούμενης ενεργού ιλύος σε δεξαμενές, στη δεύτερη κατηγορία ανήκουν οι μέθοδοι όπου η βιομάζα είναι προσκολλημένη σε κάποιο ενδιάμεσο υλικό και δεν αιωρείται, όπως οι περιστρεφόμενοι βιοδίσκοι και οι τεχνητοί υγρότοποι και στην τρίτη κατηγορία ανήκουν οι λίμνες σταθεροποίησης, όπου η βιομάζα είναι τόσο προσκολλημένη στον πυθμένα όσο κι αιωρείται. Συστήματα βιολογικής απομάκρυνσης αζώτου αναφέρονται τα συνδυασμένης οξείδωσης οργανικού άνθρακα με νιτροποίηση/απονιτροποίηση, η διάταξη Ludzack-Ettinger MLE, διάταξη Bardenpho τεσσάρων σταδίων, οξειδωτική τάφρος, διάταξη Biodenitro, αντιδραστήρας

4

διαλείποντοε έργου με περιοδική λειτουργία SBR και νεώτερες τεχνολογίες όπως η SHARON (σχεδιάστηκε για την μείωση των υψηλών φορτίων αζώτου της εισροής), ANAMMOX, αποαμμωνικοποίηση, OLAND, CANON κ.α. [14]

Πίνακας 1. Συγκεντρωτικός πίνακας πλεονεκτημάτων-μειονεκτημάτων των πιο πάνω τεχνολογιών [15]

Διεργασία Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα

προαπονιτροποίηση-Εκοικονόμηση ενέργειας. -Παραγωγή αλκαλικότητας πριν την νιτροποίηση

MLE

-Εφαρμόζεται σε υπάρχουσες τεχνολογίες ενεργού ιλύος.-Συγκέντρωση ολικού αζώτου 5-8mg/L

-Η δυνατότητα απομάκρυνσης αζώτου είναι συνάρτηση της ανακυκλοφορίας του ανάμικτου υγρού και της λάσπης. -Συνεχής έλεγχος της συγκέντρωσης του διαλυμένου Ο2

Bardenpho (4stages)-Επίπεδα αζώτου στης εκροή μικρότερα από 3mg/L

-Απαίτηση για μεγάλο όγκο αντιδραστήρων.-Η δεύτερη ανοξική δεξαμενή έχει μικρή απόδοση

Οξειδωτική τάφρος

-Ανθεκτικότητα σε μεταβολές της παροχής λόγω μεγάλου όγκου δεξαμενής.-Ολικό άζωτο εξόδου μικροτερη από 10mg/L

-Η ικανότητα απομάκρυνσης αζώτου εξαρτάται από τις μεθόδους ελέγχου και από το προσωπικό της μονάδας

Biodenitro

-Ολικό άζωτο εξόδου 5-8mg/L.-Ανθεκτικότητα σε απότομες μεταβολές παροχής λόγω μεγάλου όγκου αντιδραστήρα

-Πολυπλοκότητα στη λειτουργία του συστήματος.-Υψηλό κόστος κατασκευής

SBR

-Ευέλικτη διεργασία.-Μικρή συγκέντρωση αιωρούμενων στερεών στην έξοδο.-Ολικό άζωτο εξόδου 5-8mg/L

-Πολύπλοκος σχεδιασμός της διεργασίας.-Η εκροή βασίζεται σε μετάγγιση του υγρού μετά την καθίζση

Βιοαντιδραστήρες με μεμβρανες (MBR)Οι βιολογικοί αντιδραστήρες μεμβρανών συνδυάζουν τη διαδικασία της βιολογικής αποικοδόμησης με ενεργό ιλύ με τον άμεσο διαχωρισμό των στερεών από το υγρό μέσω φιλτραρίσματος από μεμβράνη. Χρησιμοποιώντας μεμβράνες διήθησης και υπερδιήθησης (διάμετρος πόρων μεταξύ 0,02 - 0,4μm), τα συστήματα MBR επιτρέπουν την μείωση των βακτηριδίων και των αιωρούμενων στερεών μέσα στον αντιδραστήρα. Η φιλοσοφία των συστημάτων MBR στηρίζεται στη χρησιμοποίηση ενός βιολογικού αντιδραστήρα και της διήθησης διαμέσου των μεμβρανών αντί του

5

κλασικού συστήματος του βιολογικού αντιδραστήρα και της δεξαμενής τελικής καθίζησης.

