Biosolids e book

ΜΑΘΗΜΑΤΑ eLEARNI NG ΓΙ Α ΤΟΝ ΛΕΙ ΤΟΥΡΓΟ ΤΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ ΒΙ ΟΛΟΓΙ ΚΟΥ ΚΑΘΑΡΙ ΣΜΟΥ

ΚΕΦΑΛΑΙ Ο 2.

7

ΚΥΡΙΕΣΜΕΘΟΔΟΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΑΣΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ

Nireas Project

E-learning

Page 1

Nireas Project

Πίνακας περιεχομένων 2.7 ΧΕΙΡΙΣΜΟΣ ΒΙΟΣΤΕΡΕΩΝ ...................................... ΣΦΑΛΜΑ! ΔΕΝ ΕΧΕΙ ΟΡΙΣΤΕΙ ΣΕΛΙΔΟΔΕΙΚΤΗΣ.

2.7.1 Παραγωγή βιοστερεών ............................ Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.

2.7.1 Προεπεξεργασία ...................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.

2.7.1.1 2.7.1.2 2.7.1.3 2.7.1.4 2.7.1.5

2.7.2 2.7.2.1 2.7.2.2 2.7.2.3 2.7.2.4 2.7.2.5

2.7.3 2.7.3.1 2.7.3.2 2.7.3.3 2.7.3.4 2.7.3.5 2.7.3.6

2.7.4 2.7.4.1 2.7.4.2

2.7.5 2.7.6 2.7.6.1 2.7.6.2 2.7.6.3 2.7.6.4 2.7.6.5 2.7.6.6 2.7.6.7

2.7.7 2.7.7.1 2.7.7.2

2.7.8 2.7.8.1 2.7.8.2 2.7.8.3 2.7.8.4

2.7.9 2.7.10 2.7.11 2.7.12

E-learning

Άλεση .............................................................. Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Εσχάρωση....................................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Εξάμωση ......................................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Ανάμιξη ........................................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Αποθήκευση .................................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.

Πάχυνση .................................................. Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Πάχυνση επίπλευσης ...................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Πάχυνση βαρύτητας ....................................................................................................... 14 φυγόκεντρος πάχυνσης ................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.

Gravity – belt thickening ................................. Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Πάχυνση περιστρεφόμενου κυλίνδρου ............ Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.

Σταθεροποίηση ....................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.

Χημική σταθεροποίηση .................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Σταθεροποίηση μέσω αναερόβιας χώνευσης .. Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Σταθεροποίηση μέσω αερόβιας χώνευσης ...... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Αυτόθερμη θερμοφιλικά αερόβια χώνευση (ATAD)Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Κομποστοποίηση ............................................ Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Σύγκριση μεθόδων σταθεροποίησης ............... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.

Απονέρωση ............................................. Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.

Χημική απονέρωση ......................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Θερμική απονέρωση ....................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.

Ανάμιξη ................................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Αφυδάτωση ιλύος .................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.

Διήθηση κενού ................................................. Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Διήθηση πίεσης .............................................................................................................. 52 Αφυδάτωση με φυγόκεντρο ............................. Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Υδροκυκλώνες ................................................. Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Κλίνες ξήρανσης .............................................. Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Καλαμιώνες ..................................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Δεξαμενές ιλύος ............................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.

Μείωση όγκου αφυδατωμένης ιλύος ....... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. θερμική ξήρανση ............................................. Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Αποτέφρωση ................................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.

Διαχείριση ιλύος ...................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.

Μεταφορά ιλύος ............................................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Διάθεση στο νερό ............................................ Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Διάθεση στο έδαφος ........................................ Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Εφαρμογή ως εδαφοβελτιωτικό ....................... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.

Υπολογισμοί ............................................ Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Γενικό διάγραμμα ροής............................ Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Γλωσσάρι ................................................ Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Ερωτήσεις & Απαντήσεις ........................................................................................ 91

Page 2

Nireas Project

Βιβλιογραφία

California State University. (2008). Operation of Wastewater Treatment Plants - Volume I. Sacramento .

California State University. (2008). Operation of Wastewater Treatment Plants - Volume II. Sacramento.

Eddy, Μ. &. (1999). Wastewater treatment.

EPA. (1985). PROTECTING HEALTH AND SAFETY AT HAZARDOUS WASTE SITES : AN OVERVIEW. Eastern Research Group Inc. Frank R. Spellman. (2009). Handbook of Water and Wastewater Treatment Plant Operations (2nd ed.). Boca Raton: CRC Press.

Frank R. Spellman. (2011). Spellman's Standard Handbook for Wastewater Operators (2nd Edition ed., Vol. II). Boca Raton , USA: CRC Press.

John M. Stubbart, W. G. (2006 ). AWWA Wastewater Operator Field Guide. USA. Nickolas P. Cheremisinoff. (2002). Handbook of Water and Wastewater Treatment Technologies .

USA: Butterworth-Heinemann.

E-learning

Page 3

Nireas Project

2.7 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΒΙΟΣΤΕΡΕΩΝ Οι διεργασίες των μονάδων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων αφαιρούν το BOD από το ρεύμα των υγρών πριν η εκροή διατεθεί στους υδάτινους αποδέκτες. Αυτό που απομένει είναι ένα μίγμα στερεών και αποβλήτων που καλούνται υπολείμματα διεργασιών, και πιο συχνά αναφέρονται ως ιλύς ή βιοστερεά (εκτός των υπολείμματα που αφαιρέθηκαν με την προκαταρκτική και πρωτοβάθμια επεξεργασία). Η διαχείριση (συλλογή-επεξεργασία-σωστή διάθεση στο περιβάλλον) των βιοστερεών αποτελεί σοβαρό περιβαλλοντικό πρόβλημα . Νέες μέθοδοι επεξεργασίας, διεργασίες απολύμανσης, και μέθοδοι απόθεσης είναι διαθέσιμεςκαι εφαρμόζονται συνεχώς νεόι και αυστηρότεροι κανονισμοί. Το πιο δαπανηρό και πολύπλοκο τμήμα στη διαχείριση υγρών αποβλήτων μπορεί να είναι η συλλογή, η επεξεργασία και η απόθεση της ιλύος, επειδή η ποσότητα της ιλύος που παράγεται μπορεί να είναι μέχρι και 2% του αρχικού όγκου των υγρών αποβλήτων (σε παραλλαγές ενεργού ιλύος). Επειδή η διαχωριζόμενη ιλύς(λάσπη) από τη βασική γραμμή επεξεργασίας υγρών, μπορεί να αποτελείται μέχρι και από 97% νερό και δεδομένου ότι το κόστος διαχείρισής της σχετίζεται με την ποσότητα της, κύριος στόχος της επεξεργασίας ιλύος (εκτός από τη σταθεροποίηση της) είναι ο διαχωρισμός των στερεών από τα υγρά. Οι μέθοδοι διαχείρισης που σχεδιάζονται πρέπει να επιτυγχάνουν και τους δύο στόχους.

Σημείωση: Οι μέθοδοι επεξεργασίας ιλύος χωρίζονται γενικά σε τρεις κύριες κατηγορίες: πάχυνση, σταθεροποίηση και αφυδάτωση.

E-learning

Page 4

Nireas Project

2.7.1 Παραγωγή βιοστερεών Η ιλύς σχηματίζεται αρχικά ως ένα 3-7 % του αιωρήματος των στερεών, υποθετοντας ότι κάθε άτομο τυπικά παράγει περίπου 10-15 L ιλύος ανά εβδομάδα, η συνολική ποσότητα που παράγεται σε ημερησία, εβδομαδιαία, μηνιαία και ετήσια βάση είναι σημαντική. Εξαιτίας του όγκου και της φύσης του υλικού, η διαχείριση τς ιλύος είναι σημαντικός παράγοντας στο σχεδιασμό και τη λειτουργία των μονάδων ΕΕΛ Σημείωση: Το κόστος διαχείρισης των στερεών υπολειμμάτων ευθύνεται για περισσότερο απο το μισό του συνολικού κόστους σε μια τυπική μονάδα δευτεροβάθμιας επεξεργασίας Η ιλύς παράγεται κατά τη διάρκεια της πρωτοβάθμιας, δευτεροβάθμιας και χημικής επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων. Κατά την πρωτοβάθμια επεξεργασία, τα στερεά που επιπλέουν ή καθιζάνουν αφαιρούνται. Το επιπλέον υλικό σχηματίζει μια ποσότητα στερεού αποβλήτου γνωστού ως αφρός. Ο αφρός συνήθως δεν θεωρείται ιλύς. Παρόλα αυτά πρέπει να διατίθεται με περιβαλλοντικά ορθούς τρόπους. Το καθιζάνον υλικό, το οποίο συλλέγεται από τον πυθμένα της δεξαμενής πρωτοβάθμιας καθίζησης ονομάζεται πρωτοβάθμια ιλύς (primary sludge) επεξεργασίας. Η ιλύς πρωτοβάθμιας επεξεργασίας μπορεί να αναφέρεται και ως

ακατέργαστη ιλύς (row sludge) επειδή δεν έχει

υποστεί αποσύνθεση. Η πρωτοβάθμιαιλύς από μια τυπική ΕΕΛ είναι αρκετά σηπτική-δυσοσμη και έχει υψηλή περιεκτικότητα νερού, δύο χαρακτηριστικά που καθιστούν την επεξεργασία της δύσκολη.

E-learning

Page 5

Nireas Project

Τα στερεά που αφαιρούνται από τη δεξαμενή πρωτοβάθμιας καθίζησης μεταφέρονται εκτός της πρωτοβάθμιας μονάδας. Αυτά τα στερεά είναι γνωστά ως κολλοειδή αιωρούμενα στερεά. Το σύστημα δευτεροβάθμιας επεξεργασίας (π.χ βιολογικό φίλτρο, ενεργός ιλύς κλπ) σχεδιάζεται έτσι ώστε να μετατρέψει αυτά τα

ανεπεξέργαστα (στερεά σε βιο-σταθεροποιημένα στερεά που

μπορούν να συσσωματωθούν (με ή χωρίς χημικά και να απομακρυνθούν). Μόλις έρθουν σε καθιζάνουσα μορφή, τα συσσωματωμένα στερεά αυτά μπορούν να αφαιρεθούν σε σύστημα διαύγασης που έπεται μετά τη βιολογική επεξεργασία

(δευτεροβάθμια καθίζηση). Η ιλύς που

απομένει στον πυθμένα του δευτεροβάθμιας καθίζησης ονομάζεται δευτεροβάθμια ιλύς. Η δευτεροβάθμια ιλύς είναι ελαφριά, "αφράτη" και δυσκολότερη στη συμπύκνωση και την αφυδάτωση της από την πρωτοβάθμια ιλύ. Η δευτεροβάθμια ιλύς δεν αφυδατώνεται εύκολα. Με την προσθήκη στην καθίζηση χημικών κροκιδωτικών (ποικίλων οργανικών και ανόργανων ουσιών) πριν την καθίζηση και τη διαύγαση διευκολύνεται η συσσωμάτωση των στερεών και ο εγκλωβισμός μικρότερων ή κολλοειδών στερεών και μειώνεται το ποσοστό των στερεών που διαφεύγουν στην εκροή. Αυτή η προσθήκη χημικών οδηγεί με συσσωμάτωση στο σχηματισμό κροκκίδων (βαρύτερων στερεών), τα οποία παγιδεύουν τα

κολλοειδή στερεά ή μετατρέπουν

πολλά διαλυμένα στερεά σε καθιζάνοντα. Τα στερεά που προκύπτουν ονομάζονται χημική ιλύς. Πηγές στερεών από συμβατικές μονάδες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων Unit operation or process

E-learning

Types of solids

Εσχάρωση

Χονδρά (αδρομερή) στερεά

Εξάμμωση

Άμμος και αφροί-λίπη

Page 6

Nireas Project

Προαερισμός

Άμμος και αφροί-λίπη Πρωτοβάθμια στερεά και

Πρωτοβάθμια καθίζηση

αφρός

Βιολογική επεξεργασία

Αιωρούμενα στερεά Δευτεροβάθμια βιοστερεά και

Δευτεροβάθμια καθίζηση

αφρός

Εγκαταστάσεις επεξεργασίας στερεών

Στερεά, κόμποστ και τέφρα

(Eddy, 1999)

Χαρακτηριστικά των στερεών και των λαπσών που παράγονται κατά την επεξεργασία λυμάτων Solids or sludge Description Screenings Grit

Scum/grease

Primary sludge

Sludge from chemical precipitation

Activated sludge

Trickling-filter sludge

E-learning

Screenings include all types of organic and inorganic materials large enough to be removed on bar racks. The organic content varies, depending on the nature of the system and the season of the year Grit is usually made up of the heavier inorganic solids that settle with relatively high velocities. Depending on the operating conditions, grit may also contain significant amounts of organic matter, especially fats and grease Scum consists of the floatable materials skimmed from the surface of primary and secondary settling tanks and from grit chambers and chlorine contact tanks, if so equipped. Scum may contain grease, vegetable and mineral oils, animal fats, waxes, soaps, food wastes, vegetable and fruit skins, hair, paper and cotton, cigarette tips, plastic materials, condoms, grit particles, and similar materials. The specific gravity of scum is less than 1.0 and usually around 0.95 Sludge from primary settling tanks is usually gray and slimy and, in most cases, has an extremely offensive odor. Primary sludge can be readily digested under suitable conditions of operation Sludge from chemical precipitation with metal salts is usually dark in color, though its surface precipitation may be red if it contains much iron. Lime sludge is grayish-brown. The odor of chemical sludge may be objectionable, but is not as objectionable as the odor of primary sludge.

While chemical sludge is somewhat slimy, the hydrate of iron or aluminum in it makes it gelatinous. If the sludge is left in the tank, it undergoes decomposition similar to primary sludge, but at a slower rate. Substantial quantities of gas may be given off and the sludge density increased by long residence times in storage Activated sludge generally has a brown flocculent appearance. If the color is dark, the sludge may be approaching a septic condition. If the color is lighter than usual, there may have been underaeration with a tendency for the solids to settle slowly. Sludge in good condition has an inoffensive “earthy” odor. The sludge tends to become septic rapidly and then has a disagreeable odor of putrefaction. Activated sludge will digest readily alone or when mixed with primary sludge Humus sludge from trickling filters is brownish, flocculent, and relatively inoffensive when fresh. It generally undergoes decomposition more slowly than other undigested sludges. When trickling-filter sludge contains many worms, it may become inoffensive quickly. Trickling-filter sludge digests readily

Page 7

Nireas Project

Aerobically digested biosolids

Anaerobically digested biosolids

Compost

Aerobically digested biosolids are brown to dark brown and have a flocculent appearance. biosolids The odor of aerobically digested sludge is not offensive; it is often characterized as musty. Well-digested aerobic sludge dewaters easily on drying beds Anaerobically digested biosolids are dark brown to black and contain an exceptionally large digested biosolids quantity of gas. When thoroughly digested, they are not offensive, the odor being relatively faint and like that of hot tar, burnt rubber, or sealing wax. Primary sludge, when anaerobically digested, produces about twice as much methane gas as does waste activated sludge. When drawn off onto porous beds in thin layers, the solids first are carried to the surface by the entrained gases, leaving a sheet of comparatively clear water. The water drains off rapidly and allows the solids to sink down slowly onto the bed. As the solids dry, the gases escape, leaving a well-cracked surface with an odor resembling that of garden loam Composted solids are usually dark brown to black, but the color may vary if bulking agents such as recycled compost or wood chips have been used in the composting process. The odor of well-composted solids is inoffensive and resembles that of commercial garden-type soil conditioners

(Eddy, 1999) Τυπικά ποσοστά υγρασίας σε διάφορες λάσπες (ιλύες) Percent Moisture Water Treatment Process kg Water/kg Sludge Solids of Sludge, % Generated Primary sedimentation 95 19 Trickling filter Humus, low rate

93

13,3

Humus, high rate

97

32,3

99

99

Activated sludge

(Frank R. Spellman, 2009)

2.7.1. Προεπεξεργασία Η προεπεξεργασία

της ιλύος είναι συχνά απαραίτητη πριν λάβει χώρα η αφυδάτωση και η

πάχυνση. Περιλαμβάνει εξάμμωση, άλεση, εσχάρωση, ανάμιξη και αποθήκευση πριν την περαιτέρω επεξεργασία.

2.7.1.1. Άλεση Το ραφινάρισμα της ιλύος περιλαμβάνει τον τεμαχισμό των μεγάλων στερεών σε μικρότερα particles. Αυτή μέθοδος χρησιμοποιείται προκειμένου να αποφευχθούν προβλήματα στις κατάντη διεργασίες. Οι εν σειρά τεμαχιστές

μειώνουν το χρόνο καθαρισμού και συντήρησης του

εξοπλισμού. Οι τεμαχιστές μπορούν να μειώσουν το μέγεθος των στερεών στα 15 έως 6 mm ανάλογα με τις απαιτήσεις του σχεδιασμού.

E-learning

Page 8

Nireas Project

Inline grinder (upper left); incisors of a grinder (lower left); typical grinder installation (right)

2.7.1.2. Εσχάρωση Η εσχάρωση της ιλύος αποτελεί έναν εναλλακτικό τρόπο άλεσης και αποσκοπεί στην αφαίρεση των ινώδων υλικών από την ιλύ. Το εύρος των ανοιγμάτων κυμαίνεται από 3-6 mm ενώ μπορούν να χρησιμοποηθούν και ανοίγματα της τάξης των 10 mm.

Πρέσσα εσχάρωσης ιλύος: (a) σχήμα και (b) εικόνα μιας μεγάλης εγκατάστασης.

E-learning

Page 9

Nireas Project

(Eddy, 1999) Πρέσσα εσχάρωσης ιλύος

2.7.1.3. Εξάμμωση Σε ορισμένες εγκαταστάσεις όπου δεν χρησιμοποιούνται ξεχωριστές μονάδες εξάμμωσης πριν από τις δεξαμενές πρωτοβάθμιας καθίζησης ή όπου οι εξαμμωτές δεν είναι οι κατάλληλοι για να διαχειριστούν τις ροές αιχμής και τα μεγάλα φορτία, κρίνεται απαρίτητη η απομάκρυνση του grit πριν την περαιτέρω επεξεργασία της ιλύος. Ώς αποτέλεσμα, περιορίζεται η φθορά στα συστήματα άντλησης του εισρέοντος φορτίου και πρωτοβάθμιας ιλύος καθώς και στο σύστημα πάχυνσης. Ο εξαμμωτής ιλύος χρησιμοποιείται κυρίως όταν επιθυμείται περαιτέρω πάχυνση της πρωτοβάθμιας

E-learning

Page 10

Nireas Project

ιλύος. Η εφαρμογή φυγόκεντρων διαχωριστών για να επιτευχθεί ο διαχωρισμός των κόκκων άμμου από την οργανική ιλύ αποτελεί την πιο αποτελεσματική μέθοδο. Εναλλακτικά χρησιμοποιούνται διαχωριστές τύπου στατικού κυκλώνα, όπου η άμμος συγκεντρώνεται στον κώνο και η ιλύς εξέρχεται από χωριστή έξοδο.

2.7.1.4. Ανάμιξη Η ανάμιξη ιλύος αποσκοπει στην ομογενοποίηση όλων των εισρεόντων ρευμάτων ιλύος. Η ιλύς παράγεται σε πρωτοβάθμιες, δευτεροβάθμιες και ανώτερες διεργασίες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. Η πρωτοβάθμια ιλύς αποτελείται από καθιζάνοντα στερεά τα οποία μεταφέρονται στα υγρά απόβλητα. Η δευτεροβάθμια ιλύς αποτελείται από βιολογικά στερεά καθώς και από επιπρόσθετα καθιζάνοντα στερεά. Η ιλύς που παράγεται από την ανώτερη επεξεργασία μπορεί να αποτελείται από βιολογικά και χημικά στερεά. Η ανάμιξη της ιλύος αποσκοπεί στην παραγωγή ενός ομογενούς μίγματος για τις κατάντη λειτουργίες και διεργασίες. Τα ομοιόμορφα μίγματα είναι πιο σημαντικά στα συστήματα μικρού χρόνου παραμονής όπως η αφυδάτωση ιλύος, η θερμική επεξέργασία και η αποτέφρωση. .

2.7.1.5. Αποθήκευση Πριν το στάδιο της αφυδάτωσης και της πάχυνσης , η ιλύς πρέπει να αποθηκευτεί και να υποστεί προεπεξεργασία. Η αποθήκευση της αποτελεί ένα σημαντικό και αναπόσπαστο κομμάτι κάθε συστήματος επεξεργασίας και διάθεσης ιλύος

υγρών αποβλήτων. Η αποθήκευση της ιλύος

παρέχει πολλά οφέλη που σχετίζονται με την εξισορρόπηση της ροής της ιλύος προς τις κατάντη διεργασίες, επιτρέποντας την αποθήκευση της ιλύος κατά τη διάρκεια της μη λειτουργίας των εγκαταστάσεων διεργασίας της ιλύος και την απόκτηση ενός ομοιόμορφου ρυθμού τροφοδοσίας, γεγονός που ενισχύει τις διεργασίες πάχυνσης, conditioning και αφυδάτωσης.

