Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
ABSTRACT
1.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ...................................................................................................3
2.
ΠΕΡΙΓΑΡΦΗ ΤΗΣ ΕΕΛ ΧΙΟΥ ..................................................................7
2.1
Συνοπτική Περιγραφή της Εγκατάστασης.............................................8
2.2
Αναλυτική Περιγραφή των Μονάδων Επεξεργασίας..........................10
2.2.1
Φρεάτιο Εισόδου..................................................................................10
2.2.2
Εσχάρωση ............................................................................................10
2.2.3
Αντλιοστάσιο Εισόδου.........................................................................12
2.2.4
Αεριζόμενος Αμμοσυλλέκτης-Λιποσυλλέκτης....................................12
2.2.5
Φρεάτιο διανομής της ροής στις Ανοξικές Δεξαμενές ........................14
2.2.6
Ανοξικές Δεξαμενές.............................................................................14
2.2.7
Δεξαμενές Αερισμού............................................................................15
2.2.8
Φρεάτιο διανομής της ροής στις Δεξαμενές Καθίζησης .....................17
2.2.9
Δεξαμενές Καθίζησης..........................................................................17
2.2.10
Φρεάτιο Συλλογής της Λάσπης ...........................................................19
2.2.11
Αντλιοστάσιο Ανακυκλοφορίας Λάσπης ............................................19
2.2.12
Κανάλι Μέτρησης Παροχής ................................................................20
2.2.13
Δεξαμενές Χλωρίωσης ........................................................................20
2.2.14
Πύργος Φόρτισης.................................................................................21
2.2.15
Δεξαμενή Πάχυνσης Λάσπης ..............................................................21
2.2.16
Συγκρότημα Αφυδάτωσης Ιλύος .........................................................22
2.2.17
Αγωγοί Παράκαμψης...........................................................................23
3.
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΚΑΙ
ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΤΗΣ ΕΕΛ ΧΙΟΥ....24
3.1
Περιγραφή της υφιστάμενης κατάστασης ...........................................25
3.2
Αξιολόγηση των λειτουργικών δεδομένων..........................................27
3.2.1
Χαρακτηριστικά ανεπεξέργαστων λυμάτων και βιομηχανικών
αποβλήτων ...........................................................................................................29
3.2.2
Σύστημα Ενεργού Ιλύος.......................................................................32
3.2.3
Χαρακτηριστικά καθιζησιμότητας ιλύος.............................................35
3.2.4
Νομοθετικό πλαίσιο-Χαρακτηριστικά επεξεργασμένων λυμάτων......37
3.2.5
Πάχυνση και Αφυδάτωση της ιλύος ....................................................41
4.
ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΕΛ
ΧΙΟΥ .....................................................................................................................43
4.1
Εισαγωγή .............................................................................................44
4.1.1
Μέθοδοι αναφοράς για την παρακολούθηση και την αξιολόγηση των
αποτελεσμάτων βάσει της Οδηγίας 91/271/ΕΟΚ................................................44
4.2
Υφιστάμενο πρόγραμμα παρακολούθησης..........................................47
4.3
Προτεινόμενο πρόγραμμα παρακολούθησης.......................................48
5.
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ IAWQ...............................................52
5.1
Εισαγωγή .............................................................................................53
Βέλιου Ελισάβετ
1
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
5.1.1
Υποδιαίρεση της οργανικής ύλης ........................................................53
5.2
Μεταβλητές του μαθηματικού μοντέλου.............................................55
5.3
Διεργασίες του μαθηματικού μοντέλου...............................................61
5.4
Χαρακτηρισμός των λυμάτων και εκτίμηση των τιμών των
παραμέτρων του μοντέλου...................................................................................71
5.4.1
Γενικά...................................................................................................71
5.4.2
Διαδικασία εκτίμησης κινητικών παραμέτρων....................................72
5.4.3
Τυπικές τιμές των παραμέτρων............................................................74
6.
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΕΝΩΝ ΣΕΝΑΡΙΩΝ.................80
6.1
Εισαγωγή .............................................................................................81
6.2
Κλασματοποίηση του COD .................................................................84
6.3
1ο Σενάριο: Προσομοίωση με τα φορτία σχεδιασμού στους 18 °C.....85
6.4
2ο Σενάριο: Προσομοίωση με Θc = 15 ημέρες και εκείνη την παροχή
που δίνει οριακή τιμή των MLSS στους 18 °C...................................................86
6.5
3ο Σενάριο: Προσομοίωση με σταθερές τις συγκεντρώσεις σχεδιασμού
και αυξανόμενες τις παροχές στους 18 °C...........................................................88
6.5.1
Μαθηματική προσομοίωση με παροχή Q = 8.500 m³/day ..................89
6.5.2
Μαθηματική προσομοίωση με παροχή Q = 9.000 m³/day ..................90
6.5.3
Μαθηματική προσομοίωση με παροχή Q = 9.100 m³/day ..................91
6.5.4
Μαθηματική προσομοίωση με παροχή Q = 9.500 m³/day ..................93
6.6
4ο Σενάριο: Προσομοίωση με τις ακραίες παροχές, 7.600 m³/day,9.100
m³/day και 9.500 m³/day και Θc = 15 ημέρες στους 18 °C .................................94
6.7
Συμπεράσματα .....................................................................................96
6.8
Έλεγχοι δυναμικότητας των μονάδων .................................................97
6.8.1
Έλεγχος της δυναμικότητας των αντλιοστασίων.................................97
6.8.1.1 Αντλιοστάσιο εσωτερικής ανακυκλοφορίας........................................97
6.8.1.2 Αντλιοστάσιο εξωτερικής ανακυκλοφορίας ........................................98
6.8.1.3 Αντλιοστάσιο περίσσειας λάσπης........................................................98
6.8.1.4 Αντλιοστάσιο εισόδου .........................................................................98
6.8.2
Έλεγχος της δυναμικότητας τoυ παχυντή............................................98
6.8.3
Έλεγχος της δυναμικότητας του αντλιοστασίου παχυμένης λάσπης ..99
6.8.4
Έλεγχος της δυναμικότητας του συστήματος αερισμού......................99
6.8.5
Έλεγχος της χλωρίωσης.....................................................................101
7.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ .......................................................102
7.1
Εισαγωγή ...........................................................................................103
7.2
Δυσλειτουργίες ..................................................................................103
7.3
Συμπεράσματα - Προτάσεις...............................................................105
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ ........................................................108
Βέλιου Ελισάβετ
2
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Βέλιου Ελισάβετ
3
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Η εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων (ΕΕΛ) της Χίου ξεκίνησε τη λειτουργία της
το 1994 υπό την αιγίδα της Δημοτικής Επιχείρησης Ύδρευσης και Αποχέτευσης
(ΔΕΥΑΧ) και με χρηματοδότηση, κατά κύριο μέρος, από το Ταμείο Συνοχής της
Ευρωπαϊκής Ένωσης. Μέχρι σήμερα έχει συνδεθεί το μεγαλύτερο μέρος των
συνοικιών της πόλης καθώς και άλλες μικρότερες πόλεις του νησιού.
Τα προβλήματα έντονης δυσοσμίας και δυσλειτουργίας ξεκίνησαν πριν από δύο
χρόνια περίπου (κυρίως κατά τη θερινή περίοδο) τα οποία με την πάροδο του χρόνου
έγιναν εντονότερα. Έτσι σήμερα απαριθμούνται μία σειρά από λειτουργικά
προβλήματα που αντιμετωπίζει η εγκατάσταση. Στην παρούσα φάση λειτουργεί μόνο
η μια γραμμή επεξεργασίας καθώς η άλλη έχει τεθεί εκτός λειτουργίας για λόγους
συντήρησης. Πιο άμεσο στους κατοίκους είναι η παραγωγή δυσοσμιών, όπως
προαναφέρθηκε, από την περιοχή της προεπεξεργασίας και το χώρο εκκένωσης των
βυτιοφόρων και ακολουθούν άλλα λειτουργικά προβλήματα τα οποία θα αναλυθούν
παρακάτω.
Η διπλωματική εργασία έλαβε χώρα στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος με
τίτλο «Παροχή Υπηρεσιών Συμβούλου για την ΕΕΛ Χίου», το οποίο ανατέθηκε από
τη ΔΕΥΑ Χίου σε ερευνητική ομάδα του Εργαστηρίου Υγειονομικής Τεχνολογίας
(ΕΥΤ) του Τομέα Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος του Ε.Μ.Π. με επιστημονικό
υπεύθυνο τον καθηγητή Ανδρέα Ανδρεαδάκη.
Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η προκαταρκτική
αξιολόγηση της λειτουργίας της ΕΕΛ της Χίου με βάση τα διαθέσιμα λειτουργικά
δεδομένα, η πρόταση ενός προγράμματος παρακολούθησης της εγκατάστασης και
των απαραίτητων επεμβάσεων για την κατά το δυνατόν εύρυθμη λειτουργία της
εγκατάστασης καθώς και η μαθηματική προσομοίωση της λειτουργίας της βιολογικής
βαθμίδας της ΕΕΛ Χίου με σκοπό την εύρεση της μέγιστης δυναμικότητάς της και τη
βελτιστοποίηση της λειτουργίας της.
Βέλιου Ελισάβετ
4
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Αναλυτικότερα, η διάρθρωση της εργασίας έχει ως εξής:
Το Κεφάλαιο 1 αποτελεί μία γενική εισαγωγή όπου γίνεται αναφορά στην έναρξη
λειτουργίας της ΕΕΛ της Χίου, τα προβλήματα που αντιμετωπίζει, το ερευνητικό
πρόγραμμα στα πλαίσια του οποίου έγινε η εργασία καθώς και η διάρθρωση αυτής.
Στο Κεφάλαιο 2 αναφέρεται καταρχάς η ημερήσια παροχή των λυμάτων που
διαχειρίζεται η εγκατάσταση της Χίου, ο ισοδύναμος πληθυσμός στον οποίο
αντιστοιχεί καθώς και μία συνοπτική περιγραφή της όλης εγκατάστασης. Ακολουθεί
αναλυτική
περιγραφή
των
γεωμετρικών/κατασκευαστικών
και
λειτουργικών
χαρακτηριστικών των επιμέρους μονάδων οι οποίες είναι: το φρεάτιο εισόδου, η
εσχάρωση, το αντλιοστάσιο εισόδου, ο αεριζόμενος αμμοσυλλέκτης-λιποσυλλέκτης,
το φρεάτιο διανομής της ροής προς τις ανοξικές δεξαμενές, οι ανοξικές δεξαμενές, οι
δεξαμενές αερισμού, το φρεάτιο διανομής της ροής στις δεξαμενές καθίζησης, οι
δεξαμενές καθίζησης, το φρεάτιο συλλογής της λάσπης, το αντλιοστάσιο
ανακυκλοφορίας της λάσπης, το κανάλι μέτρησης της παροχής, οι δεξαμενές
χλωρίωσης, ο πύργος φόρτισης, το συγκρότημα αφυδάτωσης της ιλύος και οι αγωγοί
παράκαμψης.
Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται τα λειτουργικά προβλήματα που αντιμετωπίζει η
ΕΕΛ της Χίου και ακολουθεί αξιολόγηση αυτών βάσει των μετρήσεων που λήφθηκαν
στις διάφορες θέσεις δειγματοληψίας. Έτσι συμπεριλαμβάνονται τα χαρακτηριστικά
των ανεπεξέργαστων λυμάτων, το νομοθετικό πλαίσιο, τα χαρακτηριστικά των
επεξεργασμένων λυμάτων και η στατιστική ανάλυση των παραμέτρων που
παρακολουθούνται στην εγκατάσταση.
Στο Κεφάλαιο 4 παρατίθεται το προτεινόμενο πρόγραμμα παρακολούθησης της ΕΕΛ
Χίου το οποίο είναι σύννομο με την Οδηγία 91/271/ΕΟΚ με τις υποδεικνυόμενες
θέσεις δειγματοληψίας καθώς και τα συμπεράσματα που προκύπτουν.
Το Κεφάλαιο 5 αποτελείται από την περιγραφή του μοντέλου της IWA, η οποία
περιλαμβάνει τις μεταβλητές που υπεισέρχονται σε αυτό, τις διεργασίες που
λαμβάνουν χώρα, την εκτίμηση των κινητικών παραμέτρων και τις τυπικές τιμές των
παραμέτρων που χρησιμοποιούνται.
Βέλιου Ελισάβετ
5
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Στο Κεφάλαιο 6 γίνεται η παρουσίαση των τεσσάρων προσομοιωμένων σεναρίων
που εφαρμόστηκαν, τα συμπεράσματα που προκύπτουν για τη δυναμικότητα της
εγκατάστασης καθώς και οι έλεγχοι επάρκειας της δυναμικότητας των μονάδων.
Στο Κεφάλαιο 7, ολοκληρώνοντας τη διπλωματική εργασία, δίνονται τα
συμπεράσματα της παρούσας έρευνας καθώς και οι αντίστοιχες προτάσεις.
Βέλιου Ελισάβετ
6
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΕΕΛ ΧΙΟΥ
Βέλιου Ελισάβετ
7
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
2.1 Συνοπτική Περιγραφή της Εγκατάστασης
Η Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) της Χίου έχει σχεδιασθεί ώστε να
επεξεργάζεται 7.600 m³/ημέρα αστικών λυμάτων και 26 m³/ημέρα αστικών
βοθρολυμάτων που αντιστοιχούν σε 32.500 ισοδύναμους κατοίκους. Κατά τη
μελλοντική επέκταση προβλέπεται αύξηση της δυναμικότητας της εγκατάστασης και
της παροχής σε 12.300 m³/ημέρα, η οποία αντιστοιχεί σε 47.500 ισοδύναμους
κατοίκους. Η λειτουργία της εγκατάστασης ξεκίνησε το 1994 και η παροχή των
αστικών λυμάτων που δέχεται σήμερα εκτιμάται στα 6.000 m³/ημέρα, από τους
υπευθύνους της εγκατάστασης, λαμβάνοντας υπόψη και τα λύματα των βιομηχανιών
που είναι συνδεδεμένες με την εγκατάσταση.
Το σχήμα λειτουργίας που εφαρμόζεται στην ΕΕΛ Χίου
περιλαμβάνει
προεπεξεργασία με εσχάρωση, εξάμμωση και απολίπανση και στη συνέχεια
δευτεροβάθμια επεξεργασία σε σύστημα ενεργού ιλύος με παρατεταμένο αερισμό. Το
υφιστάμενο σχήμα επεξεργασίας επιτυγχάνει υψηλό βαθμό απομάκρυνσης οργανικού
φορτίου, στερεών και αμμωνίας καθώς και απονιτροποίηση. Τα επεξεργασμένα
λύματα υπόκεινται σε απολύμανση με χλώριο και μέσω αγωγού διατίθενται στη
θαλάσσια περιοχή βόρεια του αεροδρομίου της Χίου. Η περίσσεια βιολογική ιλύς
οδηγείται μέσω του αντλιοστασίου περίσσειας λάσπης, σε κυκλικό παχυντή
βαρύτητας και στη συνέχεια αντλείται προς δυο ταινιοφιλτρόπρεσσες. Η
αφυδατωμένη ιλύς αφαιρείται περιοδικά και μεταφέρεται με φορτηγά σε χωματερή.
Η Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) της Χίου έχει σχεδιασθεί και
κατασκευασθεί ώστε να ικανοποιεί τις κατωτέρω απαιτήσεις:
• επεξεργασία
με
υψηλό
βαθμό
απομάκρυνσης
οργανικού
φορτίου
και
απομάκρυνσης αζώτου
• υψηλή ποιότητα επεξεργασμένων λυμάτων κατάλληλων για διάθεση στην
θαλάσσια περιοχή νότια της πόλης στης Χίου
• μεγάλο χρόνο αερισμού της ιλύος για πλήρη σταθεροποίησή της και αποφυγή
οσμών από τη διάθεσή της.
Βέλιου Ελισάβετ
8
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Μέσω του κεντρικού αποχετευτικού αγωγού τα λύματα οδηγούνται με βαρύτητα στο
φρεάτιο εισόδου. Κατάντη της εισόδου των αστικών λυμάτων εισέρχονται τα
βοθρολύματα.
Η προεπεξεργασία των λυμάτων αρχίζει με εσχάρωση που αποσκοπεί στη
συγκράτηση ογκωδών στερεών. Υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας η εσχάρωση
επιτελείται μέσω μηχανικά καθαριζόμενης εσχάρας στην οποία συγκρατούνται
σωματίδια με διάμετρο μεγαλύτερη των 20 mm. Σε περίπτωση βλάβης ή ιδιαίτερα
υψηλών υδραυλικών φορτίων υπάρχει η δυνατότητα με κατάλληλο χειρισμό
θυροφραγμάτων να χρησιμοποιηθεί και μια χειρωνακτικά καθαριζόμενη εσχάρα που
φέρει διάκενα 30 mm. Μετά την εσχάρωση τα λύματα οδηγούνται με βαρύτητα στο
αντλιοστάσιο εισόδου της εγκατάστασης και στη συνέχεια μέσω καταθλιπτικού
αγωγού τα λύματα αντλούνται σε πιεζοθραυστικό φρεάτιο εισόδου, ανάντη
αεριζόμενου εξαμμωτή - απολιπαντή. Μέσω κατάλληλου χειρισμού δικλείδων στον
αγωγό κατάθλιψης είναι δυνατή η πλήρης παράκαμψη της εγκατάστασης και η
άντληση των λυμάτων απευθείας στον πύργο φόρτισης του υποθαλάσσιου αγωγού
διάθεσης.
Για την αποφυγή οσμών τα έργα εσχάρωσης και το αντλιοστάσιο εισόδου των
λυμάτων είναι εγκαταστημένα σε κλειστό χώρο. Το μίγμα αστικών λυμάτων και
βοθρολυμάτων υπόκειται σε εξάμμωση και απολίπανση σε αεριζόμενο εξαμμωτή
ορθογωνικής διατομής. Τα προϊόντα της εσχάρωσης και εξάμμωσης συλλέγονται σε
ειδικούς κάδους και απομακρύνονται περιοδικά σε χωματερή. Τα έργα ΠΜ της
προεπεξεργασίας έχουν διαστασιολογηθεί για τις ανάγκες της Β’ Φάσης, ενώ ο Η/Μ
εξοπλισμός επαρκεί για τη Α’ Φάση λειτουργίας της εγκατάστασης.
Τα
προεπεξεργασμένα
λύματα
υπερχειλίζουν
σε
φρεάτιο
μερισμού
όπου
αναμιγνύονται με την επανακυκλοφορούμενη ιλύ και στη συνέχεια ισοκατανέμονται
σε δύο διθάλαμες ανοξικές δεξαμενές, 794 m3 η κάθε μία, όπου πραγματοποιείται η
απομάκρυνση των νιτρικών.
Στη συνέχεια το ανάμικτο υγρό οδηγείται με φυσική
ροή σε δύο αερόβιες δεξαμενές, 2.646 m3 η κάθε μία, όπου επιτελείται απομάκρυνση
οργανικού φορτίου και αμμωνίας καθώς και η σταθεροποίηση της ιλύος. Σύμφωνα με
τα δεδομένα σχεδιασμού ο συνολικός όγκος των ανοξικών και αερόβιων δεξαμενών
ανέρχεται σε 6880 m3 και επαρκεί για την κάλυψη των αναγκών της Α’ Φάσης.
Βέλιου Ελισάβετ
9
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Το ανάμικτο υγρό από τη δεξαμενή αερισμού υπερχειλίζει σε φρεάτιο διανομής και
στη συνέχεια ισοκατανέμεται σε δύο δεξαμενές τελικής καθίζησης διαμέτρου 22 m.
Τα επεξεργασμένα λύματα υπόκεινται σε απολύμανση με υποχλωριώδες νάτριο, σε
ορθογωνική δεξαμενή συνολικού όγκου 190 m3 και χρόνου παραμονής 29,1 min για
τη μέγιστη ημερήσια παροχή της Α’ Φάσης. Στη συνέχεια οδηγούνται με βαρύτητα
σε πύργο φόρτισης και διατίθενται στη θάλασσα μέσω αγωγού εκβολής και
διαχυτήρα.
Η περίσσεια ιλύς υπόκειται σε πάχυνση σε παχυντή βαρύτητας διαμέτρου 9 m και
κατόπιν σε αφυδάτωση με ταινιοφιλτρόπρεσσες πλάτους 1 m. Η αφυδατωμένη ιλύς
με συγκέντρωση στερεών 20% απομακρύνεται με φορτηγά σε χωματερή.
2.2 Αναλυτική Περιγραφή των Μονάδων Επεξεργασίας
Η περιγραφή των μονάδων που ακολουθεί βασίζεται στην Τεχνική Έκθεση του έργου
που δόθηκε από τους υπευθύνους της εγκατάστασης στο επιστημονικό προσωπικό
του ΕΜΠ.
2.2.1 Φρεάτιο Εισόδου
Εδώ οδηγούνται τα λύματα με βαρύτητα από τον κεντρικό αγωγό διαμέτρου 800 mm,
όπου αναμιγνύονται με τα στραγγίδια από τις εγκαταστάσεις πάχυνσης και
αφυδάτωσης και τα βοθρολύματα της πόλης.
2.2.2 Εσχάρωση
Η προεπεξεργασία των λυμάτων ξεκινάει με την εσχάρωση που στόχος της είναι να
συγκρατεί τα ογκώδη αντικείμενα. Τοποθετούνται δύο εσχάρες: μία μηχανική
αυτοκαθαριζόμενη και μία στατική χειρονακτικά καθαριζόμενη. Η χρήση της
στατικής εσχάρας γίνεται σε περιπτώσεις βλάβης ή συντήρησης της μηχανικής
σχάρας με κατάλληλο χειρισμό θυροφραγμάτων. Η αυτόματη εσχάρα λειτουργεί
Βέλιου Ελισάβετ
10
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
μέσω χρονοδιακόπτη και διακοπτών στάθμης πριν και μετά την εσχάρα που δίνουν
σήμα εκκίνησης όταν η πτώση στάθμης υπερβεί τα 10 cm.
Οι εσχάρες τοποθετούνται ανάντη του αντλιοστασίου εισόδου έτσι ώστε να
προστατεύονται τα αντλητικά συγκροτήματα, να αποφεύγονται οι συγκεντρώσεις
μεγάλων στερεών εντός του αντλιοστασίου καθώς και να αποφεύγεται η απόφραξη
του αγωγού υποθαλάσσιας διάθεσης κατά τις περιπτώσεις που η μονάδα θα
λειτουργεί σε παράκαμψη.
Κατασκευαστικά χαρακτηριστικά μηχανικής εσχάρας:
•
Διαστάσεις ράβδων: 10 x 15 mm
•
Ελεύθερη απόσταση των ράβδων: 20 mm
•
Πλάτος καναλιού: 800 mm
•
Υλικό κατασκευής: ανοξείδωτος χάλυβας
Κατασκευαστικά χαρακτηριστικά χειρωνακτικής εσχάρας:
•
Πλάτος εσχάρας: 1 m
•
Ύψος ράβδων: 1 m
•
Πλάτος ράβδων: 10 mm
•
Άνοιγμα ράβδων: 30 mm
•
Υλικό κατασκευής: ανοξείδωτος χάλυβας
Το πλάτος του καναλιού της εσχάρας δίνεται από την εξής σχέση:
W=
b+s
Q
*
+ Wo , όπου:
s
V *h
W: πλάτος εσχάρας
b: πάχος ράβδων εσχάρας
s: πλάτος διάκενων εσχάρας
Q: παροχή αιχμής λυμάτων
V: μέγιστη ταχύτητα ροής στα διάκενα
h: βάθος ροής στην εσχάρα
Βέλιου Ελισάβετ
11
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Wo: ανοχή πλάτους για πλευρική στήριξη
2.2.3 Αντλιοστάσιο Εισόδου
Μετά την εσχάρωση τα λύματα οδηγούνται με φυσική ροή στο αντλιοστάσιο εισόδου
της εγκατάστασης. Ο ωφέλιμος όγκος του αντλιοστασίου είναι 27 m³ περίπου. Στο
αντλιοστάσιο τοποθετούνται τρεις υποβρύχιες αντλίες για την κάλυψη των αναγκών
της Α’ φάσης. Στη Β’ φάση προβλέπεται η τοποθέτηση μίας επιπλέον όμοιας
αντλίας.
Λειτουργικά χαρακτηριστικά υποβρύχιων αντλιών:
•
τύπος: υποβρύχιος βαρέων μετάλλων
•
εγκατεστημένη ισχύς: 25,1 KW
•
απορροφημένη ισχύς: 20 KW
•
στροφές: 950 rpm
•
υλικό κατασκευής κελύφους: χυτοσίδηρος
•
υλικό κατασκευής άξονα: ανοξείδωτος χάλυβας
Για την αποφυγή των οσμών, τα έργα εσχάρωσης και το αντλιοστάσιο εισόδου θα
είναι εγκατεστημένα σε κλειστό χώρο.
2.2.4 Αεριζόμενος Αμμοσυλλέκτης – Λιποσυλλέκτης
Κατασκευάζεται απευθείας για τις ανάγκες της Β’ φάσης. Από το αντλιοστάσιο
εισόδου το μίγμα αστικών λυμάτων, βοθρολυμάτων και στραγγιδίων οδηγείται μέσω
καταθλιπτικού αγωγού σε πιεζοθραυστικό φρεάτιο και στη συνέχεια, μέσω
θυροφραγμάτων, εισέρχεται στον αμμοσυλλέκτη – λιποσυλλέκτη. Αυτός αποτελείται
από μία ορθογωνική δεξαμενή, ωφέλιμου όγκου 75 m³, όπου επιτυγχάνεται
ταυτόχρονη απομάκρυνση της άμμου και των λιπών από τα λύματα. Η απομάκρυνση
γίνεται με σαρωτικούς μηχανισμούς πυθμένα και επιφανείας.
Βέλιου Ελισάβετ
12
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Στον πυθμένα της δεξαμενής σχηματίζεται στενή διαμήκης αύλακα όπου
συσσωρεύεται η καθιζάνουσα άμμος. Η άμμος συγκεντρώνεται μέσω του ξέστρου
του πυθμένα στην άκρη της δεξαμενής, όπου ο πυθμένας σχηματίζει ένα βαθύτερο
κώνο συλλογής. Η δεξαμενή, επίσης, φέρει εσωτερικά και κατά μήκος εμβαπτισμένο
τοιχίο με σκοπό να συγκρατεί από την πλευρά με τη μεγαλύτερη κλίση τα λίπη και τα
έλαια που επιπλέουν στην επιφάνεια.
Η παροχή αέρα εξασφαλίζεται από δύο φυσητήρες, από τους οποίους ο ένας θα
λειτουργεί ως κύριος και ο άλλος ως εφεδρικός. Η προσθήκη αέρα στη μονάδα
εξάμμωσης αυξάνει τη δυνατότητα ποιοτικού διαχωρισμού των λιπών και των
ελαίων. Επίσης με κατάλληλη ρύθμιση της παροχής του αέρα επιτυγχάνεται η
απομάκρυνση μόνο των ανόργανων σωματιδίων και όχι των οργανικών που
προσδίδουν έντονη δυσοσμία στη διαχωρισμένη άμμο. Το δίκτυο διανομής του αέρα
θα αποτελείται από ανοξείδωτες σωληνώσεις.
Κατασκευαστικά χαρακτηριστικά δεξαμενής:
•
ενεργό μήκος: 18 m
•
πλάτος τμήματος αμμοσυλλογής: 2 m
•
πλάτος τμήματος λιποσυλλογής: 1,4 m
•
βάθος αμμοσυλλέκτη: 3 m
•
υλικό κατασκευής για τα τμήματα που έρχονται σε επαφή με τα λύματα:
ανοξείδωτος χάλυβας
•
υλικό κατασκευής για τα υπόλοιπα τμήματα: χάλυβας
Λειτουργικά χαρακτηριστικά φυσητήρων:
•
τύπος: περιστρεφόμενων λοβών
•
εγκατεστημένη ισχύς: 3 KW
•
απορροφημένη ισχύς: 2 KW
•
παροχή: 120 Nm³/hr
•
μανομετρικό: 300 mbar
Βέλιου Ελισάβετ
13
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Για την άντληση της άμμου χρησιμοποιείται αεραντλία μόνιμα εγκατεστημένη στη
χοάνη του αμμοσυλλέκτη. Η δυναμικότητα της είναι 30 m³/hr, ενώ η πίεση που
απαιτείται για τη λειτουργία της είναι:
P = h + Δhv = 4,5 m, όπου
Ρ: πίεση αέρα
h: βάθος εμβάπτισης της σωλήνωσης του αέρα = 4 m
Δhv: απώλειες λόγω τριβών = 0,5 m
Το μίγμα νερού/άμμου οδηγείται σε συγκρότημα πλύσης και διαχωρισμού και στη
συνέχεια η άμμος διατίθεται σε κάδους συλλογής από όπου απομακρύνεται περιοδικά
με φορτηγά σε χωματερή.