Εικόνα 1. Διάγραμμα ροής MBR [16]

Η αρχή λειτουργίας των MBR είναι παραπλήσια με αυτή του συστήματος της ενεργού ιλύος μόνο που η διήθηση στα συστήματα MBR καταργεί την ανάγκη χρησιμοποίησης δεξαμενής τελικής καθίζησης, γεγονός που μας οδηγεί σε θετικές συνέπειες αφού εξαλείφεται η ανάγκη για καλή καθιζησιμότητα της ιλύος καθώς και όλα τα προβλήματα καθιζησιμότητας που αντιμετωπίζει το κλασικό σύστημα της ενεργού ιλύος. Η μεμβράνη αποτελεί ένα ανυπέρβλητο φυσικό εμπόδιο, μη περατό στα αιωρούμενα στερεά, με αποτέλεσμα η τελική εκροή να είναι υψηλής ποιότητας. Επιπλέον η ποιότητα της εκροής δεν εξαρτάται από την ποιότητα της ιλύος, όπως στην περίπτωση των δεξαμενών καθίζησης, αλλά είναι εξασφαλισμένα υψηλή λόγω της ύπαρξης της μεμβράνης. Επιπλέον εξασφαλίζεται υψηλός βαθμός απολύμανσης. Επίσης, η εξάλειψη της δεξαμενής καθίζησης δίνει τη δυνατότητα εφαρμογής υψηλών φορτίσεων, σχεδόν διπλάσεων από τις συνιστώμενες για το κλασικό σύστημα ενεργού ιλύος. Αυτό σημαίνει υποδιπλασιασμός του απαιτούμενου όγκου των δεξαμενών αερισμού, άρα μικρότερη απαίτηση χώρου και δαπάνη οικοδομικών έργων.

Μειονέκτημα είναι η έμφραξη των μεμβρανώναπό σωματίδια. Τα σωματίδια αυτά είναι κυρίως οργανικά στερεά (αιωρούμενα στερεά, κολλοειδή, μακρομόρια), ανόργανα (άλατα) και ιζήματα τα οποία περιέχονται στο τροφοδοτούμενο υγρό. Η έμφραξη οδηγεί σε αύξηση της αντίστασης στη ροή του διηθήματος, λόγω της συσσώρευσης σωματιδίων, είτε στην επιφάνεια είτε στο εσωτερικό της μεμβράνης, η οποία αυξάνει τόσο από τα σωματίδια που επικάθονται στους πόρους της μεμβράνης όσο και από το σχηματισμό του στρώματος από την απόθεση των σωματιδίων στην επιφάνεια της μεμβράνης.

Η μέθοδος MBR παρουσιάζει πολλά πλεονεκτήματα συγκρινόμενη με τις συμβατικές μεθόδους επεξεργασίας, τα οποία είναι:

Εξασφαλισμένη ποιότητα επεξεργασμένων λυμάτων Υδραυλική σταθερότητα του συστήματος Μικρότερη απαίτηση χώρου εγκατάστασης Ευελιξία επέκτασης

6

Σταθεροποίηση αλλά και ελαχιστοποίηση της παραγόμενης ιλύος

Τo μειονέκτημα της μεθόδου είναι η υψηλή δαπάνη για τον εξοπλισμό, η ατανάλωση ενέργειας αλλά και η απαίτηση παρακολούθησης και συντήρησης. [17][16] [18] [19]

Μέθοδος προσκολλημένης βιομαζαςΗ αρχή λειτουργίας της συγκεκριμένης μεθόδου είναι η εξής:

Η βιολογική επεξεργασία των λυμάτων γίνεται σε αερόβιες συνθήκες και η ενεργός βιομάζα προσκολλά σε κατάλληλο υπόστρωμα (βιοδίσκοι ή υλικό πληρώσεως από πολυπροπυλένιο υψηλής πυκνότητας- sanico cells, στην επιφάνεια του οποίου η βιολογική μεμβράνη που αναπτύσσεται εξασκεί διεργασία βιολογικής φίλτρανσης στα υγρά απόβλητα με τα οποία έρχεται σε επαφή. Η διεργασία είναι αερόβια και επιτυγχάνεται με την βιολογική δράση μικροοργανισμών. Η βιομάζα που σχηματίζεται στο πληρωτικό υλικό, αποκολλάται με συνεχή τρόπο και καταληγει στη δεξαμενή δευτεροβάθμιας καθίζησης όπου και συλλέγεται σαν λάσπη.

Η μέθοδος δεν επηρεάζεται από διακυμάνσεις υδραυλικού και οργανικού φορτίου και επειδή η βιομάζα βρίσκεται προσκολλημένη, δεν παρασσύρεται σε περίπτωση υπερφόρτωσης παροχής

Εικόνα 2. Διάγραμμα ροής προσκολλημένης βιομάζας [20] [19]

Η μέθοδος αυτή βρίσκει εφαρμογή σε μικρές μονάδες. Εξέλιξη της εφαρμογής αυτής αποτελούν τεχνικές όπως οι βιολογικοί δίσκοι και το σύστημα κλίνης εν κινήσει.

Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου συγκρινόμενα με την ενεργό ιλύ:

-Χαμηλότερη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας.-Χαμηλότερο κόστος συντήρησης και εξειδικευμένου προσωπικού.

7

-Δεν εκλύονται οσμές.-Σε 7-10 μέρες έχει σχηματιστεί το βιοφίλτρο και η τεχνική παρουσιάζει μέγιστη απόδοση όταν ο χρόνος συγκριτικα με τη συμβατική μέθοδο είναι τριπλάσιος.-Δεν απαιτείται ανακύκλωση λάσπης.-Έχει μεγαλύτερη ευελιξία από την μέθοδο της ενεργού ιλύος και δεν επηρεάζεται από μεταβολές λόγω υπερφότωσης παροχής.-Απαιτείται μικρότερος όγκος δεξαμενής δευτεροβάθμιας καθίζησης και μικρότερη ζώνη βιολογικής οξείδωσης συγκριτικα με της ενεργού ιλύος. [21] [22]

Η μέθοδος ΑΝΑΜΜΟΧ (ANaerobic AMMonium OXidation)Η μέθοδος αυτή επιτυγχάνει την μετατροπή αμμωνίας σε αέριο άζωτο χωρίς την παραγωγή των ενδιάμεσων προιοντων, με το νιτρώδες άζωτο να παίζει το ρόλο του δέκτη ηλεκτρονίων σε αναερόβιες συνθήκες. Η διεργασία στηρίζεται σε αυτότροφος μικροοργανισμούς και γι αυτό δεν χρειάζεται εξωτερική πηγή άνθρακα, όπου αποτελεί έναν από τους βασικούς παράγοντες μείωσης κόστους. Για τον λόγο αυτό, καταναλώνεται λιγότερο οξυγόνο και παράγεται λιγότερη λάσπη, γεγονός που οδηγεί στην μείωση του κόστους κατά την διαδικασία αυτή. Οι μικροοργανισμοί που ευθύνονται για την αναερόβια οξείδωση της αμμωνίας ανήκουν στα γένη Brocadia, Kuenenia, Scalindua και το planctomycetes phylum. Οι μικροοργανισμοί Anammox αναπτύσσονται σε pH 6,4-8,3 και θερμοκρασία 20-43 οC με βέλτιστες συνθήκες pH 7,5-8,0 και θερμοκρασία 30-35 οC. Επίσης, είναι ευαίσθητοι στο οξυγόνο και τα νιτρώδη. [23]

Εικόνα 4. Διάγραμμα ροής ΑΝΑΜΜΟΧ [24]

Πίνακας 2. Ποιοτική σύγκριση των διαφόρων συστατικών της τεχνολογίας ANAMMOX με τα συμβατικά συστήματα αζώτου. [25]