2.7.2. Παχυνση Η πάχυνση αποσκοπεί στην αφαίρεση όσον δυνατόν περισσότερου νερού πριν την τελική αφυδάτωση της ιλύος. Συνήθως επιτυγχάνεται μέσω της επίπλευσης των στερεών στην επιφάνεια των υγρών ή μέσω της καθίζησης τους στον πυθμένα. Άλλες μέθοδοι πάχυνσης είναι η φυγόκεντρος και η διήθηση με πίεση ή η διήθηση με κενό. Οι μέθοδοιαυτές αποτελούν χαμηλού κόστους διεργασίες μείωσης του όγκου του εισρεόντος φορτίου στα επόμενα στάδια.

E-learning

Page 11

Nireas Project

2.7.2.1. Πάχυνση με επίπλευση Η πάχυνση επίπλευσης χρησιμοποιεείται πιο αποτελεσματικά για ιλύες από επεξεργασίες με αιωρούμενη βιομάζα, όπως τα συστήματαενεργού ιλύος. Το ανακυκλώσιμο νερό από τον παχυντή επίπλευσης αερίζεται υπό πίεση. Κατά τη διάρκεια αυτή το νερό απορροφά περισσότερο αέρα από ότι θα απορροφούσε υπό φυσιολογική πίεση. Το ανακυκλώμενο ρεύμα ροής αναμειγνύεται με τα χημικά (σε περίπτωση χρήσης χημικών) και τη ροή των λυμάτων. Όταν το μίγμα εισέρχεται στην πάχυνση επίπλευσης, η περίσσεια αέρα απελευθερώνεται με τη μορφή φυσαλίδων. Οι φυσαλίδες αυτές προσκολλώνται στα στερεά και τα μεταφέρουν προς την επιφάνεια. Η συσσώρευση των στερών αυτών στην επιφάνεια ονομάζεται πίτα επίπλευσης (float cake). Καθώς όλο και περισσότερα στερεά προστίθενται στο κάτω μέρος της πίτα επίπλευσης αυτή γίνεται μεγαλύτερου πάχους και το νερό αρχίζει να απομακρύνεται από το πάνω μέρος του. Τα στερεά στη συνέχεια μεταφέρονται σε ένα επικλινές πρανές με ένα ξέστρο και προωθούνται στο επόμενο σταδιο επεξεργασίας.. Τα υγρά που υπερχειλίζουν από τη δεξαμενή κάτω από την επιφάνεια των επιπλεόντων στερεών ανακυκλωνονται ή επιστρέφουν στο προς επεξεργασία ρεύμα υγρών αποβλήτων. Παχυντής επίπλευσης διαλυμένου αέρα

E-learning

Page 12

Nireas Project

(John M. Stubbart, 2006 )

Σύστημα επίπλευσης διαλυμένου αέρα, Σχήμα

Dissolved Air Flotation System operation

E-learning

Page 13

Nireas Project

https://www.youtube.com/watch?v=SUn8fO4J2dQ Εγκατάσταση συστήματος επίπλευσης διαλυμένου αέρα

2.7.2.2. Πάχυνση βαρύτητας Η πάχυνση βαρύτητας ‘εχει ευρέως χρησιμοποιηθεί στην πρωτοβάθμια ιλύ για πολλά χρόνια, δεδομένης της απλότητας και του χαμηλού κόστους τη. Στην πάχυνση βαρύτητας, η ιλύς συγκεντρώνεται λόγω της βαρύτητας και της συμπίεσης των στερεών της. Ουσιαστικά αποτελεί μια διεργασία καθίζησης. Η ιλύς ρέει σε μια δεξαμενή παρόμοια με τους κυκλικούς συλλέκτες που χρησιμοποιούνται στην πρωτοβάθμια και δευτεροβάθμια καθίζηση. Τα στερεά στην ιλύ καθιζάνουν στον πυθμένα, όπου ένα ξέστρο τα αφαιρεί σε μια χοάνη. Ο τύπος της προς πάχυνση ιλύος έχει πολύ μεγάλη επίδραση στη απόδοση. Τα καλύτερα αποτελέμσατα επιτυγχάνονται με την πρωτοβάθμια ιλύ. Η αμιγώς πρωτοβάθμια ιλύς μπορεί να υποστεί πάχυνση από 1-3% σε 10% στερεά, ενώ η περίσσεια ιλύος από σύστημα ενεργούς ιλύος, από 1-3% σε 4% στερεά, απόβλητα από βιολογικό φίλτρο από 1-3% σε 7-9% στερεά, και ηπροερχόμενη από συνδυασμό πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας καθίζησης από 1-3% σε 4-9% στερεά. Όσο το ποσοστό ενεργούς (δευτεροβάθμιας) ιλύος αυξάνεται, τόσο η πάχυνση των καθιζανόντων στερεών μειώνεται. Υπάρχουν διάφοροι σχεδιασμοί για την πάχυνση ιλύος. Μηχανισμός ξέστρου σε παχυντή βαρύτητας

E-learning

Page 14

Nireas Project

Σχηματικό διάγραμμα ενός παχυντή βαρύτητας: (a) κάτοψη και (b) τομή

E-learning

Page 15

Nireas Project

(Eddy, 1999) Απόδοση συμβατικού παχυντή βαρύτητας Πριν την παχυνση

Type of Solids

% total solids

Πρωτοβάθμια λάσπη (PRI)

Πριν την παχυνση % total solids

0.6-6

5-10

1-4

3-6

1-3.5

2-5

0.2-1

2-3

PRI + WAS

3-6

8-15

RPI + TF

2-6

5-9

PRI + RBC

2-6

5-8

PRI + lime

3-4.5

10-15

1.5

3

0.2-0.4

4.5-6.5

4

8

Βιολογικά Φίλτρα Trickling filter (TF) Βιορότορες ή Βιοδίσκοι (RBC) Λάσπη από ενεργό ιλύ (WAS)

PRI + (WAS + iron) PRI + (WAS + aluminum salts) Χωνεμένη Αναερόβια PRI + WAS

(John M. Stubbart, 2006 ) Παρακάτω παρατίθενται κάποια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της πάχυνσης βαρύτητας: Πλεονεκτήματα 1. Ο εξοπλισμός της πάχυνσης βαρύτητας είναι απλός όσον αφορά στη λειτουργία και τη συντήρηση.

2. Η πάχυνση βαρύτητας έχει χαμηλότερο λειτουργικό κόστος από άλλες μεθόδους πάχυνσης όπως αυτή της πάχυνσης επίπλευσης με διαλυμένο αέρα ή της φυγόκεντρου πάχυνσης. Για παράδειγμα, ένα αποτελεσματικό σύστημα λειτουργίας πάχυνσης βαρύτητας συντελεί στον περιορισμό του κόστους των κατάντη λειτουργιών.

3. Επιπρόσθετα, οι μονάδες που εναποθέτουν τα βιοστερεά σε γεωργική έκταση μπορούν να ωφεληθούν με τους παρακάτω τρόπους:

•

μειώνεται το κυκλοφοριακό πρόβλημα που προκαλούν τα φορτηγα τόσο στη μονάδα όσο και στη γεωργικά έκταση.

•

μειώνεται το κόστος χρήσης φορτηγών

E-learning

Page 16

Nireas Project

•

οι υπάρχουσες εγκαταστάσεις αποθήκευσης μπορούν να χωρέσουν την παραγωγή βιοστερεών περισσότερων ημερών

•

μπορούν να χρησιμοποιηθούν μικρότερες εγκαταστάσεις αποθήκευσης

•

απαιτείται λιγότερος χρόνος για τη μεταφορά των στερεών στο όχημα εναπόθεσης καθώς και για την απόθεση τους στο έδαφος

•

Η απαίτηση σε άζωτο μπορεί να καλυφθεί με λιγότερες εκφορτώσεις του οχήματος εναπόθεσης περιορίζοντας έτσι τη συμπίεση του εδάφους.

Μειονεκτήματα  Ο σχηματισμός του αφρού (επιπλεόντων) προκαλεί οσμές  Ενδέχεται να σχηματιστούν λίπη τα οποία προκαλούν απόφραξη. Αυτό μπορεί να αποφευχθεί με συχνή αφαίρεση-διάθεση των επιπλεόντων ή με αντίστροφη πλύση.  Οι συνθήκες λειτουργίας παράγουν οσμές θείου. Αυτό μπορεί να αποφευχθεί μειώνοντας τους χρόνους παραγωγής στο σύστημα συλλογής και στη μονάδα ή με προσθήκη οξειδωτικών αντιδραστηρίων. .  Τα υπερκείμενα υγρά δεν έχουν τόσο χαμηλές συγκεντρώσεις στερεών όσο αυτά που παράγονται μέσω πάχυνσης με επίπλευση διαλυμένου αέρα (DAF) ή πάχυνσης με φυγόκεντρο. Οι παχυντές με κινούμενη ταινία - μπορεί να δώσουν υπερκείμενα υγρά με χαμηλότερες συγκεντρώσεις στερεών ανάλογα με τον εξοπλισμό και τα χαρακτηριστικά των στερεών. Οι παχυντές βαρύτητας απαιτούν μεγαλύτερη έκτασης γης από ότι η πάχυνση με φυγόκεντρο ή η DAF με κινούμενη ταινία βαρύτητας.Οι συγκεντρώσεις στερεών από παχυντές βαρύτητας είναι μικρότερες συγκριτικά με τις συγκεντρώσεις από DAF παχυντή ή φυγοκεντρικό παχυντή (διαχωριστή).

E-learning

Page 17

Nireas Project

Εγκατάσταση με παχυντές βαρύτητας

(E. S. Tarleton, R. J. Wakeman, 2007) Παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση παχυντών.

Factor

Effect

Nature of the solids feed

Affects the thickening process because some solids thicken more easily than others.

Freshness of feed solids High solids age can result in septic conditions High volatile solids Hamper gravity settling due to reduced particle specific gravity concentrations High hydraulic loading rates Increase velocity and cause turbulence that will disrupt settling and carry the lighter solids past the weirs.

Solids loading rate If rates are high, there will be insufficient detention time for settling. If rates are too low, septic conditions may arise.

Temperature and variation • High temperatures will result in septic conditions. in temperature of thickener Extremely low temperatures will result in lower settling contents velocities. If temperature varies, settling decreases due to stratification • As the temperature of the sludge increases, the rate of biological activity increases and the sludge tends to gasify and rise at a higher rate. As a result, during summertime operation settled sludge has to be removed at a faster rate from the thickener.

High solids blanket depth Increases the performance of the settling by causing compaction of the lower layers, but it may result in solids being carried over the weir Solids residence time An increase may result in septic conditions. A decrease may result in only partial settling

E-learning

Page 18

Nireas Project

Mechanism and solids withdrawal

rate

of Must be maintained to produce a smooth and continuous flow.

Otherwise, turbulence, septic conditions, altered settling, and other anomalies may occur.

Chemical treatment Chemicals-such as potassium permanganate, polymers, or ferric chloride-may improve settling and/or supernatant quality Presence of bacteriostatic Allows for longer detention times before anaerobic conditions agents or oxidizing agents create gas bubbles and floating solids.

Cationic polymer addition Helps thicken waste-activated solids and clarify the supernatant Use of metal salt coagulants Improves overflow clarity but may have little impact on underflow concentration (John M. Stubbart, 2006 )

Gravity Thickening Troubleshooting Guide Indicators

Septic odor, rising solids

Thickened solids not thick enough

Torque overload of solids collecting mechanism

Surging flow Excessive biological growths on surfaces and weirs (slimes, etc.)

Oil leak Noisy or hot bearing or

E-learning

Probable Cause

Check or Monitor

Thickened solids pumping rate is too slow; thickener overflow rate is too low

Check thickened solids pumping system for proper operation; check thickener collection mechanism for proper operation

Solution

Increase pumping rate of thickened solids; increase influent flow to thickener – a portion of the secondary effluent may be pumped to thickener to bring overflow rate to 16-24 m3/m2d; chlorinate influent solids.

Overflow rate is too high; Check overflow rate; use Decrease influent solids thickened solids dye or other tracer to flow rate; decrease pumping rate is too high; check for circulation. pumping rate of short-circuiting of flow thickened solids; check. effluent weirs and repair through tank or re-level; check influent baffles and repair or relocate.

Heavy accumulation of Probe along front of Agitate solids blanket in solids; foreign object collector arms front of collector arms with water jets; increase jammed in mechanism: solids improper alignment of removal rate; mechanism attempt to remove foreign object with grappling device; if problem persists, drain thickener and check mechanism for free operation Poor influent pump Pump cycling Modify pump cycling; programming reduce flow and increase time.

Inadequate cleaning Frequent and thorough program cleaning of surfaces; apply chlorination.

Oil seal failure Excessive

Oil seal wear: Alignment; lubrication

Replace seal Replace, lubricate,

or

Page 19

Nireas Project universal joint Pump overload Fine solids particles in effluent

improper alignment; lack of lubrication Improper adjustment of Check packing; check for packing; clogged pump trash in pump.

Waste-activated solids Portion of wasteactivated solids (WAS) in thickener effluent

align joint or bearing as required Adjust packing; clean pump Better conditioning of the WAS portion of the solids; thicken WAS in a flotation thickener

(John M. Stubbart, 2006 ) 2.7.2.3 Φυγοκεντροι για πάχυνση ιλύος. Οι φυγόκεντροι χρησιμοποιούνται τόσο για την πάχυνση όσο και για την αφυδάτωση της ιλύος. Η εφαρμογή της στην πάχυνση κανονικά περιορίζεται στην ενεργό ιλύ, δεδομένου ότι το στόμιο εισόδου της φυγόκεντρου αποφράσσεται εύκολα. Η πάχυνση με φυγοκεντρισμό περιλαμβάνει τη καθίζηση των σωματιδίων ιλύος υπό τη επιρροή των φυγόκεντρων δυνάμεων. Ο βασικό τύπος φυγόκεντρου που χρησιμοποιείται για πάχυνση είναι ο φυγόκεντρος τύπου solid-bowl..

Σχηματικό διάγραμμα ενός φυγοκεντρου (centrifuge ή decanteur) που χρησιμοποιείται για πάχυνση λάσπης

(Eddy, 1999)

E-learning

Page 20

Nireas Project

Τυπικό σύστημα φυγοκέντρησης

2.7.2.4 Παχυντές βαρύτητας με κινούμενη ταινία Η ανάπτυξη των παχυντών βαρύτητας, με κινούμενη ταινία (ζώνη) προέρχεται από την εφαρμογή της ταινιό-πρεσας συμπίεσης για την αφυδάτωση της ιλύος. Στις ζώνες αφυδάτωσης , ιδιαίτερα για ιλύες που έχουν συγκεντρώσεις στερεών λιγότερες από 2 %, αποτελεσματική πάχυνση συμβαίνει στον τομέα αποστράγγισης μέσω βαρύτητας της πρέσας. Τα συστήματα συνήθως σχεδιάζονται για ένα μέγιστο της τάξης του 5-7 % στερεών μετά την πάχυνση. Ο εξοπλισμός της πάχυνσης αποτελείται από μια ζώνη βαρύτητας η οποία κινείται με τη βοήθεια κυλίνδρων και οδηγούμενη από ένα μηχανισμό κίνησης με δυνατότητα μεταβολής ταχύτητας. Σχηματικό διάγραμμα παχυντή ζώνης βαρύτητας

(Eddy, 1999) Οι δόσεις πολυμερών για πάχυνση ενεργούς ιλύος κυμαίνεται από σε 3 σε 7 kg ξηρού πολυμερούς ανά τόνο ξηρών στερεών.

E-learning

Page 21

Nireas Project

Οι

κύριοι

παράγοντες

που

επηρεάζουν

την

απόδοση

του

παχυντή

ζώνης-βαρύτητας

περιλαμβάνουν τον τύπο της ζώνης, τη χημική συσσωμάτωση, την ταχύτητα της ζώνης, καθώς και τα υγρά και τα στερεά φορτία. Παχυντής ζώνης βαρύτητας κατά τη διάρκεια της λειτουργίας.

2.7.2.5 Πάχυνση περιστρεφόμενου τυμπάνου Περιστρεφόμενοι κλειστοί (με κάλυμμα) κύλινδροι (τύμπανα) χρησιμοποιούνται, επίσης, για την πάχυνση ιλύος. Ένα σύστημα πάχυνσης περιστρεφόμενου κυλίνδρου αποτελείται από ένα σύστημα conditioning (συμπεριλαμβανομένου ενός συστήματος τροφοδότησης πολυμερούς) και από περιστρεφόμενα κυλινδρικά κόσκινα. Τα πολυμερή αναμιγνύονται με τη αραιωμένη ιλύ στους κυλίνδρους ανάμιξης και συσσωμάτωσης. Η συσσωματωμένη ιλύς στη συνέχεια περνάει στους κυλίνδρους περιστρεφόμενων κόσκινων, οι οποίοι διαχωρίζουν τα κροκιδωμένα στερεά από το νερά. Η παχυμένη ιλύς μεταφέρεται στο τέλος του κυλίνδρου, ενώ τα υγρά περνάνε μέσα από τα κόσκινα. Ωστόσο, κάποιοι σχεδιασμοί επιτρέπουν το συνδυασμό της μονάδας περιστρεφόμενου κυλίνδρου με μια πρέσα ζώνης -φίλτρου για την ταυτόχρονη επίτευξη πάχυνσης και αφυδάτωσης. Οι παχυντές περιστρεφόμενου κυλίνδρου μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε στάδιο προ-πάχυνσης πριν από την πρέσα ζώνης – αφυδάτωσης.

E-learning

Page 22

Nireas Project

Παχυντής περιστρεφόμενου τυμπάνου ,

(Eddy, 1999)

2.7.2.6 Σταθεροποίηση Σκοπός της σταθεροποίησης ιλύος είναι: • • • • • •

μείωση ή περιορισμός του δυναμικού αποσύνθεσης: σταθεροποίηση της οργανική ιλύος περιορισμός των έντονων οσμών περιορισμός των παθογόνων οργανισμών προκειμένου να επιτραπεί η επαναχρησιμοποίηση ή η διάθεση στο έδαφος μείωση του όγκου παραγωγή κατάλληλου για χρηση αερίου (μεθάνιο) βελτίωση της αφυδάτωσης της ιλύος

Τα μέσα για τον περιορισμό αυτών των ενοχλητικών συνθηκών σχετίζονται κυρίως με τη μείωση του ποσοστούπτητικών , στην οργανική ιλύ, καθώς και με την προσθήκη χημικών στα στερεά ή τα βιοστερεά έτσι ώστε να καθιστούν ακατάλληλα για την επιβίωση μικροοργανισμών επί αυτών. Ο εξοπλισμός που απαιτείται για τη σταθεροποίηση εξαρτάται από τις συγκεκριμένες διεργασίες που χρησιμοποιούνται. Οι διεργασίες σταθεροποίησης ιλύος περιλαμβάνουν:

E-learning

Page 23

Nireas Project

αναερόβια χώνευση αερόβια χώνευση αυτοθερμική θερμοφιλική αερόβια χώνευση κομποστοποίηση

• • • •

Όταν σχεδιάζεται μια διεργασία σταθεροποίησης, είναι σημαντικό να εκτιμηθεί η ποσότητα της ιλύος προς επεξεργασία , η ενσωμάτωση της διεργασίας σταθεροποίησης με τις άλλες μονάδες επεξεργασίας, καθώς και οι στόχοι της διεργασίας σταθεροποίησης. Οι στόχοι της διεργασίας σταθεροποίησης συχνά επηρεάζονται από τους ισχύοντες ή τους επικείμενους κανονισμούς. Σε περίπτωση που η ιλύς οδηγηθεί προς εναπόθεση σε εδαφική έκταση,η μείωση των παθογόνων οργανισμών πρέπει να ληφθεί υπόψη.

2.7.2.7. Χημική σταθεροποίηση Η χημική σταθεροποίηση αποτελεί μια διεργασία όπου η ιλύς σταθεροποιείται με τη χρήση χημικών. Οι δύο κοινές μέθοδοι που εφαρμόζονται είναι η σταθεροποίηση με χρήση ασβεστίου και η σταθεροποίηση με χρήση χλωρίου. Σταθεροποίηση με χρήση ασβέστη Η διεργασία σταθεροποίησης με χρήση ασβέστη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διαχείριση της πρωτοβάθμιας, της ενεργούς, της σηπτικής ιλύος, καθώς και της αναερόβιας χωνευμένης ιλύος. Η διεργασία περιλαμβάνει τη να αυξηθεί το pH του μίγματος σε 12 ή περισσότερο. Το pH διατηρείται για τουλάχιστον 2 ώρες. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα τον περιορισμό των βακτηρίων και των οσμών σε αμελητέες ποσότητες, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση της αφυδάτωσης και παρέχοντας μια ικανοποιητική σταθεροποίηση της ιλύος πριν την τελική της εναπόθεση. Αν το οξείδιο του ασβεστίου (CaO) προστεθεί στη ιλύ αρχικά αντιδρά με το νερό σχηματίζοντας Ca (OH)2. Η αντίδραση αυτή είναι εξώθερμη και έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας. Πλεονεκτήματα •

Ένα πλούσιο σε οργανικά εδαφικό προϊόν έχει μειωμένο αριθμό παθογόνων.