2.2.5 Φρεάτιο διανομής της ροής στις Ανοξικές Δεξαμενές
Τα λύματα μετά την εξάμμωση υπερχειλίζουν σε φρεάτιο διανομής που καταλήγει
και η ιλύς της επανακυκλοφορίας από τις δεξαμενές της τελικής καθίζησης. Στη
συνέχεια το μίγμα λυμάτων και ιλύος ισοκατανέμεται στις δύο γραμμές
επεξεργασίας. Με κατάλληλη ρύθμιση θυροφραγμάτων είναι δυνατή η πλήρης
απομόνωση μιας εκ των δύο γραμμών επεξεργασίας.
2.2.6 Ανοξικές Δεξαμενές
Από το φρεάτιο μερισμού το μίγμα λυμάτων και ιλύος επανακυκλοφορίας οδηγείται
σε δύο ανοξικές δεξαμενές (απονιτροποίησης) όπου λαμβάνει χώρα η απομάκρυνση
νιτρικών με τη μορφή αέριου αζώτου. Για να πραγματοποιηθεί η απονιτροποίηση
χρειάζεται μία πηγή άνθρακα, η οποία προέρχεται από την ενδογενή αναπνοή και τα
ανεπεξέργαστα λύματα. Για το λόγο αυτό η ανακυκλοφορία της ιλύος από τις
δεξαμενές καθίζησης οδηγείται ανάντη των δεξαμενών απονιτροποίησης. Για την
κάλυψη των αναγκών της Β’ φάσης προβλέπεται η κατασκευή μίας τρίτης όμοιας
δεξαμενής.
Βέλιου Ελισάβετ
14
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Κάθε δεξαμενή χωρίζεται σε δύο θαλάμους (cascades) με την κατασκευή
διαχωριστικού τοιχίου κατά μήκος. Οι δύο θάλαμοι επικοινωνούν μέσω υπερχείλισης
και υποβρύχιων ανοιγμάτων στο τελευταίο τμήμα του διαχωριστικού τοιχίου. Έτσι
εξασφαλίζεται η εμβολοειδής ροή των λυμάτων για αύξηση της απόδοσης.
Επικρατούν
συνθήκες
ήπιας
ανάδευσης
μέσω
υποβρύχιων
αργόστροφων
αναμικτήρων.
Στην είσοδο των δεξαμενών, εκτός από την ιλύ, εισέρχεται και ποσότητα
νιτροποιημένων λυμάτων που ανακυκλοφορεί από την έξοδο των δεξαμενών
νιτροποίησης. Η ανακυκλοφορία γίνεται σε ρυθμό 100 -150 % της μέσης παροχής.
Διαστάσεις ανοξικής δεξαμενής
•
πλάτος: 12,6 m
•
μήκος: 12,6 m
•
βάθος: 5 m
•
όγκος: 794 m³
Λειτουργικά χαρακτηριστικά υποβρύχιων αναμικτήρων
•
τύπος: υποβρύχιος αργόστροφος
•
ισχύς κινητήρα: 3 KW
•
απορροφημένη ισχύς: 2 KW
•
στροφές κινητήρα: 750 rpm
2.2.7 Δεξαμενές Αερισμού
Από τις δεξαμενές απονιτροποίησης τα λύματα εισέρχονται με φυσική ροή στις
δύο διθάλαμες δεξαμενές αερισμού (νιτροποίησης). Προβλέπεται η κατασκευή
μίας τρίτης όμοιας δεξαμενής για τις ανάγκες της Β’ φάσης.
Εδώ πραγματοποιείται η οξείδωση του οργανικού φορτίου και της αμμωνίας σε
νιτρικά, η οποία εξασφαλίζεται από το μεγάλο χρόνο παραμονής και την
αυξημένη συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στο νερό (> 2 mg/l). Το
απαιτούμενο οξυγόνο τροφοδοτείται μέσω συστήματος διαχυτήρων-φυσητήρων.
Βέλιου Ελισάβετ
15
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Διαστάσεις δεξαμενής αερισμού:
•
πλάτος: 12,6 m
•
μήκος: 42 m
•
βάθος: 5 m
•
όγκος: 2.646 m³
Φυσητήρες δεξαμενής αερισμού:
•
εγκατεστημένη ισχύς: 45 KW
•
απορροφημένη ισχύς: 37 KW
•
παροχή: 2.010 Νm³/hr
Όσο αφορά στη μέτρηση του διαλυμένου οξυγόνου περιλαμβάνονται τέσσερα όμοια
συστήματα, ένα για κάθε θάλαμο, κάθε ένα από το οποίο αποτελείται από αισθητήριο
διαλυμένου οξυγόνου με ενσωματωμένο αισθητήριο θερμοκρασίας, καθετήρα
εμβάπτισης από ανοξείδωτο σωλήνα για τα τμήματα που έρχονται σε επαφή με τα
λύματα και ενισχυτή με ψηφιακή ένδειξη.
Η παροχή του αέρα ρυθμίζεται ανάλογα με την τιμή της συγκέντρωσης του
διαλυμένου οξυγόνου με στόχο να διατηρείται αυτή η συγκέντρωση μεταξύ μίας
μέγιστης και μίας ελάχιστης τιμής, που καθορίζονται από το προσωπικό λειτουργίας
της εγκατάστασης.
Απαιτούμενος βαθμός απομάκρυνσης αζώτου:
Σαν απαιτούμενος βαθμός απομάκρυνσης αζώτου στο βιολογικό αντιδραστήρα, για
όλη τη διάρκεια του έτους λαμβάνεται:
ηΝ = 1 −
NH 4 − Ne + NO3 − Ne
= 0,7 , όπου το ισοζύγιο αζώτου είναι:
TKN
ΤΚΝ = 64 mg/l
orgNe = 2 mg/l (στην έξοδο)
Βέλιου Ελισάβετ
16
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
TKN – orgNe = 62 mg/l
NH4 – Ne + NO3 – Ne = 20 mg/l
NH4 – Ne = 20 mg/l
NO3 –Ne = 15 mg/l
Απαιτούμενος ρυθμός ανακυκλοφορίας:
minRF =
1
− 1 = 1,95, όπου:
1 − n * NO3 − Nd
n*NO3 – Nd = 29/(29+15) = 0,66
Επιλέγεται maxRF=2,5 (εσωτερική και εξωτερική), που σημαίνει 100% εξωτερική
ανακυκλοφορία και 150% εσωτερική ανακυκλοφορία.
Απαίτηση σε οξυγόνο:
Η απαίτηση οξυγόνου οφείλεται στις ανάγκες του άνθρακα και του αζώτου. Για
λόγους ασφαλείας λαμβάνονται ως συνθήκες σχεδιασμού οι δυσμενέστερες οι οποίες
είναι οι καλοκαιρινές με θερμοκρασία λυμάτων 23,5 ˚C. Επίσης λαμβάνεται ότι η
μέγιστη φόρτιση άνθρακα και αζώτου συμβαίνει την ίδια χρονική περίοδο
2.2.8 Φρεάτιο διανομής της ροής στις Δεξαμενές Καθίζησης
Τα λύματα υπερχειλίζουν από τις δεξαμενές αερισμού σε επίμηκες κανάλι
υπερχείλισης και από εκεί μέσω αγωγού οδηγούνται στο φρεάτιο διανομής τις ροής
προς τις δεξαμενές καθίζησης. Η ισοκατανομή επιτυγχάνεται μέσω υπερχειλιστών
λεπτής στέψης ίσου μήκους. Στις εξόδους των φρεατίων υπάρχουν θυροφράγματα
απομόνωσης ώστε να υπάρχει ευελιξία κατά τη λειτουργία.
2.2.9 Δεξαμενές Καθίζησης
Το ανάμικτο υγρό από το φρεάτιο μερισμού οδηγείται μέσω αγωγού διαμέτρου Φ 400
σε δύο κυκλικές δεξαμενές καθίζησης. Η τροφοδοσία γίνεται εσωτερικά και
ομοαξονικά της κεντρικής κολώνας έδρασης του σαρωτικού μηχανισμού. Η κολώνα
Βέλιου Ελισάβετ
17
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
σε βάθος 0,5 m κάτω από τη στάθμη του υγρού, φέρει περιμετρικά τέσσερα
ανοίγματα διαμέτρου Φ 200 για την ομοιόμορφη είσοδο των λυμάτων στη δεξαμενή.
Ομοκεντρικά της κολώνας υπάρχει ένα περίβλημα το οποίο είναι αναρτημένο στο
ξέστρο και συντελεί στη μείωση της ταχύτητας των εισερχόμενων λυμάτων, έτσι
ώστε να μη δημιουργούνται συνθήκες ανατάραξης.
Το διαυγασμένο υγρό υπερχειλίζει περιμετρικά μέσω οδοντωτού υπερχειλιστή σε
κανάλι συλλογής, ενώ ο πυθμένας είναι διαμορφωμένος με κλίση 1/15 ώστε να είναι
πιο εύκολη η μεταφορά της καθιζάνουσας ιλύος προς την κεντρική χοάνη συλλογής.
Ο σαρωτικός μηχανισμός αποτελείται από ακτινική γέφυρα με διάδρομο πρόσβασης
και προστατευτικά κιγκλιδώματα. Η γέφυρα εδράζεται στην κεντρική κολώνα της
δεξαμενής, όπως φαίνεται στην εικόνα που ακολουθεί.
Εικόνα 2.1: Σαρωτικός μηχανισμός δεξαμενής καθίζησης
Βέλιου Ελισάβετ
18
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Κριτήρια σχεδιασμού:
•
επιφανειακή φόρτιση αιχμής: q < 1 m³/m²-hr
•
μέση επιφανειακή φόρτιση: q < 0,6 m³/m²-hr
•
δείκτης καθιζησιμότητας: SVI = 100 ml/gr
•
φόρτιση στερεών αιχμής: S < 5,5 kg/ m²-hr
•
μέση φόρτιση στερεών: S < 4,5 kg/ m²-h
Διαστάσεις δεξαμενής καθίζησης:
•
διάμετρος: 22 m
•
μέσο βάθος: 2,9 m
•
όγκος: 1.102 m²
•
επιφάνεια: 380 m²
•
στέψη: 0,6 m πάνω από τη στάθμη υγρού
2.2.10 Φρεάτιο Συλλογής της Λάσπης
Η λάσπη από τη δεξαμενή καθίζησης οδηγείται με φυσική ροή προς το φρεάτιο
συλλογής της λάσπης μέσω αγωγού Φ 315. Αγωγός Φ 450 οδηγεί τη λάσπη στο
αντλιοστάσιο ανακυκλοφορίας, ενώ μέσα στο φρεάτιο είναι τοποθετημένες δύο
υποβρύχιες αντλίες που απομακρύνουν κατά τακτά χρονικά διαστήματα την
πλεονάζουσα λάσπη προς τον παχυντή. Οι αντλίες λειτουργούν αυτόματα μέσω
ρυθμιζόμενου χρονοδιακόπτη και η παροχή της κάθε μίας ανέρχεται σε 60 m³/hr.
Λειτουργικά χαρακτηριστικά αντλιών:
•
τύπος: υποβρύχιος βαρέων μετάλλων
•
εγκατεστημένη ισχύς: 2,2 KW
•
στροφές: 1.450 rpm
•
τάση: 380 V
2.2.11 Αντλιοστάσιο Ανακυκλοφορίας Λάσπης
Η λάσπη, όπως προαναφέρθηκε, οδηγείται στο αντλιοστάσιο ανακυκλοφορίας μέσω
αγωγού Φ 450. Στο αντλιοστάσιο είναι τοποθετημένες δύο κοχλιωτές αντλίες του
Αρχιμήδη για να μην καταστρέφονται οι κροκίδες της λάσπης. Η λειτουργία τους
Βέλιου Ελισάβετ
19
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
είναι αυτόματη, είτε παράλληλη με τις αντλίες του αντλιοστασίου εισόδου είτε μέσω
προγραμματιζόμενου χρονοδιακόπτη.
Λειτουργικά χαρακτηριστικά κοχλία:
•
παροχή: 0,09 m³/sec
•
διάμετρος: 800 mm
•
συνολικό μήκος: 7.148 mm
•
απαιτούμενη ισχύς στον άξονα: 4,4 KW
•
απόδοση: 74 %
•
βάρος: 980 kg
•
ταχύτητα περιστροφής: 56,5 rpm
2.2.12 Κανάλι Μέτρησης Παροχής
Από τα φρεάτια εξόδου των δεξαμενών της καθίζησης τα υπερχειλίζοντα υγρά
οδηγούνται με φυσική ροή στο κανάλι μέτρησης της παροχής. Για τη μέτρηση
χρησιμοποιείται στένωση τύπου Venturi και μετρητής παροχής υπερήχων. Το πλάτος
του καναλιού είναι 0,6 m και το πλάτος της στένωσης 0,3 m. Το φρεάτιο
συγκέντρωσης των υγρών, πριν τη διώρυγα, διαθέτει δύο θυροφράγματα ώστε να
είναι δυνατή η παράκαμψη της χλωρίωσης
2.2.13 Δεξαμενές Χλωρίωσης
Από τον δίαυλο μέτρησης παροχής τα επεξεργασμένα λύματα εισέρχονται με φυσική
ροή στις δεξαμενές χλωρίωσης. Η απολύμανση γίνεται με προσθήκη διαλύματος
υποχλωριώδους νατρίου (NaOCL) περιεκτικότητας 15 % σε χλώριο. Η δόση του
διαλύματος φτάνει μέχρι τα 8 mg/l. Η προσθήκη γίνεται μέσω δύο δοσιμετρικών
αντλιών στην είσοδο της δεξαμενής, όπου λόγω έντονων συνθηκών ροής
επιτυγχάνεται πλήρης ανάμιξη. Στην έξοδο των δεξαμενών θα υπάρχει συνεχής
καταγραφή του υπολειμματικού χλωρίου με ανώτερη και κατώτερη στάθμη
συναγερμού (απαραίτητο λόγω της τοξικότητας του χλωρίου). Οι δοσιμετρικές
Βέλιου Ελισάβετ
20
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
αντλίες και οι δεξαμενές αποθήκευσης του χλωρίου τοποθετούνται σε ξεχωριστούς
χώρους.
Κατασκευαστικά χαρακτηριστικά δεξαμενής χλωρίωσης:
•
μορφή: μαιανδρικού καναλιού για καλύτερη ανάμιξη
•
μήκος: 13,55 m
•
πλάτος: 9,5 m
•
βάθος: 1,75 m
•
υδραυλικός χρόνος παραμονής: 30 min
Αισθητήριο υπολειμματικού χλωρίου:
•
όρια μέτρησης: 0,05 – 5 mg/l
•
ελάχιστη ροή υγρού: 30 l/hr
•
επιτρεπτό pH: 4 – 8
Δοχεία αποθήκευσης χλωρίου:
•
τύπος: κυλινδρικό κατακόρυφο
•
διάμετρος: 0,85 m
•
ύψος: 1,85 m
•
όγκος: 1,8 m³
•
βάρος: 35 kg
2.2.14 Πύργος Φόρτισης
Η διάθεση των λυμάτων στη θάλασσα γίνεται μέσω πύργου φόρτισης, όπου
εκφορτίζονται τα λύματα από τη χλωρίωση μέσω αγωγού Φ 600.
2.2.15 Δεξαμενή Πάχυνσης Λάσπης
Από το αντλιοστάσιο περίσσειας λάσπης οι υποβρύχιες αντλίες οδηγούν σε τακτά
χρονικά διαστήματα την περίσσεια ιλύος στον κυκλικό παχυντή βαρύτητας. Ο
παχυντής διαθέτει σύστημα ανάδευσης που φέρει λεπίδες σάρωσης για τη συλλογή
της παχυμένης ιλύος στο κέντρο του πυθμένα όπου έχει κατασκευασθεί κωνικό
Βέλιου Ελισάβετ
21
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
φρεάτιο με σωλήνα αναρρόφησης. Το ξέστρο του πυθμένα είναι διπλό, ανεπτυγμένο
σε όλη τη διάμετρο του παχυντή και περιστρέφεται με κεντρικό μηχανισμό. Επιπλέον
φέρει κατακόρυφες ράβδους οι οποίες κατά την περιστροφή τους δημιουργούν
διόδους στο νερό ώστε να απελευθερώνεται ευκολότερα από τη λάσπη και να οδεύει
προς την υπερχείλιση (περιμετρικό κανάλι συλλογής), βοηθώντας τη διεργασία της
πάχυνσης.
Κατασκευαστικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά παχυντή:
•
διάμετρος: 9 m
•
εμβαδό επιφάνειας: 64 m ²
•
μέση επιφανειακή φόρτιση: 2,9 m/d
•
μέση φόρτιση στερεών: 29,4 kg/m²-d
•
μέση παροχή λάσπης: 187,2 m³/d
•
κλίση πυθμένα: 1/10
•
ελάχιστη συγκέντρωση στερεών στην παχυμένη ιλύ: 4 %
2.2.16 Συγκρότημα Αφυδάτωσης Ιλύος
Από το κωνικό φρεάτιο συλλογής στον πυθμένα του παχυντή, η παχυμένη λάσπη
αντλείται μέσω κοχλιωτών αντλιών προς το συγκρότημα αφυδάτωσης. Οι κοχλιωτές
αντλίες οδηγούν την παχυμένη λάσπη σε ειδικό αντιδραστήρα αργής ανάμιξης όπου
γίνεται προσθήκη πολυηλεκτρολύτη και ανάδευση για ικανό χρόνο. Οι αντιδραστήρες
τοποθετούνται ανάντη κάθε ταινιοφιλτρόπρεσσας.
Από τον αντιδραστήρα η λάσπη εισέρχεται στην ταινιοφιλτρόπρεσσα όπου
αφυδατώνεται με σταδιακή αύξηση της πίεσης, ώστε στην έξοδό της η αφυδατωμένη
λάσπη να περιέχει στερεά σε ποσοστό μεγαλύτερο του 25 %. Η αφυδατωμένη ιλύς
απομακρύνεται περιοδικά προς του χώρους διάθεσης.Τα στραγγίδια οδηγούνται στο
φρεάτιο στραγγιδίων από όπου με φυσική ροή επιστρέφουν στην είσοδο της
εγκατάστασης για επεξεργασία μαζί με τα λύματα.
Βέλιου Ελισάβετ
22
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Λειτουργικά και κατασκευαστικά χαρακτηριστικά:
•
πλάτος ταινιών: 1 m
•
ολική επιφάνεια αφυδάτωσης: 8,05 m²
•
μέγιστη δυναμικότητα πρεσσών: 12 m³/hr
•
μέση ημερήσια ποσότητα παχυμένης ιλύος: 1.685 kgSS/d
2.2.17 Αγωγοί Παράκαμψης
Η εγκατάσταση διαθέτει τους κατωτέρω αγωγούς παράκαμψης:
•
Παράκαμψη της εγκατάστασης και άντληση των λυμάτων στον πύργο
φόρτισης για τελική υποθαλάσσια διάθεση.
•
Παράκαμψη του εξαμμωτή-απολιπαντή και διοχέτευση των λυμάτων μετά τον
εσχαρισμό στις δεξαμενές απονιτροποίησης.
•
Παράκαμψη της βιολογικής επεξεργασίας και διοχέτευση των λυμάτων στις
δεξαμενές καθίζησης.
•
Παράκαμψη της δεξαμενής χλωρίωσης και απευθείας διάθεση των
επεξεργασμένων λυμάτων προς τον πύργο φόρτισης.
Βέλιου Ελισάβετ
23
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗΣ
ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ
ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΤΗΣ ΕΕΛ ΧΙΟΥ
Βέλιου Ελισάβετ
24
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
3.1 Περιγραφή της υφιστάμενης κατάστασης
Βάσει των στοιχείων που διατέθηκαν στην ομάδα μελέτης από τους υπεύθυνους
λειτουργίας της εγκατάστασης και την επιτόπου επίσκεψη της ερευνητικής ομάδας, οι
διαφορές μεταξύ της υφιστάμενης λειτουργίας και της προβλεπόμενης, σύμφωνα με
το σχεδιασμό, λειτουργίας της εγκατάστασης καθώς και τα κυριότερα λειτουργικά
προβλήματα που αντιμετωπίζει η εγκατάσταση περιγράφονται κατωτέρω:
1. Παραγωγή δυσοσμιών από την περιοχή της προεπεξεργασίας και το χώρο
εκκένωσης των βυτιοφόρων.
2. Λόγω αδυναμίας απομάκρυνσης της άμμου από τον εξαμμωτή, το στάδιο της
εξάμμωσης και της απολίπανσης βρίσκεται εκτός λειτουργίας, με αποτέλεσμα
το μίγμα αστικών λυμάτων, βιομηχανικών αποβλήτων και βοθρολυμάτων να
οδηγείται μετά την εσχάρωση απευθείας στο φρεάτιο μερισμού ανάντη των
βιοαντιδραστήρων. Η απουσία εξάμμωσης έχει προκαλέσει τη συσσώρευση
άμμου στα κατάντη στάδια επεξεργασίας και κυρίως σε αυτά όπου η
ανάδευση δεν είναι έντονη όπως στις δεξαμενές απονιτροποίησης.
3. Αδυναμία ισοκατανομής των προεπεξεργασμένων λυμάτων και της ιλύος
επανακυκλοφορίας στις δύο γραμμές βιολογικής επεξεργασίας των λυμάτων.
4. Το σύστημα αυτοματισμού της εγκατάστασης είναι εκτός λειτουργίας και
κατά συνέπεια όλοι οι προβλεπόμενοι αυτοματισμοί της λειτουργίας της
εγκατάστασης όπως π.χ. ρύθμιση της λειτουργίας του συστήματος αερισμού,
ρύθμιση της παροχής επανακυκλοφορίας της ιλύος, μέτρηση της παροχής των
λυμάτων κ.λ.π., να μην εκτελούνται καθόλου ή να γίνονται χειρωνακτικά.
5. Σύμφωνα με το σχεδιασμό η ανάδευση των δεξαμενών απονιτροποίησης
πραγματοποιείται από δύο κατακόρυφους αναδευτήρες, με ισχύ 2 kW. Λόγω
συχνών βλαβών όμως η λειτουργία των αναδευτήρων αυτών δεν είναι ομαλή
με αποτέλεσμα την μη ικανοποιητική ανάδευση των ανοξικών δεξαμενών. Το
πρόβλημα αυτό είναι εντονότερο στη γραμμή επεξεργασίας των λυμάτων
(διαμερίσματα 1 και 2) που δεν έχει υποστεί συντήρηση.
6. Λόγω παλαιότητας και θραύσης αρκετών διαχυτήρων των βιοαντιδραστήρων
1 και 2, ο αερισμός της γραμμής επεξεργασίας της «στεριάς» δεν είναι
Βέλιου Ελισάβετ
25
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ικανοποιητικός με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η διατήρηση της
συγκέντρωσης οξυγόνου στη τιμή στόχο των 2 mg/l.
7. Η μια εκ των δύο δεξαμενών τελικής καθίζησης (ΔΤΚ 2) είναι εκτός
λειτουργίας λόγω συσσώρευσης της καθιζάνουσας ιλύος στη χοάνη συλλογής
και αδυναμίας απομάκρυνσής της (Εικόνα 3.1). Σύμφωνα με τους λειτουργούς
της εγκατάστασης, δεν είναι δυνατή η ταυτόχρονη, με βαρύτητα,
απομάκρυνση της ιλύος από τις δύο δεξαμενές τελικής καθίζησης. Στην
περίπτωση της παράλληλης λειτουργίας των δύο δεξαμενών τελικής
καθίζησης
απαιτείται
η
χειρωνακτική
ρύθμιση
των
δικλείδων
του
αντλιοστασίου επανακυκλοφορίας ώστε να είναι δυνατή η απομάκρυνση της
ιλύος από τον πυθμένα και των δύο δεξαμενών.
8. Η πάχυνση και η αφυδάτωση της βιολογικής ιλύος δεν γίνονται ικανοποιητικά
με αποτέλεσμα η παραγόμενη αφυδατωμένη ιλύς να περιέχει πολύ υψηλό
ποσοστό υγρασίας και να παραμένει σε πρακτικά υγρή μορφή με ποσοστό
υγρασίας που συχνά υπερβαίνει το 88%.
9. Σύμφωνα με το σχεδιασμό του έργου, τα υπερχειλίζοντα υγρά από κάθε
δεξαμενή καθίζησης συγκεντρώνονται σε φρεάτια εξόδου από όπου με αγωγό
∅600 καταλήγουν στο φρεάτιο συγκέντρωσης και στη συνέχεια σε διώρυγα
εξοπλισμένη με μετρητή παροχής τύπου Venturi. Επειδή όμως ο μετρητής
παροχής βρίσκεται εκτός λειτουργίας δεν γίνεται η μέτρηση της παροχής και
κατά συνέπεια δεν υπάρχουν στοιχεία σχετικά με τη διακύμανση των
παροχών κατά τη διάρκεια της ημέρας ή κατά τη διάρκεια του έτους. Με βάση
τις εκτιμήσεις των υπευθύνων λειτουργίας της εγκατάστασης η μέση
ημερήσια παροχή που δέχεται η εγκατάσταση δεν υπερβαίνει τα 6000
m3/ημέρα.
10. Η λειτουργία της μονάδας χλωρίωσης δεν είναι ικανοποιητική, λόγω βλαβών
του συστήματος αποθήκευσης και προσθήκης υποχλωριώδους νατρίου και
του συστήματος μέτρησης του υπολειμματικού χλωρίου στην τελική εκροή.
Βέλιου Ελισάβετ
26
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Εικόνα 3.1: Εκτός λειτουργίας Δεξαμενή Τελικής Καθίζησης στην ΕΕΛ Χίου
3.2 Αξιολόγηση των λειτουργικών δεδομένων
Τα δεδομένα βάσει των οποίων γίνεται η αξιολόγηση που ακολουθεί, προέρχονται
από μετρήσεις που έλαβαν χώρα στην ΕΕΛ από το προσωπικό λειτουργίας καθώς και
από περιορισμένο αριθμό αναλύσεων που πραγματοποιήθηκαν στο ΕΥΤ και στο
Εργαστήριο «Ευστράτιος Τσακαλίδης». Για τον υπολογισμό των φορτίων που δέχεται
η εγκατάσταση, ελλείψει μετρήσεων παροχών, θεωρήθηκε ότι η ημερήσια παροχή
του συνόλου των αστικών λυμάτων, βοθρολυμάτων και βιομηχανικών αποβλήτων
που δέχεται η ΕΕΛ της Χίου δεν υπερβαίνει τα 6.000 m³/ημέρα. Συγκεκριμένα
χρησιμοποιήθηκαν τα ακόλουθα στοιχεία:
¾ Μετρήσεις διάφορων παραμέτρων των ανεπεξέργαστων και επεξεργασμένων
λυμάτων (π.χ. pH, BOD, COD, NH4-N) που καλύπτουν το χρονικό διάστημα
από το Σεπτέμβριο 2006 μέχρι το Μάρτιο 2008.
Βέλιου Ελισάβετ
27
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
¾ Μετρήσεις της συγκέντρωσης των στερεών της παχυμένης και της
αφυδατωμένης ιλύος που καλύπτουν το χρονικό διάστημα από το Δεκέμβριο
2006 μέχρι τον Ιανουάριο 2007.
¾ Μετρήσεις της συγκέντρωσης των στερεών της λάσπης επανακυκλοφορίας
για τον Ιανουάριο του 2007.
¾ Στοιχεία από χημικές αναλύσεις δειγμάτων ανεπεξέργαστων βιομηχανικών
αποβλήτων που πραγματοποιήθηκαν στο ιδιωτικό Εργαστήριο «Ευστράτιος
Τσακαλίδης».
¾ Στοιχεία από χημικές και μικροσκοπικές αναλύσεις δειγμάτων ανάμικτου
υγρού και ανεπεξέργαστων λυμάτων και βιομηχανικών αποβλήτων καθώς και
επεξεργασμένων
λυμάτων
που
πραγματοποιήθηκαν
στο
Εργαστήριο
Υγειονομικής Τεχνολογίας του ΕΜΠ.
Οι θέσεις από όπου ελήφθησαν στιγμιαία δείγματα για τον έλεγχο της εγκατάστασης
κατά το χρονικό διάστημα 8/09/2006 έως 28/03/2008 έλαβαν χώρα περιγράφονται
κατωτέρω:
¾ Είσοδος της εγκατάστασης: Λαμβάνεται στιγμιαίο δείγμα κατάντη της
εσχάρωσης
και πριν τη διανομή στις ανοξικές δεξαμενές, όπου είναι
αναμεμιγμένα τα αστικά λύματα, τα βοθρολύματα και τα στραγγίδια από τις
εγκαταστάσεις πάχυνσης και αφυδάτωσης της ιλύος.