8

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ SHARON ANAMMOX CANANON ΣΥΜΒΑΤΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ

Αριθμός αντιδραστήρων

1 1 1 2

Τροφοδοσία λύματα μίγμα νιτρικού αμμωνίου

λύματα λύματα

Πληρώτητα ΝΗ4+, ΝΟ2- Ν2, ΝΟ3- Ν2, ΝΟ3- Ν2, ΝΟ3-, ΝΟ2-Συνθήκες αερόβια αναερόβια περιορισμένο

οξυγόνοαερόβια/

αναερόβιαpH κοντρόλ 0 0 0 ναιΔιατήρηση βιoμάζας

0 ναι ναι 0

Απαιτήσεις COD 0 0 0 ναιΠαραγωγή ιλύος χαμηλή χαμηλή χαμηλή υψηλή

Χωρητικότητα αντιδραστήρα Kg

N/m3 d

1 6 έως 12 1 έως 3 0,05 έως 4

Απαιτήσεις Οξυγόνου

Χαμηλές 0 χαμηλές υψηλές

Δεν κάνεις αναφορά στις μεθόδους SHARON, CANNON, DEMON

Η τεχνολογία ΑΝΑΜΜΟΧ σε ότι αφορά τα κόστη και την κατανάλωση ενέργειας έχει μεγάλες δυνατότητες. Σύμφωνα με το άρθρο [22] η μέση τιμή απομάκρυνσης αζώτου στις ΗΠΑ είναι 364,32 δολάρια/m3 επεξεργασμένων αστικών λυμάτων με απόκλιση 1.103,50 έως 55,44 δολάρια/m3 (τα νούμερα αυτά είναι πολύ υψηλά????) επεξεργασμένων λυμάτων. Επίσης η μέθοδος Bardenpho 4 σταδίων κοστίζει διπλάσια συγκριτικά με την οξειδωτική τάφρο. Η μέθοδος DEMON φαίνεται να εχει πολύ χαμηλό κόστος λειτουργίας συγκριτικά με όλες τις μεθόδους, εξοικονομεί το 60% της κατανάλωσης ενέργειας ενός συμβατικού εργοστασίου, μιας και η προσθήκη εξωτερικής πηγής άνθρακα μπορεί να παραλειφθεί. Το γεγονός αυτό οδηγεί σε χαμηλότερα λειτουργικά κόστη. [22] [26]

Εικόνα 3. Τα ΑΝΑΜΜΟΧ βακτήρια που έχουν ανακαλυφθεί έως το 2008 [27]

Αναφορικά με το εν λόγω άρθρο, μια αύξηση της δυναμικότητας οδηγεί σε μείωση του κόστους ανά κυβικό μέτρο λύματος. Για την χρήση της 4stages Bardenpho

9

μεθόδου, η απομάκρυνση αζώτου στοιχίζει κατά 20% περισσότερο συγκριτικά με τις συμβατικές μεθόδους ενεργοποιημένης ιλύος. Η μέθοδος Προ-απονιτροποίησης μειώνει το συνολικό κόστος κα΄τα 4,6% συγκριτικά με της ενεργού ιλύος λόγω χαμηλότερης κατανάλωσης ενέργειας και τελικού προιόντος. Καταλήγοντας θα λέγαμε ότι οι φυσικές μέθοδοι απομάκρυνσης αζώτου, είναι κατά 50% φθηνότερες μέθοδοι. [22] [28] [29] [30] [31].

Βιβλιογραφία

[1] [Ηλεκτρονικό]. Available: http://agroboard.blogspot.gr/2011/02/blog-post_28.html .

[2] [Ηλεκτρονικό]. Available: http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/bitstream/10889/406/1/272.pdf .

[3] Γ. Λυμπεράτος, Αστικά Λύματα, Διαχείριση Υγρών Αποβλήτων, Πάτρα: Ελληνικο Ανοικτο Πανεπιστήμιο, 2003.