Μειονεκτήματα • •

Η προσθήκη αλκαλικού υλικού οδηγεί στην αύξηση της μάζας του προιόντος. Παράγονται πολλές πτητικές ουσίες, ειδικά αμμωνία, η οποία χρήζει συλλογής και διαχείρισης σε συστήματα ελέγχου οσμών, όπως χημικές πλυντρίδες ή βιοφίλτρα.

E-learning

Page 24

Nireas Project

Τυπικές δόσεις ασβέστη σε CaO ή σε Ca(OH)2 Lime dosage* Type of sludge

Πρωτοβάθμια Δευτεροβάθμια Μικτή Αναερόβια-Χωνεμένη Σηπτική

Solids

g Ca(OH)2/ kg

concentration, %

dry solids

Range

Range

Average

3-6

60-170

120

1-1,5

210-430

300

6-7

140-250

190

1-4,5

90-510

200

*Απαιτούμενη Δόση Ca(OH)2 για διατήρηση του pH =12 για 30 min

(Eddy, 1999) Στη μετεπεξεργασία ασβεστίου το Ca(OH)2 ή CaO αναμιγνύεται με τη αφυδατωμένη ιλύ έτσι ώστε να αυξηθεί το pH του μίγματος. Το CaO προτιμάται επειδή η εξώθερμη αντίδραση του CaO με το H2O μπορεί να αυξήσει τη θερμοκρασία του μίγματος πάνω από 50 0C, ικανή θερμοκρασία για την αναστολή ανάπτυξης των μικροοργανισμών. Πλεονεκτήματα • •

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ξηρός (άνυδρος) ασβέστης. Επομένως δεν προστίθεται νερό στην αφυδατωμένη ιλύ και δεν υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις για αφυδάτωση. Περιορίζονται τα προβλήματα αποθέσεων αλάτων και οι ανάγκες συντήρησης του εξοπλισμού αφυδάτωσης.

Μειονεκτήματα •

Η επεξεργασία της αναερόβια χωνευμένης ιλύος με ασβέστη ενδέχεται να απελευθερώσει κάκοσμα αέρια, όπωςrimethy-amine.

To σύστημα σταθεροποίησης με χρήση ασβεστίου τυπικά αποτελείται απο ένα σύστημα τροφοδοσίας ξηρής ασβέστου, ένα σύστημα μεταφοράς της αφυδατωμένης ιλύος και ένα σύστημα ανάμιξης ασβεστη- ιλύος. Η καλή ανάμιξη είναι ιδιαίτερα σημαντική προκειμένου να εξασφαλιστεί η επαφή μεταξύ της ασβέστου και των μικρών σωματιδίων της ιλύος.

Typical lime post treatment system

E-learning

Page 25

Nireas Project

(Eddy, 1999) Σταθεροποίηση με χρήση χλωρίου Η σταθεροποίηση με χρήση χλωρίου έχει αναπτυχθεί και διατεθεί στην αγορά υπό την εμπορική ονομασία 'Purifax'. Οι μέθοδοι σταθεροποίησης της ιλύος με χλώριο περιλαμβάνουν πιο παραδοσιακές μεθόδους (βιολογικής χώνευση ή θερμική συσσωμάτωση). Πρώτον, αντίδραση είναι σχεδόν στιγμιαία. Δεύτερον επιτυγχάνεται περιορισμένη μείωση πτητικών στερεών που περιέχονται στην ιλύ. Επιπρόσθετα, μπορεί να συμβεί οξείδωση με χλώριο σε ένα κλειστό δοχείο. Στη διεργασία αυτή το χλώριο (100 to 1000 mg/L)αναμιγνύεται με ένα ανακυκλούμενο ρεύμα στερεών. Το ανακυκλωμένο ρεύμα και το ρεύμα των αποβλήτων της διεργασίας αναμιγνύονται σε ένα αντιδραστήρα. Τα στερεά και το νερό διαχωρίζονται μετά την απομάκρυνση τους απο το δοχείο του αντιδραστήρα. Το νερό επιστρέφει στο σύστημα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων και τα επεξεργασμένα στερεά αφυδατώνονται και οδηγούνται προς απόθεση. Πλεονεκτήματα Η διεργασία αυτή μπορεί να λειτουργήσει και με φουρνιές-batch operation (χωρίς ανακυκλωση) Μειονεκτήματα Προκαλείται πολυ χαμηλό pΗ και υψηλό περιεχόμενο χλωρίου στα υπερκείμενα υγρά.

E-learning

Page 26

Nireas Project

2.7.3.2 Βιοσταθεροποίηση ιλύος μέ αναερόβια χώνευση. Σκοπός της χώνευσης είναι η μείωση του όγκου όσο και η αποσύνθεση της οργανικής ύλης σε σχετικά σταθερές ή αδρανείς οργανικές ενώσεις. Επιπρόσθεττα, η αναερόβια χώνευση ιλύος παράγει ένα πολυτιμό παραπροιόν, το βιοαέριο με 60-65% μεθάνιοΤο μεθάνιο, συστατικό του φυσικού αερίου, μπορεί να καεί για την παραγωγή θερμότητας ή να μετατραπεί σε ενέργεια (θερμανση ή ηλεκτρικό ρεύμα σε ειδικές ηλεκτρογεννήτριες βιοαερίου). Η χώνευση της ιλύος διεξάγεται υπό την απουσία ελεύθερου οξυγόνου απο αναερόβιους μικροοργανισμούς. Επομένως, αποτελεί αναερόβια αποσύνθεση. Η στερεή ύλη στην αναπεξέργαστη ιλύ είναι περίπου 70 % οργανική ύλη και 30 % ανόργανη. Μεγάλη ποσότητα του νερού που περιέχεται στην ιλύ υγρών αποβλήτων είναι δεσμευμένο νερό, το οποίο δεν θα διαχωριστεί απο τα στερεά. Οι επαμφοτερίζοντες και οι αναερόβιοι οργανισμοί σπάνε τις πολύπλοκες μοριακές δομές των στερεών αυτών, ελευθερώνοντας το δεσμευμένο νερό και ανακτώντας οξυγόνο και τροφή για την ανάπτυξη τους.

MORE The anaerobic degradation of domestic sludge occurs in two steps.

In the first step, acid forming bacteria attack the soluble or dissolved solids, such as the sugars.

From these reactions organic acids, at times up to several thousand ppm, and gases, such as carbon dioxide and hydrogen sulfide are formed. This is known as the stage of acid fermentation (acidogenesis) and proceeds rapidly. It is followed by a period of acid digestion in which the organic acids and nitrogenous compounds are attacked and liquefied at a much slower rate.

In the second stage of digestion, known as the period of intensive digestion (methanogenesis), stabilization and gasification, the more resistant nitrogenous materials, such as the proteins, amino-acids and others, are attacked. The pH value must be maintained from 6.8 to 7.4. Large volumes of gases with a 65 % or higher percentage of methane are produced. The organisms which convert organic acids to methane and carbon dioxide gases are called methane formers. The solids remaining are relatively stable or only slowly putrescible, can be disposed of without creating objectionable conditions and have value in agriculture. Η μείωση της οργανική ύλης όπως μετράται απο τα πτητικά στερεά δείχνει την ολοκλήρωση της χώνευσης. Η αναπεξέργαστη ιλύς συνήθως περιέχει 60-70 % πτητικά στερά, ενώ μια καλά χωνευμένη ιλύς μπορεί να περιέχει 35-50 %. Αυτό αντιπροσωπεύει μια μείωση πτητικών στερεών της τάξης του 30-50 %.

E-learning

Page 27

Nireas Project

Τα περισσότερα συστήματα αναερόβιας χώνευσης σχεδιάζονται έτσι ώστε να λειτουργούν σε εύρος μεσοφιλικών θερμοκρασιών, μεταξύ 30-38 0C. Άλλα συστήματα σχεδιάζονται για λειτουργία σε θερμοφιλικές θερμοκρασίες 50-57 0C. Έχει βρεθεί ότι η χώνευση της ιλύος εξελίσσεται σε σχεδόν κάθε έυρος θερμοκρασίας που μπορεί να βρεθεί, αλλά ο χρόνος που χρειάζεται για την ολοκλήρωση της χώνευσης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό απο τη θερμοκρασία. Επίσης, γρήγορες αλλαλες στη θερμοκρασία είναι κατατροφικές. Η θερμοκρασία στον χωνευτή δεν πρέπει να ποικίλει παραπάνω απο +-1 0C ανά ημέρα. Η άντληση μεγάλης ποσότητας λεπτής ιλύος μπορεί να προκαλέσει σημαντικές μειώσεις στη θερμοκρασία του χωνευτήρα. Τυπικός αναερόβιος χωνευτήρας

E-learning

Page 28

Nireas Project

Οι οργανισμοί που παράγουν το μεθάνιο είναι υπρβολικά ευαίσθητοι στις αλλαγές θερμοκρασίας. Σε μία θερμοκρασία της τάξης των 12 0C περίπου το 90 % της επιθυμητής χώνευσης ολοκληρώνεται σε 55 μέρες. Όσο η θερμοκρασία αυξάνεται, ο χρόνος μειώνεται. Πιο συγκεκριμένα, στου 24 0C ο χρόνος παραμονής μειώνεται σε 35 ημέρες, στους 30 0C σε 26 μέρες και τέλος στου 35 0C σε 24 μέρες. Ο θεωρητικός χρόνος παραμονής στους 35 0C είναι ο μισός απο αυτόν για 15 0C. Όπως είναι φυσικό οι παραπάνω τιμές δεν είναι ακριβείς και ίδιες για όλους τους τύπους ιλύος και εξαρτώνται απο τη σύνθεση και την προέλευση της ιλύος.

E-learning

Page 29

Nireas Project

Το μέγεθος των αναερόβιων χωνευτήρων βασίζεται στο να παρέχεται ικανός χρόνος παραμονής στους αντιδραστήρες, έστι ώστε να επιτρέπεται η μείωση των αιωρούμενων πτητικών στερεών. Τα κριτήρια μεγέθους που χρησιμοποιούνται είναι: α) ο χρόνος κατακράτησης των στερεών (STR), ο μέσος χρόνος που τα στερεά υποβάλλονται στη διεργασία της χώνευσης, και β) ο υδραυλικός χρόνος παραμονής t, ο μέσος χρόνος που τα υγρά υποβάλλονται στη διεργασία της χώνευσης. Για διαλυτά υποστρώματα, ο χρόνος STR μπορεί να προσδιοριστεί διαιρώντας τη μάζα των στερεών στον αντιδραστήρα (M) με τη μάζα των στερεών που αφαιρούνται σε καθημερινή βάση (Μ/d). Ο υδραυλικός χρόνος παραμονής είναι ίσος με τον όγκο των υγρών του αντιδραστήρα (L3) προς την ποσότητα των βιοστερεών που αφαιρούνται (L3/d). Για συστήματα χώνευσης χωρίς ανακυκλοφορία ισχύει, SRT=1. Κύκλος βιοαερίου

. Μια καλά χωνευμένη ιλύς θα πρέπει να είναι μαύρη σε χρώμα (λόγω της απελευθέρωσης σουλφιδίων βαρέων μετάλλων), να μην έχει δυσάρεστη οσμή, όταν συλλέγεται σε γυάλινο κύλινδρο να φαίνεται η κοκκώδης δομή της και να είναι εμφανή τα κανάλια που σχηματίζονται καθώς τα στερεά καθιζάνουν στον πυθμένα και το νερό ανέρχεται στην επιφάνεια.

E-learning

Page 30

Nireas Project

Η ποσότητα των αερίων που παράγονται θα πρέπει να είναι σχετικά σταθερή, αν ο ρυθμός τροφοδοσίας είναι σταθερός. Απότομες μειώσεις στην συνολική παραγωγή αερίων ενδέχεται να υποδεικνύει τοξικότητα στο χωνευτήρα.. Το αέριο συνήθως είναι 65 % CH4, 35 % CO2 και αδρανή αέρια όπως άζωτο. Ένα αυξανόμενο ποσοστό CO2 μπορεί να είναι ένδειξη της ομαλούς εξέλιξης της διεργασίας της χώνευσης. Η συνολική παραγωγή αερίων συνήθως εκτιμάται απο τη μείωση του ποσοστού των πτητικών στερεών. Οι τυπικές τιμέςπαραγωγής μεθανίου, κυμαίνονται μεταξύ 0.75 με 1.12 m3 ανά kg αποδομούμενων στερεών . Η παραγωγή των αερίων μπορεί επίσης να εκτιμηθεί και ανά ισοδύναμο κάτοικο. Η φυσιολογική απόδοση είναι 15-22 L ανά κάτοικο και ημέρασε πρωτοβάθμιες μονάδες, οι οποίες διαχειρίζονται αστικά υγρά απόβλητα. Σε μονάδες δευτεροβάθμιας επεξεργασίας η παραγωγή αερίων αυξάνεται σε περίπου 28 L/ άτομο* ημέρα.

Αεριοφυλάκιο χαμηλής πίεσης (Low pressure Biogas storage tank)

Το μεθάνιο σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση ( 20 0C και 1 atm) έχει ελάχιστη θερμαντική αξία της τάξης του 36000 Kj/ m3. Επειδη τα αέρια του χωνευτήρα αποτελούνται απο μόλις 65 % μεθάνιο, η κατώτερη θερμαντική αξία των αερίων αυτών είναι περίπου 24000 kJ/ m3. Συγκριτικά το φυσικό αέριο, το οποίο είναι ένα μίγμα μεθανίου, προπανίου και βουτανίου έχει θερμαντική αξία 37300 Kj/ m3.

E-learning

Page 31

Nireas Project

Εγκατάσταση αναερόβιου χωνευτήρα.

Στις μεγάλες δεξαμενές τα αέρια του χωνευτήρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ώς καύσιμο για το λέβητα και τις εσωτερικές μηχανές καύσης, τα οποία με τη σειρά τους χρησιμοποιούνται για την άντληση των λυμάτων, τη λειτουργία των φυσητήρων και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Το ζεστό νερό απο τους λέβητες θέρμανσης ή τους ενάλλάκτες ψύξης των μηχανών, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θέρμανση της ιλύος ή για θέρμανση κτιρίων. Η ανάκτηση ενέργειας είναι πιο αποδοτική όταν οι αρχικοί κινητήρες σχεδιάζονται έτσι ώστε να αποδίδουν θερμότητα σε υψηλές θερμοκρασίες, δεδομένου ότι η θερμότητα αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περισσόετερες εφαρμογές απο ότι η θερμότητα χαμηλών θερμοκρασιών. Το βιοαέριο από τη χώνευση μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για συμπαραγωγή. Η συμπαραγωγή γενικά ορίζεται ώς ένα σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και άλλης μορφής ενέργειας (συνήθως ζεστός ατμός ή ζεστό νερο). Τα αέρια από τη χώνευση μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να τροφοδοτήσουν την ηλεκτρογεννητρια και το νερό απο τη εσωτερική μηχανή καύσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το χωνευτήρα ή τη θέρμανση κτιρίων.

E-learning

Page 32

Nireas Project

. Ηλεκτρογεννήτρια απο βιοαέριο (κύκλου diesel)

Επειδή τα αέρια του χωνευτήρα περιέχουν υδρόθειο, άζωτο, σωματίδια και ατμούς, τα άερια συνήθως καθαρίζονται σε μηχανήματα καθαρισμού αέρα με ψεκασμό νερού η χωρίς, πριν αυτά χρησιμοποιηθούν στις μηχανές εσωτερικής καύσης. Συγκεντρώσεις σε υδρόθειο μεγαλύτερες απο 100 ppm κατά όγκο απαιτούν την εγκατάσταση εξοπλισμού απομάκρυνσης υδρόθειου.

2.7.2.2 Σταθεροποίηση με αναερόβια χώνευση Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται για αερόβια χώνευση περιλαμβάνει μια δεξαμενή αερισμούβιοσταθεροποίησης (χωνευσης. της ιλύος), η οποία είναι σχεδιασμένη με παρόμοιο τρόπο όπως η δεξαμενή αερισμού που χρησιμοποιείται για τη διεργασία της ενεργούς ιλύος. Ο εξοπλισμός αερισμού, είτε μηχανικός είτε διάχυσης, είναι απαραίτητος για τη διατήρηση αερόβιων συνθηκών στη δεξαμενή. Επίσης, απαιτείται εξοπλισμός απομάκρυνσης των στερεών και των υπερκέιμενων υγρών. Κατά τη λειτουργία, η ιλύς εισέρχεται στο χωνευτήρακαι αερίζεται προκειμένου να διατηρηθεί η συγκέντρωση του DO σε 1 mg/ L. Επίσης, ο αερισμός εξασφαλίζει ότι το περιεχόμενο τς δεξαμενής είναι καλά ανανεμειγμένο. Γεινικά, ο αερισμός λαμβάνει χώρα για τουλάχιστον 20 ημέρες χρόνο παραμονής. Σε περιοδική λειτουργλια ο αερισμός διακόπτεται και τα στερεα

E-learning

Page 33

Nireas Project

καθιζάνουν. Η ιλύς και τα καθαρά υπρκείμενα υγρά αντλώνται και απομακρύνονται απο τον αντιδραστήρα, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται περισσότερος όγκος σε αυτόν.Σε περίπτωση που δεν υπάρχει επιπρόσθεττος διαθέσιμος όγκος, η ανάμιξη διακόπτεται για 12 ή 24 ώρες πριν τα στερεά αντληθουν για περαιτέρω επεξεργασία και διάθεση. Οι παράμετροι που πρέπει να ελέγχονται περιλαμβάνουν το pH και το ποσοστό των πτητικών της ιλύος στην είσοδο της μονάδας, των υπερκείμεων υγρών, της χωνευμένης ιλύος και του περιεχόμενου στη δεξαμενή. Ένα τυπικό πρόβλημα λειτουργίας που σχετίζεται με τον αερόβιο χωνευτήρα είναι ο έλεγχος του pH. Όταν για παράδειγμα το pH είναι χαμηλό , μπορεί να είναι ένδειξη μη φυσιολογικής βιολογικής δραστηριότητας ή χαμηλής αλκαλικότητας. Το πρόβλημα αυτό διορθώνεται με προσθήκη αλκαλικότητας (πχ υδράσβεστο).

MORE Aerobic digestion is an extension of the activated sludge aeration process whereby waste primary and secondary sludge are continually aerated for long periods of time. In aerobic digestion the microorganisms extend into the endogenous respiration phase. This is a phase where materials previously stored by the cell are oxidized, with a reduction in the biologically degradable organic matter. This organic matter, from the sludge cells is oxidized to carbon dioxide, water and ammonia. The ammonia is further converted to nitrates as the digestion process proceeds.

Eventually, the oxygen uptake rate levels off and the sludge matter is reduced to inorganic matter and relatively stable volatiles.

The primary advantage of aerobic digestion is that it produces a biologically stable end product suitable for subsequent treatment in a variety of processes. Volatile solids reductions similar to anaerobic digestion are possible. Τα πλεονεκτήματα της αερόβιας χώνευσης είναι: •

ένα βιολογικά σταθερό τελικό προιόν, παρόμοιο με χούμους,

•

το σταθερό τελικό προιόν δεν έχει οσμές, επομένως , η απλή διάθεση του σε εδαφική έκταση είναι εφικτή,

•

το κόστος ένος αερόβιοιυ συστήματος είναι χαμηλό σε σύγκριση με συστήματα αναερόβιας χώνευσης και άλλα,

•

η αερόβια χώνευμένη ιλύς έχει συνήθως καλά χαρκτηριστικά αφυδάτωσης και ενυδατώνεται εύκολα με προσθήκη νερού,

•

η μείωση των πτητικών στερεών είναι ίση (αντίστοιχη) με αυτή που επιτυγχάνεται με αναερόβια χώνευση,

E-learning

Page 34

Nireas Project

•

τα υπερκείμενα υγρά απο την αερόβια χώνευση έχουν χαμηλότερο BOD απο αυτά της αναερόβιας χώνευσης. Τα περισσότερα τεστ δείχνουν ότι το BOD μπορεί να είναι μικρότερο απο 100 ppm. Το πλεονέκτημα αυτό είναι σημαντικό, καθώς η αποτελεσματικότητα πολλών μονάδων διαχέιρισης μειώνεται εξαιτίας της ανακυκλοφορίας υπερκείμενων υγρών με υψηλό BOD, και τέλος

•

το σύστημα της αερόβιας χώνευσης είναι πιο σταθερό και παρουσιάζει λιγότερα λειτουργικά προβλήματα απο ένα περίπλοκο αναερόβιο σύστημα, και ως αποτέλεσμα η λειτουργία της μονάδας δεν απαιτεί εξειδικευμένο και υψηλά αμοιβομενο προσωπικό. Συγκριτικά με την αναερόβια χώνευση περισσότερο ποσοστό ιλύος ανακτάται ώς λίπασμα.