¾ Δεξαμενή Αερισμού (στεριά): Λαμβάνεται στιγμιαίο δείγμα από τη δεξαμενή
αερισμού που βρίσκεται στην πλευρά της στεριάς.
¾ Δεξαμενή Αερισμού (θάλασσα): Λαμβάνεται στιγμιαίο δείγμα από τη
δεξαμενή αερισμού που βρίσκεται στην πλευρά της θάλασσας.
¾ Έξοδος της εγκατάστασης: Λαμβάνεται στιγμιαίο δείγμα από την εκροή των
επεξεργασμένων λυμάτων της δεξαμενής καθίζησης.
Στο Σχήμα 3.2 που ακολουθεί φαίνονται οι τέσσερις θέσεις δειγματοληψίας καθώς
και η γραμμή επεξεργασίας των λυμάτων και της λάσπης.
Βέλιου Ελισάβετ
28
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ΚΤΙΡΙΟ
ΑΦΥΔΑΤΩΣΗΣ
ΠΑΧΥΝΤΗΣ
ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ
ΑΝΟΞΙΚΗ
ΔΕΞΑΜΕΝΗ
3
ΑΝΟΞΙΚΗ
ΔΕΞΑΜΕΝΗ
4
ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ
ΑΕΡΙΣΜΟΥ
3 &4
ΑΝΟΞΙΚΗ
ΔΕΞΑΜΕΝΗ
1
ΦΡΕΑΤΙΟ
ΕΙΣΟΔΟΥ
ΦΡΕΑΤΙΟ
ΔΙΑΝΟΜΗΣ
ΠΡΟΣ
ΤΙΣ
ΑΝΟΞΙΚΕ Σ
ΑΝΟΞΙΚΗ
ΔΕΞΑΜΕΝΗ
2
ΘΑΛΑΣΣΑ
ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ
ΑΕΡΙΣΜΟΥ
2&1
ΔΕΞΑΜΕΝΗ
ΚΑΘΙΖΗΣΗΣ
2
ΕΚΡΟΗ
ΕΣΧΑΡΩΣΗ
ΔΕΞΑΜΕΝΗ
ΚΑΘΙΖΗΣΗΣ
1
ΕΚΡΟΗ
ΣΤΕΡΙΑ
Σχήμα 3.2: Διάγραμμα ροής της εγκατάστασης
3.2.1 Χαρακτηριστικά ανεπεξέργαστων λυμάτων και βιομηχανικών αποβλήτων
Για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών των ανεπεξέργαστων λυμάτων,
λαμβάνονται δείγματα κατάντη της εσχάρωσης. Σημειώνεται ότι η θέση
δειγματοληψίας βρίσκεται κατάντη του σημείου διάθεσης των βοθρολυμάτων και της
επανακυκλοφορίας των στραγγιδίων από τη γραμμή επεξεργασίας της ιλύος. Επίσης
για τον προσδιορισμό των βιομηχανικών αποβλήτων που διατίθενται στο δίκτυο
αποχέτευσης χρησιμοποιήθηκαν αποτελέσματα περιορισμένου αριθμού χημικών
αναλύσεων που πραγματοποιήθηκαν από το ΕΥΤ και το ιδιωτικό εργαστήριο
Τσακαλίδης κατά την περίοδο Φεβρουαρίου – Μαρτίου 2008.
Τα διαθέσιμα στοιχεία για τον χαρακτηρισμό των ανεπεξέργαστων λυμάτων, παρότι
καλύπτουν μια μεγάλη περίοδο (Σεπτέμβριος 2006 – Μάρτιος 2008), είναι ιδιαίτερα
περιορισμένα. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι το κατά τη διάρκεια του έτους 2007
μετρήθηκε μια φορά η συγκέντρωση του BOD5 και του COD, ενώ απουσιάζουν
πλήρως μετρήσεις αζώτου, φωσφόρου και στερεών.
Βάσει του συνόλου των
μετρήσεων για τα έτη 2006-2008, υπολογίσθηκαν για όλες τις ποιοτικές παραμέτρους
Βέλιου Ελισάβετ
29
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
που παρακολουθούνται στην εγκατάσταση οι μέσοι όροι, οι μέγιστες και οι ελάχιστες
τιμές, οι ενδιάμεσες τιμές καθώς και οι τιμές που υπερβαίνουν το 5 % και το 95 %
των μετρήσεων. Τα στατιστικά αυτά δεδομένα φαίνονται στον Πίνακα 3.1.
Πίνακας 3.1: Χαρακτηριστικά ανεπεξέργαστων λυμάτων της ΕΕΛ Χίου
Παράμετρος
BOD (mg/l)
COD (mg/l)
pH
Μ.Ο.
525
777
7,8
Max
1.098
1.122
8,45
Min
295
48
7,12
Median
432
862
7,77
Min 5%
309
139,79
7,4
Max 95%
904,4
1.101,2
8,17
Επισημαίνονται τα εξής:
i
Το πλήθος των μετρήσεων είναι ιδιαίτερα περιορισμένο και ανέρχεται
σε 13 μετρήσεις BOD και 11 μετρήσεις COD για το διάστημα
Σεπτεμβρίου 2006 – Μαρτίου 2008.
ii
Οι τιμές των συγκεντρώσεων των παραμέτρων που μετρώνται κατάντη
της εξάμμωσης είναι σημαντικά μεγαλύτερες των αναμενόμενων
τιμών με βάση τη διεθνή βιβλιογραφία και την τεχνική μελέτη της
ΕΕΛ της Χίου. Αυτό μπορεί να αποδοθεί ή στη
σημαντική
επιβάρυνση των δειγμάτων με στερεά από τα στραγγίδια ή στο ότι τα
δείγματα
που
λαμβάνονται
είναι
στιγμιαία
και
δεν
είναι
αντιπροσωπευτικά του ημερήσιου μέσου όρου που δέχεται η
εγκατάσταση ή ακόμη και σε πειραματικά σφάλματα κατά την
ανάλυση των δειγμάτων.
iii
Ενδεικτικό είναι ότι το οργανικό φορτίο που υπολογίζεται με βάση την
διάμεση τιμή της συγκέντρωσης του BOD5 και την ημερήσια παροχή
των 6000 m3/ημέρα που δέχεται η εγκατάσταση, ανέρχεται σε 2600
kgBOD5/ημέρα. Η τιμή αυτή υπερβαίνει κατά περίπου 33% τα φορτία
σύμφωνα με τα οποία έχει σχεδιασθεί η ΕΕΛ της Χίου.
Με βάση τις παραπάνω επισημάνσεις κρίθηκε σκόπιμο, η εκτίμηση των φορτίων των
αστικών λυμάτων που δέχεται η εγκατάσταση να γίνει με βάση την Τεχνική Μελέτη
του έργου καθώς και τη διεθνή βιβλιογραφία θεωρώντας ότι ο εξυπηρετούμενος
ισοδύναμος πληθυσμός που είναι συνδεδεμένος με το δίκτυο αποχέτευσης ανέρχεται
σε περίπου 30.000 κατοίκους.
Βέλιου Ελισάβετ
30
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Σύμφωνα με τις απόψεις των υπεύθυνων λειτουργίας της ΕΕΛ Χίου στο δίκτυο
αποχέτευσης των αστικών λυμάτων, διατίθενται απόβλητα από τις ακόλουθες
βιομηχανίες:
¾ Εργοστάσιο γλυκών «Σαραντής» με εκτιμημένη μέση ημερήσια παροχή ίση
με 90 m3/ημέρα
¾ Εργοστάσιο γάλακτος «Πελιναίον» με εκτιμημένη μέση ημερήσια παροχή ίση
με 40 m3/ημέρα
¾ Εργοστάσιο χυμού με εκτιμημένη μέση ημερήσια παροχή ίση με 160
m3/ημέρα
Τα φορτία από τις βιομηχανίες που είναι συνδεδεμένες στο δίκτυο εκτιμήθηκαν με
βάση τα στοιχεία που διατέθηκαν στην ομάδα μελέτης και τις μετρήσεις των
συγκεντρώσεων των ρυπαντικών παραμέτρων που μετρήθηκαν από το ΕΥΤ και το
Εργαστήριο Τσακαλίδη. Τα συνολικά φορτία υπολογίσθηκαν ως το άθροισμα των
ημερήσιων φορτίων των αστικών λυμάτων και των βιομηχανικών αποβλήτων και
δίνονται στον Πίνακα 3.2.
Πίνακας 3.2: Φορτία ανεπεξέργαστων λυμάτων και βιομηχανικών αποβλήτων που
δέχεται η ΕΕΛ Χίου
Παράμετρος
Αστικά
Λύματα
Παροχή (m³/d)
6000
BOD
(mg/l)
257
(kg/d)
1542
COD
(mg/l)
514
(kg/d)
3084
TSS
(mg/l)
375
(kg/d)
2250
VSS
(mg/l)
263
(kg/d)
1575
ΤΚΝ
(mg/l)
64
(kg/d)
384
ΤΡ
(mg/l)
17
(kg/d)
102
* δεν έχουν μετρηθεί
Βέλιου Ελισάβετ
Βιομηχανία Βιομηχανία Βιομηχανία
Γλυκών
Γάλακτος
Χυμού
90
40
160
5635
463
1360
507
19
218
10380
1268
2720
934
51
435
390
946
218
35.1
38
35
383
873
204
34.5
35
33
25
96
20
2.3
3.9
3.2
*
*
*
Συνολικά
Φορτία
6290
363
2286
708
4504
375
2358
267
1678
62.5
393
17
102
31
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Με βάση τον ανωτέρω πίνακα προκύπτει ότι η διάθεση των βιομηχανικών
αποβλήτων κυρίως από τις βιομηχανίες γλυκών και χυμού, προκαλεί σημαντική
αύξηση, κατά 33% περίπου, στο οργανικό φορτίο που δέχεται η εγκατάσταση.
Αντίθετα η συμβολή των βιομηχανικών αποβλήτων στο φορτίο στερεών, αζώτου και
φωσφόρου που δέχεται η εγκατάσταση φαίνεται αμελητέα.
3.2.2 Σύστημα Ενεργού Ιλύος
Η βιολογική επεξεργασία των λυμάτων επιτελείται σε δύο παράλληλες γραμμές
δευτεροβάθμιας επεξεργασίας. Σύμφωνα με τα δεδομένα σχεδιασμού η βιολογική
επεξεργασία πρέπει να ικανοποιεί τα κάτωθι κριτήρια:
• Ο μέσος όρος των συγκεντρώσεων εξόδου του 95% των δειγμάτων να μην
ξεπερνά τις ακόλουθες τιμές:
⇒
ΒOD5 : 25 mg/l
⇒
SS
⇒
NH3-N : 5 mg/l
⇒
NΟ3-N : 15 mg/l
: 20 mg/l
• Ο χρόνος παραμονής των στερεών να είναι τουλάχιστον 18 ημέρες, ώστε η
παραγόμενη περίσσεια ιλύς να είναι επαρκώς σταθεροποιημένη και να μην
απαιτείται πρόσθετη χώνευση.
• Η απομάκρυνση ολικού αζώτου να ξεπερνά το 67 %.
Η κάθε γραμμή βιολογικής επεξεργασίας των προεπεξεργασμένων λυμάτων
αποτελείται από μια ανοξική διθάλαμη δεξαμενή όγκου 794 m3,
μια δεξαμενή
3
αερισμού όγκου 2646 m (Εικόνα 3.3) και μια κυκλική δεξαμενή τελικής καθίζησης
διαμέτρου 22 m. Ο συνολικός όγκος των δύο βιολογικών αντιδραστήρων ανέρχεται
σε 6880 m3 και έχει σχεδιαστεί να δέχεται 7600 m3/ημ λυμάτων μετά από
προκαταρτική επεξεργασία με μέγιστο BOD5 εισόδου 257 mg/l.
Βέλιου Ελισάβετ
32
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Εικόνα 3.3: Δεξαμενή Αερισμού στη γραμμή της στεριάς
Λόγω των προαναφερθέντων λειτουργικών προβλημάτων που αντιμετωπίζει η
δεξαμενή τελικής καθίζησης 2, έχει τεθεί εκτός λειτουργίας. Στον πίνακα 3.3
παρατίθενται οι σημαντικότερες παράμετροι της βιολογικής βαθμίδας σύμφωνα με το
σχεδιασμό, καθώς επίσης και η υφιστάμενη κατάσταση με βάση τα λειτουργικά
αποτελέσματα της περιόδου 2006 – 2008
και των αναλύσεων των δειγμάτων
επεξεργασμένων λυμάτων που πραγματοποιήθηκαν στο ΕΥΤ και στο Εργαστήριο
Τσακαλίδης. Τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την σύγκριση των στοιχείων
σχεδιασμού με την υφιστάμενη κατάσταση είναι τα εξής:
Βέλιου Ελισάβετ
33
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
•
Το οργανικό φορτίο που δέχεται η βιολογική βαθμίδα υπερβαίνει κατά 17% το
φορτίο σχεδιασμού της εγκατάστασης. Με βάση τα φορτία εισόδου και τη μέση
συγκέντρωση BOD5 στην τελική εκροή, ο μέσος βαθμός απομάκρυνσης
οργανικού φορτίου που επιτυγχάνει η εγκατάσταση είναι υψηλός και φθάνει το
91%. Πρέπει να σημειωθεί όμως ότι λόγω κάποιων υψηλών συγκεντρώσεων BOD
στην τελική εκροή, η εγκατάσταση δεν ικανοποιεί το όριο των 25 mg/l για το
33% των δειγμάτων. Λόγω απουσίας στοιχείων σχετικά με τις συγκεντρώσεις
αιωρούμενων στερεών στην τελική εκροή δεν είναι δυνατό να προσδιορισθεί με
βεβαιότητα αν οι υψηλές αυτές τιμές BOD οφείλονται σε προβλήματα
λειτουργίας των δεξαμενών αερισμού ή των δεξαμενών τελικής καθίζησης. Η
ικανοποιητική νιτροποίηση που παρατηρείται στη βιολογική βαθμίδα σε
συνδυασμό με τις ιδιαίτερα υψηλές φορτίσεις της δεξαμενής τελικής καθίζησης
φαίνεται να υποδηλώνουν ότι το πρόβλημα προκαλείται λόγω διαφυγής στερεών
από τη δεξαμενή καθίζησης.
•
Οι συγκεντρώσεις της αμμωνίας και των νιτρικών στην τελική εκροή στο
μεγαλύτερο ποσοστό των δειγμάτων είναι ιδιαίτερα χαμηλές. Συγκεκριμένα οι
συγκεντρώσεις της αμμωνίας και των νιτρικών κυμαίνονται μεταξύ 0.3 – 10.3
mg/l και 0.3 – 22 mg/l αντίστοιχα. Συνεπώς με βάση το περιορισμένο πλήθος των
μετρήσεων, τόσο η απομάκρυνση της αμμωνίας όσο και η απομάκρυνση ολικού
αζώτου φαίνεται να είναι ικανοποιητικές.
•
Οι τιμές της συγκέντρωσης οξυγόνου στις δεξαμενές αερισμού παρουσιάζουν
σημαντική διακύμανση με σχετικά χαμηλές τιμές στα διαμερίσματα 1 και 2 της
γραμμής «στεριά» και ιδιαίτερα υψηλές τιμές στα διαμερίσματα 3 και 4 της
γραμμής «θάλασσα». Η αδυναμία ελέγχου της συγκέντρωσης οξυγόνου μέσω
ενός
αυτοματοποιημένου
συστήματος
οδηγεί
σε
μεγάλες
ενεργειακές
καταναλώσεις και υπερβολικά υψηλό αερισμό της γραμμής «θάλασσα».
•
Η υδραυλική φόρτιση και η φόρτιση στερεών των δεξαμενών τελικής καθίζησης
είναι 17 m3/m2-ημ και 137 kg/m2-ημέρα, αντίστοιχα. Λόγω της διακοπής της
λειτουργίας της μιας δεξαμενής καθίζησης η φόρτιση στερεών της δεξαμενής
τελικής καθίζησης (ΔΤΚ) που λειτουργεί είναι ιδιαίτερα υψηλή και υπερβαίνει
κατά περίπου το 40% το φορτίο σχεδιασμού. Οι τιμές της φόρτισης στερεών είναι
αρκετά υψηλότερες των συνιστώμενων στη βιβλιογραφία τιμών που για
συστήματα παρατεταμένου αερισμού κυμαίνονται μεταξύ 24-120 Kg/m2-ημέρα,
Βέλιου Ελισάβετ
34
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
αντίστοιχα. Συνεπώς η ΔΤΚ δεν εμφανίζει κανένα περιθώριο ασφαλείας και
φαίνεται να λειτουργεί οριακά με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η
αποτελεσματική αντιμετώπιση μεγαλύτερων φορτίων ή και περιστασιακών
προβλημάτων αφρισμού και διόγκωσης της ιλύος.
Πίνακας 3.3: Λειτουργικά δεδομένα βιολογικής βαθμίδας ΕΕΛ Χίου
Παράμετρος
Μελέτη
Συνολικά
και οι δύο
γραμμές
Χρησιμοποιούμενος όγκος βιολογικής
επεξεργασίας, m3
Παροχή λυμάτων, m3/ημ
BOD5 λυμάτων, mg/l
MLSS, mg/l
Οργανική Φόρτιση, kg BOD/kg SS-ημ
Συγκέντρωση DO, mg/l min
max
Υδραυλική Φόρτιση ΔTΚ, m3/m2-ημ
Φόρτιση Στερεών ΔΤΚ, Kg/m2-ημ
ΒΟD5 στη δευτεροβάθμια εκροή, mg/l
TSS στη δευτεροβάθμια εκροή, mg/l
NΟ3-N στη δευτεροβάθμια εκροή, mg/l
NH4-N στη δευτεροβάθμια εκροή, mg/l
*1
*2
Υφιστάμενη κατάσταση
Γραμμή
Γραμμή
«Στεριά»
«Θάλασσα»
6880
3440
3440
7600
257
5000
0.051
2
3145
363
5933*1
0,053
0.3
8.2
3145
363
5500*1
0,057
2.5
9.9
10
100
25
20
15
5
16,6
137*2
33
11*1
3
1,4
σύμφωνα με τις μετρήσεις του Εργαστηρίου Υγειονομικής Τεχνολογίας, ΕΜΠ
θεωρώντας παροχή επανακυκλοφορίας ίση με της 50% παροχής λυμάτων
3.2.3 Χαρακτηριστικά καθιζησιμότητας ιλύος
Το Εργαστήριο της Υγειονομικής Τεχνολογίας πραγματοποίησε μικροσκοπικές
αναλύσεις δειγμάτων ανάμικτου υγρού και από τις δύο γραμμές αερισμού της
εγκατάστασης
για
τον
προσδιορισμό
του
δείκτη
ανάπτυξης
νηματοειδών
μικροοργανισμών και την αναγνώριση των επικρατέστερων τύπων νηματοειδών
μικροοργανισμών. Οι μικροσκοπικές αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν σύμφωνα με τη
μέθοδο του Eikelboom (1982). Σύμφωνα με τη μέθοδο αυτή η καθιζησιμότητα της
ιλύος σχετίζεται με τον δείκτη ανάπτυξης νηματοειδών βακτηριδίων που κυμαίνεται
από 0 (για πλήρη απουσία νηματοειδών μικροοργανισμών, πολύ υψηλή
Βέλιου Ελισάβετ
35
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
καθιζησιμότητα ιλύος αλλά και υψηλή θολότητα) μέχρι 5 (υπερανάπτυξη
νηματοειδών και πολύ χαμηλή καθιζησιμότητα ιλύος). Συνήθως επιθυμητές τιμές του
δείκτη ανάπτυξης νηματοειδών κυμαίνονται από 0,5-3,0 που αντιστοιχούν συνήθως
σε ιλύες με καλή καθιζησιμότητα και δείκτη καθιζησιμότητας ιλύος < 150 ml/gSS.
Παράλληλα, η
αναγνώριση
του είδους των επικρατέστερων νηματοειδών
βακτηριδίων επιτρέπει την εκτίμηση των αιτιών εμφάνισης προβλημάτων διόγκωσης
ιλύος και αφρισμού σε μια εγκατάσταση. Οι μικροσκοπικές παρατηρήσεις
συνοδεύτηκαν και από παράλληλες μετρήσεις του δείκτη καθιζησιμότητας (SVI) των
δειγμάτων ανάμικτου υγρού από τις δύο γραμμές.
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των αναλύσεων που δίδονται στον πίνακα 3.4 η
παραγόμενη ιλύς εμφανίζει πολύ ικανοποιητικά χαρακτηριστικά καθίζησης. Οι δύο
γραμμές αερισμού έδωσαν ταυτόσημα αποτελέσματα και κατά συνέπεια τα
αποτελέσματα δίνονται συνολικά και για τις δύο γραμμές. Ο δείκτης ανάπτυξης
νηματοειδών και στις δύο γραμμές κυμαίνεται μεταξύ 2.5 και 3.1. Τα κυριότερα
νηματοειδή βακτήρια που αναγνωρίσθηκαν σε φθίνουσα σειρά ήταν Nostocoida
Limicola, Type 0041, Type 0675, Microthrix parvicella και Type 0092,
μικροοργανισμοί που εμφανίζονται συνήθως σε εγκαταστάσεις παρατεταμένου
αερισμού. Πρέπει να σημειωθεί ότι η περιορισμένη αυτή ανάπτυξη των νηματοειδών
βακτηρίων συνοδεύεται και από ιδιαίτερα χαμηλές μετρήσεις του δείκτη
καθιζησιμότητας
και
ιδιαίτερα
υψηλές
τιμές
αιωρούμενων
στερεών
στην
επανακυκλοφορία της ιλύος που ανέρχονταν σε περίπου 60 ml/gSS και 16000 mg/l,
αντίστοιχα.
Πίνακας 3.4: Αποτελέσματα μικροσκοπικών αναλύσεων ανάμικτου υγρού
Παράμετρος
Δείκτης παρουσίας νηματοειδών
βακτηριδίων
Επικρατέστεροι Μικροοργανισμοί
Nostocoida Limicola
Type 0041
Type 0675
Microthrix parvicella
Type 0092
Δείκτης καθιζησιμότητας ιλύος
SVI, ml/gSS
Βέλιου Ελισάβετ
Ανάμικτο υγρό
2.5 – 3.0
2.5
2.0
1.5
1
0.5
60
36
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
3.2.4 Νομοθετικό πλαίσιο - Χαρακτηριστικά επεξεργασμένων λυμάτων
Το υφιστάμενο νομοθετικό πλαίσιο το οποίο καθορίζει τις απαιτήσεις για την
ποιότητα των επεξεργασμένων λυμάτων των εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων
στην Ελλάδα περιλαμβάνει την Οδηγία 91/271 της Ε.Ε όπως αυτή έχει εναρμονιστεί
στο Ελληνικό Δίκαιο μέσω της ΚΥΑ 5673/400/1997 ‘Μέτρα και Όροι για την
Επεξεργασία των Λυμάτων’ και τις αντίστοιχες νομαρχιακές αποφάσεις έγκρισης των
περιβαλλοντικών όρων για την κάθε εγκατάσταση.
Σύμφωνα με την εφαρμογή της ΚΥΑ 5673/400/1997 και την Τεχνική Έκθεση του
έργου η εκροή της ΕΕΛ Χίου, με βάση τον Ισοδύναμο Πληθυσμό που εξυπηρετεί
(περίπου 30.000) και τον αποδέκτη των επεξεργασμένων λυμάτων πρέπει να πληροί
τα ακόλουθα όρια (Πίνακας 3.5):
Πίνακας 3.5: Όρια εκροής ΕΕΛ Χίου σύμφωνα με την ΚΥΑ 5673/400/1997
Παράμετρος
Όριο ΚΥΑ 5673
BOD5, mg/l
25
COD, mg/l
125
TSS, mg/l
35
Σύμφωνα με την Τεχνική Έκθεση του έργου, για τα επεξεργασμένα λύματα της ΕΕΛ
Χίου ορίζονται και τα ακόλουθα όρια:
¾ NH4-N <5 mg/l
¾ NO3-N <15 mg/l
Ο αριθμός των δειγμάτων όσον αφορά στις παραμέτρους COD, BOD5 και TSS, που
επιτρέπεται να αποκλίνει από τα ανωτέρω όρια καθορίζεται ανάλογα με τον ετήσιο
αριθμό δειγμάτων που συλλέγεται. Ο ελάχιστος απαιτούμενος ετήσιος ρυθμός
δειγμάτων καθορίζεται ανάλογα με το μέγεθος της εγκατάστασης και για την ΕΕΛ
Χίου αντιστοιχεί σε 12 δείγματα ετησίως. Κατά συνέπεια για την ΕΕΛ Χίου η
απαιτούμενη συχνότητα τήρησης των ανωτέρων ορίων είναι ίση με 85%. Αναφορικά
με τις συγκεντρώσεις αμμωνίας και νιτρικών ο ετήσιος μέσος όρος του 95% των
Βέλιου Ελισάβετ
37
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
δειγμάτων δεν πρέπει να υπερβαίνει τις σχετικές οριακές τιμές. Επισημαίνεται επίσης
ότι τα δείγματα των επεξεργασμένων λυμάτων σκόπιμο είναι να είναι
αντιπροσωπευτικά δείγματα της ημερήσιας διακύμανσης των χαρακτηριστικών των
επεξεργασμένων λυμάτων. Κατά συνέπεια με βάση τις επιταγές της οδηγίας
απαιτείται η λήψη σύνθετων 24ώρων και όχι στιγμιαίων δειγμάτων.
Για την εκτίμηση των ποιοτικών χαρακτηριστικών των επεξεργασμένων λυμάτων
χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν από τους υπεύθυνους
λειτουργίας της ΕΕΛ Χίου καθώς και τα αποτελέσματα δύο δειγματοληψιών που
εκτελέσθηκαν από το Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας και το Εργαστήριο
Τσακαλίδης στις 28/3/2008 και 12/2/2008, αντίστοιχα. Ανεξάρτητα από τα
συμπεράσματα που εξάγονται με βάση τις τιμές των μετρηθέντων παραμέτρων θα
πρέπει στο εγγύς μέλλον να γίνουν οι ακόλουθες ενέργειες ώστε η ΔΕΥΑ Χίου να
αποκτήσει τις πληροφορίες εκείνες που απαιτούνται για να λαμβάνονται οι σχετικές
αποφάσεις που αφορούν στη διαχείριση των αστικών λυμάτων και βιομηχανικών
αποβλήτων που δέχεται η εγκατάσταση αλλά και στην εύρυθμη και σύννομη
λειτουργία της ΕΕΛ Χίου:
¾ Εγκατάσταση μετρητή στάθμης στην διώρυγα εξόδου για την συνεχή μέτρηση
της παροχής
¾ Εγκατάσταση ενός αυτόματου δειγματολήπτη στην είσοδο της εγκατάστασης
για τον προσδιορισμό του μέσου ημερήσιου ρυπαντικού φορτίου αλλά και της
διακύμανσής του κατά την διάρκεια της ημέρας.
¾ Εγκατάσταση ενός αυτόματου δειγματολήπτη στην έξοδο της εγκατάστασης
για τον προσδιορισμό του μέσου ρυπαντικού φορτίου στα επεξεργασμένα
λύματα.
¾ Θέσπιση ενός αναλυτικού προγράμματος ελέγχου της εγκατάστασης που να
είναι σύμφωνο με τις επιταγές της ελληνικής νομοθεσίας σχετικά με την
παρακολούθηση των επεξεργασμένων λυμάτων αλλά και να δίνει τα
απαραίτητα στοιχεία για την ομαλή λειτουργία της εγκατάστασης.
Βέλιου Ελισάβετ
38
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Στη
συνέχεια
ακολουθεί
η
στατιστική
ανάλυση
των
παραμέτρων
που
παρακολουθούνται στην εγκατάσταση για τα έτη 2006-2008 όπως απαιτείται από την
οδηγία 91/271/ΕΕ και την ελληνική νομοθεσία.
Στο σχήμα 3.4 δίνεται η αθροιστική κατανομή των συγκεντρώσεων BOD5 στα
επεξεργασμένα λύματα για το διάστημα 2006 – 2008. Από την αθροιστική κατανομή
των συγκεντρώσεων BOD προκύπτει ότι η μέγιστη συγκέντρωση που εμφανίζεται
στο 85 % των δειγμάτων ανέρχεται σε περίπου 78 mg/l, ενώ το 67 % των δειγμάτων,
αντί του 85% που απαιτεί η νομοθεσία, ικανοποιεί το όριο εκροής που ορίζει η
οδηγία 91/271/ΕΕ. Παρατηρώντας την καμπύλη γίνεται εμφανές αυτό που
προαναφέρθηκε, ότι δηλαδή το σύνολο των μετρήσεων είναι ιδιαίτερα περιορισμένο
καθώς συνολικά υπάρχουν δεκατρείς μετρημένες τιμές BOD5 στην εκροή στο
διάστημα από Σεπτέμβριο 2006 – Μάρτιο 2008.