[4] Ι. Τέγου, Επιλογή Βέλτιστου Συστήματος Διαχείρισης των Υγρών Αποβλήτων του Δήμου Λουτροπόλεως Θέρμης. Μεταπτυχιακή Διατριβή, Πανεπιστήμιο Αιγαίου, 2004.

[5] Δ. Κρομμύδας, «Βιολογική απομάκρυνση του Αζώτου από Υγρά Απόβλητα με Παράκαμψη της Παραγωγής Νιτρικών, Διπλωματική Εργασία,» ΠΑΤΡΑ, ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ, 2005.

[6] [Ηλεκτρονικό]. Available: http://www.enya.gr/products/biological-treatment/AS-VarioK5-25 .

[7] [Ηλεκτρονικό]. Available: http://ecourse.uoi.gr/pluginfile.php/1025/mod_resource/content/0/Chapter_7.pdf .

[8] Ε. Δανδόλου, Απομάκρυνση Αμμωνίας από Συνθετικά Απόβλητα με την Χρήση Μικροοργανισμών ΑΝΝΑΜΟΧ, Χανιά: Πολυτεχνείο Κρήτης, 2014.

[9] [Ηλεκτρονικό]. Available: http://www.cres.gr/epperaa/pdf/prasines_nisiotikes/odigos_meleton.pdf σελίδες 31-33.

[10] Γ. Αλεξάνδρου, Μελέτες Εγκαταστάσεων Επεξεργασίας Λυμάτων, ΤΕΙ Σερρών.

[11] S. Bagchi , R. Biswas & T. Nandy, «Autotrophic Ammonia Removal Processes: Ecology,» Critical Reviews in Environmental Science and, 30 August 2011.

[12] A. Capodagio, P. Hlavinek, M. Raboni, «Advances in Wastewater Nitrogen Removal by Biological Processes: State of The Art Review».

10

[13] Π. Μελίδης, «Τα Βασικά της Διεργασίας της Ενεργού Ιλύος,» [Ηλεκτρονικό]. Available: https://eclass.duth.gr/modules/document/file.php/TMC206/%CE%92%CE%91%CE%A3%CE%99%CE%9A%CE%95%CE%A3%20%CE%94%CE%99%CE%95%CE%A1%CE%93%CE%91%CE%A3%CE%99%CE%95%CE%A3%20%CE%95%CE%9D%CE%95%CE%A1%CE%93%CE%9F%CE%A5%20%CE%99%CE%9B%CE%A5%CE%9F%CE%A3.pdf.

[14] Δ. Ποθουλάκη, Εφαρμογή της Αναερόβιας Οξείδωσης της Αμμωνίας (ΑΝΑΜΜΟΧ) σε Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων, Αθήνα: ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ, 2011.

[15] [Ηλεκτρονικό]. Available: http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/bitstream/10889/406/1/272.pdf .

[16] Μ. Ζαχαρίας Π-Μ & Α.Τ-Μ, «Νέες Τεχνολογίες Επεξεργασίας λυμάτων-Η μέθοδος MBR».

[17] S. Fazal, B. Zhang, Z. Zhong, L. Gao, X. Chen, «Industrial Wastewater Treatment by Using MBR (Membrane Bioreactor) Review Study,» Scientific Research Publishing, June 2015.

[18] [Ηλεκτρονικό]. Available: http://library.tee.gr/digital/m2093/m2093_zaharias.pdf .

[19] [Ηλεκτρονικό]. Available: http://ocw.aoc.ntua.gr/modules/document/file.php/CHEMENG118/09_Texnologies_Viologikis_Apodomisis.pdf.

[20] Ι. Σωτηράκης, «Εναλλακτικές μέθοδοι επεξεργασίας λυμάτων: μέθοδος προσκολλημένης βιομάζας και τεχνητοίυγρότοποι-τριτοβάθμια επεξεργασία».

[21] Ε. Νταρακάς, Διεργασίες Επεξεργασίας Υγρών Αποβήτων, Θεσσαλονίκη: ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ, 2010.