Βασικό μεινέκτημα σε σύγκριση με την αναερόβια χώνευση είναι το υψηλό ενεργειακό κόστος. Δυο άλλα μειονεκτήματα μικρότερης σημασίας είναι η έλλειψη παραγωγής μεθανίου και η μεταβαλλόμενη αποδοτικότητα μείωσης των στερεών, η οποία εξαρτάται απο τις αλλαγές στη θερμοκρασία Κριτήρια σχεδιασμού για αερόβιους χωνευτές Parameter

Units

Value

at 20 oC

d

40

at 15 oC

d

60

Volatile solids loading

kg/m3*d

1,6 – 4,8

Oxygen requirements

kg O2/kg VSS

2,3

Mechanical aerators

kW/103 m3

20-40

Diffused air mixing

m3/m3 * hr

1,2 – 2,4

mg/L

1-2

%

35-50

SRT (Υδραυλικός Χρόνος Παραμονής)

Energy requirements for mixing

Dissolved oxygen residual in liquid Reduction of volatile suspended solids (Eddy, 1999)

E-learning

Page 35

Nireas Project

2.7.3.4 Αυτόθερμη θερμόφιλη αερόβια χώνευση (ATAD) H ATAD αντιπροσωπεύει τόσο τη συμβατική, όσο και την υψηλής καθαρότητας οξυγόνου αερόβια χώνευση. Στη διεργασία αυτή η ιλύς που εισέρχεται δεν έχει υποστεί πάχυνση και οι αντιδραστηρες μονώνονται έτσι ώστε να διατηρείται η θερμότητα που παράγεται απο την οξείδωση των πτητικών στερεών κατά τη διεργασία της χώνευσης. Σε θερμόφιλες θερμοκρασίες λειτουργίας (55-70

C) μπορεί να επιτευχθεί χωρίς εισαγωγή εξωτερικής θερμότηατς

0

χρησιμοποιώντας τη θερμότητα που παράγεται απο τις εξώθερμες μικροβιακές διεργασίες (περίπου 5-6 KWh παράγονται ανα kg πτητικών στερεών που καταστρέφονται). Η διεργασία ονομάζεται αυτόθερμη, καθώς δεν απαιτείται πρόσθετη θερμότητα ή ενέργεια (πέραν απο αυτή που εισάγεται με αερισμό και ανάμιξη) . Σχήμα αυτόθερμου, αερόβιου χωνευτή (ATAD)

(Eddy, 1999)

E-learning

Page 36

Nireas Project

Πλεονεκτήματα •

οι χρόνοι παραμονής που απαιτούνται μειώνονται σημαντικά για μια δεδομένη μείωση στερεών (σε περίπου 5-6 μέρες) έτσι ώστε να επιτευχθόυν μειώσεις πτητικών στερεών της τάξης του 30 με 50 %, παρόμοιες με αυτές της συμβατικής αερόβιας χώνευσης,

•

απλή λειτουργία,

•

επιτυγχάνεται μεγαλύτερη μείωση βακτηρίων και ιών σε σύγκριση με τη μεσόφιλη αναερόβια χώνευση και τέλος,

•

οταν σε ένα αντιδραστήρα επιτυγχάνεται καλή ανάμιξη και η θερμοκρασία διατηρείται στους 55 0C και παραπάνω, οι παθογόνοι μικροοργανισμοί και άλλα παράσιτα μειώνονται κάτω απο το ανιχνεύσιμο όριο.

Μειονεκτήματα •

σχηματίζονται οσμές ,

•

τα βιοστερά που παράγονται αφυδατωνονται δυσκολότερα και τέλος,

•

ελλειψή νιτροποίησης

Δεδομένου ότι το σύστημα ATAD μπορεί να παράξει πιο σταθερό υλικό, γίνεται καθημερινά ι πιο γνωστό και ελκυστικό.

2.7.3.5 Κομποστοποίηση (Βιοσταθεροποίηση) Σκοπός της κομποστοποίησης ιλύος έιναι η βιοσταθεροποίηση της οργανικής ίλυς και η μείωση και ο περιορισμός των παθογόνων μικροοργανισμών. Στην κομποστοποίηση τα αφυδατωμένα στερεά αναμειγνύονται με αλεσμένα ογκώδη υλικά (π.χ κλαδιά) και αποθηκεύονται μέχρι να λάβει χώρα η βιολογική σταθεροποίηση. Το μείγμα της κομποστοποίησης αερίζεται κατά τη διάρκεια της κομποστοποίσης προκειμένου να παρέχεται ικανή ποσότητα για οξείδωση και για αποφυγή οσμών. Μόλις τα στερεά σταθεροποιούνται αυτά διαχωρίζονται απο τα ογκώδη υλικά (με κόσκινα). Στη συνέχεια, τα κομποστοποιημένα στερεά αποθηκεύονται για ωρίμανση και διατίθενται σε αγροτικές εκτάσεις σαν εδαφοβελτιωτικό ή άλλες ωφέλιμες χρήσεις.

E-learning

Page 37

Nireas Project

MORE

Although composting may be accomplished under anaerobic or aerobic conditions, essentially all municipal wastewater biosolids composting applications are under mostly aerobic conditions (composting is never completely aerobic). Aerobic composting accelerates material decomposition and results in the higher rise in temperature necessary for pathogen destruction. Aerobic composting also minimizes the potential for nuisance odors.

During composting, microorganisms break down organic matter in wastewater solids into carbon dioxide, water, heat, and compost.

As the organic material in the sludge decomposes, the compost heats to temperatures in the pasteurization range of 50 to 70째C , and enteric pathogenic organisms are destroyed.

To ensure optimal conditions for microbial growth, carbon and nitrogen must be present in the proper balance in the mixture being composted. The ideal carbon-to-nitrogen ratio ranges from 25 to 35 parts carbon for each 1 part of nitrogen by weight. A lower ratio can result in ammonia odors.

A higher ratio will not create optimal conditions for microbial growth causing degradation to occur at a slower rate and temperatures to remain below levels required for pathogen destruction.

Wastewater solids are primarily a source of nitrogen and must be mixed with a higher carboncontaining material such as wood chips, sawdust, newspaper, or hulls. In addition to supplying

E-learning

Page 38

Nireas Project

carbon to the composting process, the bulking agent serves to increase the porosity of the mixture.

Porosity is important to ensure that adequate oxygen reaches the composting mass.

Oxygen can be supplied to the composting mass through active means such as blowers and piping or through passive means such as turning to allow more air into the mass. The proper amount of air along with biosolids and bulking agent is important.

The anticipated daily production of biosolids from a wastewater-treatment facility will have a pronounced effect on the alternate composting systems available for use. Biosolids that are stabilized by aerobic or anaerobic digestion prior to composting may result in reducing the size of the composting facilities by up to 40%.

During the composting process, three separate stages of activity and associated temperatures are observed: mesophilic, thermophilic, and cooling .In the initial mesophilic stage, the temperature in the compost pile increases from ambient to approximately 40째C with the appearance of fungi and acid-producing bacteria. As the temperature in the composting mass increases to the thermophilic range of 40 to 70째C, these microorganisms are replaced by thermophilic bacteria, actinomycetes, and thermophilic fungi. It is in the thermophilic temperature range that the maximum degradation and stabilization of organic material occur. The cooling stage is characterized by a reduction in microbial activity, and replacement of the thermophilic organisms with mesophilic bacteria and fungi. During the cooling period, further evaporative release of water from the composted material will occur, as well as stabilization of pH and completion of humic acid formation.

Phases during composting as related to carbon dioxide respiration and temperature

(Eddy, 1999)

E-learning

Page 39

Nireas Project

Microbial succession during composting

(Gabriel Bitton, 2005) Oι δύο κύριες μέθοδοι κομποστοποίησης διαχωρίζονται σε: α) ανάδευσης σε σειράδια (windrows) και β) σε στατικούς τεχνητά αεριζόμενους σωρούς-σειράδια (static pile method) . Κατα τη μέθοδο της ανάδευσης το υλικό προς κομποστοποίση αναδεύεται περιοδικά, έστι ώστε να εξασφαλιστεί η διάχυση του Ο2, ο έλεγχος της θερμοκρασίας και η ανάμιξη του υλικού με σκοπό την απόκτηση

E-learning

Page 40

Nireas Project

ενός ομογενοποιημένου προιόντος. Κατά τη στατική μέθοδο, το προς κομποστοποίηση υλικό παραμένει στατικό και ο αέρας διοχετεύεται μέσα στη μάζα του υλικού. Αεριζόμενοι στατικοί σωροί Ένα σύστημα στατικού σωρού αποτελείται απο μια διάτρητη βάση με παροχή αέρα, πάνω στην οποία τοποθετείται ένα μίγμα αφυδατωμένης ιλύος και ογκωδών υλικών. Σε ένα τυπικό σύστημα στατικού σωρού τα ογκώδη υλικά αποτελούνται απο αλεσμένα κλαδιά, τα οποία αναμιγνύονται με την αφυδατωμένη ιλύ με τη βοήθεια ενός τύπου μύλου ή περιστρεφόμενου δοχείου ανάμιξης ή με κινητό εξοπλισμό, όπως μηχανήματα επιπρόσθιας φόρτωσης. Το τυπικό ύψος των σωρών κυμαίνεται τυπικά μεταξύ 2 με 2.5 m. Ένα στρώμα κοσκινισμένου κόμποστ συνήθως επικαλύπτει το σωρό για θερμο-μόνωση. Ένας πλαστικός κυματοειδής σωλήνας αποστράγγισης χρησιμοποιείται συνήθως για παροχή αέρα και σε κάθε σωρό συστήνεται να υπάρχει ένας φυσητήρας για πιο αποτελεσματικό αερισμό. Το κοσκίνισμα του ώριμου κόμποστ συνήθως γίνεται για να μειωθεί ο όγκος του προς διάλυση τελικού προιόντος αλλά και για να ανακτηθούν τα ογκώδη υλικά. Για βελτιωμένη διεργασία και έλεγχο των οσμών πολλές εγκαταστάσεις είναι σκεπασμένες και εξαερίζονται προς φίλτρα εξουδτέρωσης των οσμών (συχνά μαλιστα χρησιμοποιύνται φίλτρα με το ώριμο compost)..

Composting systems : aerated static pile

(Eddy, 1999)

E-learning

Page 41

Nireas Project

Σειράδια Στα συστήματα με σειράδια, οι λειτουργίες ανάμιξης και κοσκινίσματος είναι παρόμοιες με αυτές του αεριζόμενου στατικού σωρού. Τα σειράδια συνήθως έχουν 1 με 2 m ύψος και 2 με 4.5 m πλάτος. Τα σειράδια αναδεύονται και αναμιγνύονται περιοδικά κατά τη διάρκεια της περιόδου κομποστοποίησης (με προγραμμα που καθορίζεται συνήθως από τον ελεγχο της θερμοκρασίας), ενώ κατά την ανάμιξη (γύρισμα) του σωρού προστίθεται υγρασία. Σε ορισμένες εφαρμογές χρησιμοποιείται συμπληρωματικός μηχανισμός αερισμού. Η περίοδος κομποστοποίησης είναι μεταξύ 21 με 28 μέρες. Υπό τυπικές συνθήκες λειτουργίας τα σειράδια αναδεύονται τουλάχιστον πέντε φορές, ενώ η θερμοκρασία διατηρείται στους 55 0C ή και παραπάνω. Στην κομποστοποίηση με σειράδια, οι αερόβιες συνθήκες είναι δύσκολο να διατηρηθούν σε όλη την μάζα των σειραδιών. Έτσι, η μικροβιακή δραστηριότητα στο σωρό μπορεί να είναι αερόβια, επαμφοτερίζουσα, αναερόβια ή με διάφορους συνδυασμούς ανάλογα με το πότε και πόσο συχνά αναδεύεται ο σωρός, το ποσοστό των διογκωτικών, το πορώδες, την υγρασία, τους αεραγωγούς κλπ. Η επιφανειακή στρώση χρησιμεύει κυρίως σαν θερμομόνωση. Η ανάδευση των σειραδιών συνήθως συνοδεύεται και απο έκλυση έντονων οσμών. Η έκλυση οσμών συνήθως οφείλεται στην ανάπτυξη αναερόβιων συνθηκών εντός των σειραδιών. Ειδικός εξοπλισμός χρησιμοποιείται για την ανάμιξη της ιλύος με τα ξυλώδη-διογκωτικά υλικά και την ανάδευση των σειραδιών. Όπως και στην περίπτωση των αεριιζόμενων στατικών σωρών, κάποια σειράδια λειτουργούν σκεπασμένα.ή σε υπόστεγο (για ελεγχόμενη λειτουργία και προστασία από τον ήλιο και τη βροχή)

E-learning

Page 42

Nireas Project

Composting systems : compost windrows (left) ; equipment for turning and reforming compost windrows (right)

(Eddy, 1999)

E-learning

Page 43

Nireas Project

Παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη για το σχεδιασμό της αερόβιας κομποστοποίησης ιλύος •

Το μείγμα του κόμποστ πρέπει να αποτελείται από περίπου 40% στερεά για να εξασφαλιστεί επαρκή κομποστοποίηση σε σειράδια και στατικούς σωρούς.

•

Η προετοιμασία περιλαμβάνει τη μεταφορά του τελικού κόμποστ διαδοχικά στις περιοχές ωρίμανσης, κοσκινίσματος και προετοιμασίας. Συχνά χρησιμοποιούνται κόσκινα τύπου trommel και τεμαχιστές ζώνης. Το κοσκίνισμα μπορεί να έπεται ή να προηγείται της ωρίμανσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις είναι προτιμότερο το διπλό κοσκίνισμα προκειμένου να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις στην ποιότητα του τελικού προιόντος. Η κοκκομετρία του τελικού προιόντος κυμαίνεται μεταξύ 6 με 25 mm.

•

Ο αρχικός λόγος C/N πρέπει να είναι 25:1 ή 35:1 κατά βάρος. Ο άνθρακας πρέπει να ελέγχεται, έτσι ώστε να εξασφαλιστεί ότι είναι βιοαποικοδομήσιμος.

•

Τα πτητικά στερεά του μίγματος κομποστοποίησης πρέπει να ξεπερνούν το3 0% των ολικών στερεών.

•

Το περιεχόμενο της υγρασίας στο μείγμα κομποστοποίησης πρέπει να υπερβαίνει το 60 % για στατικό σωρό ή για σειράδια.

•

Το pH του μίγατος κομποστοποίησης πρέπει να κυμαίνεται μεταξύ 6 με 9. Προκειμένου να επιτευχθεί βέλτιστη αερόβια αποσύνθεση το pH πρέπει να παραμένει στο εύρος 7 με 7.5.

•

Για καλύτερα αποτελέσματα η θερμοκρασία πρέπει να διατηρείται μεταξύ 55-60 0C για την υπόλοιπη ενεργή περίοδο κομποστοποίησης. Αν η θερμοκρασία αυξηθεί πάνω απο 65 0C για σημαντική χρονική περίοδο, η βιολογική δραστηριότητα μειώνεται σημαντικά.

•

Αν η διεργασία κομποστοποίησης διεξαχθεί σωστά, είναι δυνατόν να εξουδετερωθούν όλοι οι παθογόνοι μικροοργανισμοί και και τα παθογόνα σπόρια. Για να επιτευχθεί αυτό η θερμοκρασία πρέπει να διατηρηθεί μεταξύ 60 και 70

C για 24 ώρες (θερμόφιλη

0

κομποστοποίηση).

E-learning

Page 44

Nireas Project

2.7.1.1 Σύγκριση των μεθόδων σταθεροποίησης Σχετικός βαθμός απόδοσης με διάφορες διαδικασίες σσταθεροποίησης ιλύος Βαθμός απόδοσης Παθογόνοι Μείωση Process Αποσύνθεση μικροοργανισμοι οσμών Alkaline stabilization Good Fair Fair Anaerobic digestion Fair Good Good Aerobic digestion Fair Good Good Autothermal thermophilic aerobic digestion Excellent Good Good (ATAD) Composting Fair Good Poor to fair Composting (thermophilic) Excellent Good Poor to fair (Eddy, 1999)

2.7.4 Προετοιμασία για αφυδάτωση (Conditioning) Πριν το στάδιο της αφυδάτωσης, η ιλύς πρέπει να περάσει απο προετοιμασία (Conditioning). Η προετοιμασία περιλαμβάνει τη χημική ή θερμική προεπεξεργασία προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση των κατάντη διεργασιών. Με άλλα λόγια το Conditioning βελτιώνει την ικανότητα για αφυδάτωση.

2.7.4.1 Χημική προεπεξεργασία Η χημική προεπεξεργασία περιλαμβάνει τη χρήση χημικών και ανόργανων πολυηλεκτρολύτων, ή και τα δύο. Τα ανόργανα χημικά που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι ο χλωριούχος σίδηρος, η άσβεστος και άλλα. Τα οργανικά πολυμερή, τα οποία εισήχθησαν κατά τη δεκαετία 1960, Organic polymers, introduced during the 1960's, are used for both sludge-thickening and dewatering processes. Their advantage over inorganics is that polymers don't greatly increase the amount of sludge production: 1 kg of inorganic chemicals added will produce 1 kg of extra sludge.

The disadvantage of polymers is their relatively high cost. Αυτοί είναι οι τρεις βασικοί τύποι πολυμερών:  Ανιονικοί (αρνητικά φορτισμένοι). Χρησιμεύουν ως κροκιδωτικό του ανόργανου αλουμινίου και σιδήρου, αυξανοντας το ρυθμό της συσσωμάτωσης, το μέγεθος και τη σκληρότητα των σωματιδίων.

E-learning

Page 45

Nireas Project

 Κατιονικά. Χρησιμεύουν ώς αρχικά κροκιδωτικά, μόνα τους ή σε συνδυασμό με ανόργανα κροκιδωτικά, όπως το θειικό αργίλιο.  Μη ιοντικοί (ίση ποσότητα θετικών και αρνητικών φορτισμένων ομάδων μονομερών). Χρησιμεύουν ως κροκιδωτικά με παρόμοιο τρόπο όπως τα ανιονικά και κατιονικά πολυμερή.

Typical levels of polymer addition for belt-filter press and solid-bowl centrifuge sludge dewatering

Type of sludge

kg/tn dry solids Belt-filter Solid-bowl press centrifuge 1-4 1-2,5 2-8 2-5 2-8 4-10 5-8 2-5 3-5

Primary Primary & Waste activated Primary and trickling filter Waste activated Anaerobically digested primary Anaerobically digested primary and air 1,5-8,5 waste activated Aerobically digested primary and air 2-8 waste activated (Eddy, 1999)

2-5 -

2.7.4.2 Θερμική προεπεξεργασία Η θερμική προεπεξεργασία χρησιμοποιείται για τη σταθεροποίηση της ιλύος, αλλά σπάνια χρησιμοποιείται σε νέες εγκαταστάσεις. Υπάρχουν δύο βασικές διεργασίες θερμικής επεξεργασίας ιλύος. Η πρώτη αφορά στην οξείδωση με υγρό αέρα, η οποία αποτελεί την οξείδωση, χωρίς φλόγα στο εύρος θερμοκρασιών 230-300 0C και σε πίεση περίπου ίση με 80 atm. Η δεύτερη διεργασία αφορά στη θερμική επεξεργασία,η οποία είναι παρόμοια, αλλά διεξάγεται σε θερμοκρασίες 230 με 300 0C και σε πιέσεις ίσες με 10 με 20 atm.

H οξείδωση υγρού αέρα μειώνει την ιλύ μετατρέποντας την σε τέφρα και η θερμική διεργασία βελτιώνει την ικανότητα αφυδάτωσης της ιλύος. Η χαμηλότερης θερμοκρασίας και πίεσης θερμική επεξεργασία χρησιμοποιείται πιο ευρέως απο τη διεργασία οξείδωσης με υγρό αέρα. Τα αέρια που εκλύονται απο τη θερμική διεργασία περνάνε μέσω ενός καταλυτικού μετακαυστήρα στους 340 0C με 380 0C ή αφαιρούνται οι οσμές με άλλους τρόπους. Σε ορισμένες περιπτώσεις τα άερια αυτά επιστρέφονται μέσω ενός συστήματος διάχυσης αέρα στα δοχεία αερισμού για απόσμηση.