Ποσοστό δειγμάτων με συγκέντρωση BOD
μικρότερη ή ίση, %
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
20
40
60
80
100
120
Συγκέντρωση BOD στα επεξεργασμένα λύματα, mg/l
Σχήμα 3.4: Αθροιστική κατανομή της συγκέντρωσης BOD στα επεξεργασμένα λύματα
της ΕΕΛ Χίου
Αντίστοιχες παρατηρήσεις προκύπτουν και για τις συγκεντρώσεις του COD στα
επεξεργασμένα λύματα. Στο σχήμα 3.5 δίνεται η αθροιστική κατανομή των
συγκεντρώσεων COD στα επεξεργασμένα λύματα για το διάστημα 2006 – 2008. Από
την αθροιστική κατανομή των συγκεντρώσεων COD προκύπτει ότι η μέγιστη
Βέλιου Ελισάβετ
39
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
συγκέντρωση που εμφανίζεται στο 85 % των δειγμάτων ανέρχεται σε περίπου 145
mg/l, ενώ το 70 % των δειγμάτων, αντί του 85% που απαιτεί η νομοθεσία, ικανοποιεί
Ποσοτό δειγμάτων με συγκέντρωση COD μικρότερη
ή ίση, %
το όριο εκροής που ορίζει η οδηγία 91/271/ΕΕ.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
40
80
120
160
200
240
Συγκέντρωση COD στα επεξεργασμένα λύματα, mg/l
Σχήμα 3.5: Αθροιστική κατανομή της συγκέντρωσης COD στα επεξεργασμένα λύματα
της ΕΕΛ Χίου
Οι απαιτήσεις εκροής ικανοποιούνται για τις συγκεντρώσεις αμμωνιακού και
νιτρικού αζώτου όπως φαίνεται στα σχήματα
3.6 και 3.7. Από την αθροιστική
κατανομή των συγκεντρώσεων ΝΗ4-Ν και των ΝΟ3-Ν προκύπτει ότι η μέγιστη
συγκέντρωση που εμφανίζεται στο 95 % περίπου των δειγμάτων ανέρχεται σε 1,8
mg/l και 6.2 mg/l, αντίστοιχα.
100
Ποσοστό δειγμάτων με συγκέντρωση
NH4-N μικρότερη ή ίση, %
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
Βέλιου Ελισάβετ
2
4
6
8
10
Συγκέντρωση ΝΗ4-Ν στα επεξεργασμένα λύματα, mg/l
12
40
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Σχήμα 3.6: Αθροιστική κατανομή της συγκέντρωσης αμμωνιακού αζώτου στα
επεξεργασμένα λύματα της ΕΕΛ Χίου
100
Ποσοστό δειγμάτων με συγκέντρωση
μικρότερη ή ίση, %
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Συγκέντρωση ΝΟ3-Ν στα επεξεργασμένα λύματα, mg/l
Σχήμα 3.7: Αθροιστική κατανομή της συγκέντρωσης νιτρικού αζώτου στα
επεξεργασμένα λύματα της ΕΕΛ Χίου
3.2.5 Πάχυνση και Αφυδάτωση της ιλύος
Η περίσσεια ιλύς μέσω δύο υποβρυχίων αντλιών οδηγείται στον παχυντή βαρύτητας
διαμέτρου 9 m. Σύμφωνα με τα περιορισμένα διαθέσιμα στοιχεία για τη περίοδο 2006
– 2008 η συγκέντρωση των στερεών της περίσσειας ιλύος είναι ιδιαίτερα υψηλή
γεγονός που υποδηλώνει τα πολύ καλά χαρακτηριστικά καθίζησης της παραγόμενης
ιλύος. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 3.6 οι τιμές της συγκέντρωσης στερεών στην
περίσσεια κυμαίνονται μεταξύ 16400 – 19700 mg/l με μέση τιμή που ανέρχεται σε
17700 mg/l.
Σύμφωνα με τα διαθέσιμα στοιχεία η απόδοση του παχυντή βαρύτητας όσο και των
ταινιοφιλτροπρεσσών δεν είναι ικανοποιητική καθώς η μέση συγκέντρωση των
στερεών στην παχυμένη ιλύ και στην αφυδατωμένη ιλύ ανέρχεται σε περίπου 2% και
10%, αντίστοιχα. Σημειώνεται ότι ο παχυντής βαρύτητας με βάση τα διαθέσιμα
δεδομένα δεν επιτυγχάνει πρακτικά πάχυνση της ιλύος αλλά χρησιμεύει περισσότερο
Βέλιου Ελισάβετ
41
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ως δεξαμενή αποθήκευσης της περίσσειας. Επίσης η αφυδατωμένη ιλύς λόγω της
χαμηλής περιεκτικότητας σε στερεά έχει υδαρή μορφή και αναμένεται να δημιουργεί
προβλήματα κατά τη μεταφορά και διάθεση της σε ΧΥΤΑ.
Τέλος πρέπει να σημειωθεί ότι λόγω της απαιτούμενης συχνής συντήρησης των
ταινιοφιλτροπρεσσών, η ημερήσια ποσότητα ιλύος που μπορεί να απομακρυνθεί από
την εγκατάσταση είναι σημαντικά μικρότερη της προβλεπόμενης με βάση την
ονομαστική δυναμικότητα του συστήματος αφυδάτωσης με αποτέλεσμα να
συσσωρεύεται λάσπη στα ανάντη της αφυδάτωσης στάδια επεξεργασίας της ιλύος και
των λυμάτων, γεγονός που δημιουργεί προβλήματα στην εύρυθμη λειτουργία της
εγκατάστασης και συμβάλλει στη παραγωγή δυσοσμιών.
Πίνακας 3.6: Συγκεντρώσεις στερεών στην περίσσεια, την παχυμένη και την
αφυδατωμένη ιλύ.
ΤS
TS
TS
Ημερομηνία ΠΑΧΥΜΕΝΗΣ ΑΦΥΔΑΤΩΜΕΝΗΣ ΠΕΡΙΣΣΕΙΑΣ
5/12/2006
2,41%
5,96%
-
11/12/2006
2,68%
5,98%
-
18/12/2006
2,49%
12,53%
-
20/12/2006
1,70%
4,68%
-
21/12/2006
1,14%
10,70%
-
22/12/2006
1,44%
9,00%
-
3/1/2007
1,98%
10,60%
1,79%
4/1/2007
-
-
1,97%
5/1/2007
-
-
1,81%
10/1/2007
2,54%
11,90%
1,81%
11/1/2007
1,75%
12,43%
1,68%
12/1/2007
1,42%
15,34%
1,71%
28/3/2008
-
-
1,64%
Βέλιου Ελισάβετ
42
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4
ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ
ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΕΛ ΧΙΟΥ
Βέλιου Ελισάβετ
43
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
4.1 Εισαγωγή
Πέραν της επίλυσης των υπαρχόντων προβλημάτων και της αξιολόγησης της
υφιστάμενης κατάστασης της εγκατάστασης επόμενος στόχος ήταν να προταθεί
ένα πρόγραμμα παρακολούθησης αυτής. Μετά τη συγκέντρωση των στοιχείων
από τους υπευθύνους της εγκατάστασης για το έτος 2008, προκύπτει το
συμπέρασμα ότι οι μετρήσεις είναι σπασμωδικές, χωρίς να τηρείται ένα
συστηματικό
πρόγραμμα
της
παρακολούθησης
εγκατάστασης
(το
ίδιο
παρατηρείται και στα προηγούμενα έτη).
Έτσι απαιτείται η θέσπιση ενός αναλυτικού προγράμματος ελέγχου της
εγκατάστασης που θα περιλαμβάνει τακτικές δειγματοληψίες και θα είναι
σύμφωνο με τις επιταγές της ελληνικής νομοθεσίας σχετικά με την
παρακολούθηση των επεξεργασμένων λυμάτων αλλά και θα συγκεντρώνει τα
απαραίτητα
στοιχεία
για
την
ομαλή
λειτουργία
της
εγκατάστασης
(Βουρβουλάκης, 2002)
4.1.1 Μέθοδοι αναφοράς για την παρακολούθηση και την αξιολόγηση των
αποτελεσμάτων βάσει της Οδηγίας 91/271/ΕΟΚ
1. Τα κράτη μέλη φροντίζουν ώστε η μέθοδος παρακολούθησης που
εφαρμόζεται να ανταποκρίνεται τουλάχιστον στο επίπεδο απαιτήσεων που
περιγράφεται κατωτέρω. Είναι δυνατόν να χρησιμοποιούνται εναλλακτικά και
άλλες μέθοδοι, διαφορετικές από εκείνες που αναφέρονται στα σημεία 2,3 και
4, υπό την προϋπόθεση ότι οι εν λόγω μέθοδοι αποδεδειγμένα παράγουν
ισοδύναμα αποτελέσματα. Τα κράτη μέλη παρέχουν στην Επιτροπή όλες τις
χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με την εφαρμοζόμενη μέθοδο. Αν η Επιτροπή
κρίνει ότι δεν πληρούνται οι προϋποθέσεις των σημείων 2,3 και 4, υποβάλλει
στο Συμβούλιο τις δέουσες προτάσεις.
2. Συλλέγονται εικοσιτετράωρα δείγματα, ανάλογα προς τη ροή ή βασισμένα
στη χρονική διάρκεια, στο ίδιο σαφώς καθορισμένο σημείο της εξόδου και,
εφόσον χρειάζεται, της εισόδου του σταθμού επεξεργασίας, ώστε να ελέγχεται
κατά πόσον τα εξερχόμενα λύματα πληρούν τις απαιτήσεις απόρριψης που
ορίζονται στην παρούσα οδηγία. Εφαρμόζονται κατάλληλες διεθνείς
Βέλιου Ελισάβετ
44
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
εργαστηριακές
πρακτικές
με
στόχο
τη
μείωση
στο
ελάχιστο
της
αποικοδομήσεως των δειγμάτων μεταξύ συλλογής και αναλύσεως.
3. Ο ελάχιστος αριθμός δειγμάτων καθορίζεται ανάλογα με το μέγεθος του
σταθμού επεξεργασίας και συλλέγεται σε τακτά χρονικά διαστήματα κατά τη
διάρκεια του έτους:
•
2.000 -9.999 ι.π.: 12 δείγματα τον πρώτο χρόνο και 4 δείγματα τα
επόμενα χρόνια εφόσον αποδειχθεί ότι τον πρώτο χρόνο το νερό
πληροί τις διατάξεις της παρούσας οδηγίας (εάν κανένα από τα 4
δείγματα δεν είναι ικανοποιητικό, τον επόμενο χρόνο πρέπει να
λαμβάνονται 12 δείγματα.
•
10.000-49.999 ι.π.: 12 δείγματα
•
Άνω των 50.000 ι.π.: 24 δείγματα
4. Τα επεξεργαζόμενα λύματα θεωρείται ότι ανταποκρίνονται στις σχετικές
παραμέτρους εάν, για καθεμία σχετική παράμετρο χωριστά, τα δείγματα
δείχνουν ότι τα εν λόγω λύματα ανταποκρίνονται στη σχετική τιμή της
παραμέτρου ως εξής:
•
Για τις παραμέτρους: βιοχημικώς απαιτούμενο οξυγόνο (BOD),
χημικώς απαιτούμενο οξυγόνο(COD) και ολικά αιωρούμενα στερεά
(TSS), ο ανώτατος αριθμός δειγμάτων ο οποίος επιτρέπεται να μη
συμφωνεί με τις απαιτήσεις για τις συγκεντρώσεις καθορίζεται στον
Πίνακα 4.1.
•
Όσον αφορά στις συγκεντρώσεις των παραμέτρων αυτών, τα εκτός
ορίων δείγματα τα οποία λαμβάνονται υπό κανονικές συνθήκες
λειτουργίας δεν πρέπει να αποκλίνουν από τις τιμές των παραμέτρων
περισσότερο από 100 %. Για τις οριακές τιμές συγκέντρωσης που
αφορούν τα ολικά αιωρούμενα στερεά είναι δυνατόν δεκτές αποκλίσεις
έως 150%.
•
Για τον ολικό φώσφορο (ΤΡ) και το ολικό άζωτο (ΤΝ), ο ετήσιος μέσος
όρος των τιμών των δειγμάτων για κάθε παράμετρο δεν πρέπει να
υπερβαίνει τις σχετικές οριακές τιμές.
•
Οι ακραίες τιμές για την ποιότητα των εν λόγω λυμάτων δεν
λαμβάνονται υπόψη, εφόσον οφείλονται σε ασυνήθιστες καταστάσεις
(π.χ. νεροποντή).
Βέλιου Ελισάβετ
45
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Πίνακας 4.1: Ανώτατος αριθμός δειγμάτων που επιτρέπεται να μη συμφωνεί με τις
απαιτήσεις για τις συγκεντρώσεις
*
Ετήσιος αριθμός ληφθέντων
Ανώτατος επιτρεπόμενος αριθμός
δειγμάτων
δειγμάτων που αστοχεί
4-7
1
8-16
2
17-28
3
29-40
4
41-53
5
54-67
6
68-81
7
82-95
8
96-110
9
111-125
10
126-140
11
141-155
12
156-171
13
172-187
14
188-203
15
204-219
16
220-235
17
236-251
18
252-268
19
269-284
20
285-300
21
301-317
22
318-334
23
335-350
24
351-365
25
European Community Environment Legislation
Βέλιου Ελισάβετ
46
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
4.2 Υφιστάμενο πρόγραμμα παρακολούθησης
¾ Οι μετρήσεις που δόθηκαν για το έτος 2008 αφορούν μόνο στο μήνα Μάρτιο
και συγκεκριμένα από 10/03 έως και 28/03.
¾ Η
συχνότητα
δειγματοληψίας
καθώς
και
οι
παράμετροι
που
παρακολουθούνται δεν τηρούνται σε κάθε μέτρηση.
¾ Συνολικά, για τις ανωτέρω μετρήσεις, έλαβαν χώρα 8 δειγματοληψίες, χωρίς
την ίδια συχνότητα λήψης, όπως προαναφέρθηκε.
¾ Έτσι, προκύπτει ο ακόλουθος πίνακας με το υφιστάμενο πρόγραμμα
παρακολούθησης:
Πίνακας 4.2: Υφιστάμενο πρόγραμμα δειγματοληψιών της ΕΕΛ Χίου
Θέση
Παράμετροι
Είδος
Συχνότητα
δειγματοληψίας
1. Είσοδος
BOD
Στιγμιαίο
4 / 8 δείγματα
COD
Στιγμιαίο
1 / 8 δείγματα
MLSS
Στιγμιαίο
7 / 8 δείγματα
MLSS
Στιγμιαίο
7 / 8 δείγματα
BOD
Στιγμιαίο
3 / 8 δείγματα
ΝΗ4-Ν
Στιγμιαίο
5 / 8 δείγματα
ΝΟ3-Ν
Στιγμιαίο
7 / 8 δείγματα
βιολογικού
2. Αερισμός
(στεριά)
3.Αερισμός
(θάλασσα)
4. Έξοδος
βιολογικού
Βέλιου Ελισάβετ
47
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
4.3 Προτεινόμενο πρόγραμμα παρακολούθησης
Το
προτεινόμενο
πρόγραμμα
δειγματοληψιών
περιλαμβάνει
το
είδος
των
παραμέτρων που είναι σκόπιμο να παρακολουθούνται, τη συχνότητα των αναλύσεων
και τον τρόπο που θα γίνονται οι δειγματοληψίες. Ο καθορισμός του προγράμματος
προκύπτει βάσει των ακολούθων:
¾ Την υφιστάμενη κοινοτική και ελληνική νομοθεσία για την επεξεργασία και
τη διάθεση των αστικών λυμάτων
¾ Τα
απαιτούμενα
δεδομένα
λειτουργίας
για
τον
προσδιορισμό
των
σημαντικότερων λειτουργικών παραμέτρων (π.χ. παροχή εισόδου, οργανική
φόρτιση δεξαμενής αερισμού, ηλικία ιλύος, MLSS, ποσοστό απομάκρυνσης
αμμωνίας, SVI, παροχή και ποσότητα παραγόμενων ιλυών, παροχή
επανακυκλοφορίας) και τον έλεγχο της εγκατάστασης.
¾ Τα απαιτούμενα δεδομένα για την εκτέλεση ισοζυγίων στερεών στη γραμμή
επεξεργασίας των λυμάτων και της ιλύος.
Κατά τη δειγματοληψία προτείνονται οι ακόλουθοι βασικοί κανόνες:
¾ Τα δείγματα να συλλέγονται από θέσεις όπου πραγματοποιείται καλή
ανάμιξη των λυμάτων.
¾ Να αποφεύγονται οι δειγματοληψίες σε σημεία όπου πραγματοποιείται
καθίζηση στερεών ή επίπλευση σημαντικών ποσοτήτων αφρού.
¾ Η συλλογή των δειγμάτων εισόδου να γίνεται ανάντη από θέσεις
επανακυκλοφορίας ιλύος.
¾ Οι θέσεις δειγματοληψίας να επισημανθούν και να σημειωθούν ώστε η
δειγματοληψία να γίνεται κάθε φορά από το ίδιο σημείο.
¾ Να χρησιμοποιούνται οι ίδιοι περιέκτες σε κάθε θέση ώστε να αποφεύγεται η
πιθανότητα επιμόλυνσης των δειγμάτων.
¾ Μετά τη συλλογή των δειγμάτων και μέχρι την εκτέλεση των αναλύσεων τα
δείγματα να διατηρούνται στο ψυγείο.
Βάσει των ανωτέρω, προκύπτει ο Πίνακας 4.3 με το προτεινόμενο πρόγραμμα
δειγματοληψιών της ΕΕΛ Χίου.
Βέλιου Ελισάβετ
48
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Πίνακας 4.3 : Προτεινόμενο πρόγραμμα δειγματοληψιών λυμάτων της ΕΕΛ Χίου
Θέση
Παράμετροι
Είδος
Συχνότητα
δειγματοληψίας
1. Είσοδος βιολογικού (κατάντη εσχάρωσης)
Θερμοκρασία
Σύνθετο
1/ημέρα
Θέση 1
pH
Σύνθετο
3/εβδομάδα
COD
Σύνθετο
3/εβδομάδα
BOD5
Σύνθετο
1/εβδομάδα
TSS
Σύνθετο
3/εβδομάδα
VSS
Σύνθετο
1/εβδομάδα
TKN
Σύνθετο
1/εβδομάδα
NH4-N
Σύνθετο
3/εβδομάδα
NO3-N
Σύνθετο
1/εβδομάδα
TP
Σύνθετο
1/2 εβδομάδες
2. Δεξαμενές αερισμού (στεριά – θάλασσα)
Θερμοκρασία
Στιγμιαίο
1/ημέρα
Θέσεις 2 & 3
pH
Στιγμιαίο
1/ημέρα
DO
Στιγμιαίο
1/ημέρα
TSS
Στιγμιαίο
1/ημέρα
VSS
Στιγμιαίο
1/εβδομάδα
SVI
Στιγμιαίο
1/εβδομάδα
pH
Σύνθετο
1/ημέρα
DO
Σύνθετο
1/ημέρα
BOD5
Σύνθετο
1/εβδομάδα
TSS
Σύνθετο
1/ημέρα
TKN
Σύνθετο
1/εβδομάδα
NH4-N
Σύνθετο
3/εβδομάδα
NO3-N
Σύνθετο
3/εβδομάδα
TP
Σύνθετο
1/2 εβδομάδες
Yπολ. Cl2
On line
On line
3. Έξοδος βιολογικού (κατάντη δεξαμενών
καθίζησης) – Μετρητής παροχής
Θέσεις 4 & 5
Βέλιου Ελισάβετ
49
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Αντίστοιχα προκύπτει και ο Πίνακας 4.4 για τη γραμμή επεξεργασίας της ιλύος.
Πίνακας 4.4: Προτεινόμενο πρόγραμμα δειγματοληψιών ιλύος της ΕΕΛ Χίου
Θέση
Παράμετροι
Είδος
Συχνότητα
δειγματοληψίας
Ιλύς από δεξαμενή
TSS
Στιγμιαίο
1/εβδομάδα
TSS
Στιγμιαίο
1/εβδομάδα
TSS
Στιγμιαίο
1/εβδομάδα
καθίζησης
Θέσεις 6 & 7
Παχυμένη Ιλύς
Θέση 8
Αφυδατωμένη Ιλύς
Θέση 9
Σημειώνεται ότι στην ΕΕΛ Χίου τα υπερχειλίζοντα υγρά από τη δεξαμενή
καθίζησης (στην παρούσα φάση βρίσκεται σε λειτουργία μόνο η μία)
συγκεντρώνονται σε φρεάτιο εξόδου από όπου με αγωγό καταλήγουν στο φρεάτιο
συγκέντρωσης και στη συνέχεια σε διώρυγα εξοπλισμένη με μετρητή παροχής
τύπου Venturi. Όμως, λόγω αδυναμίας λειτουργίας του παροχόμετρου οι
υπεύθυνοι της εγκατάστασης, μαζί με τις βιομηχανίες που είναι συνδεδεμένες,
εκτιμούν παροχή ίση με 6.000 m³/ημέρα.
Στο σχήμα που ακολουθεί παρουσιάζεται το διάγραμμα ροής της εγκατάστασης
με τις υποδεικνυόμενες θέσεις δειγματοληψίας των Πινάκων 4.3 και 4.4.
Βέλιου Ελισάβετ
50
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ΘΕΣΗ
8
ΘΕΣΗ
9
ΚΤΙΡΙΟ
ΑΦΥΔΑΤΩΣΗΣ
ΠΑΧΥΝΤΗΣ
ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ
ΘΕΣΗ
7
ΘΕΣΗ
3
ΘΕΣΗ
5
ΑΝΟΞΙΚΗ
ΔΕΞΑΜΕΝΗ
3
ΑΝΟΞΙΚΗ
ΔΕΞΑΜΕΝΗ
4
ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ
ΑΕΡΙΣΜΟΥ
3 &4
ΑΝΟΞΙΚΗ
ΔΕΞΑΜΕΝΗ
1
ΦΡΕΑΤΙΟ
ΕΙΣΟΔΟΥ
ΦΡΕΑΤΙΟ
ΔΙΑΝΟΜΗΣ
ΠΡΟΣ
ΤΙΣ
ΑΝΟΞΙΚΕΣ
ΑΝΟΞΙΚΗ
ΔΕΞΑΜΕΝΗ
2
ΘΑΛΑΣΣΑ
ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ
ΑΕΡΙΣΜΟΥ
2&1
ΔΕΞΑΜΕΝΗ
ΚΑΘΙΖΗΣΗΣ
2
ΕΚΡΟΗ
ΕΣΧΑΡΩΣΗ
ΘΕΣΗ
1
ΘΕΣΗ
6
ΔΕΞΑΜΕΝΗ
ΚΑΘΙΖΗΣΗΣ
1
ΕΚΡΟΗ
ΣΤΕΡΙΑ
ΘΕΣΗ
2
ΘΕΣΗ
4
Σχήμα 4.1: Υποδεικνυόμενες θέσεις δειγματοληψίας
Βέλιου Ελισάβετ
51
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ IAWQ
Βέλιου Ελισάβετ
52
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
5.1 Εισαγωγή
Τα μοντέλα τα οποία περιγράφουν απομάκρυνση της τροφής είναι σημαντικά κυρίως
ως προς τη δυνατότητα πρόβλεψης της συγκέντρωσης της ενεργού ιλύος και στην
απαίτηση για αποδέκτη ηλεκτρονίων, παρά για την ικανότητά τους να προβλέπουν τη
συγκέντρωση της τροφής στην εκροή. Επομένως, πρωτεύουσα σημασία δίνεται στην
πρόβλεψη των συγκεντρώσεων της ενεργού ιλύος κατά την επιλογή της
στοιχειομετρίας των διεργασιών και στην εκτίμηση της απαίτησης αποδέκτη
ηλεκτρονίων κατά την ανάπτυξη των ρυθμών έκφρασης των διεργασιών.
Σε ένα μοντέλο θα πρέπει να περιλαμβάνονται μόνο αυτές οι διεργασίες οι οποίες
είναι απαραίτητες για μία ρεαλιστική λύση και να επιλέγονται εκείνες οι κινητικές οι
οποίες θα επιτρέπουν τη χρησιμοποίηση απλοποιημένων τεχνικών επίλυσης χωρίς να
μειώνουν την εφαρμοστικότητα των αποτελεσμάτων. Σε ορισμένες περιπτώσεις αυτό
μπορεί να απαιτεί την επιλογή εξαιρετικά απλοποιημένων κινητικών. Αν και τέτοιες
κινητικές μπορεί να μην αναπαριστούν τέλεια τα ακριβή γεγονότα που συμβαίνουν
μέσα στο σύστημα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν επιτυχώς όσο απομιμούνται
επαρκώς το αποτέλεσμα αυτών των γεγονότων.
5.1.1 Υποδιαίρεση της οργανικής ύλης
Η οργανική ύλη των λυμάτων μπορεί να υποδιαιρεθεί σε έναν αριθμό κατηγοριών. Η
πρώτη σημαντική υποδιαίρεση βασίζεται στο βαθμό βιοδιασπασιμότητας. Η μηβιοδιασπάσιμη οργανική ύλη είναι βιολογικά αδρανής και διέρχεται μέσα από το
σύστημα ενεργού ιλύος αναλλοίωτη. Ανάλογα με τη φυσική της κατάσταση μπορεί
να διαχωριστεί σε δύο κομμάτια: διαλυμένο και σωματιδιακό. Η αδρανής διαλυμένη
οργανική ύλη Si, φεύγει από το σύστημα με την ίδια συγκέντρωση με την οποία είχε
εισέλθει. Η αδρανής αιωρούμενη οργανική ύλη Xi παγιδεύεται στην ενεργό ιλύ και
απομακρύνεται από το σύστημα μέσω της απομακρυνθείσας ιλύος. Η βιοδιασπάσιμη
οργανική ύλη μπορεί να χωρισθεί σε δύο κατηγορίες: την εύκολα βιοδιασπάσιμη και
την αργά βιοδιασπάσιμη. Η εύκολα βιοδιασπάσιμη ύλη Ss θεωρείται ως διαλυμένη,
ενώ η αργά βιοδιασπάσιμη ύλη Χs, θεωρείται ως σωματιδιακή. Η εύκολα
βιοδιασπάσιμη ύλη συνίσταται από σχετικά απλά μόρια τα οποία μπορούν να
εισέλθουν στο κύτταρο και να προσληφθούν άμεσα από τα ετεροτροφικά βακτηρίδια
Βέλιου Ελισάβετ
53
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
οδηγώντας έτσι σε ανάπτυξη νέας βιομάζας. Αντίθετα η αργά βιοδιασπάσιμη ύλη,
αποτελούμενη από σχετικά σύνθετα μόρια, δεν εισέρχεται στο κύτταρο, μπορεί
ωστόσο να υφίσταται ενζυματική δράση εξωκυτταρικά και να μετατρέπεται σε
εύκολα βιοδιασπάσιμη ύλη και στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί.
Η ετεροτροφική βιομάζα δημιουργείται με κατανάλωση της εύκολα βιοδιασπάσιμης
τροφής από αερόβιες ή ανοξικές συνθήκες, όμως σταματά κάτω από αναερόβιες
συνθήκες. Η βιομάζα μειώνεται μέσω της αποσύνθεσης η οποία συμπεριλαμβάνει
έναν μεγάλο αριθμό μηχανισμών όπως ο ενδογενής μεταβολισμός, ο θάνατος, η
κατανάλωση της από ανώτερους οργανισμούς (πρωτόζωα) και η λύσις. Γίνεται η
παραδοχή ότι η αποσύνθεση συντελεί στη μετατροπή της βιομάζας αφενός σε αργά
βιοδιασπάσιμη τροφή ΧS, αφετέρου σε σωματιδιακά προϊόντα Xp τα οποία είναι
αδρανή σε περαιτέρω βιολογικές διεργασίες.