[22] M. Gratziou, P. Chrisochoidou, «Cost Analysis of Waste Water Nitrogen Removal in Greece,» 19-24 June 2011. [Ηλεκτρονικό]. Available: http://www.srcosmos.gr/srcosmos/showpub.aspx?aa=15780.

[23] S. Bagchi, R. Biswas, and T. Nandy, «Autotrophic Αmmonia Removal Processes: Ecology to Technology,» Environmental Science and Technology, 2012.

[24] I. Fernandez, J. Dosta, and J. Mata-Alvarez, , «A critical reviw of the futer trends and perspectives for the omplementation of Anammox in the main line of municipal WWTPs, Presentation in Athens,» 2015.

[25] [Ηλεκτρονικό]. Available: www.researchgate.net/publication/239930760_ANAEROBIC_AMMONIUM_OXIDATION_ANAMMOX_PROCESS_FOR_NITROGEN_REMOVAL_-_A_REVIEW.

11

[26] K. Ramalingam et al., «Anammox: Asustainable process to remove Nitrogen From Reject Water Generated By Anaerobic Digestion Processes,» σε Proceedings of the 13th International Conference on Environmental Science and Technology, Athens, Greece,.

[27] [Ηλεκτρονικό]. Available: www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2367381/table/T1/.

[28] Y. Lin, M. Guo, N. Shah, D. C. Stuckey, «Economic and Environmental Evaluation of Nitrogen Removal and Recovery Methods from Wastewater,» Elsevier, 14 March 2016.

[29] K. Ramalingam, J. Fillos, M. Mehrdad, I. Shapiro, A. Deur, K. Beckmann, «ANAMMOX: A Sustainable Process to Remove Nitrogen From Reject Water Generated by Anaerobic Digestion Processes,» 5-7 September 2013.

[30] B. Ma, S. Wang, S. Cao, Y. Miao, F. Jia, R. Du, Y. Peng, «Biological Nitrogen Removal from Sewage via ANAMMOX: Recent Advances,» Elsevier, 24 October 2016.

[31] [Ηλεκτρονικό]. Available: www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2367381/.

[32] [Ηλεκτρονικό]. Available: http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/bitstream/10889/8484/1/ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ%20ΛΥΤΡΑΣ.pdf .

12

Άσκηση 1 (10)

α) Για να επιτυγχάνεται οριακά η απαιτούμενη ποιότητα εκροής δηλαδή για τα οργανικά Sorg= 20 mg/L BOD και για το αμμωνιακό άζωτο SNH= 5 mg/L προσδιορίζουμε την ηλικίας της λάσπης SRT.

Θα βρούμε δηλαδή 2 ηλικίες για την λάσπη ( μία για τα οργανικά και μία για το NH) και θα επιλέξουμε την μεγαλύτερη.

SRT=θ+r θc

1+r→ 1

SRT= 1+rθ+r θc

(1)

Στον τύπο: Sorg=( 1+rθ+rθc

+k d)K s

μmax−kd−1+r

θ+rθ c

(2) αντικαθιστούμε σύμφωνα με την (1) όπου1+rθ+r θc

το 1

SRT

επομένως ο τύπος (2) γίνεται

Sorg=( 1SRT

+kd)K s

μmax−kd−1

SRT

=¿20mgL

=( 1SRT

+0.05d−1)20mg /L

1,5d−1−0,05d−1− 1SRT

=¿20mgL (1,5d−1−0,05d−1− 1

SRT )=( 1SRT

+0.05d−1)20mgL =¿ 2SRT

=1,4d−1=¿SRT=1,43d

Στη συνέχεια χρησιμοποιώντας τον τύπο:

SNH=( 1+rθ+r θc

+b A)K NH

μmax−bA−1+rθ+r θc

και αντικαθιστώντας σύμφωνα με την (1) όπου1+rθ+r θc

το 1

SRT

βρίσκουμε

SNH=( 1SRT

+bA)KNH

μA−bA−1

SRT

=¿5 mgL

=( 1SRT

+0,05d−1)0,2mg /L

0,3d−1−0,05d−1− 1SRT

=¿5(0,3d−1−0,05d−1− 1SRT ) mgL =( 1

SRT+0,05d−1)0,2mgL =¿1,25d−1− 5

SRT=0,01d−1+ 0,2

SRT=¿1 ,24 d−1= 5,2

SRT=¿SRT=4,19d

Από τις δύο ηλικίες ιλύος επιλέγουμε την τιμή SRT=4,19d που ικανοποιεί την συνθήκη του βιβλίου. Πρέπει να είναι μεγαλύτερη των 3-4 ημερών για να εξασφαλίζονται τα καλά χαρακτηριστικά καθίζησης των κροκίδων.