E-learning

Page 46

Nireas Project

Πλεονεκτήματα •

Η θερμική προεπεξεργασία είναι πιο αποτελεσματική από τη χημική προεπεξεργασία. Η ποσότητα των στερεών της αφυδατωμένης ιλύος που έχει υποστεί θερμική επεξεργασία είναι 30 με 40 % ( αντίθεση με το 15 με 30 %

που επιτυγχάνεται με χημική

προεπεξεργασία) και επιτυγχάνεται σε σχετικά υψηλούς ρυθμούς του εξοπλισμού αφυδάτωσης (με 2 με 3 φορές μεγαλύτεροι ρυθμοί φόρτωσης συγκριτικά με αυτούς της χημικής προεπεξεργασία). Μειονεκτήματα •

Δυστυχώς η θερμική διεργασία προκαλεί διάρρηξη των κυτταρικών τοιχωμάτων των βιολογικών οργανισμών απελευθερώνοντας όχι μόνο νερό, αλλά και ποσότητα οργανικής ύλης. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα την επιστροφή οργανικής ύλης στα απόνερα αφυδάτωσης, η οποία προηγουμένως είχε μετατραπεί σε σωματιδιακή μορφή, και τη δημιουργία μικρής διαμέτρου σωματιδίων. Η διάσπαση των βιολογικών κυττάρων ώς αποτέλεσμα της θερμικής επεξεργασίας μετατρέπει τα σωματίδια σε νερό και λεπτόκοκκα στερεά. Αυτό εξυπηρετεί τη διεργασία της αφυδάτωσης, αλλά δημιουργεί το πρόβλημα επεξεργασίας

των

μολυσμένων

υγρών

που

παραγονται

απο

την

καταστροφή

συσσωματωμάτων.. Η διαχείριση αυτών των αερίων ή υγρών που απαιτεί προσεκτική μελέτη στο σχεδιασμό της μονάδας, δεδομένου ότι το οργανικό περιεχόμενο μπορεί να είναι ιδιαίτερα υψηλό.

E-learning

Page 47

Nireas Project

2.7.2 2.7.5 Αφυδάτωση ιλύος Η χωνευμένη ιλύς που αφαιρείται από τον χωνευτήρα είναι ακόμα υγρή. Η αφυδάτωση της ιλύος χρησιμοποιείται για τη μείωση όγκου αφαιρώντας το νερό και διευκολύνοντας τη διαχείριση και την οικονομική επαναχρησιμοποίηση ή διάθεση. Για το σκοπό αυτό υπάρχουν και μηχανικές και θερμικές τεχνικές. Οι διαδικασίες αφυδάτωσης περιλαμβάνουν: •

φίλτρα κενού

•

φιλτρόπρεσσες

•

φυγόκεντρους ή φυγοκεντρητές (centrifuges ή decanteur)

•

υδροκυκλώνες

•

κλίνες ξήρανσης

•

κλίνες ξήρανσης με καλαμιώνες

•

λίμνες (lagoons) επεξεργασίας ιλύος

2.7.5.1 Φίλτρα (Διήθηση) κενού Ο διηθητήρας κενού για την αφυδάτωση της ιλύος είναι ένας τύμπανο (κύλινδρος) πάνω στο οποίο είτε τοποθετείται ένα μέσο διήθησης το οποίο αποτελείται απο ένα ύφασμα, απο μαλλί, νάυλον, συνθετικό, ίνες υάλου ή πλαστικό ή ένα πλέγμα ανοξείδωτου χάλυβα. ή από ένα διπλό στρώμα σπειροειδών ελατηρίων ανοξείδωτου χάλυβα. Το τύμπανο τοποθετείται οριζόντια σε μία δεξαμενή έτσι ώστε το ¼ του δοχείου να βυθίζεται στην προεπεξεργασμένη(conditioned) ιλύ. Οι βαλβίδες και οι αντλίες είναι διατεταγμένες με τέτοιο τρόπο, έτσι ώστε καθώς ένα μέρος του δοχείου περιστρέφεται αργά μέσα στην ιλύ, ένα κενό εφαρμόζεται στην εσωτερική πλευρά του διηθητικού μέσου, αφαιρώντας το νερό από την ιλύ και συγκρατώντας την ιλύ στην επιφάνεια του. Η εφαρμογή του κενού είναι συνεχής καθώς το δοχείο περιστρέφεται έξω από την ιλύ. Έτσι το νερό απομακρύνεται απο την ιλύ και ένα στρώμα υγρασίας αφυδατωμένης ιλύς συγκρατείται στην εξωτερική επιφάνεια. Αυτό το στρώμα απομακρύνεται απο το δοχείο είτε με ξέστρο είτε με φυσητήρα πριν αυτό εισέλθει ξανά στο δοχείο.

E-learning

Page 48

Nireas Project

Υπάρχουν τρεις βασικοί τύποι περιστρεφόμενου φίλτρου κενού: περιστρεφόμενο τύμπανο, σπιράλ και κινούμενη ταινίας. Τα φίλτρα είναι από φυσικά ή συνθετικά υλικά. Στο φίλτρο δεξαμενής το ύφασμα τεντώνεται και ασφαλίζεται στην επιφάνεια του δοχείου. Στο φίλτρο ζώνης, το ύφασμα τεντώνεται πάνω απο τη δεξαμενή μέσω του συστήματος τροχαλίας. Η εγκατάσταση μεταλλικού πλέγματος απαιτεί αρκετές μέρες. Το ύφασμα (με κατάλληλη συντήρηση) μπορεί να κρατήσει αρκετές εκατοντάδες ή χιλιάδες ώρες. Η διάρκεια ζωής του μεταλλικού πλέγματος εξαρτάται απο το ύφασμα που επιλέγεται, τη χημική απονέρωση, τη συχνότητα εκπλυσης και τη συχνότητα καθαρισμού. Το μέσο διήθησης πρέπει πάντα να περνάει απο μια ζώνη πλύσης, προκειμένου να αφαιρεθούν τα σωματίδια απο αυτό και να μειωθεί η πιθανότητα απόφραξης του σε σύντομο χρονικό διάστημα. Το δοχείο φίλτρου διήθησης αποτελείται απο μια εγκατάσταση σωληνώσεων που περνάει μέσα απο ένα ξύλινο σκελετό και συνδέεται σε μια περιστρεφόμενη θύρα σε κάθε άκρο τοιυ δοχείου. Το δοχείο μπορεί να περιστρέφεται με ταχύτητα απο 1/8-1 rpm. Κανονικά τα στρερά που συλλέγονται είναι έεμεσα σχετιζόμενα με την ταχύτητα περιστροφής του δοχείου. Το δοχείο εν μέρει βυθίζεται σε ένα κάδο που περιέχει την επεξεργασμένη ιλύ. Η αποβύθιση του συνήθως περιορίζεται κάθε μέρα στο 1/5 ή και λιγότερο της επιφάνειας του φίλτρου.

E-learning

Page 49

Nireas Project

Vacuum filter operating schematic

(California State University, 2006)

Rotary drum vacuum filter

E-learning

Page 50

Nireas Project

(California State University, 2006) Representations of rotary vacuum drum filters. (a) bottom fed, knife/scraper discharge ; (b) bottom fed, roller discharge; (c) bottom fed, string discharge; (d) bottom fed, belt discharge ; (e) top fed (Filtration Services); (f) internal drum

E-learning

Page 51

Nireas Project

(E. S. Tarleton, R. J. Wakeman, 2007) Rotary drum vacuum filter in operation

Παράγοντες λειτουργίας •

Η πονερωμένη ιλύς πρέπει να διηθείται όσο το δυνατόν γρηγορότερα μετά την προσθήκη των χημικών και την κατάλληλη ανάμιξη.

•

Η

συνεχής

τροφοδότηση

προτιμάται

απο

τη

διαλείπουσα.

Κατα

τη

διήθηση

ανεπεξέργαστης ιλύος, τα στερεά και η ιλύς φιλτράρονται πολύ πιο γρηγορα απο ότι η ξηρή ή ώριμη ιλύς.

•

Η εντελώς χωνευμένη ιλύς συνήθως διηθείται ευκολότερα απο την εν μέρει χωνευμένη ιλύς.

•

Η συγκέντρωση της ιλύος προς διήθηση είναι κρίσιμη, καθώς η ιλύς με μεγάλο περιεχόμενο στερεών διηθείται πιο εύκολα απο ότι αυτή με χαμηλό.

•

Η παρουσία ορυκτών ελαίων και αποβλήτων απο τις εγκαταστάσεις ξηρού καθαρισμού καθιστούν τη διήθηση της ιλύος δύυσκολη. Τέτοιου είδους απόβλητα δεν πρέπει να εισέρχονται στο σύστημα αποχέτευσης και πρέπει να αποτίθενται ξεχωριστά.

•

Μετά απο κάθε χρήση ο διηθητήρας κενού θα πρέπει να καθαρίζεται και η ιλύς να συλλέγεται απο τη μονάδα. Η ιλύς αυτή και το νερό πλύσης δεν πρέπει να επιστρέφονται στη δεξαμενή αποθήκευσης της ιλύος αλλά στο αρχικό ρεύμα αναπεξέργαστης ιλύος ή στο χωνευτήρα.

E-learning

Page 52

Nireas Project

•

Η ιλύς που αφυδατώνεται χρησιμοποιώντας διήθηση κενού είναι συνήθως χημκά επεξεργασμένη πριν τη διήθηση. Η απονερωση της ιλύος οδηγεί στην αύξηση του ποσοστού των στερεών που συλλέγονται απο το φίλτρο και συμβάλλει στη βελτίωση των χαρακτηριστικών αφυδάτωσης της τέφρας. Παρόλ’ αυτά, η επεξεργασμένη ιλύς πρέπει να διηθείται όσο το δυνατόν γρηγορότερα μετά την προσθήκη των χημικών προκειμένου να επιτευχθούν τα επιθυμητά αποτελέσματα.

Διήθηση πίεσης Η διήθηση πίεσης διαφέρει απο τη διήθηση κενού στο γεγονός ότι το υγρό εξαναγκάζεται να περάσει μέσα απο το μέσο διήθησης με άσκηση θετικής πίεσης αντί για κενό. Όπως και στη διήθηση κενού, ένα πορώδες μέσο χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό των στερεών απο τα υγρά. Τα στερεά δεσμεύονταο στο πορώδες μεσα και συσσωρεύονται στην επιφάνεια του. Η ιλύς που αντλέιται πιέζει το νερό να περάσει μέσα απο το δοχείο διήθησης. Άσβεστος, aluminum chloride, aluminum clorohydrate, καθώς και άλατα σιδήρου, χρησιμοποιούνται συνήθως για την απονέρωση της ιλύος πριν τη διήθηση με πίεση. Τα φύλλα διήθησης αντιπροσωπεύουν μια προσοάθεια αφυδάτωσης της ιλύος με ένα μικρό χώρο και σε σε νένα μικρό χρονικό διάστημα. Αλλά συγκρινόμενα με άλλες μεθόδους αφυδάτωσης παρουσιάζουν τα εξής μειονεκτήματα: α) διαλέιπουσα λειτουργία β) υψηλά κόστη συντήρησης και λειτουργίας. Αλλοι τύποι διηθητήρων πίεσης περιλαμβάνουν τις υδραυλικές πρέσσες και τις πρέσσες με κοχλία, οι οποίες ειναι αποτελεσματικές στην αφυδάτωση της ιλύος, συνήθως απαιτούν τροφοδοσία ιλύος που έχει υποστεί πάχυνση. Εχει αναφερθεί ποσοστό στερεών ίσο με 75 % σε αφυδατωμένη ιλύ που έχει περάσει απο διήθηση πίεσης. Ωστόσο, θα πρέπει να σημειωθεί οτι η δευτεροβάθμια ιλύς δεν αφυδατώνεται τόσο γρήγορα όσο η πρωτοβάθμια, δεδομένου ότι η δευτεροβάθμια ιλύς έχει μικρή κοκκομετρία, μη συνεκτικά στερεά (χαμηλή πυκνότητα), τα οποία έχουν μεγάλες επιφάνεις και σχετικά μεγάλες ποσότητες νερού προσκολημένες σε αυτές. Πρέσσα αφυδάτωσης δίσκου και πλαισίου διήθησης Η ιλύς μπορεί να φυδατωθει χρησιμοποιώντας μια πρέσσα αφυδάτωσης δίσκου και πλαισίου διήθησης. Το σύστημα αυτό λειτουργεί πιέζοντας το νερό έξω απο την ιλύ μέσω χρήσης των δίσκων. Η ιλύς ρέει στα κενά μεταξύ των δίσκων και το νερό πιέζεται έξω (πίεση ίση με 14-17 atm). Στη συνέχει οι δίσκοι διαχωρίζονται και η αφυδατωμένη ιλύς πέφτει σε μια χοάνη ή σε μια ζώνη μεταφοράς. Πρέσσα αφυδάτωσης ζώνης φίλτρου

E-learning

Page 53

Nireas Project

Η ιλύς μπορεί να αφυδατωθεί χρησιμοποιώντας μια πρέσσα ζώνης φίλτρου. Η ιλύς υφίσταται πίεση καθώς περνάει μέσα απο τη ζώνη και αφυδατώνεται. Η αφυδατωμένη ιλύς τροφοδοτείται σε μια χοάνη ή σε μια ζώνη μεταφοράς.

Belt filter press operational diagramm

(John M. Stubbart, 2006 )

Schematic of the belt arrangement on a belt press filter

(E. S. Tarleton, R. J. Wakeman, 2007) A belt filter press and the produced dewatered sludge cake

E-learning

Page 54

Nireas Project

Schematic diagram of a belt-press dewatering system

(Eddy, 1999)

E-learning

Page 55

Nireas Project

Photograph of a belt filter press

Typical Data for Various Types of Sludges Dewatered on Belt Filter Presses Type of Wastewater Sludge Raw primary Raw waste-activated solids (WAS) Raw primary +WAS Anaerobically digested primary Anaerobically digested WAS Anaerobically digested primary + WAS Aerobically digested primary + WAS Oxygen-activated WAS Thermally conditioned primary +WAS

Total Feed Solids, %

Polymer, g/kg

Total Cake Solids, %

3-10

1-5

28-44

0.5-4

1-10

20-35

3-6

1-10

20-35

3-10

1-5

25-36

3-4

2-10

12-22

3-9

2-8

18-44

1-3

2-8

12-20

1-3

4-10

15-23

4-8

0

25-50

(John M. Stubbart, 2006 )

E-learning

Page 56

Nireas Project

.

2.7.6.3 Φυγόντρος αφυδάτωση Οι φυγόκεντροι είιναι μηχανήματα που διαχωρίζουν τα στρερεά απο τα υγρα μέσω καθίζησης και άσκησης της φυγόκεντρου δύναμης. Σε μια τυπική μονάδα η ιλύς τροφοφδοτείται μέσω ενός στατικού τροφοδοτικού σωλήνα κατά μήκος του κέντρου του κυλίνδρου μέσω μιας διατομής του κοχλία μεταφοράς . Ο κοχλίας μεταφοράς είναι στηριγμένος στο εσωτερικό ενός περιστρεφόμενου κυλίνδρου. Περιστρέφεται ελαφρώς με μικρότερη ταχύτητα απο το κύλινδρο. Η ιλύς μετά το σωλήνα τροφοδοσίας επιταγχύνεται , περνάει μέσα απο τις θύρες του άξονα μεταφοράς και αποτίθεται στην περιφέρεια του κυλίνδρου. Τα στερεά καθιζάνουν, συμπυκυνώνονται με τη βοήθεα της φυγόκεντρου στα τοιχώματα του κυλίνδρου και μεταφέρονται απο τον κοχλία μεταφοράς προς την περιοχή απόθεσης στερέων του κυλίνδρου. Η περιοχή άμμου του κυλίνδρου αποτελεί έναν επικλινή τομέα του κυλίνδρου όπου λαμβάνει χώρα περαιτέρω αφυδάτωση πριν τα στρεά αποτεθούν. Τα διαχωριζόμενα υγρά αποτίθενται συνεχώς με εφαρμοζόμενους υδρολήπτες στην άλλη πλευρά του κυλίνδρου.

Solid Bowl Scroll Centrifuge

(John M. Stubbart, 2006 )

E-learning

Page 57

Nireas Project

Scroll centrifuge

(California State University, 2006) Στην φυγόκεντρο αφυδάτωσης η φυγοκεκντρική δύναμη χρησιμοποιείται για την επιτάγχυνση του διαχωρισμού της στερεούς και υγρής φάσης απο το ρεύμα της υγρής ιλύος. Η διεργασία απεριλαμβάνει τη διαύγαση της ιλύος και τη συμπίεση της. Οι φυγόκεντροι διαχωρίζουν την ιλύ σε αφυδατωμένη και σε διαυγασμενο υγρό. Δυο παράγοντες καθορίζουν την επιτυχία ή την αποτυχία της φυγοκέντρισης: η ξηρότητα του τελικού προιόντος και η ανάκτηση των στερεών. Οι διάφορες παράμετροι που επηρεάζουν αυτους τους δύο παράγοντες παρατίθενται παρακάτω: To Increase Cake Dryness

To Increase Solids Recovery

1. Increase bowl speed

1. Increase bowl speed

2. Decrease pool volume

2. Increase pool volume

3. Decrease conveyor speed

3. Decrease conveyor speed

4. Increase feed rate

4. Decrease feed rate

5. Decrease feed consistency

5. Increase temperature

6. Increase temperature

6. Use flocculents

E-learning

Page 58

Nireas Project

7. Do no use flocculents

7. Increase feed consistency

Η φυγοκέντριση έχει ορισμένα πλεονεκτήματα έναντι της διήθησης με φίλτρο και των άλλων διεργασιών αφυδάτωσης της ιλύος: 1. Είναι απλή, συμπαγής, αποτελεί τελείως κλειστό σύστημα, ευέλικτη 2. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί χωρίς την προσθήκη χημικών και το κόστος της είναι μέτριο.

3. Η βιομηχανία έχει αποδεχθει εν μέρει τις φυγόκεντρους λόγω του χαμηλότερου τους κόστους, της απλότητας της λειτουργία και της αποτελεσματικότητας τους στο δύσκολο έργο της αφυδάτωσης της ιλύος. Τα μειονεκήματα που σχετίζονται με τη φυγοκέντριση είναι: 1. Χωρίς τη προσθήκκη χημικών ο εσκλωβισμός των στερών ενδέχεται να μην είναι ικανοποιητικός και το κόστος των χημικών μπορέι να έιναι υψηλό.

2. Η ποσότητα των αφυδατωμένων στερεών είναι συχνά μικρότερη απο αυτή που προκύπτει απο τη διήθηση κενού.

3. Το κόστος σντήρησης είναι υψηλό Η χαμηλή ποιότητα των εκροήςαποτελεί σημαντικό πρόβλημα των φυγόκεντρων. Τα λεπτόκοκκα σωματίδια στην εκροή που ανακυκλοφορούνται προς την αρχή της μονάδας επεξεργασίας πολλές φορές αντιστέκονται στην καθίζηση και ως αποτέλεσμα συσσωρεύονται. Η εκροή απο την αφυδάτωση ανεπεξέργαστης ιλύος μπορεί επίσης να προκαλέσει προβλήματα οσμών όταν ανακυκλοφορείται. Τα κροκιδωτικά (flocculents) μπορούν να χρησιμοποιηθούν προκειμένου να αυξήσουν τον εγκλωβισμό των στερεών, συχνά σε όποιο βαθμό επιθυμείται, καθώς επίσης να αυξήσουν φυσικά τη χωρητικότητα (φορτίο στερεών) της φυγόκεντρου. Παρόλ’ αυτά η χρήση των χημικών ακυρώνει το μεγαλύτερο πλεονέκτημα των φυγόκεντρων. Οι πιο αποτελεσματικές φυγόκεντροι για την αφυδάτωση της ιλύος είναι τα ορίζοντια, κυλινδρικά και κωνικά μηχανήματα. Αποδεκτό εύρος απόδοσης φυγόκεντρων Feed, Type of Wastewater Solids

% total solids

E-learning

Cake, % total solids

Page 59

Nireas Project

Primary undigested

4-8

25-40

1-4

16-25

2-4

25-35

1.5-3

16-25

Primary + WAS anaerobic digested

2-4

22-32

Primary anaerobic digested

2-4

25-35

WAS aerobic digested

1-4

18-21

High-temperature aerobic

4-6

20-25

High-temperature anaerobic

3-6

22-28

Lime stabilized

4-6

20-28

Waste-activated solids (WAS) undigested Primary + WAS undigested Primary + WAS aerobic digested

(John M. Stubbart, 2006 ) Typical solid-bowl centrifuge dewatering installation

(Eddy, 1999)

E-learning

Page 60

Nireas Project

2.7.6.4 Υδροκυκλώνες Τα μηχανήματα αυτά θεωρούνται ώς χαμηλής ενέργειας φυγόκεντροι. Οι υδροκυκλώνες χρησιμοποιούνται για το διαχωρισμό των στερεών σωματιδίων απο μεσαίου σε χαμηλού ιξώδους υγρά. Οπως οι αντίστοιχοι κυκλώνες που χρησιμοποιούνται στις εφαρμογές καθαρισμοόυ αερίων, οι υδροκυκλώνες είναι απλοί σε σχεδιασμό και ο βαθμός διαχωρισμού μπορεί να αλλάζει ανάλογα με τις αλλαγές στη φορτιση ή στις γεωμετρικές αναλογίες. Αντίθετα με άλλους τύπους εξοπλισμού διαχωρισμού υγρών-στερεών, τα συστήματα αυτά είναι καταλληλότεροι για ταξινόμηση παρά για διαύγαση, εξαιτίας των υψηλών διατμητικών τάσεων σε έναν υδροκυκλώνα, οι οποίες προωθούν την αιώρηση των σωματιδίων που αντιστέκονται στην κροκίδωση. Παρόλ’ αυτά, με σωστό προσδιορισμό των διαστάσεων και των συνθηκών λειτουργίας, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ώς παχυντές με τέτοιο τρόπο ώστε η υπερχείλιση να είναι καθαρότερη και να αποτελείται απο μεγαλύτερη ποσότητα υγρού.