Το διαλυμένο μη-βιοδιασπάσιμο αζωτούχο τμήμα συχνά είναι αμελητέο και δεν
ενσωματώνεται στο μοντέλο. Η βιοδιασπάσιμη αζωτούχα ύλη υποδιαιρείται σε
αμμωνιακό άζωτο SNH, διαλυμένο οργανικό άζωτο SND και σε σωματιδιακό οργανικό
άζωτο XND. To σωματιδιακό οργανικό άζωτο αντιδρά με τα ετεροτροφικά βακτηρίδια
και μετατρέπεται σε αμμωνιακό άζωτο (αμμωνιοποίηση). Το αμμωνιακό άζωτο
χρησιμεύει ως η διαθέσιμη πηγή του αζώτου για τη σύνθεση της ετεροτροφικής
βιομάζας και ως η πηγή διαθέσιμης ενέργειας για την ανάπτυξη των αυτοτροφικών
νιτροποιητικών βακτηριδίων. Για απλότητα η αυτοτροφική μετατροπή του
αμμωνιακού αζώτου σε νιτρικό άζωτο (νιτροποίηση) θεωρείται ως μία διεργασία ενός
βήματος η οποία απαιτεί οξυγόνο. Τα νιτρικά που δημιουργούνται χρησιμοποιούνται
ως ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων για τα ετεροτροφικά βακτηρίδια κάτω από ανοξικές
συνθήκες και παράγουν αέριο άζωτο (απονιτροποίηση). Η κυτταρική αποσύνθεση
τόσο της αυτοτροφικής όσο και της ετεροτροφικής βιομάζας οδηγεί στην
απελευθέρωση του σωματιδιακού βιοδιασπάσιμου οργανικού αζώτου το οποίο μπορεί
μετά από υδρόλυση και αμμωνιοποίηση να επανασυμμετάσχει στον κύκλο των
διεργασιών.
Βέλιου Ελισάβετ
54
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
5.2 Μεταβλητές του μαθηματικού μοντέλου
Στον πίνακα που ακολουθεί συμπεριλαμβάνονται οι μεταβλητές του μαθηματικού
μοντέλου . Όλα τα οργανικά στοιχεία, συμπεριλαμβανομένων και των σωματιδιακών,
εκφράζονται σε όρους COD.
Τα διαλυμένα αδρανή και τα σωματιδιακά αδρανή οργανικά, SΙ και XΙ, δεν παίρνουν
μέρος σε καμία διεργασία μετατροπής και έτσι οι στήλες του (I=1 και 3 αντίστοιχα)
δεν
περιέχουν
κανένα
στοιχειομετρικό
συντελεστή.
Παρόλα
αυτά,
συμπεριλαμβάνονται στον πίνακα διότι είναι σημαντικά στην περιγραφή της
διεργασίας. Η διαλυμένη αδρανής οργανική ουσία συνεισφέρει στο COD της εκροής.
Η σωματιδιακή αδρανής οργανική ουσία αποτελεί ένα μέρος των πτητικών
αιωρούμενων στερεών στο σύστημα της ενεργού ιλύος.
Παρατηρώντας τη δεύτερη στήλη του Πίνακα 5.1, βλέπουμε ότι η εύκολα
βιοδιασπάσιμη τροφή Ss απομακρύνεται με την ανάπτυξη των ετεροτροφικών
βακτηριδίων κάτω από αερόβιες ή ανοξικές συνθήκες και δημιουργείται μέσω της
υδρόλυσης της σωματιδιακής οργανικής ύλης η οποία παγιδεύεται στη βιοκροκίδα. Η
τέταρτη στήλη δείχνει ότι η αργά βιοδιασπάσιμη τροφή, Xs, απομακρύνεται με την
υδρόλυση και παράγεται με την αποσύνθεση της ετεροτροφικής και αυτοτροφικής
βιομάζας. Με άλλα λόγια, δηλαδή, η αποσύνθεση συμβάλει στην μετατροπή του
κυτταρικού υλικού σε αργά βιοδιασπάσιμη τροφή.
Οι στήλες 5 και 6 αντιπροσωπεύουν τη βιομάζα του συστήματος. Με XB,H
συμβολίζουμε τη ετεροτροφική βιομάζα και με ΧΒ,Α την αυτοτροφική βιομάζα. Η
ετεροτροφική βιομάζα αναπτύσσεται κάτω από αερόβιες ή ανοξικές συνθήκες και
καταστρέφεται με την αποσύνθεση. Η αυτοτροφική βιομάζα επίσης αναπτύσσεται
αλλά μόνο κάτω από αερόβιες συνθήκες, ενώ και αυτή καταστρέφεται μέσω της
αποσύνθεσης.
Η στήλη 7 περιλαμβάνει τα σωματιδιακά μη βιοδιασπάσιμα προϊόντα της
αποσύνθεσης της βιομάζας Χp. (Kountz and Forney,1959;McKinney and
Ooten,1969) Είναι φανερό και από τον ορισμό τους ότι τα προϊόντα αυτά
δημιουργούνται από την αποσύνθεση της ετεροτροφικής και αυτοτροφικής βιομάζας.
Βέλιου Ελισάβετ
55
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Τα προϊόντα αυτά θεωρούμε ότι είναι αδρανή στις βιολογικές διεργασίες και
επομένως δεν καταστρέφονται. Στην πραγματικότητα, αυτό το κομμάτι της βιομάζας
πιθανότατα δεν είναι απολύτως αδρανές (Obayashi and Gaudy,1973) ωστόσο ο
βαθμός καταστροφής του είναι τόσο μικρός υπό κανονικές συνθήκες ώστε για
πρακτικούς λόγους μπορεί να θεωρηθεί ως αδρανές τουλάχιστον για τους χρόνους
παραμονής στερεών που συναντούνται στα συστήματα ενεργού ιλύος. (Weddle and
Jenkins, 1971). Η συγκέντρωση των πτητικών στερεών (σε όρους COD) στο σύστημα
ενεργού ιλύος είναι το άθροισμα των πέντε χαρακτηριστικών όρων: Xs, XB,H, ΧΒ,Α ,
Xp, XI. Για τη μετατροπή από μονάδες COD σε μονάδες πτητικών αιωρούμενων
στερεών εφαρμόζεται κατάλληλος συντελεστής μετατροπής.
Η 8η στήλη του Πίνακα 5.1 περιέχει τη συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου (DO)
So μέσα στον αντιδραστήρα. Οι διεργασίες που περιλαμβάνονται στον πίνακα
περιγράφουν μόνο την απομάκρυνση οξυγόνου από το διάλυμα και καμία δεν
περιγράφει την προσθήκη του σ΄αυτό (ο πίνακας περιγράφει μόνο βιολογικές
διεργασίες). Για να προσομοιωθούν οι τροποποιήσεις στη συγκέντρωση του
διαλυμένου οξυγόνου, θα πρέπει να συμπεριληφθούν κατάλληλες κινητικές για την
περιγραφή της μεταφοράς του οξυγόνου λόγω αερισμού με τους αντίστοιχους όρους
μετάθεσης και την κατάστρωση της εξίσωσης ισορροπίας για αυτό. Ακόμα και αν
αυτοί οι όροι δεν συμπεριληφθούν η πληροφορία της 8ης στήλης μπορεί ωστόσο να
χρησιμοποιηθεί για να υπολογίσει την ποσότητα του οξυγόνου που πρέπει να διατεθεί
για να εκπληρώσει τις μεταβολικές ανάγκες των βακτηριδίων.
Μία προσεκτική ματιά στην 8η στήλη μας πληροφορεί ότι η χρήση οξυγόνου
σχετίζεται μόνο με την αερόβια ανάπτυξη της ετεροτροφικής και αυτοτροφικής
βιομάζας και καμία άμεση συσχέτιση της δεν γίνεται με τη μικροβιακή αποσύνθεση.
Αυτή η άποψη διαφέρει από τις πιο παραδοσιακές προσεγγίσεις οι οποίες
βασιζόντουσαν στη γνώση ότι η αποσύνθεση προκαλεί την απελευθέρωση της αργά
βιοδιασπάσιμης τροφής η οποία στη συνέχεια επανακυκλοφορείται ξανά στη
διαλυμένη τροφή και χρησιμοποιείται για περαιτέρω ανάπτυξη των κυττάρων (Grady
and Lim,1980). Έτσι η χρήση οξυγόνου συσχετιζόταν άμεσα με την αποσύνθεση, ενώ
τώρα υπολογίζεται έμμεσα από την ανάπτυξη νέας βιομάζας με κατανάλωση των
προϊόντων φθοράς. (Dold et al.,1980)
Βέλιου Ελισάβετ
56
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Η καθαρή απώλεια της βιομάζας που συσχετίζεται με την αποσύνθεση οφείλεται στο
γεγονός ότι ο συντελεστής παραγωγής ετεροτροφικών (μετατροπή βιομάζας) είναι
μικρότερος της μονάδας και έτσι η ποσότητα της νέας βιομάζας που αναπτύσσεται
από την απελευθερωμένη κατά την αποσύνθεση τροφή πρέπει πάντα να είναι
μικρότερη από την ποσότητα της βιομάζας που χάνεται.
Ο όρος 4.57 του στοιχειομετρικού συντελεστή για την αερόβια ανάπτυξη των
αυτοτροφικών είναι η θεωρητική απαίτηση οξυγόνου η οποία συσχετίζεται με την
οξείδωση του αμμωνιακού αζώτου σε νιτρικό άζωτο (νιτροποίηση). Ο άλλος
αποδέκτης ηλεκτρονίων που συμπεριλαμβάνεται στο μοντέλο είναι το νιτρικό άζωτο
SNO το οποίο παράγεται κατά την αερόβια ανάπτυξη των αυτοτροφικών βακτηριδίων
και απομακρύνεται λόγω απονιτροποίησης κατά την ανοξική ανάπτυξη της
ετεροτροφικής βιομάζας, όπως φαίνεται και στην 9η στήλη του Πίνακα 5.1.
Αν και το νιτρώδες άζωτο είναι ένα ενδιάμεσο προϊόν κατά τη νιτροποίηση για
λόγους απλότητας της προσομοίωσης δεχόμαστε ότι τα νιτρικά είναι η μόνη
υφιστάμενη οξειδωμένη μορφή του αζώτου. Ο παράγοντας 2.86 στον στοιχειομετρικό
συντελεστή για την ανοξική ανάπτυξη της ετεροτροφικής βιομάζας είναι το
ισοδύναμο οξυγόνο για τη μετατροπή του νιτρικού αζώτου σε αέριο άζωτο
(απονιτροποίηση) και συμπεριλαμβάνεται για να γίνουν συμβατές οι μονάδες
μέτρησης. Αν και δε διατυπώνεται σαφώς στο μοντέλο, το νιτρικό άζωτο μπορεί
επίσης να απομακρυνθεί και με παρουσία εξωτερικού άνθρακα λόγω της
αποσύνθεσης της βιομάζας. Παρόμοια με την απομάκρυνση του οξυγόνου, η
περιγραφή αυτή επιτυγχάνεται με την επανακυκλοφορία της οργανικής ύλης κατά την
αποσύνθεση, η οποία το κάνει διαθέσιμο για ανοξική ανάπτυξη της ετεροτροφικής
βιομάζας.
Η 10η στήλη περιλαμβάνει το διαλυμένο αμμωνιακό άζωτο SNH το οποίο είναι το
άθροισμα της ιονισμένης μορφής (αμμώνιο ΝΗ4+) και της μη ιονισμένης (αμμωνία
ΝΗ3). Όμως το μη ιονισμένο τμήμα είναι αμελητέο για τιμές του pH κοντά στην
ουδετερότητα και επομένως είναι απλούστερο να γράφουμε μοντέλα για την
οξείδωση της αμμωνίας σε όρους συνολικού αμμωνιακού αζώτου. Μία εξέταση των
στοιχειομετρικών συντελεστών της 10ης στήλης μας δείχνει ότι το αμμωνιακό άζωτο
Βέλιου Ελισάβετ
57
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
δημιουργείται με την αμμωνιοποίηση του διαλυμένου βιοδιασπάσιμου οργανικού
αζώτου και απομακρύνεται κατά την ανάπτυξη της βιομάζας. Η μεγαλύτερη
απομάκρυνση αμμωνιακού αζώτου γίνεται κατά τη χρησιμοποίησή του ως πηγή
ενέργειας για την αερόβια ανάπτυξη της αυτοτροφικής βιομάζας (-1/ΥΑ) δηλαδή
κατά τη νιτροποίηση. Επίσης το άζωτο συνδέεται και με τη βιομάζα κατά την
κυτταρική σύνθεση και για το λόγο αυτό συμπεριλαμβάνεται στον πίνακα ένας όρος
(-iΧΒ) για τη χρήση του αζώτου κατά την ανάπτυξη τόσο των ετεροτροφικών όσο και
των αυτοτροφικών βακτηριδίων.
Η 11η στήλη περιλαμβάνει το διαλυμένο οργανικό άζωτο SND, το οποίο δημιουργείται
με την υδρόλυση του σωματιδιακού οργανικού αζώτου και απομακρύνεται με την
αμμωνιοποίηση μέσω της οποίας μετατρέπεται σε αμμωνιακό άζωτο.
Το σωματιδιακό βιοδιασπάσιμο οργανικό άζωτο XND δίνεται στην 12η στήλη του
Πίνακα 5.1. Δημιουργείται από την αποσύνθεση της ετεροτροφικής και αυτοτροφικής
βιομάζας, iXB, εκτός της ποσότητας η οποία συσχετίζεται με τα αδρανή σωματιδιακά
προϊόντα, fpiXp, και μειώνεται με την αμμωνιοποίηση. Αν και το oργανικό αυτό
άζωτο είναι σωματιδιακό, δεν προστίθεται στις άλλες σωματιδιακές μορφές κατά την
υπολογισμό της συγκέντρωσης των πτητικών στερεών. Αυτό γίνεται επειδή είναι ένα
μέρος αυτών των υλικών και έχει ήδη συμπεριληφθεί μέσα στη συγκέντρωσή τους.
Τρεις άλλες μορφές οργανικού αζώτου υπεισέρχονται στο σύστημα: αυτή που
σχετίζεται με τη βιομάζα XNB, αυτή που συσχετίζεται με τα σωματιδιακά προϊόντα
XNP και αυτή που συσχετίζεται με την αδρανή σωματιδιακή οργανική ουσία XNI. Η
συγκέντρωση του καθενός από τα τρία αυτά συστατικά μπορεί να υπολογισθεί απλά
πολλαπλασιάζοντας το XB με το iXB το Xp με το iXP και το Xi με το iXI. Αυτά τα
συστατικά δε χρειάζονται στον πίνακα επειδή η δίαιτα του αερίου αζώτου (Ν2) κατά
την απονιτροποίηση δε συμπεριλαμβάνεται και έτσι ο έλεγχος συνέχειας για το άζωτο
δε μπορεί να πραγματοποιηθεί. Για το λόγο αυτό δεν συμπεριλαμβάνονται στις
στήλες του Πίνακα 5.1. Όμως το μοντέλο μπορεί απλούστατα να επεκταθεί και να
ενσωματώσει την παραγωγή αερίου αζώτου διευκολύνοντας έτσι την εκτίμηση
πιθανόν προβλημάτων στην καθίζηση. Αν αυτό είχε γίνει θα έπρεπε αυτά τα τρία
συστατικά να είχαν συμπεριληφθεί στις στήλες του Πίνακα 5.1.
Βέλιου Ελισάβετ
58
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Αυτά τα 12 συστατικά στα οποία αναφερθήκαμε παραπάνω, θεωρείται ότι είναι τα
ελάχιστα απαιτούμενα για την επαρκή προσομοίωση ενός συστήματος ενεργού ιλύος
το οποίο εκτελεί οξείδωση του άνθρακα, νιτροποίηση και απονιτροποίηση. Επομένως
το συνολικό μοντέλο θα πρέπει να περιλαμβάνει 12 εξισώσεις ισορροπίας
της μάζας.
Η 13η στήλη αντιπροσωπεύει τη συνολική αλκαλικότητα SALK. Η ενσωμάτωση της
αλκαλικότητας στο μοντέλο δεν είναι απολύτως απαραίτητη, όμως ο συνυπολογισμός
της σ΄αυτό είναι επιθυμητός επειδή παρέχει πληροφορίες μέσω των οποίων μπορούν
να εκτιμηθούν υπερβολικές διακυμάνσεις του pH. Όλες οι αντιδράσεις που αφορούν
στην προσθήκη ή απομάκρυνση ειδών με ικανότητα αποδοχής πρωτονίων και/ή την
προσθήκη ή απομάκρυνση των πρωτονίων μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές στην
αλκαλικότητα.
Παραδείγματα του πρώτου δεν περιλαμβάνονται στο μοντέλο επειδή δεν είναι
συνήθη σε συστήματα ενεργού ιλύος. Αρκετά παραδείγματα του δεύτερου όμως
συμπεριλαμβάνονται στο μοντέλο και παρουσιάζονται στον Πίνακα 5.1. Ένα είναι η
μετατροπή του αμμωνιακού αζώτου σε αμινοξέα κατά τη σύνθεση της ετεροτροφικής
και αυτοτροφικής βιομάζας και η αντιστροφή της διεργασίας κατά την
αμμωνιοποίηση (Scearce et al., 1980). Ένα άλλο συμβαίνει κατά τη νιτροποίηση.
Όταν το αμμώνιο (ΝΗ4) οξειδώνεται για ενέργεια από τα αυτοτροφικά βακτηρίδια, 8
ηλεκτρόνια και 10 πρωτόνια απελευθερώνονται. Το οξυγόνο αποδέχεται 8
ηλεκτρόνια και 8 πρωτόνια, με αποτέλεσμα να υπάρχει μία περίσσεια 2 πρωτονίων η
οποία και συντελεί στη μείωση της αλκαλικότητας. Το αντίθετο συμβαίνει κατά την
απονιτροποίηση, επειδή όταν τα νιτρικά αντιδρούν ως αποδέκτης ηλεκτρονίων
υπάρχει μία καθαρή πρόσληψηπρωτονίου η οποία αυξάνει την αλκαλικότητα.
Από τις διεργασίες οι οποίες προσθέτουν ή απομακρύνουν πρωτόνια, η νιτροποίηση
έχει τη μεγαλύτερη επίδραση στην αλκαλικότητα και μπορεί να δημιουργήσει
υπερβολικές μειώσεις της. Από τη χημική ισορροπία του ανθρακούχου συστήματος,
αν η συνολική αλκαλικότητα πέσει κάτω από τα 50
mg-3 ασβεστούχου άνθρακα,
τότε το pH γίνεται ασταθές και μπορεί να πάρει τιμές χαμηλότερες του 6 (WRC,
1984). Χαμηλό pH συνεπάγεται και μείωση του ρυθμού νιτροποίησης και άλλα
προβλήματα όπως διαβρωτική εκροή και διόγκωση της ιλύος.
Βέλιου Ελισάβετ
59
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας Λυμάτων Χίου
Πίνακας 5.1: Διεργασίες ,κινητικές και στοιχειομετρία μοντέλο
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Ρυθμός διεργασιών
Si
Ss
Xi
Xs
XBH
XBA
Xp
So
SNO
SNH
SND
XND
SALK
ρ1(ΜL-3Τ-1)
1. Aερόβια
ανάπτυξη
ετεροτροφικών
-
2. Ανοξική
ανάπτυξη
ετεροτροφικών
-
1
YH
1- Y
H
1
YH
1
-
1-fp
1-fp
-1
-1
i
-iXB
YH
1
3. Αερόβια
ανάπτυξη
αυτοτροφικών
4. Αποσύνθεση
ετεροτροφικών
5. Αποσύνθεση
αυτοτροφικών
6. Aμμωνιοποίηση
διαλυμένου
οργανικού
αζώτου
7. Υδρόλυση
παγιδευμένων
οργανικών
-
1
457 - Y
A
YA
⎛
⎞⎛
⎞
So
⎟⎜
⎟x
⎜
⎜ Ks + S ⎟⎝ K OH + So ⎟⎠ BH
⎝
s⎠
14
μΗ ⎜
Ss
⎛
Ss
1- Y
1- Y
H
2.86YH
-iXB
1/YA
-iXB-
H
2.86Y
14
H
( XB /14 )
− i
μΗ ⎜
⎜
⎝ Ks
⎛
μΗ ⎜
Βέλιου Ελισάβετ
S
⎞ ⎛⎜ K OH
⎟⎟
⎠ ⎜⎝ K OH + S o
S
⎞⎛
NO
⎟⎜
⎟⎜ K
+S
NO
⎠ ⎝ NO
⎞⎛ S
⎞
o
⎟⎜
⎟X
⎜
⎟⎝ K OA + So ⎟⎠ BA
+S
NH ⎠
NH
fp
iXB-fpixp
bHXBH
fp
iXB-fpixp
bAXBA
-1
KsSNDXBH
1/14
X s /X BH
Kh
-1
nh
8. Υδρόλυση
παγιδευμένου
οργ. αζώτου
Παρατηρούμενος
ρυθμός αντίδρασης
+ Ss
⎜K
⎝ NH
(1/YA)
1
1
XB
1
-1
K X + (X s /X BH
⎛
⎜
⎜
⎝
K OH
K OH + S o
⎞⎛
⎟⎜
⎟⎜
⎠⎝
⎛
⎜
)⎜
⎝
So
K OH + S o
S NO
K NO + S NO
⎞
⎟
⎟
⎠
+
⎞
⎟ X BH
⎟
⎠
ρ7(ΧΝD/Χ3)
ri = ∑ V ijρ j
60
⎞
⎟X n
⎟ BH g
⎠
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
5.3 Διεργασίες του μαθηματικού μοντέλου
Οι βασικές διεργασίες που περιγράφονται στο μοντέλο, αναγράφονται στην αριστερή
στήλη του Πίνακα 5.1, ενώ οι εκφράσεις των κινητικών τους αναγράφονται στην
δεξιά στήλη του πίνακα. Τέσσερις είναι οι βασικές διεργασίες που περιγράφονται: η
ανάπτυξη της βιομάζας, η αποσύνθεση της βιομάζας, η αμμωνιοποίηση του
οργανικού αζώτου και η υδρόλυση των σωματιδιακών οργανικών που παγιδεύονται
στη βιοκροκίδα.
Προς διευκόλυνση της προσομοίωσης, η εύκολα βιοδιασπάσιμη ύλη θεωρείται ως η
μόνη τροφή για την ανάπτυξη της ετεροτροφικής βιομάζας. Η αργά βιοδιασπάσιμη
ύλη θεωρείται ότι απομακρύνεται ακαριαία από την αιώρηση με την παγίδευσή της
στη βιοκροκίδα. Ευρισκόμενη εκεί, μέσω διαφόρων αντιδράσεων μετατρέπεται σε
εύκολα βιοδιασπάσιμη τροφή. Αυτές οι αντιδράσεις ονομάζονται για απλότητα
υδρόλυση στο μοντέλο, αν και στην πράξη είναι αρκετά πιο πολύπλοκες.
Το καθαρό αποτέλεσμα από το συνυπολογισμό τους είναι να εισαγάγουν μία χρονική
υστέρηση στη χρήση του οξυγόνου, αφού αυτή σχετίζεται με την ανάπτυξη των
οργανισμών με χρήση της εύκολα βιοδιασπάσιμης τροφής. Η αποσύνθεση θεωρείται
ότι επιδρά στην μετατροπή της ενεργής βιομάζας σε αδρανή σωματιδιακά προϊόντα
και σε αργά βιοδιασπάσιμη τροφή, η οποία επανεισάγεται στον κύκλο υδρόλυση,
ανάπτυξη κ.τ.λ. Αυτό επιτρέπει μία πιο ευέλικτη περιγραφή της αποσύνθεσης κάτω
από τις διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες οι οποίες αντιμετωπίζονται σε ένα
σύστημα ενεργού ιλύος.
Η πρώτη γραμμή του πίνακα αφορά στη διεργασία 1, την αερόβια ανάπτυξη της
ετεροτροφικής βιομάζας. Η μελέτη της γραμμής 1 του Πίνακα 5.1 δείχνει ότι η
ανάπτυξη γίνεται σε βάρος της διαλυμένης τροφής και οδηγεί στην παραγωγή
ετεροτροφικής βιομάζας. Άμεση σχέση μ΄ αυτό έχει και η χρήση του οξυγόνου. Αφού
τόσο για την τροφή όσο και για τη βιομάζα χρησιμοποιούμε μονάδες COD και επειδή
το οξυγόνο μετρείται ως αρνητικό COD, η διατήρηση της συνέχειας συνεπάγεται ότι
η απαίτηση οξυγόνου πρέπει να εξισώνει την καθαρή απομάκρυνση COD (διαλυμένη
Βέλιου Ελισάβετ
61
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
τροφή που απομακρύνθηκε πλην δημιουργηθέντα κύτταρα). Το αμμωνιακό άζωτο
απομακρύνεται από το διάλυμα και ενσωματώνεται στην κυτταρική μάζα. Οι
κινητικές της αερόβιας ανάπτυξης της ετεροτροφικής βιομάζας θεωρείται ότι
υπόκεινται σε διπλό περιορισμό θρεπτικών, με τις συγκεντρώσεις τόσο της εύκολα
βιοδιασπάσιμης τροφής όσο και του διαλυμένου οξυγόνου να καθορίζουν την
ταχύτητά τους. Η επίδραση του κάθε συστατικού προσομοιώνεται με μία συνάρτηση
κορεσμού (τύπου Monod). Αν και είναι παραδεκτό ότι μία συνάρτηση κορεσμού δεν
είναι η ιδεατή μορφή για προσομοιώσεις της απομάκρυνσης της τροφής κάτω από
δυναμικές συνθήκες, παρόλα αυτά, τα σφάλματα που πηγάζουν από την εφαρμογή
της είναι μικρά.
Η εισαγωγή του όρου του οξυγόνου με τη μορφή συνάρτησης μεταβολής κατάστασης
(ΣΜΚ) έχει ως σκοπό να σταματάει την αερόβια ανάπτυξη σε πολύ χαμηλές τιμές της
συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου και έτσι η τιμή του συντελεστή κορεσμού
ΚΟ,Η είναι μικρή. Η απομάκρυνση της εύκολα βιοδιασπάσιμης τροφής θεωρείται ότι
είναι ανάλογη της ανάπτυξης. Καμία πρόβλεψη δε γίνεται για την αποθήκευση της
διαλυμένης τροφής επειδή το φαινόμενο είναι περιορισμένο για λίγες μόνο τροφές
όπως οι διαλυμένοι μονοσακχαρίτες και το οξικό άλας. Παρόλα αυτά είναι γνωστό
ότι τροφές μπορούν να απομακρυνθούν από την υγρή φάση χωρίς να σχετίζονται με
την ανάπτυξη της βιομάζας. Αυτό το γεγονός περιλαμβάνεται στο μοντέλο μέσω του
ακαριαίου εγκλωβισμού της αργά βιοδιασπάσιμης τροφής στη βιοκροκίδα.
Συνοψίζοντας, ο ρυθμός της αερόβιας ανάπτυξης της ετεροτροφικής βιομάζας καθώς
και η μεταβολή του συναρτήσει της συγκέντρωσης της εύκολα βιοδιασπάσιμης
τροφής φαίνονται στη σχέση 1 και το Σχήμα 5.1, αντίστοιχα.
SS
So
μ = μΗ ⎯⎯⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯ XB,H
KS+SS
(1)
KO,H+SΟ
↑
↑
⏐
Διακοπτόμενη λειτουργία
⏐
⏐
Συνάρτηση κορεσμού (Monod)
Βέλιου Ελισάβετ
62
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Σχήμα 5.1: Μεταβολή του ρυθμού συναρτήσει της SS.
H δεύτερη γραμμή του Πίνακα 5.1 αντιπροσωπεύει την ανοξική ανάπτυξη της
ετεροτροφικής βιομάζας με το νιτρικό άζωτο σαν τελικό δέκτη ηλεκτρονίων,
Παρόμοια με την αερόβια ανάπτυξη, αυτή γίνεται με χρήση της εύκολα
βιοδιασπάσιμης τροφής και συντελεί στην παραγωγή ετεροτροφικής βιομάζας.
Το νιτρικό άζωτο χρησιμοποιείται ως ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων και η
κατανάλωσή του είναι ανάλογη της απομακρυνόμενης ποσότητας της εύκολα
βιοδιασπάσιμης τροφής μείον τα δημιουργηθέντα κύτταρα.