13

β)

Θεωρώ την ηλικία ιλύος SRT=4,19 d την αντικαθιστούμε στον τύπο (2) και έχουμε:

Sorg=( 1SRT

+kd)K s

μmax−kd−1

SRT

=¿Sorg=(0,239d−1+0,05d−1 )20mg /L1,5d−1−0,05d−1−0,239d−1 =¿ Sorg=

5,78d−1mg /L1,211d−1 =¿Sorg=4,77mg /L

Άρα η ποσοστιαία απομακρυνση των οργανικών θα είναι:

Ε=S0−SS0

100=400mg /L−4,77mg /L400mg /L

100=98 ,8%

Αντίστοιχα για το αμμωνιακό αζωτο η ποσοστιαία απομακρυνση θα είναι:

Ε=S0−SS0

100=(50−5)mg /L50mg /L

100=90%

Άσκηση 2 (10)Υπολογισμός ρυθμού ανακυκλοφορίας για αύξηση παροχής κατά 10%:

θA= VQ

= 2000m3

8000 m3

d

=0,25d Πριν την αύξησητης παροχής

θΒ= VQ

= 2000m3

8800 m3

d

=0,23d Μετά την αύξησητης παροχής

Από τη σχέση SRT=θ+r θc

1+r , όπου SRT=4,19d , θ= θA =0,25d και r=1 έχουμε:

SRT=θ+r θc

1+r=¿ 4,19d=

0,25d+θc

1+1=¿2∗4,19d=0,25d+θc=¿θc=8,13d

14

Από την ίδια σχέση SRT=θ+r θc

1+r αλλά λύνοντας προς r και γνωρίζοντας τα θ= θΒ=0,23 d

και θc= 8,13 d έχουμε:

SRT=θ+r θc

1+r => 4,19 d=

0,23d+r 8,13d1+r => 4,19d + 4,19 r d = 0,23 d+ 8,13 r d => 3,96 d =

3,94 r d => r= 1,0051

Άρα ο ρυθμός ανακυκλοφορίας μετα την αύξηση της παροχής κατα 10% θα είναι r=1,0051.

Άσκηση 3 (10)Θεωρούμε μια δεξαμενή δευτεροβάθμιας καθίζησης και παροχές όπως στο παρακάτω σχήμα:

α) περιεκτικότητας του διαυγασμένου αποβλήτου σε στερεά

Qu= 5/100 * Q0 =5/100 * 500 m3/d = 25 m3/d

CU= 50 Ce

Από το ισοζύγιο μάζας έχουμε:

Q0= Qe+ Qu=> Qe= Q0- Qu => Qe= 500 m3/d - 25 m3/d = 475 m3/d

και

15

Q0 C0= Qe Ce+ Qu Cu => 500 m3/d * 1/100 kg/L = 475 m3/d * Ce + 25 m3/d * 50 Ce => 5 m3/d kg/L = 475m3/d * Ce + 1250 m3/d Ce => 5 m3/d kg/L = 1725 m3/d Ce=> Ce= 5m3/d kg /L1725m3/d

=¿C e=0 ,0029kg/L ή 2.900 mg/L ή 0,29%

β) η περιεκτικότητα σε στερεά της λάσπης είναι:

CU= 50 Ce= 50* 0,0029 kg/L => CU= 0,145 kg/L ή 145.000 mg/L ή 14,5%

γ) η ταχύτητα άντλησης δίνεται από τον τύπο

Α=QuU

=25m3/d

U=¿U=25m

3 /d2,5m2 =¿U=10 m

d=0,4m /h

16