Features of a hydrocyclone

(Nickolas P. Cheremisinoff, 2002) . Ένας υδροκυκλώνας αποτελείται απο έναν ανώτερο μικρό κυλινδρικό τομέα και έναν επιμήκη κωνικό πυθμένα. Τα αιωρήματα εισάγονται στον κυλινδρικό τομέα (1) μέσω ένός ακροφυσίου (3) εφαπτομενικά απο όπου η ροή αποκτά μια έντονη περιστροφική κίνηση. Τα μεγάλα κομμάτια, υπό τη δράση της φυγόκεντου δύναμης μεταφέρονται προς τα τοιχώματα της συσκευής και

E-learning

Page 61

Nireas Project

συγκεντρώνονται στα εξωτερικά στρώματα της περιστρεφόμενης ροής. Στη συνέχεια κινούνται σε σπιροειδή κίνηση κατά μήκος των τοιχωμάτων προς το ακροφύσιο, μέσω του οποίου ο παχύς πολτός εκκενώνεται. Το μεγαλύτερο ποσοστό του υγρού που περιέχει μικρά σωματίδια (καθαρό υγρό) κινείται στην εσωτερική

σπειροειδή ροή προς τα πάνω κατά μήκος

του άξονα του

υδροκυκλώνα. Το καθαρό νερό αποτίθεται μέσω του φυσητήρα (5) και κατευθύνεται προς τον τομέα (6) και το φυσητήρα (7). Τ ο πραγματικό διάγραμμα ροής είναι πιο περίπλοκο απο αυτό που περιγράφεται λόγω της στροβιλώδους και της στρωτής ροής ανακυκλοφορίας.

2.7.6.5 Κλίνη ξήρανσης Αυτή είναι μια απο τις πιο κοινές μεθόδους αφυδάτωσης που βασίζεται στη θερμική ενέργεια. Οι κλίνες ξήρανσης γενικά χρησιμοποιούνται για την αφυδάτωση των καλά χωνευμένων ιλύων. Προσπάσθειες ξηρού αερισμού ανεπεξέργαστης ιλύος συνήθως καταλήγουν σε προβλήματα οσμών. Οι κλίνες ξήρανσης ιλύος αποτελούνται απο διαάτρητη ή ανοιχτή ένωση ενός αγωγού αποστράγγισης με ένα στρώμα χαλικιού. Το χαλίκι καλύπτεται απο ένα στρώμα άμμου. Τα τοιχώματα γύρω και μεταξύ των κλινών ξήρανσης είναι γενικά ανοιχτά στις καιρικές συνθήες και θα πρέπει να καλύπτονται με ένα αεριζόμενο κάλυμα τύπου θερμοκηπίου, σε περιπτώσεις όπου είναι απαραίτητη η αφυδάτωση της ιλύος σε ξηρά κλίματα. Η ξήρανση της ιλύος στις κλίνες άμμου επιτυγχάνεται επιτρέποντας στο νερό να αποστραγγιστεί απο τη μάζα της ιλύος μέσω της άμμου και να οδηγηθεί προς τον αγωγό αποστράγγισης, αλλά και μέσω της φυσικής εξάτμισης. Καθώς η ιλύς ξηραίνεται, αναπτύσσονται ρωγμές στην επιφάνεια οι οποίες επιτρέπουν την εξάτμιση και των κατώτερων στρωμάτων, επιταγχύνοντας έτσι τη διαδικασία της ξήρανσης. Τυπική κλίνη ξήρανσης

E-learning

Page 62

Nireas Project

Τυπική κλίνη ξήρανσης Υπάρχουν πολλές σχεδιαστικές παραλλαγές που χρησιμοποιούνται για τις κλίνες ξήρανσης, συμπεριλαμβανομένης της διάταξης του αγωγού αποστράγγισης, του τύπου και του παχους των υλικών στα στρώματα της άμμου και του χαλικιού, του τύπου των δομικών υλικών που χρησιμοποιούνται στα τοιχώματα. Η μεγαλύτερη παραλλαγή είναι αν οι κλίνες ξήρανσης καλύπτονται ή όχι. Κάθε κατασκευή κάλυψης πρέπει να είναι καλά αεριζόμενη. Στο παρελθόν είχαν κατασκευαστεί ορισμένες κλίνες με επίπεδους πυθμένες τσιμέντου χωρίς αγωγούς αποστράγγισης, αλλά οι κατασκευές αυτές δεν θεωρήθηκαν πολύ επιτυχημένες. Σε κάποιες κατασκευές χρησιμοποιείται ασφαλτικό σκυρόδεμα. Το μόνο παραπροιόν που

παράγεταιι είναι το νερό αοστράγγισης. Το νερό αυτό κανονικά

επιστρέφετι στο ρεύμα ανεπεξέργαστης ιλύος ή στα έργα εκτροπής της μονάδας. Το νερό αποστράγγισης συνήθως δε διαχειρίζεται πριν την επιστροφή του στη μονάδα. Η ιλύς μπορεί να φαιρεθεί με φτυάρια ή πεόνες σε ένα περιεχόμενο υγρασίας 60 %, αλλά αν η υγρασία είναι 40 % θα ζυγίζει πολύ λιγότερο και θα είναι εύκολα διαχειρίσιμη. Αν η ιλύς είναι υπερβολικά ξηρή (10-20 %) θα είναι κονιώδης και θα είναι δύσκολο να μεταφερθεί επειδή θα διαλύεται καθώς αφαιρείται. Σε πολλές μικρότερες μονάδες επεξεργασίας χρησιμοποιούνται χειράμαξες για τη μεταφορά της ιλύος απο τις κλινες ξήρανσης. Συνήθως τοποθετούνται σανίδια πάνω στην κλίνη έτσι ώστε να μη βυθίζονται οι ρόδες της χειράμαξας στην άμμο. Οι χειράμαξες μπορούν να φυλάσσονται κοντά σους εργάτες έτσι ώστε η απόσταση μεταφοράς να μην έιναι μεγάλη. Οι περισσόρες μονάδες χρησιμοποιούν μικρά φορτηγά ή απορριμματοφόρα για τη μεταφορά της ιλύος απο τις κλίνες ξήρανσης. Τα απορριμματοφόρα έχουν το πλεονέκτημα της γρήγορης εκφόρτωσης. Τομή μια wedgewire κλίνης ξήρανσης.

E-learning

Page 63

Nireas Project

(John M. Stubbart, 2006 ) Πλεονεκτήματα •

Χαμηλό κόστος

•

Μη απάιτηση συνεχούς παρακολούθησης

•

Υψηλό περιεχόμενο στερεών στο τελικό προιόν

Μεοινεκτήματα •

Απαίτηση μεγάλου χώρου

•

Επίδραση των κλιματικών αλλαγών στα χαρακτηριστικά

•

Απαίτηση εργασίας υψηλής έντασης για την αφαίρεση της ιλύος

•

Προσέλκυση εντόμων και πιθανή έκλυση οσμών

Typical conventional sand drying bed: (a) plan and pictorial views and (b) cross sectional view. Insert—view of sludge drying beds with sludge in various stages of dryness

E-learning

Page 64

Nireas Project

(Eddy, 1999) Απαιτήσεις σε επιφάνεια των ανοικτών κλινών ξήρανσης με διάφορους τύπους βιοστερεών * Είδος βιοστερεών (ιλύος) Πρωτοβάθμια χωνεμένη Πρωτοβάθμια και περίσσεια από σύστημα προσκολλημένης βιομάζας χωνεμένη Πρωτοβάθμια και περίσσεια από σύστημα αιωρούμενης βιομάζας χωνεμένη Πρωτοβάθμια και από σύστημα χημικής καθίζησης χωνεμένη

Επιφάνεια

Ρυθμός φόρτισης ιλύος

m2/κάτοικο

kg dry solids/m2*yr

0,1

120-150

0,12-0,16

90-120

0,16-0,23

60-100

0,19-0,23

100-160

΄*( Οι αντίστοιχες απαιτήσεις για σκεπαστες κλίνες κυμαίνονται 70-75 % των απαιτήσεων για ανοικτές κλινες ) (Eddy, 1999)

Ανοικτές κλίνες ξήρανσης στη Ghana (αριστερά) και κλίνες με στέγαστρο στην ΕΕΛ της Arcata, USA (δεξιά).

E-learning

Page 65

Nireas Project

2.7.6.6 Καλαμιώνες Οι καλαμιώνες είναι παρόμοιοι σε εμφάνιση με τους τεχτητούς υγρότοπους υπόγειας ροής, οι οποίοι αποτελούνται απο κανάλια ή τάφρους γεμάτα με άμμο ή πέτρες για να υποστηρόζουν την αναδυόμενη βλάστηση. Η διαφορά μεταξύ των καλαμιώνων και των υγότοπων υπόγειας ροής είναι ότι τα υγρά βιοστερεά εφαρμόζονται στην επιφάνει των κλινών (συγκρινόμενα με την υπόγεια εφαρμογή) και η ροή διηθείται μέσω των χαλικιών στον αγωγό αποστράγγισης. Αντίθετα με τις κλίνες ξήρανσης, η ιλύς δεν πρέπει να απομακρύνεται απο τους καλαμιώνες πριν απο κάθε νέα εφαρμογή, καθώς οι ρίζες διατηρούν την δραστηριότητα. Η ιλύς προστίθεται μια φορά την εβδομάδα και αφαιρείται 5 με 10 φορές το χρόνο.

Tυπική κλίνη ξήρανσης λάσπης με μακρόφυτα (καλάμια ή ψαθί)

Unlike drying beds, reed beds do not need desludging before each new application as the root system of the plants maintains the permeability. The sludge is added intermittently once a week and only removed every 5 to 10 years. Τομή κλίνης ξήρανσης με καλαμια για αφυδάτωση και αποθήκευση λάσπης (βιοστερεών)

E-learning

Page 66

Nireas Project

(Eddy, 1999) Τυπικά οι κλίνες ξηρανσης με καλάμια (καλαμιώνες) κατασκευάζονται απο πλυμένα χαλίκια ποταμιών στα ακόλουθα στρώματα (απο τον πυθμένα στην επιφάνεια): ένα στρώμα αποστράγγισης 250 mm το οποίο αποτελείται απο ένα στρώμα χαλικιών 22 μέσης διαμέτρου mm. ένα βαθύ στρώμα 250 mm αποτελούμενο απο χαλίκια διαμέτρου 4 - 6 mm. ένα στρώμα άμμου (0.4-0.6 mm) 100 με 150 mm. Όρισμένες φορές ακόμα ένα στρώμα βάσης χρησιμοποιείται. Αφήνεται τουλάχιστον 1 m ελέυθερο πάνω απο την άμμο για τη συσσώρευση ιλύος 10 χρόνων. Κάλάμια τύπου ‘Phragmites Αustralis’ φυτεύονται σε οπές 300 mm στο στρώμα του χαλικιού ακριβώς κάτω απο την άμμο. Είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί και άλλη βλάστηση υγρότοπου αλλά τα καλάμια έιναι τα πιο δημοφιλή. Η πρώτη απόθεση της γίνεται μετά τη σωστή τοποθέτηση των καλαμιών. Ο θερισμός των καλαμιών γίνεται τυπικά το χειμώνα, όπου κόβονται οι κορυφές τους σε ένα ορισμένο επίπεδο πάνω απο την ιλύ. Ο θερισμός είναι απαραίτητος όταν η βλάστηση γίνεται πυκνή και αποτρέπει τη ροή της ιλύος. Το συγκομισθέν υλικό μπορεί να κομποστοποιηθεί, να καεί ή καιν να αντεαφιστεί. Οι σχεδιαζόμενοι ρυθμοί φόρτισης για τους καλαμιώνες κυμαίνονται μεταξύ 30-100 kg/ m2*χρόνο, ανάλογα της φύσης της ιλύος και των κλιματικών συνθηκών. Η ιλύς αποτίθεται διαλειματικά, όπως και στις κλίνες ξήρανσης. Το τυπικό ύψος της ιλύος που αποτίθεται είναι 75-100 mm κάθε εβδομάδα με 10 μέρες.

E-learning

Page 67

Nireas Project

Φυτεμένη κλίνης ξήρανσης, με μακρόφυτα (καλάμια ή ψαθί) σαν τεχνητός υγροβιότοπος, με κατάλληλο διαθέσιμο βάθος, ελαχιστοποιεί την ανάγκη για συχνή απομάκρυνση λάσπης και μπορεί να λειτουργήσει πολλά χρόνια πριν την εκκένωση της.

2.7.6.7 Λίμνες (lagoons) ξήρανσης Οι λίμνες

ξήρανσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ώς ένας εναλλακτικό τρόπος για την

αφυδάτωση της χωνευμένης ιλύος. Οι κλίνες είναι αβαθείς δεξαμενές δεν έιναι κατάλληλες για την αφυδάτωση της ανεπεξέργαστης ιλύος, ιλύος μετά από ασβεστοποίηση ή ιλύος με επιβαρυμένα υπερκείμενα υγρά, εξαιτίας μεγάλων οχλήσεων και δυσοσμίας στην περιοχή. Η απόδοση των λιμνών, όπως και αυτή των κλινών ξήρανσης επηρεάζεται απο το κλίμα: οι βροχοπτώσεις και οι χαμηλές θερμοκρασίες καθυστερούν την αφυδάτωση. Οι λίμνες είναι συνήθως κατάλληλες για περιοχές με υψηλούς ρυθμούς εξάτμισης. Η αφυδάτωση μέσω υπόγειας αποστράγγισης και διήθησης περιορίζεται απο τους περιβαλλοντικούς κανονισμούς, οι οποίοι καθημερινά γίνονται πιο αυστηροί. Σε περίπτωση που ένα υπόγειος υδροφορέας που χρησιμοποιείται για παροχή πόσιμου νερού, βρίσκεται κάτω από κλίνη ξήρανσης, μπορεί να κριθεί απαραίτητη η στεγανοποίηση της κλίνης με μεβράνη ΡΕ ή άλλο με άλλο αποτελεσματικό τρόπο. Τα υπολείμματα (ξηρά βιοστερεά) αφαιρούνται μηχανικά συνήθως σε περιεχόμενο στερεών 25 με 30 %. Ο χρόνος παραμονής για στις λίμνες ξήρανσης κυμαίνεται απο αρκετούς μήνες έως αρκετά

E-learning

Page 68

Nireas Project

χρόνια. Τυπικά οι λάσπες τροφοδοτούνται στη λίμνη για 18 μήνες και μετά η λίμνη αφήνεται για ξήρανση για 6 μήνες. Η φόρτιση των στερεών στη δεξαμενή κυμαίνεται μεταξύ 36 και 39 kg ανά m3 χωρητικότητας λίμνης και ανά έτος.

MORE Thls is a technique that relies both on the settling characteristics of sludge and solar evaporation.

The considerable labor involved in sludge drying bed operation may be avoided by the use of sludge lagoons. These lagoons are nothing but excavated areas in which digested sludge is allowed to drain and dry over a period of months or even a year or more . They are usually dug out by bulldozers, or other dirt-moving equipment, with the excavated material used for building up the sides to confine the sludge. Depths may range from 0,5 to 2 m. Areas vary, and although drainage is desirable, it is not usually provided. Digested sludge is drawn as frequently as needed, with successive drawings on top of the previous ones until the lagoon is filled. A second lagoon may then be operated while the filled one is drying. After the sludge has dried enough to be moved, a bulldozer, or a tractor with an end-loader, may be used to scoop out the sludge Although lagoons are simple to construct and operate, there can be problems associated with sizing them. These problems largely arise from uncertainty in estimating the solar evaporative capacity. In semi-arid regions evaporation ponds are a conventional means of disposing of wastewater without contamination of ground or surface waters. Evaporation ponds as defined herein will refer to lined retention facilities. Successful use of evaporation for wastewater disposal requires that evaporation equal or exceed the total water input to the system, including precipitation. The net evaporation may be defined as the difference between the evaporation and precipitation during any time period. Evaporation rates are to a great extent dependent upon the characteristics of the water body. Evaporation from small shallow ponds is usually considered to be quite different than that of large lakes mainly due to differences in the rates of heating and cooling of the water bodies because of size and depth differences. Additionally, in semi-arid regions, hot dry air moving from a land surface over a water body will result in higher evaporation rates for smaller water bodies. The evaporation rate of a solution will decrease as the solids and chemical composition increase. Εν συντομία οι λίμνες ιλύος μπορούν να χαρακτηριστούν ώς αναερόβιες λίμνες (lagoons). Ορισμένα πλεονεκτήματα και μειονεκήματα των λιμνών ιλύος παρατίθενται παρακάτω: Πλεονεκτήματα

E-learning

Page 69

Nireas Project

•

Αποτελεσματικότερη και γρηγορότερη σταθεροποίηση επιβαρυμένων λασπών & οργανικών αποβλήτων, καθιστούν δυνατή την φόρτιση με επιπρόσθετοοργανικό φορτίο.

•

Παραγωγή CH4, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θέρμανση, τροφοδότηση μηχανών ή παραγωγή ενέργειας. Ωστόσο, η συλλογή CH4 αυξάνει τα προβλήματα λειτουργίας .

•

Τελικά παράγεται μικρότερη ποσότητα βιοστερεών ανά μονάδα ποσότητας αρχικών στερεών , γεγονός που σημαίνει μικρότερο συνολικό κόστος διαχείορισης υπολειμμάτων

•

Δεν απαιτείται πρόσθετη ενέργεια, δεδομένου ότι δεν πραγματοποιείται αερισμός, θέρμανση ή ανάμιξη.

•

Μικρό κόστος κατασκευής και λειτουργίας των λιμνών (lagoons)

Μειονεκτήματα •

Απαιτείται σχετικά μεγάλη εδαφική έκταση

•

Πιθανότητα παραγωγή οσμών και ανγκη εξουδετέρωσης τους.

2.7.7 Μείωση όγκου αφυδατωμένης ιλύος Μετά την αφυδάτωση της ιλύος (λυματολάσπης), αμέσως επόμενος στόχος είναι το πώς μπορεί να μειωθεί ο όγκος της αφυδατωμένης ιλύος με περιεχόμενο στερεών που κυμαίνεται απο 30-60 % ή και περισσότερο. Ακολουθούν διάφορες εναλλακτικές λύσεις για πρόσθετη μείωση της υγρασίς και του τελικού όγκου της ιλύος.

2.7.7.1 Ξήρανση με χρήση θερμότητας Η ξήρανση με θερμότητα περιλαμβάνει την εφαρμογή θερμότητας για την εξάτμιση του νερού και της περιεχόμενης υγρασίας των βιοστερεών σε χαμηλότερα επίπεδα απο αυτά που επιτυγχάνεται με τις συμβατικές μεθόδους αφυδάτωσης. Τα πλεονεκτήματα της ξήρανσης με θερμότητα περιλαμβάνουν, το μειωμένο κόστος μεταφοράς του προιόντος, τη περαιτέρω μείωση των παθογόνων, τη βελτιωμένη δυνατότητα αποθήκευσης και τη δυνατότητα πώλησης της λάσπης σαν καύσιμο ή άλλη χρήση. Η ταξινόμηση των ξηραντήρων βασίζεται στην βασική τεχνική μεταφοράς θερμότητας στη λάσπη. Οι τεχνικές αυτές είναι: Προσδοση θερμότητας με μεταφορά, με αγωγιμότητα,με ακτινοβολία ή συνδυασμότους. Θερμότητα με μεταφορά Στα συστήματα θερμότητας με μεταφορά (άμεση ξήρανση) η υγρή ιλύς έρχεται σε άμεση επαφή με ένα μηχανισμό θερμότητας , συνήθως θερμά αέρια. Ο ι ξηραντήρες που έχουν χρησιμοποιηθεί για

E-learning

Page 70

Nireas Project

ξήρανση ιλύος αστικών υγρων αποβλήτων είναι οι ξηραντήρες ακαριαίας δράσης, περιστροφικός ξηραντήρας και ξηραντήρας λαδιού. Ξηραντήρας άμεσης (στιγμιαίας) δράσης Η στιγμιαία ξήρανση περιλαμβάνει την κονιορτοποίηση της ιλύος σε ένα μύλο ή με μια τεχνική αιώρησης υπό την παρουσία θερμών αερίων. Ο εξοπλισμός είναι σχεδιασμένος έτσι ώστε τα σωματίδια να παραμένουν σε επαφή με τα τυρβώδη θερμά αέρια όσο χρειάζεται για να επιτευχθεί μεταφορά μάζας της περιεχόμενης στην ιλύ υγρασία προς τα αέρια. Με αυτή τη λειτουργία είναι δυνατόν να επιτευχθεί υγρασία της τάξης του 8 με 10 %. Η αφυδατωμένη ιλύς μπορεί να χρησιμοποιηθεί ή αν πουληθεί ώς εδαφοβελτιωτικό ή να αποτεφρωθεί σε ποσοστό έως και 100 %. Περιστρεφόμενος ξηραντήρας Οι περιστρεφόμενοι ξηραντήρες έχουν χρησιμοποιηθεί για την αφυδάτωση της αρχικής ακατέργαστης ιλύος, της ενεργούς ιλύος και των βιοστερών πρωτοβάθμιας χώνευσης. Ενας περιστροφικός ξηραντήρας αποτελείται απο ένα κυλινδρικό ατσάλινο κέλυφος το οποίο περιστρέφεται σε ρουλεμάν ή σε κινούμενους τροχούς και συνήθως στηρίζεται έχοντας τον οριζόντιο άξονα σε ελαφριά κλίση. Η ιλύς που εισέρχεται αναμιγνύεται με ήδη αφυδατωμένη ιλύ σε ένα ανμικ΄τηρα που τοποθετείται μπροστά απο το ξηραντήρα. Με τη λειτουργία αυτή είναι δυνατόν να επιτευχθεί τελική υγρασία απο 5-10% (στερεά 90-95%).