Όπως και στην αερόβια ανάπτυξη, το αμμωνιακό άζωτο μετατρέπεται σε οργανικό
άζωτο μέσα στη βιομάζα. Η κινητική για την ανοξική ανάπτυξη είναι ανάλογη με
αυτήν της αερόβιας ανάπτυξης των ετεροτροφικών. Στην πραγματικότητα η επίδραση
της εύκολα βιοδιασπάσιμης τροφής στο ρυθμό και η ίδια όπως ίδιος είναι και ο
συντελεστής KS. Eίναι γνωστό παρ΄όλα αυτά ότι η μέγιστη ταχύτητα απομάκρυνσης
της τροφής κάτω από ανοξικές συνθήκες είναι συχνά μικρότερη από την αντίστοιχη
των αερόβιων συνθηκών. Αυτό μπορεί να συμβαίνει είτε επειδή το μΗ είναι
μικρότερο κάτω από ανοξικές συνθήκες είναι συχνά μικρότερη από την αντίστοιχη
των αερόβιων συνθηκών. Αυτό μπορεί να συμβαίνει είτε επειδή το μΗ είναι
μικρότερο κάτω από ανοξικές συνθήκες, είτε επειδή
μόνο το κομμάτι της
ετεροτροφικής βιομάζας είναι ικανό να λειτουργήσει με τα νιτρικά ως τελικό
αποδέκτη ηλεκτρονίων. Είναι γενικά αδύνατο να διαφοροποιήσει κανείς ή να
διακρίνει τη μία από τις δύο αυτές περιπτώσεις. Έτσι για την προσομοίωση η πιο
Βέλιου Ελισάβετ
63
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
εύκολη οδός για την κάλυψη αυτής της ιδιαιτερότητας, είναι η προσθήκη ενός
εμπειρικού συντελεστή ng στην έκφραση του ρυθμού, όπου ο ng<l. (Batchelor, 1982)
Η ανοξική ανάπτυξη παρεμποδίζεται παρουσία οξυγόνου και ο όρος
ΚΟ,Η
⎯⎯⎯⎯
συμπεριλαμβάνεται για να περιγράψει αυτό ακριβώς το γεγονός.
ΚΟ,Η + So
Ο συντελεστής ΚΟ,Η έχει την ίδια τιμή όπως στην έκφραση της αερόβιας ανάπτυξης
και έτσι καθώς η αερόβια ανάπτυξη πέφτει η ανοξική ανάπτυξη αυξάνει. Όπως και οι
άλλοι παρόμοιοι όροι, η πρωταρχική του χρήση είναι να λειτουργεί σαν “διακόπτης”.
Συνοψίζοντας, λοιπόν, ο ρυθμός της ανοξικής ανάπτυξης των ετεροτροφικών και η
μεταβολή του συναρτήσει της συγκέντρωσης της εύκολα βιοδιασπάσιμης τροφής
φαίνονται αναλυτικότερα με τη σχέση 2 και το Σχήμα 5.2.
So
SS
SNO
μ = μΗ ⎯⎯⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯ ng XB,H
KS+SS
↑
⏐
KO,H+SΟ
KNO+SNO
↑
↑
(2)
Διακόπτες
⏐
⏐
Συνάρτηση Monod
Σχήμα 5.2: Μεταβολή του ρυθμού συναρτήσει της SS.
Βέλιου Ελισάβετ
64
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
H αερόβια ανάπτυξη της αυτοτροφικής βιομάζας, αναπαριστάται στη γραμμή 3 του
Πίνακα 5.1. Το διαλυμένο αμμωνιακό άζωτο χρησιμοποιείται ως η πηγή ενέργειας
για την ανάπτυξη των νιτροποιητών συντελώντας έτσι στη δημιουργία αυτοτροφικής
κυτταρικής βιομάζας και νιτρικού αζώτου σαν τελικά προϊόντα.
Η ποσότητα του οξυγόνου που χρησιμοποιείται είναι ανάλογη της ποσότητας του
αμμωνιακού
αζώτου
που
οξειδώνεται.
Μία
διπλή
συνάρτηση
κορεσμού
χρησιμοποιείται για να εκφραστεί η εξάρτηση του ειδικού ρυθμού ανάπτυξης των
αυτοτροφικών από τις συγκεντρώσεις τόσο του διαλυμένου αζώτου, όσο και του
διαλυμένου οξυγόνου με το τελευταίο να λειτουργεί σα “διακόπτης”. Οι τιμές και των
δύο συντελεστών ΚΝΗ και ΚΟ,Α είναι μικρές. Αν και η αερόβια ανάπτυξη των
αυτοτροφικών είναι γνωστό ότι επηρεάζεται από το pH των λυμάτων στα οποία
αναπτύσσονται οι οργανισμοί, αυτή η εξάρτηση δε συμπεριλαμβάνεται στην
κινητική, λόγω της δυσκολίας πρόβλεψης του pH στο βιολογικό αντιδραστήρα.
Θεωρείται προτιμότερο κάθε ενδεχόμενο πρόβλημα με το να μπορεί να ελέγχεται
μέσω της χρήσης του όρου της αλκαλικότητας όπως έχει αναφερθεί προηγούμενα.
Ο ρυθμός, λοιπόν, ανάπτυξης της αυτοτροφικής βιομάζας δίνεται από τη σχέση (3)
SΝΗ SΟ
SΑLK
μ = μΑ⎯⎯⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯ XB,A
KNH+SNH KO,A+SΟ
↑
↑
(3)
KALK+SALK
↑
⏐
Συναρτήσεις Μεταβολής
⏐
Κατάστασης (Σ.Μ.Κ.)
⏐
Συνάρτηση Monod
Έχει παρατηρηθεί ότι η καθαρή παραγωγή ιλύος από την ανάπτυξη της
ετεροτροφικής βιομάζας, μειώνεται όσο ο χρόνος παραμονής των στερεών στον
αντιδραστήρα αυξάνεται. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να αποδοθεί σε αρκετούς
Βέλιου Ελισάβετ
65
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
μηχανισμούς, όπως η λύση, και η ανάγκη για συντηρούμενη ενέργεια. Η
προσομοίωση αυτών των μηχανισμών μπορεί να γίνει με πολλούς τρόπους, ωστόσο,
η πιο κοινή τεχνική που αφορά κυρίως τις αερόβιες συνθήκες είναι η ενσωμάτωση
όλων των προαναφερθέντων μηχανισμών σε μία έκφραση φθοράς η οποία είναι
ευθέως ανάλογη με την συγκέντρωση της ενεργής βιομάζας, λαμβάνοντας υπόψη και
το γεγονός ότι κάθε μονάδα καταναλωθέντος COD πρέπει να συνεπάγεται τη χρήση
μιας ισοδύναμης ποσότητας διαλυμένου οξυγόνου (Grady and Lim, 1980) Αν και
αυτή η προσέγγιση δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα για την προσομοίωση
συστημάτων ενεργού ιλύος που περιγράφουν μόνο οξείδωση του άνθρακα και
νιτροποίηση, πολλά ερωτηματικά γεννιούνται όταν χρησιμοποιείται αποδέκτης
ηλεκτρονίων άλλος από το οξυγόνο, όπως συμβαίνει κατά την απονιτροποίηση. Για
παράδειγμα οι περισσότερες έρευνες δείχνουν ότι η αποσύνθεση συνεχίζεται και
κάτω από ανοξικές συνθήκες από ένα τουλάχιστον μέρος της βιομάζας που μπορεί να
χρησιμοποιήσει νιτρικό άζωτο ως τελικό δέκτη ηλεκτρονίων. Όμως τι συμβαίνει στην
υπόλοιπη ετεροτροφική βιομάζα; Επιπλέον τι συμβαίνει στην απονιτροποιούμενη
βιομάζα όταν ούτε οξυγόνο, ούτε νιτρικά είναι παρόντα και επικρατούν οι αναερόβιες
συνθήκες.
Φαίνεται λογικό ότι για αρκετούς οργανισμούς η αποσύνθεση συνεχίζεται με ένα
ζυμωτικό τρόπο, χωρίς όμως απώλεια COD επειδή όλες οι οξειδώσεις οργανικών
συσχετίζονται με τις μειώσεις οργανικών μέσα στο κύτταρο.
Όλα αυτά οδηγούν στο συμπέρασμα ότι αν η αποσύνθεση συσχετιζόταν άμεσα με τη
χρήση του αποδέκτη ηλεκτρονίων μέσα στο μοντέλο, θα απαιτούνταν το λιγότερο
τέσσερις διαφορετικές εκφράσεις ρυθμού φθοράς: αποσύνθεση υπό αερόβιες
συνθήκες, αποσύνθεση υπό ανοξικές συνθήκες των απονιτροποιητών, αποσύνθεση
υπό ανοξικές συνθήκες της ετεροτροφικής βιομάζας που παρουσιάζει αδυναμία
απονιτροποίησης και αποσύνθεση υπό αναερόβιες συνθήκες. Δύο προβλήματα
δημιουργούνται από αυτή την προσέγγιση. Πρώτα, οι εξισώσεις γίνονται πολύπλοκες
με ένα μεγάλο αριθμό “διακοπτών”. Αυτό αυξάνει τη δυσκολία επίλυσης των
εξισώσεων ισορροπίας της μάζας. Δεύτερον, υπάρχει έλλειψη στοιχείων και
πειραματικών αποτελεσμάτων πάνω στα οποία μπορούμε να βασίσουμε τις εξισώσεις
Βέλιου Ελισάβετ
66
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
και να εκτιμήσουμε τις παραμέτρους τους. Και τα δύο αυτά προβλήματα μας οδηγούν
στο συμπέρασμα ότι μία πιο πραγματική προσέγγιση πρέπει να βρεθεί.
Η προσέγγιση η οποία υιοθετήθηκε για την προσομοίωση της αποσύνθεσης της
ετεροτροφικής
βιομάζας
βασίζεται
στην
έννοια
του
κύκλου
“θάνατος-
επαναδημιουργία” (death-regeneration) και φαίνεται στη 4η γραμμή του Πίνακα 5.1.
Φαίνεται ότι η έκφραση της ταχύτητας φθοράς είναι αρκετά απλή π.χ. πρώτου
βαθμού όσον αφορά την συγκέντρωση της ετεροτροφικής βιομάζας. Ο συντελεστής
αποσύνθεσης, όμως, είναι διαφορετικός τόσο εννοιολογικά, όσο και ποσοτικά από
τον αντίστοιχο συνήθη συντελεστή αποσύνθεσης. Σύμφωνα με την προσέγγιση αυτή
λοιπόν, η βιομάζα μετατρέπεται σε ένα συνδυασμό σωματιδιακών προϊόντων και
αργά βιοδιασπάσιμης τροφής. Καμία απώλεια COD δε θεωρείται ότι γίνεται σ΄ αυτή
τη διαδικασία και ούτε χρήση αποδέκτη ηλεκτρονίων. Επιπροσθέτως η αποσύνθεση
συνεχίζεται με σταθερό ρυθμό ανεξάρτητα από τις περιβαλλοντικές συνθήκες που
επικρατούν (π.χ. το bH δεν είναι συνάρτηση του αποδέκτη ηλεκτρονίων ή της
συγκέντρωσής του).
Η δημιουργούμενη αργά βιοδιασπάσιμη τροφή υδρολύεται όπως φαίνεται και στην
7η γραμμή του Πίνακα 5.1, απελευθερώνοντας ίση ποσότητα εύκολα βιοδιασπάσιμου
COD. Αν οι συνθήκες είναι αερόβιες τότε αυτή τροφή θα χρησιμοποιηθεί για να
δημιουργήσει νέα κύτταρα με συνακόλουθη κατανάλωση οξυγόνου. Εάν οι συνθήκες
είναι ανοξικές η ανάπτυξη των κυττάρων θα πραγματοποιηθεί σε βάρος του νιτρικού
αζώτου. Αν δεν είναι διαθέσιμα ούτε οξυγόνο, ούτε νιτρικό άζωτο, καμία μετατροπή
δε θα συμβεί και η αργά βιοδιασπάσιμη τροφή θα συσσωρευθεί. Μόνο όταν
αναπτυχθούν αερόβιες ή ανοξικές συνθήκες θα μπορέσει να μετατραπεί και να
χρησιμοποιηθεί.
Το μέγεθος του συντελεστή αποσύνθεσης που χρησιμοποιείται εδώ είναι διαφορετικό
από εκείνα που συχνά συναντώνται, λόγω της υπόθεσης για επανακυκλοφορία της
τροφής. Στις συμβατικές προσεγγίσεις η απώλεια μιας μονάδας κυτταρικής μάζας
COD οδηγεί στην χρησιμοποίηση μιας μονάδας διαλυμένου οξυγόνου με αφαίρεση
του COD των αδρανών σωματιδιακών προϊόντων που δημιουργούνται (Σχ. 5.3). Σ΄
αυτό το μοντέλο, η απώλεια μιας μονάδας κυτταρικής μάζας COD εξαιτίας της
Βέλιου Ελισάβετ
67
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
εύκολα βιοδιασπάσιμης τροφής με αφαίρεση του COD των αδρανών σωματιδιακών
προϊόντων που δημιουργούνται (Σχ. 5.4).
Όταν το εύκολα βιοδιασπάσιμο COD χρησιμοποιείται για σύνθεση κυττάρων,
απαιτείται μόνο ένα μέρος μιας μονάδας οξυγόνου, λόγω της ενέργειας που
συμπεριλαμβάνεται στην κυτταρική μάζα. Αυτή η κυτταρική μάζα στη συνέχεια
υφίσταται αποσύνθεση κ.τ.λ., πριν χρησιμοποιηθεί μία μονάδα οξυγόνου. Για να
δώσει επομένως ο συντελεστής αποσύνθεσης το ίδιο
ποσό χρησιμοποιούμενου
οξυγόνου, θα πρέπει να είναι μεγαλύτερος από τους αντίστοιχους των άλλων
προσεγγίσεων της αποσύνθεσης. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση του ρυθμού
επανακυκλοφορίας της κυτταρικής μάζας και επομένως την αύξηση και του ειδικού
ρυθμού μικροβιακής ανάπτυξης για δοσμένο χρόνο παραμονής στερεών.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ενώ τα αποτελέσματα από τη χρήση ενός τέτοιου
μοντέλου μπορούν να προσομοιώσουν κατά την απώλεια της βιομάζας, την
κατανάλωση του αποδέκτη ηλεκτρονίων κ.τ.λ. που συμβαίνουν σε συστήματα
ενεργού ιλύος (Dold et al., 1980; Dold and Marais, 1986), δεν υπάρχει απόδειξη ότι
το μοντέλο προσεγγίζει με ακρίβεια τους ακριβείς μηχανισμούς.
Στη συνέχεια γίνεται μία σχηματική σύγκριση της παραδοσιακής προσέγγισης της
αποσύνθεσης της ετεροτροφικής βιομάζας (Σχ. 5.3) και της προσέγγισης του
μοντέλου που προηγουμένως αναπτύχθηκε (Σχ. 5.4).
Σχήμα 5.3
Βέλιου Ελισάβετ
Σχήμα 5.4
68
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Η αποσύνθεση των αυτοτροφικών δίνεται στη γραμμή 5 του Πίνακα 5.1. Τη
χειριζόμαστε και αυτή ακριβώς με τον ίδιο τρόπο με την αποσύνθεση των
ετεροτροφικών. Αυτό γίνεται κυρίως επειδή η παρατηρούμενη αποσύνθεση σε
εμπλουτισμένες κοινωνίες αυτοτροφικών βακτηριδίων οφείλεται στα φαινόμενα
πρόσληψης από πρωτόζωα και λύση και έτσι δεν αποκλείεται κάποια συνακόλουθη
ανάπτυξη τυχαίων ετεροτροφικών βακτηριδίων πάνω στα προϊόντα της λύσης.
Επίσης εικάζεται ότι ο συντελεστής αποσύνθεσης για τα αυτοτροφικά βακτηρίδια
είναι μικρότερος από αυτόν για τα ετεροτροφικά.
Μία άλλη επίδραση της αποσύνθεσης της βιομάζας είναι η επανακυκλοφορία αζώτου
μέσα στο σύστημα. Η μετατροπή της βιομάζας σε αργά βιοδιασπάσιμη τροφή και
τελικά σε εύκολα βιοδιασπάσιμη συσχετίζεται με μία παράλληλη μετατροπή του
οργανικού αζώτου σε αμμωνιακό άζωτο. Οι αντιδράσεις αυτές συμβαίνουν με τον
ίδιο τρόπο με τον οποίο βιοδιασπάσιμο οργανικό άζωτο της τροφής μετατρέπεται σε
αμμωνιακό άζωτο. Το διαλυμένο οργανικό άζωτο μετατρέπεται σε αμμωνιακό άζωτο
μέσω της διεργασίας που περιγράφεται στην 6η γραμμή του Πίνακα 5.1 ονομάζεται
αμμωνιοποίηση. Αυτή η απλή εξίσωση 1ης τάξης είναι εμπειρική, όμως βρέθηκε ότι
είναι επαρκής για προσομοίωση της αμμωνιοποίησης όταν αυτή σχετίζεται με την
ταχύτητα της υδρόλυσης του ενσωματωμένου οργανικού αζώτου. (Dold and Marais,
1986)
Οι γραμμές 7 και 8 περιγράφουν την υδρόλυση της αργά βιοδιασπάσιμης οργανικής
ύλης και την υδρόλυση του βιοδιασπάσιμου οργανικού αζώτου αντίστοιχα. Η
διάσπαση της αργά βιοδιασπάσιμης οργανικής ύλης είναι πολύ σημαντική για τη
ρεαλιστική προσομοίωση συστημάτων ενεργού ιλύος, αφού είναι η κυρίως υπεύθυνη
διεργασία για τη ρεαλιστική προσομοίωση της χρονικής και χωρικής εξάρτησης της
κατανομής του αποδέκτη ηλεκτρονίων. Έτσι ένα μεγάλο μέρος της προσπάθειας κατά
την ανάπτυξη του μοντέλου αφιερώθηκε σ΄αυτό ακριβώς το ζήτημα. Οι
σημαντικότερες αλλαγές στην προσομοίωση συστημάτων ενεργού ιλύος που έγιναν
τα τελευταία χρόνια πραγματοποιήθηκαν σ΄αυτό το σημείο, δηλαδή στην ανάπτυξη
εξισώσεων που αναπαριστούν τη “δίαιτα” των παγιδευμένων σωματιδιακών ή
αποθηκευμένων διαλυμένων τροφών. Μία προσεκτική παρατήρηση στη διαθέσιμη
Βέλιου Ελισάβετ
69
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
βιβλιογραφία, δείχνει ότι η έρευνα πολύ λίγο προχώρησε στις κινητικές και τους
μηχανισμούς της διάσπασης της σωματιδιακής οργανικής ύλης.
Οι περισσότερες έρευνες αντιμετώπισαν συνολικά την προσομοίωση σύνθετων
συστημάτων ενεργού ιλύος με αποτέλεσμα να καθίσταται δυσχερής η διερεύνηση των
μηχανισμών που συντελούνται κατά την υδρόλυση του σωματιδιακού υλικού.
Παρόλα αυτά φαίνεται ότι κάποιες υποθέσεις είναι αναγκαίες και αρκετά βάσιμες
ώστε το όλο μοντέλο να δίνει ρεαλιστικές κατανομές του αποδέκτη ηλεκτρονίων.
Μία είναι ότι η ταχύτητα υδρόλυσης βρίσκεται σε πρώτης τάξης αναλογία προς την
ενεργή υφιστάμενη ετεροτροφική βιομάζα. Μία άλλη είναι ότι η ταχύτητα της
διεργασίας μεγαλώνει και τείνει σε σταθερή μέγιστη τιμή, όσο ο λόγος του
προσροφημένου υλικού προς την προσροφούσα βιομάζα αυξάνεται (Σχήμα 5.4).
Τέλος λόγω της ανάγκης ενζυμικής σύνθεσης, θα πρέπει ο ρυθμός να εξαρτάται από
τη συγκέντρωση του υφιστάμενου αποδέκτη ηλεκτρονίων. Επειδή δεν υπήρχαν
πληροφορίες για το τι συμβαίνει στην υδρόλυση κάτω από αναερόβιες συνθήκες,
εκτός από τις περιορισμένες γνώσεις για την αποσύνθεση που αναφέρθηκαν
παραπάνω, έγινε η παραδοχή ότι ο ρυθμός τείνει στο μηδέν με απουσία οξυγόνου και
νιτρικών. Όλα τα παραπάνω όπως φαίνεται και στην 7η γραμμή του Πίνακα 5.1 έχουν
ενσωματωθεί στο μοντέλο.
Το οργανικό άζωτο δεχόμαστε ότι διανέμεται ομοιόμορφα σε όλη την αργά
βιοδιασπάσιμη τροφή και έτσι ο ρυθμός υδρόλυσης του προσροφημένου οργανικού
αζώτου είναι ανάλογος του ρυθμού υδρόλυσης της αργά βιοδιασπάσιμης τροφής.
Ο ρυθμός υδρόλυσης της προσροφημένης οργανικής ύλης δίνεται από τη σχέση 4 και
ο ρυθμός υδρόλυσης του προσροφημένου οργανικού αζώτου δίνεται από τη σχέση 5,
ενώ στο Σχήμα 5.5 φαίνεται η μεταβολή του ρυθμού της υδρόλυσης της τροφής ως
συνάρτηση του ποσοστού της αργά βιοδιασπάσιμης ύλης που είναι προσροφημένη
στη βιομάζα.
XS/XB,H
So
KO,H
SNO
ρ7 = Kh ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ [ ⎯⎯⎯⎯ + nn ⎯⎯⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯ ] XB,H
KX+(XS/XB,H)
Βέλιου Ελισάβετ
KO,H+SΟ
KO,H+ SΟ
(4)
KNO+ SNO
70
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ΧΝD
ρ8 = ρ7 ⎯⎯⎯⎯
(5)
XS
Σχήμα 5.5: Μεταβολή του ρυθμού υδρόλυσης συναρτήσει του λόγου XS/XB,H
5.4 Χαρακτηρισμός των λυμάτων και εκτίμηση των τιμών των παραμέτρων του
μοντέλου
5.4.1 Γενικά
Ένα μοντέλο για να είναι χρήσιμο για το σχεδιασμό και τη λειτουργία ενός
συστήματος επεξεργασίας αποβλήτων, θα πρέπει να είναι σε θέση να εκτιμά τις τιμές
των χαρακτηριστικών παραμέτρων των λυμάτων καθώς και τις συγκεντρώσεις
απαραιτήτων συστατικών στην εισροή. Όπως αναφέρθηκε στην αναλυτική περιγραφή
του μοντέλου, αυτό περιέχει 13 συστατικά από τα οποία αν εξαιρέσουμε το Xp, όλα
τα υπόλοιπα μπορεί να εμφανιστούν στην εκροή.
Στην προτεινόμενη σημειογραφία που υιοθετήθηκε χρησιμοποιούνται αριθμητικοί
δείκτες για να υποδείξουν τις συγκεντρώσεις των διαφόρων συστατικών στις
διάφορες θέσεις μέσα στο σύστημα. (Grau et al., 1982)
Θεωρώντας ότι κάποια μορφή προεπεξεργασίας έχει προηγηθεί του συστήματος
βιολογικής επεξεργασίας, για τις συγκεντρώσεις της εισροής στο βιοσύστημα
Βέλιου Ελισάβετ
71
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
χρησιμοποιείται ο δείκτης 1. Έτσι για παράδειγμα τη συγκέντρωση της αργά
βιοδιασπάσιμης ύλης στην εισροή συμβολίζεται με XS1.
Επίσης, στον Πίνακα 5.1 υπάρχουν 19 παράμετροι, 5 από τις οποίες είναι
στοιχειομετρικές και 14 κινητικές. Μερικές από αυτές διαφοροποιούνται ελάχιστα
από λύματα σε λύματα και μπορούμε να θεωρήσουμε ότι είναι σταθερές.
5.4.2 Διαδικασία εκτίμησης κινητικών παραμέτρων
Ο λόγος χρησιμοποίησης των δύο συντελεστών κορεσμού KO,H και ΚΝΟ είναι η
λειτουργία τους σαν “διακόπτες” για να σταματούν την αερόβια ανάπτυξη των
ετεροτροφικών και να ξεκινούν την ανοξική ανάπτυξη, όσο η συγκέντρωση του
διαλυμένου οξυγόνου μειώνεται.
Ομοίως και ο συντελεστής κορεσμού για τους αυτοτροφικούς οργανισμούς ΚΟ,Α
χρησιμεύει σαν “διακόπτης” για να σταματάει τη νιτροποίηση όταν η στάθμη του
διαλυμένου οξυγόνου πέφτει χαμηλά.. Γίνεται κατανοητό, επομένως, ότι οι ακριβείς
τιμές αυτών των στοιχειομετρικών συντελεστών δεν είναι τόσο κρίσιμες με την
προϋπόθεση βέβαια ότι θα έχουν τη σωστή τάξη μεγέθους. Αυτό σημαίνει ότι δεν
είναι αναγκαία η εκτίμηση αυτών των παραμέτρων κατά περίπτωση, αλλά είναι
προτιμότερη η χρήση σταθερών τιμών από την υπάρχουσα βιβλιογραφία.
Η πιο χρήσιμη παράμετρος για το χαρακτηρισμό της ανάπτυξης της αυτοτροφικής
βιομάζας είναι η μέγιστη ειδική ταχύτητα ανάπτυξης μΑ. Είναι αρκετά πιο ευαίσθητη
στα συστατικά που υπάρχουν στα λύματα από τη σταθερά κορεσμού ΚΝΗ. Επίσης
βάσει αυτής καθορίζεται ο ελάχιστος χρόνος παραμονής στερεών κάτω από το οποίο
δεν μπορούν να παραμείνουν στο σύστημα οι νιτροποιητές και επομένως είναι
απαραίτητη η ακριβής της μέτρηση. Η προτεινόμενη μέθοδος για τη μέτρηση της μΑ
πραγματοποιείται μέσω μιας δυναμικής δοκιμής σε έναν από τους πλήρους μίξης
αντιδραστήρες.
Αντίθετα με ότι συμβαίνει για την ετεροτροφική αποσύνθεση, ο ειδικός ρυθμός
αποσύνθεσης για τα αυτοτροφικά βακτηρίδια στο μοντέλο αυτό είναι αριθμητικά ίσος
Βέλιου Ελισάβετ
72
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
με την παραδοσιακή σταθερά αποσύνθεσης bA. Αυτό αποδίδεται στο γεγονός ότι η
επανακυκλοφορία της οργανικής ύλης που προκαλείται από την αποσύνθεση,
οφείλεται αποκλειστικά στη δράση της ετεροτροφικής βιομάζας και όχι της
αυτοτροφικής. Από διερευνήσεις προέκυψε το συμπέρασμα ότι είναι πολύ δύσκολη η
μέτρηση του bA και προτείνεται ένα διάστημα τιμών από 0,05 έως 0,15 day-1 για τις
περισσότερες περιπτώσεις συστημάτων ενεργού ιλύος.
Ο συντελεστής κορεσμού για τους νιτροποιητές KNH υπολογίζεται με τη μέθοδο
Williamson and McCarthy (1975).
Ο συντελεστής αποσύνθεσης της ετεροτροφικής βιομάζας bH είναι πολύ σημαντικός
για την πρόβλεψη της παραγόμενης λάσπης και της απαίτησης οξυγόνου και
επομένως θα πρέπει να υπολογίζεται κάθε φορά για την συγκεκριμένη λάσπη.
Δύο σημαντικές παράμετροι για την πρόβλεψη της απονιτροποίησης είναι οι ng και
nh. Ο πρώτος ng είναι ένας διορθωτικός παράγοντας ο οποίος προσαρμόζει το
μοντέλο τόσο για τυχόν αλλαγές του μΗ που σχετίζονται με τις ανοξικές συνθήκες,
όσο και για το γεγονός ότι ενδεχόμενα μόνο ένα μέρος της βιομάζας μπορεί να
απονιτροποιήσει.
Ο δεύτερος nh είναι ένας διορθωτικός παράγοντας ο οποίος προσαρμόζει το μοντέλο
βάσει της παρατήρησης ότι η υδρόλυση της αργά βιοδιασπάσιμης οργανικής ύλης
πραγματοποιείται πιο αργά κάτω από ανοξικές συνθήκες απ΄ ότι κάτω από αερόβιες
συνθήκες. Οι δύο αυτοί διορθωτικοί παράγοντες έχουν διαφορετικές τιμές με τον nh
να είναι μικρότερος του ng. (Dold and Marais, 1986)
Η δοκιμή για τον υπολογισμό των δύο αυτών παραμέτρων εκτελείται συγχρόνως με
την εκτίμηση του ρυθμού κατανάλωσης του οξυγόνου και των νιτρικών σε δύο
ισοδύναμους εργαστηριακούς αντιδραστήρες των οποίων η μόνη διαφορά έγκειται
στη φύση του τελικού αποδέκτη ηλεκτρονίων. Στον ένα υπάρχει οξυγόνο και
επομένως επικρατούν αερόβιες συνθήκες και στον άλλο υπάρχει νιτρικό άζωτο,
δηλαδή επικρατούν ανοξικές συνθήκες.
Βέλιου Ελισάβετ
73
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Οι παράμετροι που περιγράφουν την ανάπτυξη της βιομάζας μΗ και KS είναι δύσκολο
να εκτιμηθούν με ακρίβεια αλλά δεν είναι τόσο κρίσιμοι, αφού όπως έχει αποδειχθεί
το μοντέλο δεν είναι ευαίσθητο σ΄ αυτούς.
Βασικός σκοπός του μΗ είναι η πρόβλεψη του μέγιστου ρυθμού κατανάλωσης
οξυγόνου (OUR) και επομένως οι μετρήσεις του μΗ θα πρέπει να βασίζονται
πρωτίστως σε μετρήσεις του ρυθμού κατανάλωσης οξυγόνου (OUR) παρά στην
ανάπτυξη της βιομάζας ή την απομάκρυνση της τροφής. Η συγκέντρωση της εύκολα
βιοδιασπάσιμης τροφής στην εκροή σε ένα σύστημα ενεργού ιλύος είναι γενικά
αρκετά χαμηλή και επομένως δεν είναι ιδιαίτερα κρίσιμη για τον υπολογισμό της
συγκέντρωσης της βιομάζας και του ρυθμού κατανάλωσης οξυγόνου (OUR) που
προσομοιώνονται με ιδιαίτερη ακρίβεια. Η κύρια λειτουργία του KS είναι σαν
“διακόπτης” μεταξύ της 1ης και της μηδενικής τάξης κινητικής για την ανάπτυξη της
ετεροτροφικής βιομάζας και της κατανάλωσης της τροφής.
Τέλος, οι μόνοι παράμετροι που απέμειναν είναι ο μέγιστος ειδικός ρυθμός
υδρόλυσης Kh, ο συντελεστής κορεσμού ΚΧ για την υδρόλυση της αργά
βιοδιασπάσιμης οργανικής ύλης και ο ρυθμός αμμωνιοποίησης Κα. Σε αντίθεση με τα
μΗ και KS αυτές οι παράμετροι είναι σχετικά ανεξάρτητες από τη διαμόρφωση του
βιοαντιδραστήρα.
Η καλύτερη μέθοδος για τον υπολογισμό των Kh και ΚΧ είναι μέσω ρύθμισης της
πρόβλεψης
του μοντέλου σε αντίστοιχα πειραματικά δεδομένα κατανάλωσης
οξυγόνου. Αφού όλες οι άλλοι παράμετροι έχουν ήδη προσδιορισθεί οι μόνοι
άγνωστοι που προσδιορίζονται με τη ρύθμιση είναι οι δύο παράμετροι της
υδρόλυσης. Ένα παρόμοιο πείραμα όπου η νιτροποίηση αναχαιτίζεται χρησιμεύει για
τον υπολογισμό του ρυθμού αμμωνιοποίησης, βασιζόμενο στην απελευθέρωση
αμμωνίας από διαλυμένο οργανικό άζωτο κατά την περίοδο της μη-ύπαρξης τροφής.
5.4.3 Τυπικές τιμές των παραμέτρων
Οι τιμές των παραμέτρων που εκτιμώνται παρά υπολογίζονται για κάθε περίπτωση
παρουσιάζονται στον Πίνακα 5.2.
Βέλιου Ελισάβετ
74
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Ο συντελεστής παραγωγής αυτοτροφικής βιομάζας ΥΑ είναι μία συνδυασμένη
παράμετρος για την ανάπτυξη των βακτηριδίων Nitrosomonas sp. και Nitrobacter sp.
Τιμές για τον ΥΑ που αναφέρονται στην βιβλιογραφία κυμαίνονται από 0.07 μέχρι
0.28 gr δημιουργούμενου COD/g οξειδωμένου Ν. Η θεωρητική τιμή που προτείνεται,
δεδομένου ότι 4,33 gr οξυγόνου απαιτούνται για κάθε νιτρικών που δημιουργούνται,
είναι 0.24 gr δημιουργούμενου COD/gr οξειδωμένου Ν.
Όπως έχει ήδη σημειωθεί είναι δύσκολη η μέτρηση του ειδικού συντελεστή
αποσύνθεσης bA για την αυτοτροφική βιομάζας. Εάν και έχουν αναφερθεί τιμές
μεταξύ 0.05 και 0.15 day-1, λίγα είναι γνωστά για την τιμή του bA.
Ο συντελεστής fp αντιπροσωπεύει το ποσοστό της βιομάζας που μετατρέπεται σε
αδρανή σωματιδιακά προϊόντα λόγω της αποσύνθεσης. Τυπικά περίπου το 20% της
δημιουργούμενης βιομάζας θεωρείται ότι συνεισφέρει στο αδρανές σωματιδιακό
COD και επομένως η τιμή 0.20 χρησιμοποιείται για τον fp. Θα πρέπει να σημειωθεί,
παρ΄όλα αυτά, ότι η αποσύνθεση συνεπάγεται επανακυκλοφορία της βιομάζας μέσω
του κύκλου σύνθεσης-επαναδιάλυσης. Έτσι για να πάρει το παρατηρούμενο ποσοστό
των αδρανών προϊόντων που δημιουργούνται ανά μονάδα πτητικών αιωρούμενων
στερεών ανάμικτου υγρού (MLVSS) την τιμή 0.20, το ποσοστό αυτών που
πραγματικά δημιουργούνται
κατά τη διάρκεια κάθε κύκλου θα πρέπει να είναι
λιγότερο από 20%. Αυτό συνεπάγεται από το γεγονός ότι το παρατηρούμενο ποσοστό
ισούται με:
fp/1-YH(1-fp).
Εάν το παρατηρούμενο ποσοστό είναι 20% τότε η τιμή του fp για το μοντέλο αυτό θα
πρέπει να είναι περίπου 0.08.
Δύο ακόμη στοιχειομετρικούς συντελεστές των οποίων οι τιμές εκτιμώνται παρά
υπολογίζονται είναι η μάζα αζώτου στα αδρανή σωματιδιακά προϊόντα. Για την
τυπική σύσταση ενός κυττάρου C5H2O2N, η τιμή του
Βέλιου Ελισάβετ
iXB θα είναι 0.086 gN/gr
75
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
cell COD. Πιθανότατα τα αδρανή σωματιδιακά προϊόντα περιέχουν λιγότερο άζωτο
και επομένως μία κατάλληλη τιμή για το iXP είναι 0.06 grN/grCOD.
Όπως έχει συζητηθεί σε προηγούμενο κεφάλαιο, σκοπός των συντελεστών κορεσμού
για τους αποδέκτες ηλεκτρονίων είναι να λειτουργούν σαν διακοπτόμενες λειτουργίες
για να ξεκινούν και να σταματούν την αερόβια και την ανοξική ανάπτυξη ανάλογα με
τη διακύμανση της συγκέντρωσης του οξυγόνου και των νιτρικών. Ο συντελεστής
κορεσμού για το διαλυμένο οξυγόνο KO,H δεν έχει διευκρινισθεί πλήρως αλλά είναι
γνωστό ότι μεταβάλλεται σημαντικά από οργανισμό σε οργανισμό. Για παράδειγμα ο
Lau (1984) αναφέρει μία τιμή 0.15 grO2/m3 για το βακτηρίδιο Sphaeratilus natans.
Λόγω της σπουδαιότητάς του για την πλήρη περιγραφή των κινητικών της
απονιτροποίησης, αρκετή έρευνα έχει επικεντρωθεί για την εύρεση του πεδίου τιμών
του ΚΝΟ. Στις περισσότερες περιπτώσεις η απονιτροποίηση είναι μηδενικού βαθμού
ως προς τη συγκέντρωση των νιτρικών. Ένα τυπικό εύρος τιμών είναι από 0.1 μέχρι
0.2 gNO3-N/m3. Ο συντελεστής κορεσμού για την επίδραση του οξυγόνου στην
αυτοτροφική βιομάζα είναι σημαντικός λόγω των συνεπειών που μπορούν να έχουν
για την αυτοτροφική βιομάζα οι χαμηλές συγκεντρώσεις του διαλυμένου οξυγόνου.
Στη βιβλιογραφία αναφέρονται τιμές που κυμαίνονται μεταξύ 0.5 και 2.0 grO2/m3. Ο
Parker et al. (1975) χρησιμοποιούσε την τιμή 1.3 grO2/m3.
Οι παράμετροι οι οποίες πρέπει να υπολογίζονται κάθε φορά για διαφορετικά λύματα
παρουσιάζονται στον Πίνακα 5.2. Επίσης σημειώνεται και η σειρά με την οποία θα
πρέπει να υπολογίζονται.
Ο συντελεστής απόδοσης ετεροτροφικής βιομάζας ΥH εξαρτάται τόσο από τη φύση
της τροφής, όσο και από τον αριθμό των μικροοργανισμών που πραγματοποιούν τη
διάσπαση της τροφής. Για διάφορες αμιγείς καλλιέργειες αναπτυσσόμενες σε
διαφορετικές τροφές η τιμή του ΥΗ παρουσιάζεται μεταξύ 0.46 και 0.69 gr
δημιουργούμενων κυττάρων σαν καταναλισκόμενης τροφής σαν COD. Τιμές του ΥΗ
για μικτές καλλιέργειες αναπτυσσόμενες σε διαφορετικές τροφές έχουν βρεθεί στο
ίδιο εύρος τιμών. Η ύπαρξη υπολογίσιμων συγκεντρώσεων μικροοργανισμών στα
εισερχόμενα λύματα οι οποίες στις περισσότερες περιπτώσεις δεν ανιχνεύονται κατά
Βέλιου Ελισάβετ
76
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
το χαρακτηρισμό των λυμάτων επηρεάζει τη τιμή του ΥΗ. Μέχρι σήμερα πολύ λίγα
είναι γνωστά για αυτή την επίδραση.
Η παράμετρος μΑ είναι μία από τις κρισιμότερες του μοντέλου καθώς καθορίζει το
χρόνο παραμονής στερεών στον οποίο λαμβάνει μέρος έκπλυση των αυτοτροφικών
μικροοργανισμών. Επειδή η νιτροποίηση προσομοιώνεται σαν διεργασία ενός
βήματος και αφού τα Nitrobacter sp. θεωρείται ότι έχουν υψηλότερους μέγιστους
ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης από τα Nitrosomonas sp., η τιμή του μΑ σχετίζεται με
την απομάκρυνση του αμμωνιακού αζώτου που αντιστοιχεί στην ανάπτυξη των
Nitrosomonas sp. Οι τιμές που αναφέρονται στη βιβλιογραφία κυμαίνονται μεταξύ
0.34 και 0.65 day-1 για ανάμικτες καλλιέργειες που οξειδώνουν το αμμωνιακό άζωτο
κάτω από τις βέλτιστες εργαστηριακές συνθήκες. Επειδή η αυτοτροφική βιομάζα
επηρεάζεται από αρκετούς περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως το pH και η
θερμοκρασία, είναι σημαντικό η ακριβής τιμή του μΑ για τα συγκεκριμένα λύματα να
μετρείται.
Ο συντελεστής αποσύνθεσης της ετεροτροφικής βιομάζας είναι σημαντικός επειδή
έχει
μεγάλη επίδραση στον υπολογισμό της συγκέντρωσης της βιομάζας. Σε
προηγούμενες προσομοιώσεις δεν λαμβάνονται υπόψη η επανακυκλοφορία της
τροφής λόγω αποσύνθεσης με τον ίδιο τρόπο που έχει υιοθετηθεί στο μοντέλο της
IAWQ.
Συνεπώς είναι δύσκολο να συγκριθούν τιμές του συντελεστή αποσύνθεσης της
ετεροτροφικής βιομάζας που χρησιμοποιήθηκαν σε παλαιότερα μοντέλα μ΄ αυτές που
χρησιμοποιούνται στο παρόν μοντέλο. Επειδή το εύρος των τιμών που κυμαίνεται ο
bH είναι μεγάλο, προτείνεται η μέτρησή του για κάθε είδος λυμάτων.
Ο συντελεστής διόρθωσης για την απονιτροποίηση ng συμπεριλαμβάνεται στο
μοντέλο για να δείξει ότι είτε ο μέγιστος ρυθμός απομάκρυνσης της εύκολαβιοδιασπάσιμης τροφής ανά μονάδα βιομάζας είναι μικρότερος κάτω από ανοξικές
συνθήκες είτε ότι δεν απονιτροποιούν όλα τα ετεροτροφικά βακτηρίδια.
Βέλιου Ελισάβετ
77
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Εάν και δεν υπάρχουν αρκετές μετρήσεις αυτής της παραμέτρου προτείνονται τιμές
μεταξύ 0.6 και 1.0.
Δύο άλλες παράμετροι που καταγράφονται στον Πίνακα 5.2 είναι οι μΗ και KS που
περιγράφουν την ανάπτυξη της ετεροτροφικής βιομάζας. Εξαρτώνται και οι δύο σε
σημαντικό βαθμό από τη φύση των λυμάτων και επομένως το εύρος των τιμών τους
που αναφέρονται στη βιβλιογραφία είναι μεγάλο. Επιπλέον, επηρεάζονται και από τη
μορφή των βιοαντιδραστήρων. Έτσι για το μΗ προτείνονται τιμές στο διάστημα 313.2day-1 και για τον Ks από 10 μέχρι 180 g/m3.
Ο μέγιστος ειδικός ρυθμός υδρόλυσης Kh, ο συντελεστής κορεσμού για την υδρόλυση
της αργά-βιοδιασπάσιμης τροφής KX και ο ρυθμός αμμωνιοποίησης Κα είναι σχετικά
νέες παράμετροι για τις οποίες πολύ λίγες πληροφορίες υπάρχουν.
Η παράμετρος nh χρησιμοποιείται για να μειώσει τον μέγιστο ειδικό ρυθμό
υδρόλυσης κάτω από ανοξικές συνθήκες. Προτείνεται η τιμή 0.4 (Dold and Marais,
1986).
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι τιμές που δίνονται στον Πίνακα 5.2 θεωρούνται
τυπικές για ουδέτερο pH και για αστικά λύματα. Επίσης θα πρέπει να τονιστεί ότι οι
τιμές πολλών παραμέτρων επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από τις περιβαλλοντικές
συνθήκες. Έτσι αν και προτείνεται η χρήση αυτών των τιμών ελλείψει
συγκεκριμένων πληροφοριών, είναι προφανές ότι η υιοθέτησή τους θα πρέπει να
γίνεται μετά από προσεκτική αξιολόγηση των εκάστοτε δεδομένων.
Oι τυπικές τιμές των παραμέτρων που αναλύθηκαν παραπάνω και οι οποίες
προτείνονται από την ομάδα εργασίας της IWA παρουσιάζονται στον Πίνακα 5.2 που
ακολουθεί στην επόμενη σελίδα.
Βέλιου Ελισάβετ
78
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Πίνακας 5.2: Τυπικές τιμές των παραμέτρων για ουδέτερο pH
Σύμβολο
Μονάδες
Τιμή
Τιμή
(20°C)
(10°C)
0,240
0,240
0,670
0,670
Στοιχειομετρικές
παράμετροι
ΥΑ
gr δημιουργούμενου κυττάρου COD
(gr οξειδωμένου Ν)
ΥΗ
-1
gr δημιουργούμενου κυττάρου COD
(gr οξειδωμένου COD)-1
fp
αδιάστατο
0,080
0,080
iXB
gr N (gr COD)-1, στη βιομάζα
0,086
0,086
iXP
gr N (gr COD)-1, στην ενδογενή μάζα
0,060
0,060
Κινητικές
παράμετροι
μΗ
ημέρα-1
KS
gr COD m-3
KΟ,Η
6,00
3,00
20,00
20,00
gr O2m-3
0,20
0,20
KΝΟ
gr NO3-N m-3
0,50
0,50
bH
ημέρα-1
0,62
0,20
ng
αδιάστατο
0,80
0,80
nh
αδιάστατο
0,40
0,40
Kh
gr εύκολα βιοδιασπάσιμου COD
3,00
1,00
0,03
0,01
0,80
0,30
(gr κυττάρου COD ημέρα)-1
KX
gr εύκολα βιοδιασπάσιμου COD
(gr κυττάρου COD)-1
μA
ημέρα-1
-3
KNH
grNH3-Nm
1,00
1,00
KO,A
grO2m-3
0,40
0,40
Kα
m3COD (gr ημέρα)-1
0,08
0,04
Βέλιου Ελισάβετ
79
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΕΝΩΝ
ΣΕΝΑΡΙΩΝ
Βέλιου Ελισάβετ
80
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
6.1 Εισαγωγή
Στο
παρόν
κεφάλαιο
παρουσιάζεται
η
μαθηματική
προσομοίωση
και
η
βελτιστοποίηση της λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας Λυμάτων της Χίου.
Μέσω αυτής, με εφαρμογή διάφορων προσομοιωμένων σεναρίων, εντοπίστηκε η
μέγιστη δυναμικότητα της εγκατάστασης, η ευελιξία της λειτουργικότητάς της υπό
την παροχή σχεδιασμού καθώς και η μέγιστη δυναμικότητά της για τον βέλτιστο
χρόνο παραμονής των στερεών στον βιολογικό αντιδραστήρα.
Στο κατωτέρω σχήμα παρουσιάζεται το απλοποιημένο διάγραμμα ροής της
εγκατάστασης, όπως αυτό συμπεριλαμβάνεται στο μοντέλο της μαθηματικής
προσομοίωσης, με προστιθέμενη τη γραμμή επεξεργασίας της λάσπης. Έτσι,
ακολουθώντας τη ροή αυτού, παρακάτω παρατίθενται εν σειρά τα στοιχεία της
εκάστοτε μονάδας.
Q-W
r' x Q
Q
Ανοξική
Qολικό
Aερόβια
rxQ
Αφυδάτωση
Χλωρίωση
FS
Q+rxQ
W
Πάχυνση
Σχήμα 6.1: Διάγραμμα ροής της εγκατάστασης
Βέλιου Ελισάβετ
81
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ƒ
Συνολικός όγκος βιολογικού αντιδραστήρα:
Ο συνολικός όγκος περιλαμβάνει τον όγκο της ανοξικής δεξαμενής και της
δεξαμενής αερισμού και για τις δύο γραμμές επεξεργασίας:
( 794 m³ + 2.646 m³ ) x 2 γραμμές επεξεργασίας = 6.880 m³
ƒ
Αντλίες εσωτερικής ανακυκλοφορίας:
Αριθμούνται 3 φυγοκεντρικές αντλίες εσωτερικής ανακυκλοφορίας, όπου η 1
είναι εφεδρική, εκάστης δυναμικότητας 300 m³/hr.
ƒ
Αντλίες εξωτερικής ανακυκλοφορίας:
Αριθμούνται 2 κοχλιωτές αντλίες εξωτερικής ανακυκλοφορίας, εκάστης
δυναμικότητας 0,09 m³/sec.
ƒ
Αντλίες περίσσειας ιλύος:
Αριθμούνται 2 υποβρύχιες αντλίες απομάκρυνσης της περίσσειας ιλύος, όπου
η 1 είναι εφεδρική, εκάστης δυναμικότητας 60 m³/hr.
ƒ
Συνολική επιφάνεια των δεξαμενών καθίζησης:
Η εγκατάσταση περιλαμβάνει 2 δεξαμενές καθίζησης με συνολική επιφάνεια:
380 m² x 2 γραμμές επεξεργασίας = 760 m²
ƒ
Παχυντής βαρύτητας:
Η εγκατάσταση περιέχει 1 παχυντή βαρύτητας διαμέτρου 9 m και επιφάνειας
63,5 m²
ƒ
Αντλίες παχυμένης λάσπης:
Αριθμούνται 2 αντλίες θετικού εκτοπίσματος εκάστης δυναμικότητας 2 -10
m³/hr.
Βέλιου Ελισάβετ
82
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ƒ
Χλωρίωση:
Η εγκατάσταση περιλαμβάνει 1 δεξαμενή χλωρίωσης όγκου 190 m³, όπου τα
επεξεργασμένα λύματα οδηγούνται με φυσική ροή μετά το κανάλι μέτρησης
της παροχής.
ƒ
Φυσητήρες/Διαχυτήρες:
Υπάρχουν 5 φυσητήρες, όπου ο 1 είναι εφεδρικός, εκάστης δυναμικότητας
2.010 Νm³/hr. Επίσης, υπάρχουν 8 δίκτυα αερισμού, 4 ανά βιοαντιδραστήρα,
όπου το καθένα είναι εξοπλισμένο με 96 ζεύγη κεραμικών διαχυτήρων
Brandal, μήκους 2 x 0.75 m ανά ζεύγος, εκάστης δυναμικότητας 8 Νm3/m/hr.
Αφού δόθηκαν τα κατασκευαστικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά των μονάδων,
στον κατωτέρω πίνακα υπενθυμίζονται οι απαιτήσεις εκροών που πρέπει να
ικανοποιούνται βάσει της Οδηγίας 91/271 της Ε.Ε όπως αυτή έχει εναρμονιστεί στο
Ελληνικό Δίκαιο μέσω της ΚΥΑ 5673/400/1997 ‘Μέτρα και Όροι για την
Επεξεργασία των Λυμάτων’.
Πίνακας 6.1: Όρια εκροής ΕΕΛ Χίου σύμφωνα με την ΚΥΑ 5673/400/1997
Παράμετρος
Όριο ΚΥΑ 5673
BOD5, mg/l
25
COD, mg/l
125
TSS, mg/l
35
NH4-N, mg/l
5
NO3-N, mg/l
15
Έτσι, στα σενάρια που εφαρμόστηκαν κατωτέρω, ως κριτήρια αξιολόγησης αυτών
τέθηκαν η ικανοποίηση των ορίων εκροής του Πίνακα 6.1, ο χρόνος παραμονής των
στερεών (Θc) να μην προκύπτει μικρότερος από 15 ημέρες ώστε να είναι επαρκώς
σταθεροποιημένη η λάσπη και η συγκέντρωση των αιωρούμενων στερεών του
ανάμικτου υγρού (MLSS) να κυμαίνεται από 5.000-5.500 mg/l.
Βέλιου Ελισάβετ
83
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
6.2 Κλασματοποίηση του COD
Έχοντας συγκέντρωση σχεδιασμού BOD5 = 257 mg/l
και θεωρώντας λόγο
COD/BOD5=2 προκύπτει COD = 514 mg/l. Στον πίνακα που ακολουθεί
παρουσιάζεται η κλασματοποίηση του COD και για άλλες χώρες πέραν της Ελλάδας
(Νουτσόπουλος, 1994)
Πίνακας 6.2:Κλασματοποίηση του COD
ΧΩΡΑ/ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ
Ανεπεξέργαστα λύματα
Νότια Αφρική
Ελβετία
Ουγγαρία
Δανία
Γαλλία, πιλοτικό
Γαλλία, Valenton
Ελβετία, Flawil (22°C)
Ελβετία,Tuffenwies (22°C)
Ελβετία, Dietikon (22°C)
Δανία, Lundtofte
Ελλάς, Μεταμόρφωση
Πρωτοβάθμια επεξεργασμένα
λύματα
Δανία, Lundtofte
Ελβετία, Zurich
Νότια Αφρική
Ελλάς, Μεταμόρφωση
Ελλάς, Ψυττάλεια
Ελλάς, ΕΕΛ Βόλου
Ελλάς, Ψυττάλεια
Βέλιου Ελισάβετ
SI
SRB
XS
XI
Βιβλιογραφική πηγή
5
11
9
8
10
6
20
10
12
2
6
20
32
29
24
26
69
11
7
8
20
14
62
45
43
49
31
17
60
75
70
60
66
13
11
20
19
13
8
9
8
10
18
14
Ekama et al, 1986
Henze et al, 1987
Henze et al, 1987
Henze et al, 1987
Lesouef et al, 1992
Lesouef et al, 1992
Kappeler & Gujer, 1992
Kappeler & Gujer, 1992
Kappeler & Gujer, 1992
Henze et al, 1992
ΚΕΡΕΦΥΤ, 1995
3
10
8
8
12
21
9
29
16
28
18
27
23
20
57
65
60
68
55
50
65,5
11
9
4
6
6
6
6
Henze et al, 1992
Sollfrank, 1988
Ekama et al, 1986
ΚΕΡΕΦΥΤ, 1995
Ψυττάλεια, 1999-2000
Βόλος, 2001
Ψυττάλεια, 2004
84
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
6.3 1ο Σενάριο: Προσομοίωση με τα φορτία σχεδιασμού στους 18 °C
Στο πρώτο σενάριο εφαρμόστηκαν τα φορτία σχεδιασμού (Q = 7.600 m³/ημ, BOD
= 257 mg/l, COD = 514 mg/l), εσωτερική επανακυκλοφορία 150 % και εξωτερική
100 %, ώστε να μην ξεπερνάται η δυναμικότητα των αντλιών. Στο σχήμα που
ακολουθεί φαίνεται το διάγραμμα ροής για τις συγκεντρώσεις και την παροχή
σχεδιασμού Q = 7.600 m³/day.
Q-W = 7.342 m3/day
1,5 x 7.600 = 11.400 m3/day
Q = 7.600 m3/day
AS1
26.600 m3/day
AS2
FS
15.200 m3/day
1 x 7.600 = 7.600 m3/day
W = 258 m3/day
Σχήμα 6.2: Διάγραμμα ροής 1ου σεναρίου
Στον πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της μαθηματικής
προσομοίωσης του 1ου σεναρίου. Ο πίνακας περιλαμβάνει τους όγκους των
δεξαμενών, το χρόνο παραμονής των στερεών, τις συγκεντρώσεις των παραμέτρων
της εκροής, την ποσότητα της λάσπης, τη ζήτηση του οξυγόνου, τη συγκέντρωση των
στερεών στη λάσπη, την υδραυλική φόρτιση και τη φόρτιση των στερεών της
δεξαμενής καθίζησης.
Βέλιου Ελισάβετ
85
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Πίνακας 6.3: Αποτελέσματα μαθηματικής προσομοίωσης για τα φορτία σχεδιασμού
Παράμετρος
Μέγεθος
Μονάδες
Συνολικός όγκος βιολογικών αντιδραστήρων
6.880
m³
Συνολικός όγκος αερόβιων αντιδραστήρων
5.292
m³
Συνολικός όγκος ανοξικών αντιδραστήρων
1.588
m³
Ολικό Θc
14
days
MLSS
4.550
mg/l
COD
41
mg/l
NH4-N
1,1
mg/l
NO3-N
13,8
mg/l
TSS
6,4
mg/l
Υδραυλική Φόρτιση
10
m³/m²-day
Φόρτιση Στερεών
91
Kg SS/m²-day
Περίσσεια ιλύος
258
m³/day
Συγκέντρωση στερεών στη λάσπη
8.775
mg/l
Ζήτηση οξυγόνου
216,72
ΚgO2/hr σε
συνθήκες πεδίου
6.4 2ο Σενάριο: Προσομοίωση με Θc =15 ημέρες και εκείνη την παροχή που δίνει
οριακή τιμή των MLSS στους 18 °C
Αφού διαπιστώθηκε ότι η εγκατάσταση λειτουργεί ικανοποιητικά υπό την παροχή
σχεδιασμού, εφαρμόστηκε το επόμενο σενάριο του οποίου σκοπός είναι να εντοπίσει
εκείνη την παροχή υπό την οποία η εγκατάσταση λειτουργεί οριακά με Θc =15
ημέρες, δηλαδή τη μέγιστη δυναμικότητα αυτής. Συνεπώς, διατηρώντας χρόνο
παραμονής των στερεών στο βιολογικό αντιδραστήρα ίσο με 15 ημέρες αναζητούνται
τα όρια της εγκατάστασης (οριακή τιμή των MLSS = 5.500 mg/l). Η παροχή αυτή
βρέθηκε ότι είναι τα 8.400 m³/day
Βέλιου Ελισάβετ
86
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Q-W = 8.177 m3/day
1,5 x 8.400 = 12.600 m3/day
Q = 8.400 m3/day
AS1
31.350 m3/day
AS2
FS
16.000 m3/day
0,9 x 8.400 = 7.560 m3/day
W = 223 m3/day
Σχήμα 6.3: Διάγραμμα ροής 2ου σεναρίου για Q = 8.400 m³/day και Θc =15 ημέρες
Πίνακας 6.4: Αποτελέσματα μαθηματικής προσομοίωσης για Q = 8.400 m³/day και
Θc= 15 days
Παράμετρος
Μέγεθος
Μονάδες
Συνολικός όγκος βιολογικών αντιδραστήρων
6.880
m³
Συνολικός όγκος αερόβιων αντιδραστήρων
5.292
m³
Συνολικός όγκος ανοξικών αντιδραστήρων
1.588
m³
Ολικό Θc
15
days
MLSS
5.400
mg/l
COD
40
mg/l
NH4-N
1
mg/l
NO3-N
13,9
mg/l
TSS
7,3
mg/l
Υδραυλική Φόρτιση
11
m³/m²-day
Φόρτιση Στερεών
113,4
Kg SS/m²-day
Περίσσεια ιλύος
223
m³/day
Συγκέντρωση στερεών στη λάσπη
11.069
mg/l
Ζήτηση οξυγόνου
244,24
ΚgO2/hr σε
συνθήκες πεδίου
Βέλιου Ελισάβετ
87
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
6.5 3ο Σενάριο: Προσομοίωση με σταθερές τις συγκεντρώσεις σχεδιασμού και
αυξανόμενες τις παροχές στους 18 °C
Αφού διαπιστώθηκε ότι η λειτουργία της βιολογικής βαθμίδας είναι αποδεκτή για την
παροχή και τις συγκεντρώσεις σχεδιασμού και βρέθηκε η μέγιστη δυναμικότητα της
εγκατάστασης (8.400 m³/day), η μαθηματική προσομοίωση συνεχίστηκε με στόχο τον
προσδιορισμό της μέγιστης παροχής, η οποία δεν αναμένεται να οδηγήσει σε
ιδιαίτερα λειτουργικά προβλήματα.