Rotary sludge dryer

E-learning

Page 71

Nireas Project

(Eddy, 1999) Ξηραντήρας ρευστοποιημένης κλίνης Αυτός ο τύπος του ξηραντήρα έχει την ικανότητα να παράγει pellets, όμοια με αυτά των συστημάτων περιστρεφόμενου ξηραντήρα. Το σύστημα ξήρανσης έχει συγκεκριμένες λειτουργίες, όμοιες με αυτές των περιστρεφόμεων ξηραντήρων (ταξινόμηση και ψύξη του προιόντος πριν την αποθήκευση και τη φόρτιση). Η θερμότητα που απαιτείται για εξάτμιση παρέχεται μέσω ενός εναλλάκτη θερμότηατς. Η ομοιόμορφη θερμοκρασία των 120 0C διατηρείται στην κλίνη μέσω επαφής των κόκκων της άμμου και του θερμού αέρα.

Ξηραντήρας ρευστοποιημένης κλίνης (fluidized-bed reactor)

(Eddy, 1999) Μεταφορά θερμότητας με αγωγιμότητα Στα συστήματα ξήρασνης με αγωγιμότητα (έμμεσα) ένα στερεό τοιχείο διαχωρίζει την υγρή ιλύ απο το μέσο μεταφοράς θερμότητας, το οποίο συνήθως είναι ατμός ή θερμότερο ρευστό. Οι

E-learning

Page 72

Nireas Project

έμμεσοι ξηραν΄τηρες σχεδιάζονται έιτε σε οριζόντια έιτε σε κάθετη διάταξη. Οι οριζόντιοι ξηραντήρες αποτελούνται απο πτερύγια, έλικες ή δίσκους, οι οποίοι στηρίζονται σε ένα ή περισσότερους άξονες για τη μευαφορά των στερεών μέσω του ξηραντήρα. Με αυτή τη λειτουργία επιτυγχάνεται υγρασία ίση με 5-10 %. Μεταφορά θερμότητας με Ακτινοβολία Στα συστήματα ξήρανσης με ακτινοβολία (υπέρυθρη), υπέρυθρες λιχνίες, στοιχεί ηλεκτρικής αντίστασης ή λαμπτήρες αερίου παρέχουν ακτινοβολία, η οποία μεταφέρεται στην υγρή ιλύ και συμβάλλει στην εξάτμιση της υγρασίας.

2.7.1.2

Aποτέφρωση

Η αποτέφρωση της ιλύος περιλαμβάνει την ολική μετατροπή των οργανικών στερεών

σε

οξειδωμένα τελικά προϊόντα, κυρίως σε διοξείδιο του άνθρακα, νερό και τέφρα. Η αποτέφρωση χρησιμοποιείται κυρίως σε μονάδες μεσαίου ή μεγάλου μεγέθους με περιορισμένες επιλογές διάθεσης. Σε όλους τους τύπους αποτεφρωτήρα, τα αέρια της καύσης πρέπει να έρθουν και να διατηρηθούν σε μία θερμοκρασία των 650 oC με 800 oC μέχρι να καούν ολοκληρωτικά. Αυτό είναι σημαντικό για την αποφυγή έκλυσης οσμών από την καπνοδόχο. Είναι επίσης σημαντικό να πραγματοποιείται απομάκρυνση της σκόνης, της ιπτάμενης τέφρας και της αιθάλης από την καπνοδόχο. Αυτό μπορεί να γίνει από ένα θάλαμο καθίζησης, ένα φυγοκεντρικό διαχωριστή, ή από ένα ηλεκτρόφιλτρο τύπου Cottrell. Η επιλογή εξαρτάται από το βαθμό της απομάκρυνσης που απαιτείται για την κάθε μονάδα. Όλοι οι τύποι ιλύος, πρωτοβάθμια, δευτεροβάθμια, αραιή ανεπεξέργαστη ή χωνεμένη, μπορούν να ξεραθούν ή να καούν. Η πρωτοβάθμια αραιή ιλύς με περίπου 70% πτητικά στερεά περιέχει περίπου 5 kwh ανά 1 kg ξηρών στερεών και όταν αρχίση η καύση θα καούν χωρίς συμπληρωματικό καύσιμο. Στην πραγματικότητα μία περίσσεια θερμότητας είναι συνήθως διαθέσιμη. Η διεργασία αυτή καλείται αυτογενής καύση και λαμβάνει χώρα όταν το πτητικό περιεχόμενο της αφυδατωμένης ιλύος είναι αρκετά υψηλό (>50-60%). Η χωνευμένη ιλύς ενδέχεται να απαιτεί συμπληρωματικό καύσιμο, ανάλογα με την περιεχόμενη υγρασία της ιλύος και του ποσοστού πτητικών στερεών ή του βαθμού χώνευσης. Η αραιή ενεργός

E-learning

Page 73

Nireas Project

ιλύς γενικά απαιτεί συμπληρωματικό καύσιμο για ξήρανση και καύση. Σε όλες τις περιπτώσεις, το συμπληρωματικό καύσιμο είναι απαραίτητο για την έναρξη της λειτουργίας και μέχρι να πραγματοποιηθεί καύση των στερεών. Η αποτέφρωση ιλύος έχει κερδίσει δημοτικότητα ανά τον κόσμο, ειδικά σε μεγάλες μονάδες. Πλεονεκτήματά της είναι το οικονομικό κόστος, η αποφυγή έκλυσης οσμών, η μη εξάρτηση από τις καιρικές συνθήκες και η μεγάλη μείωση του όγκου και του βάρους το τελικού προϊόντος προς απόθεση. Τα κύρια πλεονεκτήματα της αποτέφρωσης είναι •

η μείωση του όγκου που έχει ως αποτέλεσμα λιγότερες απαιτήσεις για διάθεση

•

η καταστροφή των παθογόνων και τοξικών ουσιών

•

η δυνατότητα ανάκτησης ενέργειας

Τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν •

Υψηλό αρχικό κεφάλαιο και λειτουργικό κόστος

•

Απαίτηση εξειδικευμένου προσωπικού συντήρησης και λειτουργίας

•

Τα απόβλητα που παράγονται (εκπομπές αερίων και τέφρα) ενδέχεται να έχουν αρνητική

επίδραση στο περιβάλλον •

Τα απόβλητα που παράγονται ενδέχεται να χαρακτηριστούν ως επικίνδυνα, αν ξεπερνούν

τις επιτρεπόμενες συγκεντρώσεις ρύπων, προκαλώντας προβλήματα στη διάθεσή τους. Δύο κύριοι τύποι τεχνολογιών αποτεφρωτήρα χρησιμοποιούνται σε αυτή τη διεργασία. Αυτοί είναι (1) ο αποτεφρωτήρας πολλαπλών εστιών και (2) ο αποτεφρωτήρας ρευστοποιημένης κλίνης. Ένας αποτεφρωτήρας αποτελεί συνήθως μέρος ενός συστήματος επεξεργασίας ιλύος που περιλαμβάνει

πάχυνση,

τεμαχισμούς,

αφυδάτωση

(διήθηση

κενού,

φυγόκεντρος

ή

ταινιοφιλτρόπρεσα), ένα σύστημα τροφοδοσίας του αποτεφρωτήρα, συσκευές ελέγχου αέριας ρύπανσης, εγκαταστάσεις επεξεργασίας τέφρας και τους σχετικούς αυτόματους ελέγχους. Η λειτουργία του αποτεφρωτήρα δεν μπορεί να απομονωθεί από τα άλλα επί μέρους στοιχεία του συστήματος. Ιδιαίτερης σημασίας είναι η λειτουργία της πάχυνσης και της αφυδάτωσης, δεδομένου ότι η περιεχόμενη υγρασία στην ιλύ αποτελεί καθοριστική παράμετρο που επηρεάζει την κατανάλωση καυσίμου του αποτεφρωτήρα. Η ιλύς περιλαμβάνει κανονικά 55 to 85% υγρασία. Δεν μπορεί να καεί μέχρι το ποσοστό υγρασίας να μην υπερβαίνει το 30%. Σκοπός της αποτέφρωσης είναι να μειωθεί όσο γίνεται ο όγκος της

E-learning

Page 74

Nireas Project

αφυδατωμένης ιλύος και να μετατραπεί σε αποστειρωμένη τέφρα. Υπάρχουν τρεις στόχοι που πρέπει να επιτευχθούν: 1.

Ξήρανση της ιλύος

2.

Καταστροφή του πτητικού περιεχομένου μέσω καύσης

3.

Παραγωγή ενός αποστειρωμένου αποβλήτου ή τέφρας

Υπάρχουν τέσσερεις βασικοί τύποι αποτεφρωτήρα που χρησιμοποιούνται στις μονάδες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. Αυτοί είναι ο αποτεφρωτήρας πολλαπλών εστιών, ο αποτεφρωτήρας ρευστοποιημένης κλίνης, η ηλεκτρική υψικάμινος, και η κυκλωνική υψικάμινος. Αποτεφρωτήρας πολλαπλών εστιών Η βασική διάταξη και τα χαρακτηριστικά του αποτεφρωτήρα πολλαπλών εστιών παρουσιάζονται στην επόμενη Εικόνα. Η ιλύς εισέρχεται στον κλίβανο από την κορυφή. Το εσωτερικό του κλιβάνου αποτελείται από μία σειρά κυκλικών δύστηκτων εστιών, η οποίες είναι τοποθετημένες η μία πάνω στην άλλη. Τυπικά, σε έναν κλίβανο υπάρχουν 5 με 9 εστίες.

Τυπικός Αποτεφρωτήρας Πολλαπλών Εστιών

E-learning

Page 75

Nireas Project

E-learning

Page 76

Nireas Project

Φλόγες στο μέσο μίας εξωτερικής εστίας

E-learning

Page 77

Nireas Project

Αποτεφρωτήρας Ρευστοποιημένης κλίνης Η βασική διάταξη και τα χαρακτηριστικά του αποτεφρωτήρα ρευστοποιημένης κλίνης παρουσιάζονται στην επόμενη Εικόνα. Η τεχνολογία αυτή υπάρχει από τη δεκαετία του 1960. Στο σύστημα αυτό, ο αέρας εισάγεται στο στόμιο εισαγωγής ρευστοποιημένου αέρα σε πιέσεις της τάξης του 0,2 με 0,5 bar. Ο αέρας περνάει μέσω ανοιγμάτων στο πλέγμα συγκρατώντας την άμμο και δημιουργώντας τη ρευστοποίηση της κλίνης άμμου. Η ιλύς εισάγεται στην κλίνη. Η ροή του ρευστοποιημένου αέρα πρέπει να ελέγχεται προσεκτικά για την αποφυγή εκτόξευσης της ιλύος πάνω από την κλίνη. Η ρευστοποίηση παρέχει τη μέγιστη επαφή του αέρα με την επιφάνεια της ιλύος για βέλτιστη καύση. Η διεργασία της ξήρανσης είναι πρακτικά στιγμιαία. Η υγρασία μετατρέπεται σε ατμό με το που εισέρχεται στη θερμή κλίνη. Ορισμένα πλεονεκτήματα της αποτέφρωσης είναι ότι η κλίνη άμμου λειτουργεί ως συλλέκτης θερμότητας, έτσι ώστε μετά τη διακοπή λειτουργίας να υπάρχει η ελάχιστη δυνατή απώλεια θερμότητας. Με αυτό το περιεχόμενο θερμότητας, το σύστημα θα μπορεί να επαναλειτουργήσει μετά από ένα Σαββατοκύριακο κλεισίματος με μόνο μία ή δύο ώρες θέρμανση. Η κλίνη άμμου θα πρέπει να λειτουργεί τουλάχιστον στους 650 oC. Τυπικός Αποτεφρωτήρας Ρευστοποιημένης κλίνης

E-learning

Page 78

Nireas Project

(Eddy, 1999)

E-learning

Page 79

Nireas Project

Σχήμα ενός αποτεφρωτήρα ρευστοποιημένης κλίνης - Τεχνολογία κλίνης με φυσαλίδες

Ηλεκτρική Υψικάμινος Τα βασικά χαρακτηριστικά μιας ηλεκτρικής υψικαμίνου παρουσιάζονται στην επόμενη Εικόνα. Η ηλεκτρική υψικάμινος είναι βασικά ένα σύστημα μεταφορικού ιμάντα που περνάει μέσα από έναν επιμήκη ορθογώνιο δύστηκτο θάλαμο. Η θερμότητα παρέχεται με υπέρυθρες μέσω ηλεκτρισμού. Ο ψυχρός αέρας αποτρέπει τη πρόκληση μεγάλων θερμοκρασιών στη γύρω περιοχή του θερμαντήρα και χρησιμοποιείται ως δευτερεύον αέρας καύσης μέσα στην υψικάμινο. Ο ιμάντας μεταφοράς είναι κατασκευασμένος από μεταλλικό πλέγμα με συνεχείς ίνες και κράματος χάλυβα που να είναι ανθεκτικός 700 oC με 850 oC. Το

E-learning

Page 80

Nireas Project

πάχος της ιλύος που τοποθετείται πάνω στον ιμάντα είναι 2-3 cm. Η ταχύτητα του ιμάντα είναι τέτοια ώστε να παρέχεται καύση της ιλύος χωρίς ανατάραξη.

Τυπικός αποτεφρωτήρας ηλεκτρικής υψικάμινου

(Nickolas P. Cheremisinoff, 2002)

Κυκλωνική Υψικάμινος Τα βασικά χαρακτηριστικά μιας κυκλωνικής υψικαμίνου παρουσιάζονται στην επόμενη Εικόνα. Η κυκλωνική υψικάμινος είναι μια μονάδα μονής εστίας, όπου η εστία κινείται και τα δόντια ανάδευσης παραμένουν σταθερά. Η ιλύς κινείται προς το κέντρο της εστίας από όπου απορρίπτεται ως τέφρα. Η υψικάμινος είναι ένα δύστηκτο κυλινδρικό κέλυφος με μία σφαιρική κορυφή. Ο αέρας, θερμαινόμενος με την εισαγωγή συμπληρωματικού καυσίμου, δημιουργεί έναν έντονο στροβιλισμό ο οποίος παρέχει μία καλή ανάμιξη του αέρα και της εισερχόμενης ιλύος. Ο αέρας, ο οποίος στη συνέχεια μετατρέπεται σε απαέρια καύσης, στροβιλίζεται κάθετα στην κυκλωνική ροή μέσω της καπνοδόχου στο κέντρο της οροφής. Ένα πλεονέκτημα αυτών των υψικαμίνων είναι ότι είναι σχετικά μικροί και μπορούν να τεθούν σε θερμοκρασία λειτουργίας μέσα σε μία ώρα.

Τυπικός αποτεφρωτήρας κυκλωνικής υψικαμίνου

E-learning

Page 81

Nireas Project

Σύνοψη των διεργασιών υψηλών θερμοκρασιών Οι διεργασίες υψηλής θερμοκρασίας θα πρέπει να επιλέγονται σε περιπτώσεις όπου δεν υπάρχει διαθέσιμη μεγάλη εδαφική έκταση, οι απαιτήσεις για εναπόθεση είναι πολύ αυστηρές, απαιτείται καταστροφή των τοξικών υλικών ή

όταν υπάρχει δυνατότητα ανάκτησης ενέργειας, είτε μόνο με τα στερεά υγρών

αποβλήτων είτε σε συνδυασμό με αστικά απόβλητα. Οι διεργασίες υψηλών θερμοκρασιών έχουν ορισμένα πλεονεκτήματα έναντι των άλλων μεθόδων τα οποία περιλαμβάνουν: •

Μέγιστη μείωση όγκου. Μειώνεται ο όγκος και το βάρος της ιλύος περίπου κατά 95%, μειώνοντας, έτσι, τις απαιτήσεις για διάθεση.

•

Αποτοξικοποίηση. Καταστρέφονται ή περιορίζονται οι τοξικές ουσίες, οι οποίες, διαφορετικά, θα προκαλούσαν περιβαλλοντικές ανησυχίες.

•

Ανάκτηση ενέργειας. Υπάρχει η δυνατότητα ανάκτησης ενέργειας μέσω της καύσης των αποβλήτων, περιορίζοντας τις δαπάνες ενέργειας.

Τα μειονεκτήματα των διεργασιών υψηλών θερμοκρασιών περιλαμβάνουν: • •

Κόστος. Αρχικό κεφάλαιο, κόστη συντήρησης και λειτουργίας, κόστος για καύσιμα, τα οποία είναι γενικά υψηλότερα από άλλες μεθόδους επεξεργασίας. Λειτουργικά προβλήματα. Οι υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας δημιουργούν υψηλές απαιτήσεις συντήρησης και μειώνουν την αξιοπιστία του εξοπλισμού.

E-learning

Page 82

Nireas Project

• •

Προσωπικό. Απαιτείται εξειδικευμένο προσωπικό. Οι μισθοί και οι υπόληψη του φορέα λειτουργίας πρέπει να είναι σε θέση να προσελκύσουν το κατάλληλο προσωπικό. Περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Οι εκπομπές στην ατμόσφαιρα (σωματίδια, τοξικά αέρια κ.α.), στα επιφανειακά νερά (νερό απόπλυσης), η εδαφική εναπόθεση (απόβλητα υψικαμίνων) μπορεί να απαιτούν ειδική διαχείριση προκειμένου να εξασφαλιστεί η προστασία του περιβάλλοντος.

Διαχείριση της ιλύος Μετά το πέρας των διεργασιών αυτό που απομένει είναι η τελική ιλύς, η οποία δεν καταστρέφεται ολοκληρωτικά.

Η τελευταία λύση που καλούμαστε να επινοήσουμε είναι με ποιο τρόπο θα

διαχειριστούμε αυτό το τελικό απόβλητο. Αυτό συνοψίζεται στο αν επιλέγουμε μία τεχνολογία αντιρρύπανσης ή μια μέθοδο διάθεσης για αυτό το στερεό απόβλητο. Όπως και στην περίπτωση των υγρών λυμάτων από τη μονάδα επεξεργασίας , υπάρχουν δύο γενικές μέθοδοι για τη διάθεση της ιλύος: διάθεση στο νερό και διάθεση στο έδαφος. Αλλά πρώτα από όλα, η ασφαλής και σωστή μεταφορά είναι πρωταρχικής σημασίας.

Μεταφορά της ιλύος Τρόποι αποφυγής της ακούσιας απόρριψης των βιοστερεών στους δημόσιους δρόμους ή λεωφόρους • • •

• • •

Τα οχήματα μεταφοράς των βιοστερεών πρέπει να είναι καθαρά όταν εξέρχονται από τη μονάδα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων Τσιμεντένια ή ασφάλτινη επένδυση στην εγκατάσταση αποθήκευσης συμβάλουν στον ευκολότερο καθαρισμό των σταγόνων ή των κηλίδων. Η εγκατάσταση αποθήκευσης θα πρέπει να έχει πρόβλεψη για καθαρισμό των φορτηγών και του εξοπλισμού όποτε απαιτείται. Η λάσπη στα λάστιχα ή τα οχήματα μπορεί να αφαιρεθεί με τα χέρια, με πλύση υψηλής πίεσης ή με πεπιεσμένο αέρα (για όσο αυτό δεν επιδεινώνει το ήδη υπάρχον πρόβλημα της σκόνης). Χρήση λασπωτήρων στα οχήματα απόθεσης για την αποφυγή προσκόλλησης των βιοστερεών στα λάστιχα ή στο πλαίσιο κατά τη διάρκεια της εκφόρτωσης. Τοποθέτηση χαλικιών στην είσοδο/έξοδο για την αποφυγή συρσίματος της λάσπης στο δρόμο. Το δημόσιο οδικό δίκτυο που συνδέεται με τη μονάδα θα πρέπει καθαρίζεται σωστά ανά τακτά χρονικά διαστήματα και να επιτηρείται σε καθημερινή βάση κατά τις περιόδους λειτουργίας της μονάδας.

Διάθεση στο νερό Η διάθεση στο νερό αποτελεί μία επιλογή που λαμβάνεται υπόψη. Αυτή αποτελεί μία οικονομική, αλλά όχι κοινή μέθοδο, επειδή περιορίζεται από τη διαθεσιμότητα των κατάλληλων υδάτινων σωμάτων που μπορούν να επιτρέψουν μία τέτοια απόθεση. Σε ορισμένες παραθαλάσσιες πόλεις,

E-learning

Page 83

Nireas Project

η ιλύς, είτε αραιή είτε χωνευμένη, αντλείται και μεταφέρεται στη θάλασσα, όπου αποτίθεται βαθιά και μακριά από την ακτή, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται υψηλή αραίωση και να αποφεύγεται η πρόκληση αρωητικών επιδράσεων στην ακτή. Γενικά, αποτελεί μία επιλογή μη φιλική προς το περιβάλλον, η οποία δε διαφέρει από αυτή της απευθείας απόθεσης και στην πραγματικότητα μπορεί να είναι πιο επιζήμια περιβαλλοντικά. Διάθεση στο έδαφος Η εδαφική διάθεση μπορεί να περιλαμβάνει τις ακόλουθες μεθόδους. Ταφή Επιχωμάτωση Η ταφή χρησιμοποιείται κυρίως για την αραιή ιλύ και προκαλούνται σοβαρές οχλήσεις οσμών. Η ιλύς αποτίθεται σε τάφρους

0,5 με 1 m πλάτους και περίπου 0,5 m βάθους και πρέπει να

καλύπτεται με τουλάχιστον 30 cm χώμα. Σε περιπτώσεις όπου είναι διαθέσιμες μεγάλες εδαφικές εκτάσεις, η ταφή της ιλύος αποτελεί την πιο οικονομική μέθοδο και περιορίζει το κόστος όλων των διεργασιών της ιλύος. Παρολαυτά, χρησιμοποιείται σπάνια και ακόμα και τότε ως προσωρινή μέθοδος, λόγω της μεγάλης εδαφικής έκτασης που απαιτείται. Η ιλύς στις τάφρους μπορεί να παραμείνει υγρή και δύσοσμη για χρόνια. Επομένως, η περιοχή της απόθεσης δεν μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί για τον ίδιο σκοπό ή για οποιαδήποτε άλλη χρήση για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η επιλογή της χρησιμοποίησης της ιλύος για επιχωμάτωση αφορά αποκλειστικά στη χωνευμένη ιλύ, η οποία μπορεί να εκτεθεί στην ατμόσφαιρα χωρίς να προκαλέσει σοβαρές οχλήσεις οσμών. Η ιλύς θα πρέπει να είναι καλά χωνευμένη και δεν πρέπει να περιέχει ποσότητες αραιής η μη χωνευμένης ιλύος. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επιχωμάτωση περιοχών, είτε υγρή είτε μερικώς αφυδατωμένη, όπως ανακτώμενη από κλίνες ξήρανσης ή από διήθηση κενού. Όταν χρησιμοποιείται ως μέθοδος απόθεσης, η περιοχή χρησιμοποιείται μόνο μέχρι να γεμίσει και μετά εγκαταλείπεται. Όταν χρησιμοποιείται ως μέθοδος επεξεργασίας , η ιλύς, μετά από μερική ξήρανση, αφαιρείται για τελική διάθεση και η τάφρος ξαναχρησιμοποιείται. Οι τάφροι που χρησιμοποιούνται για διάθεση είναι συνήθως αρκετά βαθιές. Η ιλύς προστίθεται σε διαδοχικά στρώματα μέχρι να γεμίσει τελείως η τάφρος. Αυτή η μέθοδος τελικής διάθεσης είναι αρκετά οικονομική, καθώς περιορίζει όλες τις μεθόδους αφυδάτωσης. Ωστόσο, είναι εφαρμόσιμη μόνο σε περιπτώσεις όπου υπάρχει διαθέσιμη έκταση σε λογική απόσταση από τη μονάδα.

E-learning

Page 84

Nireas Project

Θα πρέπει να είναι σαφές ότι οι παραπάνω επιλογές αποτελούν προσωρινές λύσεις και έχουν περιβαλλοντικά κόστη. Τελικά, αποτελούν μη φιλικές περιβαλλοντικά λύσεις και προσθέτουν κόστος στη συνολική διαχείριση. Εφαρμογή σαν εδαφοβελτιωτικό

Εδαφοβελτιωτικό Η αραιή ιλύς δεν είναι κατάλληλη για εδαφοβελτιωτικό, εκτός αν κομποστοποιηθεί, εξαιτίας της επίδρασης της στο έδαφος και τα αναπτυσσόμενα φυτά και των κινδύνων για την υγεία που μπορεί να προκαλέσει. Η αραιή ιλύς, μετά την ξήρανση, καθίσταται ως ένα ανώτερο προϊόν ιλύος. Η ιλύς αυτή διατηρεί τα περισσότερα οργανικά της στερεά και περιέχει περισσότερο άζωτο. Αν εξαιρέσουμε την ανεπάρκεια σε κάλιο, είναι συγκρίσιμες με το λίπασμα φυτικής προέλευσης. Οι χωνευμένες ιλύες από όλες τις διεργασίες επεξεργασίας λυμάτων είναι υλικά ορισμένης αξίας, καθώς αποτελούν πηγή αζώτου και φωσφόρου. Η κύρια αξία τους είναι το περιεχόμενο του χούμους, το οποίο οδηγεί στην αυξημένη ικανότητα συγκράτησης της υγρασίας του εδάφους και στη μεγαλύτερη ευθρυπτότητα.

E-learning

Page 85

Nireas Project

Υπολογισμοί Η βασική εξίσωση που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του ποσοστού των στερεών είναι:

Πρόβλημα Καθορίστε τον όγκο του υγρού πριν και μετά τη χώνευση και το ποσοστό μείωσης για 500 kg (ξηρή βάση) πρωτοβάθμιας ιλύος με τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Πρωτοβάθμια

Χωνευμένη

Στερεά, %

5

10

Πτητική ύλη, %

60

60 (κατεστραμμένη)

Ειδική

βαρύτητα

δεσμευμένων

2.5

2.5

Ειδική βαρύτητα πτητικών στερεών,

≈1.0

≈1.0

στερεών, Ss Sv Λύση Μέση ειδική βαρύτητα όλων των στερεών στην πρωτοβάθμια ιλύ.

Sx= Πτητική ύλη x Sv + Μη πτητική ύλη x Ss Sx = 60% * 1 + 40% * 2,5 = 1,32 Ειδική βαρύτητα πρωτοβάθμιας ιλύος S= Στερεά % * Sx + Νερό % * Sw S= 5% * 1,32 + 95% * 1 = 1,01 Όγκος πρωτοβάθμιας ιλύος V=

E-learning

Page 86

Nireas Project

Όγκος της ιλύος μετά τη χώνευση V=

E-learning

Page 87

Nireas Project

Γενικό διάγραμμα ροής διαχείρισης βιοστερεών

(Eddy, 1999)

E-learning

Page 88

Nireas Project

Λεξιλόγιο Τεχνικών Όρων Αερόβιοι – Οι μικροοργανισμοί που επιβιώνουν ή είναι ενεργοί υπό την παρουσία οξυγόνου. Αναφέρεται ειδικά σε μικροοργανισμούς λαι/ή στην αποσύνθεση της οργανικής ύλης.

Anaerobic – Οι μικροοργανισμοί που επιβιώνουν ή είναι ενεργοί υπό την απουσία οξυγόνου (π.χ. αναερόβιοι μικροοργανισμοί).

Biosolids – Το προϊόν οργανικών στερεών των αστικών στερεών αποβλήτων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Τα στερεά επεξεργασίας υγρών αποβλήτων που έχουν υποστεί επεξεργασία για τη σημαντική μείωση των παθογόνων. Τα στερεά: το υγρό περιεχόμενο του υγρού μπορεί να ποικίλει: υγρά βιοστερεά, 1%-4% στερεά; υγρά βιοστερεά από πάχυνση,4-12% στερεά; αφυδατωμένα στερεά, 12-15% στερεά; ξηρά βιοστερεά, >50% στερεά. Γενικά, τα υγρά βιοστερεά και τα υγρά πάχυνσης μπορούν να χειριστούν με αντλία. Τα αφυδατωμένα/ξηρά βιοστερεά μπορούν να διαχειριστούν με φορτωτή.

Cake - Αφυδατωμένα βιοστερεά με συγκέντρωση στερεών αρκετά υψηλή (>12%) που επιτρέπει τη διαχείρισή τους ως στερεά υλικά. (ΣΗΜΕΙΩΣΗ κάποιοι παράγοντες αφυδάτωσης μπορεί να προκαλέσουν κατολίσθηση ακόμα και με περιεχόμενο στερεών υψηλότερο από 12%). Κομποστοποίηση – Η επιταχυνόμενη αποσύνθεση της οργανικής ύλης από μικροοργανισμούς, η οποία συνοδεύεται από αύξηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος; για βιοστερεά, η κομποστοποίηση είναι μια τυπική αερόβια διεργασία. Αφυδατωμένα βιοστερεά – Τα στερεά απόβλητα (12% των ολικών στερεών κατά βάρος ή περισσότερο) που παραμένουν μετά την αφαίρεση του νερού από τα υγράβιοστερεά με αποστράγγιση, πρέσσα, διήθηση, ή φυγόκεντρο. Η αφυδάτωση διαχωρίζεται από την πάχυνση στο ότι τα αφυδατωμένα βιοστερεά μπορεί να μεταφερθούν με τις διαδικασίες επεξεργασίας στερεών. Χώνευση – Η αποσύνθεση της οργανικής ύλης από τους μικροοργανισμούς με συνέπεια τη μείωση του όγκου. Η αναερόβια χώνευση παράγει διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο, ενώ η αερόβια χώνευση διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Λίμνη (Lagoon) – Μια δεξαμενή η λεκάνη που κατασκευάζεται για την αποθήκευση νερού, καθίζησης, και/ή βιοστερεών που συνήθως περιέχουν στερεά 4 με 12% μέχρι να αφαιρεθούν για εδαφική διάθεση.

E-learning

Page 89

Nireas Project

Εφαρμογή στο έδαφος – Το άπλωμα των βιοστερεών στην επιφάνεια του εδάφους, η άμεση εισαγωγή των βιοστερεών κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, ή η ενσωμάτωση στο επιφανειακό στρώμα του εδάφους. Επίσης, αφορά κοπριά και άλλα οργανικά απόβλητα. Σταθερότητα - Τα χαρακτηριστικά ενός υλικού που δε πρσφέρεται για περεταίρω αποσύνθεση από μικροοργανισμούς και για παραγωγή οσμών. Τα σχετικά χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν το βαθμό αποσύνθεσης της οργανικής ύλης, τα θρεπτικά, την υγρασία, τα άλατα, το pH και τη θερμοκρασία. Για βιοστερεά, κόμποστ ή κοπριά ζώων, η σταθερότητα είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για την περιγραφή της ποιότητας του υλοκού λαμβάνοντας υπόψη την προέλευση του, τις διεργασίες που έχει υποστεί και τη χρήση.

E-learning

Page 90

Nireas Project

2.7.3 Ερωτήσεις & Απαντήσεις Ερωτήσεις 1.

Ποιός είναι ο κυριότερος στόχος της πάχυνσης ιλύος

2.

Πως επηρεάζει η θερμοκρασία της ιλύος την απόδοση των παχυντών βαρύτητας και τι μέτρα πρέπει να ληφθούν κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού για τη μείωση της παραγωγής αερίων και της ανύψωσης της ιλύος;

3.

Γιατί δε χρησιμοποιούνται συχνά οι φυγόκεντροι (decanteur) για την πάχυνση της δευτεροβάθμιας ιλύος;

4.

Αναφέρατε τους παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση της πάχυνσης ζώνης βαρύτητας

5.

Ποιοι είναι οι στόχοι της σταθεροποίησης;

6.

Αναφέρατε τους παράγοντες που επηρεάζουν την αναερόβια χώνευση

7.

Αναφέρατε τους παράγοντες που επηρεάζουν την αερόβια χώνευση

8.

Πως η θερμοκρασία επηρεάζει την απόδοση του αερόβιου χωνευτήρα;

9.

Αναφέρατε δυο χημικά που χρησιμοποιούνται για τη σταθεροποίηση της ιλύος

10. Γιατί είναι επιθυμητή η συνεχής λειτουργία της μονάδας θερμικής επεξεργασίας; 11. Ποιος είναι ο κύριος στόχος της αφυδάτωσης ιλύος; 12. Τυπικά δεδομένα απόδοσης δείχνουν ότι η δευτεροβάθμια ιλύς δεν αφυδατώνεται τόσο γρήγορα όσο η πρωτοβάθμια. Γιατί συμβαίνει αυτό; 13. Γιατί το φίλτρο διήθησης κενού περνάει μέσα από τη ζώνη έκπλυσης; 14. Γιατί η χημικά σταθεροποιημένη ιλύς γενικά δεν κομποστοποιείται; 15. Τι είναι αυτογενής καύση; 16. Η πάχυνση εφαρμόζεται ώστε να αυξηθεί το βάρος της ιλύος όσο δυνατόν περισσότερο. Σωστό ή λάθος; 17. Τα καλύτερα αποτελέσματα στην πάχυνση βαρύτητας επιτυγχάνονται με την πρωτοβάθμια ιλύ. Σωστό ή λάθος; 18. Η πάχυνση βαρύτητας έχει χαμηλότερο κόστος λειτουργίας από οποιαδήποτε άλλη μέθοδο πάχυνσης. Σωστό ή λάθος; 19. Στόχος της σταθεροποίησης ιλύος είναι η επίτευξη χαμηλής συμπιεστότητας. Σωστό ή λάθος;

E-learning

Page 91

Nireas Project

20. Όταν λαμβάνει χώρα σταθεροποίηση με ασβέστιο η μάζα του τελικού προϊόντος αυξάνεται. Σωστό ή λάθος 21. Η αερόβια χώνευση ιλύος πα΄ργει ένα πολύτιμο παραπροϊόν στη μορφή αέριου μεθανίου. Σωστό ή λάθος; 22. Η θερμοκρασία σε έναν αερόβιο χωνευτήρα ποικίλει μέχρι ± 5 °C ανά ημέρα. Σωστό ή λάθος; 23. Οι θερμοφιλικές θερμοκρασίες σε έναν αυτόθερμο θερμοφιλικό αερόβιο χωνευτήρα δεν μπορούν να επιτευχθούν χωρίς εξωτερική θέρμανση. Σωστό ή λάθος; 24. Ο αερισμός στον αερόβιο χωνευτήρα συνεχίζει για τουλάχιστον 5 ημέρες τουχρόνου παραμονής. Σωστό ή λάθος; 25. Οι δυο κύριες μέθοδοι κομποστοποίησης είναι οι αναδευσης και οι στατικές. Σωστό ή λάθος 26. Η

αυτόθερμη

θερμοφιλική

αερόβια

χώνευση

και

οι

μέθοδοι

θερμοφιλικής

κομποστοποίησης μπορούν να επιτύχουν μεγαλύτερη αφαίρεση παθογόνων. Σωστό ή λάθος; 27. Στις διεργασίες θερμικής ξήρανσης είναι δυνατόν να επιτευχθεί περιεχόμενο υγρασίας ίσο με 5-10%. Σωστό ή λάθος; 28. Στις διεργασίες αποτέφρωσης δεν επιτυγχάνεται καταστροφή των παθογόνων και των τοξικών ενώσεων. Σωστό ή λάθος; 29. Μόνο οι διεργασίες υψηλής θερμοκρασίας μπορούν να επιτύχουν τη μέγιστη μείωση του όγκου της ιλύος. Σωστό ή λάθος; 30. 1 tn πρωτοβάθμιας ιλύος με 5% στερεά σημαίνει ότι τα ολικά στερεά σε ξηρή βάση στην ιλή είναι 50 kg. Σωστό ή λάθος;

E-learning

Page 92

Nireas Project

Απαντήσεις 1.

Κύρια λειτουργία της πάχυνσης της ιλύος είναι η μείωση του όγκου της για την ευκολότερη διαχείρισή της

2.

Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία της ιλύος, ο ρυθμός βιολογικής δραστηριότητας αυξάνεται και η ιλύς τείνει να αεριοποιηθεί και να ανυψωθεί. Ως αποτέλεσμα, κατά τη διαρκεια του καλοκαιριού, η καθιζάμενη ιλύς πρέπει να απομακρύνεται από τον παχυντή με γρηγορότερο ρυθμό.

3.

Οι φυγόκεντροι δεν χρησιμοποιούνται συχνά για την πάχυνση της πρωτοβάθμιας ιλύος, επειδή αποφράσσεται εύκολα το στόμια εισροής.

4.

Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση της ζώνης πάχυνσης είναι ο τύπος ζώνης, η ταχύτητα ζώνης και τα φορτία υγρών και στερεών.

5.

• • •

Ο στόχος της σταθεροποίησης ιλύος είναι: μείωση ή περιορισμός της πιθανότητας για σήψη: σταθεροποίηση της οργανικής ύλης. περιορισμός των έντονων οσμών περιορισμός των παθογόνων οργανισμών για να επιτραπεί η επαναχρησιμοποίηση ή η διάθεση

• • • 6.

μείωση του όγκου παραγωγή χρήσιμου αερίου (μεθάνιο) βελτίωση της δυνατότητας αφυδάτωσης της ιλύος Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την αναερόβια χώνευση περιλαμβάνουν τον τύπο της ιλύος, το χρόνο χώνευσης, τη θερμοκρασία χώνευσης, την ποσότητα του παρεχόμενου αέρα και του φορτίου πτητικών στερεών.

7.

Η αερόβια διεργασία είναι άμεσα εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία. Έτσι, δεδομένου ότι οι επιθυμητές θερμοκρασίες για την αερόβια χώνευση κυμμαίνονται μεταξύ 18 με 27 °C, καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, μειώνεται και ο βαθμός της βιολογικής δραστηριότητας.

8.

Ασβέστιο και χλώριο

9.

Η συνεχής λειτουργία της μονάδας θερμικής επεξεργασίας είναι επιθυμητή επειδή η ενέργεια δεν ξοδεύεται στην επαναθέρμανση του περιεχομένου του αντιδραστήρα κάθε μέρα ως αποτέλεσμα της διαλειμματικής λειτουργίας.

10. Η αφυδλατωση της ιλύος χρησιμοποιείται για τη μείωση του όγκου της αφαιρώντας το νερό και επιτρέποντας την ευκολότερη και οικονομικότερη επαναχρησιμοποίηση ή διάθεσή της.

E-learning

Page 93

Nireas Project

11. Η δευτεροβάθμια ιλύς δεν αφυδατώνεται τόσο γρήγορα όσο η πρωτοβάθμια επειδή περιέχει λεπτά στερεά χαμηλής πυκνότητας τα οποία έχουν μεγάλες επιφάνειες και σχετικά μεγάλες ποσότητες προκολλημένου νερού.

12. Το φίλτρο περνάει μέσα από τη ζώνη έκπλυσης για την αφαίρεση των λεπτών σωματιδίων.

13. Η χημική σταθεροποίηση παράγει περιβάλλον που είναι ακατάλληλο για την επιβίωση των μικροοργανισμών και των βακτηρίων κομποστοποίησης, εκτός εάν η ιλύς είναι εξουδετερωμένη και επικρατούν ευνοϊκές συνθήκες.

14. Η αυτογενής καύση λαμβάνει χώρα όταν τοπτητικό περιεχόμενο του cake της ιλύος είναι αρκετά υψηλό και θα καεί χωρίς προσθήκη θέρμανσης.

15. Λάθος 16. Σωστό 17. Σωστό 18. Λάθος 19. Σωστό 20. Λάθος 21. Λάθος 22. Λάθος 23. Λάθος 24. Σωστό 25. Σωστό 26. Σωστό 27. Λάθος 28. Σωστό 29. Σωστό

E-learning

Page 94

Τοσχ έ δ ι οαυ τ όχ ρηµα τ οδο τ ήθηκ εµετ η ν υ ποστ ήρι ξ ητ ηςΕυ ρωπαϊ κ ήςΕπι τ ροπής .Η παρού σααν ακ οί ν ωσηδε σµε ύ ε ι µό ν οτ ο ν συ ν τ άκ τ ητ ηςκ αι ηΕπι τ ροπήδε νε υ θύ ν ε τ αι γι α τ υ χ ό νχ ρήσητ ωνπλ ηροφορι ώνπουπε ρι έ χ ο ν τ αι σε αυ τ ή ν .