Αυτό το σενάριο αξιολογήθηκε και πάλι βάσει των απαιτήσεων της εκροής και της
συγκέντρωσης των αιωρούμενων στερεών του ανάμικτου υγρού, αλλά με χρόνο
παραμονής των στερεών της τάξης των 13 ημερών. Σκοπός ήταν να βρεθεί η μέγιστη
δυναμικότητα πέραν των 8.400 m³/day. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι αυτές οι
παροχές αιχμής (της τάξης των 9.000 m³/day) θα έρθουν κατά τη θερινή τουριστική
περίοδο του νησιού όπου η αιχμή δεν θα διαρκέσει για μεγάλο χρονικό διάστημα,
θεωρούμε ότι το Θc = 13 ημέρες δεν θα δημιουργήσει ιδιαίτερα λειτουργικά
προβλήματα.
Ως αρχική παροχή για την προσομοίωση με τις αυξανόμενες παροχές επιλέχθηκαν τα
8.500 m³/day και ακολούθησε αύξηση αυτών μέχρι τη μέγιστη δυναμικότητα της
εγκατάστασης. Εφαρμόζονται αντίστοιχα τέτοιες ανακυκλοφορίες ώστε να μην
ξεπερνάται η δυναμικότητα της μίας εξωτερικής αντλίας και των δύο εσωτερικών.
Συνεχίστηκε η αύξηση των παροχών μέχρι τα 9.100 m³/day, όπου βρέθηκε ότι είναι η
μέγιστη δυναμικότητα της εγκατάστασης βάσει των συνθηκών που περιγράφηκαν
ανωτέρω.
Βέλιου Ελισάβετ
88
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
6.5.1
Μαθηματική προσομοίωση με παροχή Q = 8.500 m³/day
Q-W = 8.242 m3/day
1,5 x 8.500 = 12.750 m3/day
Q = 8.500 m3/day
AS1
28.900 m3/day
AS2
FS
16.150 m3/day
0,9 x 8.500 = 7.650 m3/day
W = 258 m3/day
Σχήμα 6.4: Διάγραμμα ροής 3ου σεναρίου για Q = 8.500 m³/day
Πίνακας 6.5: Αποτελέσματα μαθηματικής προσομοίωσης για Q = 8.500 m³/day
Παράμετρος
Μέγεθος
Μονάδες
Συνολικός όγκος βιολογικών αντιδραστήρων
6.880
m³
Συνολικός όγκος αερόβιων αντιδραστήρων
5.292
m³
Συνολικός όγκος ανοξικών αντιδραστήρων
1.588
m³
Ολικό Θc
13
days
MLSS
4.850
mg/l
COD
41,5
mg/l
NH4-N
1,2
mg/l
NO3-N
14,1
mg/l
TSS
7,4
mg/l
Υδραυλική Φόρτιση
11,18
m³/m²-day
Φόρτιση Στερεών
103
Kg SS/m²-day
Περίσσεια ιλύος
258
m³/day
Συγκέντρωση στερεών στη λάσπη
9.898
mg/l
Ζήτηση οξυγόνου
244,24
ΚgO2/hr σε
συνθήκες πεδίου
Βέλιου Ελισάβετ
89
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
6.5.2 Μαθηματική προσομοίωση με παροχή Q = 9.000 m³/day
Μετά τα αποτελέσματα της προηγούμενης εφαρμογής διαπιστώθηκε περαιτέρω
δυναμικότητα της εγκατάστασης, αφού η συγκέντρωση των αιωρούμενων στερεών
του ανάμικτου υγρού ανέρχεται στα 4.850 mg/l. Συνεπώς, διαπιστώνοντας ότι
υπάρχει περιθώριο μικρής αύξησης της συγκέντρωσης των αιωρούμενων στερεών
έγινε προσομοίωση με ακόμη μεγαλύτερη παροχή. Έτσι, στη δεύτερη περίπτωση
εφαρμόστηκε παροχή 9.000 m³/day με εσωτερική επανακυκλοφορία 150 % και
εξωτερική 80 %, ώστε να μην ξεπερνάται η δυναμικότητα των αντλιών.
Q-W = 8.757 m3/day
1,5 x 9.000 = 13.500 m3/day
Q = 9.000 m3/day
AS1
29.700 m3/day
AS2
FS
16.200 m3/day
0,8 x 9.000 = 7.200 m3/day
W = 243 m3/day
Σχήμα 6.5: Διάγραμμα ροής 3ου σεναρίου για Q = 9.000 m³/day
Βέλιου Ελισάβετ
90
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Πίνακας 6.6: Αποτελέσματα μαθηματικής προσομοίωσης για Q = 9.000 m³/day
Παράμετρος
Μέγεθος
Μονάδες
Συνολικός όγκος βιολογικών αντιδραστήρων
6.880
m³
Συνολικός όγκος αερόβιων αντιδραστήρων
5.292
m³
Συνολικός όγκος ανοξικών αντιδραστήρων
1.588
m³
Ολικό Θc
13
days
MLSS
5.115
mg/l
COD
40
mg/l
NH4-N
1,2
mg/l
NO3-N
14,5
mg/l
TSS
8
mg/l
Υδραυλική Φόρτιση
11,84
m³/m²-day
Φόρτιση Στερεών
109
Kg SS/m²-day
Περίσσεια ιλύος
243
m³/day
Συγκέντρωση στερεών στη λάσπη
11.123
mg/l
Ζήτηση οξυγόνου
254,56
ΚgO2/hr σε
συνθήκες πεδίου
6.5.3
Μαθηματική προσομοίωση με παροχή Q = 9.100 m³/day
Μετά τα αποτελέσματα και της προηγούμενης εφαρμογής έγιναν περαιτέρω δοκιμές
και διαπιστώθηκε ότι το μέγιστο που μπορεί να δεχθεί η εγκατάσταση λειτουργώντας
μόνο τη μία αντλία εξωτερικής ανακυκλοφορίας, ώστε να ικανοποιούνται οι
απαιτήσεις των εκροών και να μην ξεπερνιούνται οι δυναμικότητες των αντλιών,
ανέρχεται στα 9.100 m³/day.
Βέλιου Ελισάβετ
91
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Q-W = 8.854 m3/day
1,5 x 9.100 = 13.650 m3/day
Q = 9.100 m3/day
AS1
30.030 m3/day
AS2
FS
16.380 m3/day
0,8 x 9.100 = 7.280 m3/day
W = 246 m3/day
Σχήμα 6.6: Διάγραμμα ροής 3ου σεναρίου για Q = 9.100 m³/day
Πίνακας 6.7: Αποτελέσματα μαθηματικής προσομοίωσης για Q = 9.100 m³/day
Παράμετρος
Μέγεθος
Μονάδες
Συνολικός όγκος βιολογικών αντιδραστήρων
6.880
m³
Συνολικός όγκος αερόβιων αντιδραστήρων
5.292
m³
Συνολικός όγκος ανοξικών αντιδραστήρων
1.588
m³
Ολικό Θc
13
days
MLSS
5.170
mg/l
COD
40
mg/l
NH4-N
1,2
mg/l
NO3-N
14,5
mg/l
TSS
8,1
mg/l
Υδραυλική Φόρτιση
12
m³/m²-day
Φόρτιση Στερεών
111,43
Kg SS/m²-day
Περίσσεια ιλύος
246
m³/day
Συγκέντρωση στερεών στη λάσπη
11.247
mg/l
Ζήτηση οξυγόνου
258
ΚgO2/hr σε
συνθήκες πεδίου
Βέλιου Ελισάβετ
92
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
6.5.4 Μαθηματική προσομοίωση με παροχή Q = 9.500 m³/day
Πέρα των ανωτέρω σεναρίων, όπου δεν ξεπερνάται η δυναμικότητα των αντλιών,
έγινε έλεγχος της εγκατάστασης και με παροχές άνω των 9.100 m³/day. Όμως στις
περιπτώσεις αυτές εφαρμόστηκε εξωτερική ανακυκλοφορία 100 % της παροχής,
ξεπερνώντας τη δυναμικότητα της μίας εξωτερικής αντλίας, και βρέθηκε ότι η
μέγιστη
δυναμικότητα
της
εγκατάστασης
ανέρχεται
στα
9.500
m³/day,
χρησιμοποιώντας και το 22 % της εφεδρικής αντλίας.
Q-W = 9.234 m3/day
1,5 x 9.500 = 14.250 m3/day
Q = 9.500 m3/day
AS1
33.250 m3/day
AS2
FS
19.000 m3/day
1 x 9.500 = 9.500 m3/day
W = 266 m3/day
Σχήμα 6.7: Διάγραμμα ροής 3ου σεναρίου για Q = 9.500 m³/day
Βέλιου Ελισάβετ
93
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Πίνακας 6.8: Αποτελέσματα μαθηματικής προσομοίωσης για Q = 9.500 m³/day
Παράμετρος
Μέγεθος
Μονάδες
Συνολικός όγκος βιολογικών αντιδραστήρων
6.880
m³
Συνολικός όγκος αερόβιων αντιδραστήρων
5.292
m³
Συνολικός όγκος ανοξικών αντιδραστήρων
1.588
m³
Ολικό Θc
13
days
MLSS
5.440
mg/l
COD
42,5
mg/l
NH4-N
1,2
mg/l
NO3-N
13,7
mg/l
TSS
8,6
mg/l
Υδραυλική Φόρτιση
12,5
m³/m²-day
Φόρτιση Στερεών
136
Kg SS/m²-day
Περίσσεια ιλύος
266
m³/day
Συγκέντρωση στερεών στη λάσπη
10.557
mg/l
Ζήτηση οξυγόνου
275,2
ΚgO2/hr σε
συνθήκες πεδίου
6.6
4ο Σενάριο: Προσομοίωση με τις ακραίες παροχές, 7.600 m³/day, 9.100
m³/day και 9.500 m³/day, και Θc =15 ημέρες στους 18 °C
Σε αυτό το σενάριο επιλέγονται οι τρεις ακραίες παροχές, δηλαδή η παροχή
σχεδιασμού (7.600 m³/day) και οι μέγιστες παροχές (9.500 m³/day και 9.100 m³/day)
υπό τις οποίες η εγκατάσταση λειτουργεί οριακά, καθώς και χρόνος παραμονής ίσος
με 15 ημέρες ώστε να ελεγχθεί η λειτουργικότητα της εγκατάστασης.
Βέλιου Ελισάβετ
94
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Q-W = 7.372 m3/day
1,5 x 7.600 = 11.400 m3/day
Q = 7.600 m3/day
AS1
26.600 m3/day
AS2
FS
15.200 m3/day
1 x 7.600 = 7.600 m3/day
W = 228 m3/day
Σχήμα 6.7: Διάγραμμα ροής 4ου σεναρίου για Q = 7.600 m³/day
Πίνακας 6.8: Αποτελέσματα μαθηματικής προσομοίωσης για Q = 7.600 m³/day και
Θc = 15 days
Παράμετρος
Μέγεθος
Μονάδες
Συνολικός όγκος βιολογικών αντιδραστήρων
6.880
m³
Συνολικός όγκος αερόβιων αντιδραστήρων
5.292
m³
Συνολικός όγκος ανοξικών αντιδραστήρων
1.588
m³
Ολικό Θc
15
days
MLSS
5.050
mg/l
COD
41
mg/l
NH4-N
1
mg/l
NO3-N
13,9
mg/l
TSS
6,4
mg/l
Υδραυλική Φόρτιση
10
m³/m²-day
Φόρτιση Στερεών
101
Kg SS/m²-day
Περίσσεια ιλύος
228
m³/day
Συγκέντρωση στερεών στη λάσπη
9.779
mg/l
Ζήτηση οξυγόνου
220,16
ΚgO2/hr σε
συνθήκες πεδίου
Βέλιου Ελισάβετ
95
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Η εγκατάσταση για παροχή 9.500 m³/day και χρόνο παραμονής στερεών στη
δεξαμενή αερισμού ίσο με 15 ημέρες, δίνει υψηλή συγκέντρωση στερεών στη
δεξαμενή αερισμού καθώς και υψηλή φόρτιση στερεών στη δεξαμενή τελικής
καθίζησης, ενώ για την παροχή των 9.100 m³/day προκύπτει και πάλι υψηλή φόρτιση
στερεών στη δεξαμενή τελικής καθίζησης.
6.7 Συμπεράσματα
¾ Η μαθηματική προσομοίωση πραγματοποιήθηκε για μέση θερμοκρασία
λυμάτων ίση με 18 °C, η οποία είναι και η δυσμενέστερη εξασφαλίζοντας την
αξιοπιστία της λειτουργικότητας της εγκατάστασης.
¾ Η μαθηματική προσομοίωση της βιολογικής βαθμίδας για τα φορτία
σχεδιασμού (Q = 7.600 m³/day) έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσματα, γεγονός
που οδήγησε στο συμπέρασμα ότι η εγκατάσταση μπορεί να δεχθεί
μεγαλύτερες φορτίσεις.
¾ Με ικανοποίηση και των τριών κριτηρίων (όρια εκροής, χρόνος παραμονής
των στερεών και συγκέντρωση των αιωρούμενων στερεών) βρέθηκε ότι η
μέγιστη δυναμικότητα της εγκατάστασης είναι τα 8.400 m³/day.
¾ Αυξάνοντας τις παροχές σχεδιασμού βρέθηκε ότι η μέγιστη δυναμικότητα της
εγκατάστασης είναι τα 9.100 m³/day με χρόνο παραμονής των στερεών Θc =
13 ημέρες και σχεδόν οριακή τιμή των αιωρούμενων στερεών στον βιολογικό
αντιδραστήρα (MLSS = 5.120 mg/l). Επίσης στην εκροή λαμβάνεται υψηλή
συγκέντρωση των νιτρικών, χωρίς βέβαια να ξεπερνούνται τα όρια. Στις
περιπτώσεις που συμβαίνει αυτό προτείνεται αύξηση της εσωτερικής
ανακυκλοφορίας, με σκοπό τη μείωση των νιτρικών, χωρίς όμως να
ξεπερνάται η δυναμικότητα των αντλιών.
¾ Επίσης βρέθηκε ότι αν τεθεί σε λειτουργία και η δεύτερη αντλία εξωτερικής
ανακυκλοφορίας σε ποσοστό 22 %, η μέγιστη δυναμικότητα της
εγκατάστασης είναι τα 9.500 m³/day με οριακή τις τιμή των αιωρούμενων
στερεών στον βιολογικό αντιδραστήρα (MLSS = 5.440 mg/l) καθώς και της
Βέλιου Ελισάβετ
96
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
φόρτισης των στερεών στη δεξαμενή της τελικής καθίζησης και χρόνο
παραμονής των στερεών Θc = 13 ημέρες
¾ Ακόμη διαπιστώθηκε ότι για τα 7.600 m³/day και για Θc = 15 ημέρες
ικανοποιούνται οι απαιτήσεις των εκροών, ενώ για τα 9.500 m³/day και τα
9.100 m³/day και Θc = 15 ημέρες η λειτουργία της εγκατάστασης αστοχεί.
¾ Τα προσομοιωμένα σενάρια των 8.500 m³/day και 9.000 m³/day
εφαρμόστηκαν και με εξωτερική επανακυκλοφορία ίση με 100% της παροχής
και προέκυψε ότι και πάλι ικανοποιούνται οι απαιτήσεις εκροής, αλλά ο
χρόνος παραμονής ανέρχεται στις 14 ημέρες.
6.8 Έλεγχοι δυναμικότητας των μονάδων
Στόχος είναι να ελεγχθεί αν ξεπερνάται η δυναμικότητα των αντλιοστασίων
(εσωτερικής και εξωτερικής ανακυκλοφορίας, της περίσσειας και της εισόδου), αν
καλύπτεται η ζήτηση του οξυγόνου από τη δυναμικότητα των φυσητήρων, αν
ξεπερνάται η δυναμικότητα του παχυντή βαρύτητας και τι χρόνος παραμονής
αναμένεται στη μονάδα της χλωρίωσης.
Ο έλεγχος της δυναμικότητας των μονάδων έγινε για το δυσμενέστερο όλων των
σεναρίων το οποίο αντιστοιχεί στην παροχή των 9.500 m³/day.
6.8.1 Έλεγχος της δυναμικότητας των αντλιοστασίων
6.8.1.1 Αντλιοστάσιο εσωτερικής ανακυκλοφορίας
•
Περιλαμβάνει 3 αντλίες εσωτερικής ανακυκλοφορίας, όπου η 1 είναι
εφεδρική, εκάστης δυναμικότητας 300 m³/hr.
•
Εφαρμόζοντας εσωτερική ανακυκλοφορία 150 % της παροχής προκύπτει ότι
σε όλα τα σενάρια ικανοποιείται η δυναμικότητα του αντλιοστασίου:
300 m³/hr x 24 hr/ημ = 7.200 m³/ημ x 2 αντλίες = 14.400 m³/ημ
Βέλιου Ελισάβετ
97
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
6.8.1.2 Αντλιοστάσιο εξωτερικής ανακυκλοφορίας
•
Περιλαμβάνει 2 αντλίες εξωτερικής ανακυκλοφορίας εκάστης δυναμικότητας
0,09 m³/sec = 324 m³/hr = 7.776 m³/ημ
•
Εφαρμόζοντας εξωτερική ανακυκλοφορία 100 % της παροχής προκύπτει ότι
για την παροχή των 9.500 m³/ημ θα χρειαστεί να χρησιμοποιηθεί περίπου και
το 20 % της εφεδρικής αντλίας, δηλαδή η απομένουσα εφεδρεία θα είναι της
τάξης του 80 %.
6.8.1.3 Αντλιοστάσιο περίσσειας λάσπης
•
Περιλαμβάνει 2 υποβρύχιες αντλίες απομάκρυνσης της περίσσειας λάσπης,
όπου η 1 είναι εφεδρική, εκάστης δυναμικότητας 60 m³/hr.
•
Στα σενάρια που εφαρμόστηκαν η μέγιστη ποσότητα λάσπης που
απομακρύνθηκε είναι της τάξης των 266 m³/ημ (για την παροχή των 9.500
m³/ημ) , οπότε προκύπτει ότι οι μέγιστες ώρες λειτουργίας ανά ημέρα είναι:
266 m³/ημ / 60 m³/hr = 4,43 hr/ ημ
6.8.1.4 Αντλιοστάσιο εισόδου
•
Περιλαμβάνει 3 υποβρύχιες αντλίες, όπου η 1 είναι εφεδρική, με εκάστη
δυναμικότητα που κυμαίνεται από 9.500 – 9.900 m³/ημ.
•
Έτσι προκύπτει ότι οι αντλίες μπορούν να δεχθούν τη μέγιστη παροχή των
9.500 m³/ημ που προέκυψε από τα προσομοιωμένα σενάρια.
6.8.2 Έλεγχος της δυναμικότητας του παχυντή
•
Επιλέγοντας επιφανειακή φόρτιση της δεξαμενής πάχυνσης 60 kg TSS/m²-ημ
και επιφάνεια αυτής 63,5 m² προκύπτει:
Καθαρή παραγωγή λάσπης = 3.810 kg TSS/ ημ
•
Λαμβάνοντας μέση πυκνότητα της απομακρυνόμενης λάσπης ίση με 1 %
(10.000 mg/l) προκύπτει δυναμικότητα του παχυντή: 381 m³/ημ.
Βέλιου Ελισάβετ
98
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
•
Η μέγιστη ποσότητα λάσπης που προέκυψε από τα ανωτέρω σενάρια είναι
266 m³/ημ (για την παροχή των 9.500 m³/ημ) , οπότε δεν ξεπερνάται η
δυναμικότητα του παχυντή.
6.8.3 Έλεγχος της δυναμικότητας του αντλιοστασίου της παχυμένης λάσπης
•
Περιλαμβάνει 2 αντλίες θετικού εκτοπίσματος εκάστης δυναμικότητας 2 -10
m³/hr, θεωρώντας ότι η μία είναι εφεδρική.
•
Λαμβάνοντας μέση πυκνότητα της παχυμένης ιλύος ίση με 4% προκύπτει
παροχή παχυμένης ιλύος, για τη μέγιστη και ελάχιστη περίσσεια που
προέκυψε από τα προσομοιωμένα σενάρια:
Qπαχυμένης,min = 55,7 m³/day
Qπαχυμένης,max = 70,2 m³/day
•
Θεωρώντας ότι η πάχυνση λειτουργεί και σαν δεξαμενή αποθήκευσης για το
σαββατοκύριακο με 35 hr λειτουργίας/εβδομάδα προκύπτει ότι οι αντλίες δεν
επαρκούν:
[(55,7 m³/day) * 7 ημέρες] / 35 hr = 11,14 m³/hr > 10 m³/hr
[(70,2 m³/day) * 7 ημέρες] / 35 hr = 14,04 m³/hr > 10 m³/hr
•
Για τη μέγιστη ποσότητα παχυμένης λάσπης, για την παροχή των 9.500
m³/day, προκύπτει ότι η αντλία πρέπει να λειτουργεί ημερησίως (70,2 m³/day
* 7 ημέρες) / 10 m³/hr = 10 ώρες. Γι’ αυτό προτείνεται η εγκατάσταση μίας
δεύτερης αντλίας για να καλύπτεται η παροχή της παχυμένης ιλύος εντός 8
ωρών.
•
Για τη μέγιστη ποσότητα παχυμένης λάσπης, για την παροχή των 8.500
m³/day, προκύπτει ότι η αντλία πρέπει να λειτουργεί ημερησίως (63,8 m³/day
* 7 ημέρες) / 10 m³/hr = 9 ώρες.
6.8.4
•
Έλεγχος της δυναμικότητας του συστήματος αερισμού
H ταχύτητα μεταφοράς οξυγόνου σε ένα σύστημα αερισμού εκφράζεται
συνήθως είτε σαν OTR ή σαν SOTR. Η παράμετρος OTR αφορά στις
συνθήκες πεδίου ενώ η παράμετρος SOTR αφορά στις τυπικές συνθήκες.
Βέλιου Ελισάβετ
99
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
•
Στα προσομοιωμένα σενάρια έχει υπολογιστεί η παράμετρος OTR η οποία
περιλαμβάνεται στους ανωτέρω πίνακες.
•
Η συσχέτιση μεταξύ OTR και SOTR δίνεται από την ακόλουθη σχέση:
OTR = [(αF)xSOTRxθ(T-20) / CS20] (CSTb - Csewage)
όπου:
OTR
Η ταχύτητα μεταφοράς οξυγόνου υπό συνθήκες πεδίου σε μία
συγκέντρωση DO=C, και θερμοκρασία, T.
SOTR
Τυπική ταχύτητα μεταφοράς οξυγόνου για καινούργιο διαχυτή
CS20
Συγκέντρωση κορεσμού DO στους 20°C, 1 atm, (=9,02 mg/l)
α
KLa σε συνθήκες πεδίου /KLα σε καθαρό νερό (και τα δύο για
καινούργιους διαχυτές).
F
Η τιμή SOTR για έναν χρησιμοποιημένο διαχυτή /της τιμής SOTR ενός
καινούργιου διαχυτή.
Θ
Eμπειρικός διορθωτικός θερμοκρασιακό συντελεστής (1.024). Η
διορθωτική
παράμετρος
temp=θ(T-20)
χρησιμοποιήθηκε
στους
υπολογισμούς.
CSTb
Διορθωμένη συγκέντρωση κορεσμού του DO = β x CST.
Csewage
Συγκέντρωση DO στα λύματα, mg/l = 2 mg/l.
F
Η τιμή SOTR για έναν χρησιμοποιημένο διαχυτή /της τιμής SOTR ενός
καινούργιου διαχυτή.
Οι επιδράσεις των παραμέτρων (α) και (F) συνήθως εκφράζονται με ενοποιημένη
μορφή ως το γινόμενο αF. Συντηρητικές τιμές του αF για τα ανάντη ενός
αντιδραστήρα κυμαίνονται περί το 0,6 – 0,9. Λόγω της παλαιότητας των διαχυτήρων
λαμβάνεται η ελάχιστη τιμή ίση με 0.6. Για θερμοκρασία Τ = 20οC (δυσμενέστερες
συνθήκες) και τιμή του συντελεστή β = 0.94 (συνιστώμενες τιμές 0.91-0.98)
προκύπτει OΤR/SOTR = 0,47
Βέλιου Ελισάβετ
100
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
Συνεπώς η συνολική μέγιστη (για την παροχή των 9.500 m³/ημέρα) απαιτούμενη
οξυγονωτική ικανότητα του συστήματος αερισμού σε τυπικές συνθήκες είναι :
275,2
SOTR =
= 585,53 Kg O2/hr = 14.052 Kg O2/ ημέρα
0,47
Σύμφωνα με τη Τεχνική Μελέτη, ο αερισμός και στους δύο βιοαντοδραστήρες γίνεται
με 768 ζεύγη καραμικών διαχυτών, των οποίων η δυναμικότητα φτάνει τα 8
Νm3/m/hr και η απόδοση του συστήματος αερισμού για βάθος βύθισης των διαχυτών
ίσο με 4,7 m, φθάνει το 34%. Για λόγους ασφάλειας λαμβάνεται απόδοση διαχυτών
σημαντικά χαμηλότερη και ίση με 25%. Κατά συνέπεια η συνολική απαίτηση σε
αερισμό υπολογίζεται με βάση την ακόλουθη σχέση:
4,31 x 585,53
Απαίτηση σε αέρα = -------------------- = 8.412 Nm3/hr
1,20 x 0,25
Συνεπώς, σύμφωνα με τους ανωτέρω υπολογισμούς η υφιστάμενη ζήτηση σε
διαλυμένο οξυγόνο δεν ικανοποιείται με τη λειτουργία των 4 φυσητήρων συνολικής
δυναμικότητας 8.010 Νm3/hr στα 550 mbar, καθώς απαιτείται και το 20% του
εφεδρικού φυσητήρα.
6.8.5
•
Έλεγχος της χλωρίωσης
Για τη μέγιστη παροχή των 9.500 m³/day και όγκο της μονάδας χλωρίωσης
190 m³ προκύπτει χρόνος παραμονής:
0,02 ημέρες = 0,48 hr = 28,8 min
•
Σύμφωνα με την Τεχνική Μελέτη του έργου, για τη μέγιστη παροχή
προβλέπεται χρόνος παραμονής 29,1 min, οπότε για την παροχή των 9.500
m³/day ικανοποιείται η χλωρίωση.
Βέλιου Ελισάβετ
101
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ
Βέλιου Ελισάβετ
102
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
7.1 Εισαγωγή
Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας εντοπίστηκαν τα λειτουργικά
προβλήματα της ΕΕΛ Χίου και επιχειρήθηκε η βελτιστοποίηση της λειτουργίας της
εγκατάστασης που περιλάμβανε τα ακόλουθα:
•
Επί τόπου αυτοψία για αναγνώριση δυσλειτουργών
•
Διαμόρφωση προτάσεων για αντικατάσταση προβληματικού εξοπλισμού
•
Διαμόρφωση προγράμματος παρακολούθησης της εγκατάστασης ώστε να
εξασφαλίζεται η συλλογή των απαραίτητων λειτουργικών στοιχείων για την
ικανοποίηση των απαιτήσεων της ευρωπαϊκής και ελληνικής νομοθεσίας αλλά
και για την σωστή παρακολούθηση και έλεγχο της λειτουργίας της
εγκατάστασης
•
Προσδιορισμός της μέγιστης δυναμικότητας της εγκατάστασης μέσω της
μαθηματικής προσομοίωσης του συστήματος επεξεργασίας.
7.2 Δυσλειτουργίες
Όσα εντοπίσθηκαν και παρατηρήθηκαν ύστερα από τις επί τόπου επισκέψεις ή τις
απαραίτητες αναλύσεις-αξιολογήσεις παρουσιάζονται συγκεντρωμένα κατωτέρω:
ƒ
Παραγωγή δυσοσμιών από την περιοχή της προεπεξεργασίας και το χώρο
εκκένωσης των βυτιοφόρων.
ƒ
Λόγω αδυναμίας απομάκρυνσης της άμμου από τον εξαμμωτή, το στάδιο της
εξάμμωσης και της απολίπανσης βρίσκεται εκτός λειτουργίας, με αποτέλεσμα
το μίγμα αστικών λυμάτων, βιομηχανικών αποβλήτων και βοθρολυμάτων να
οδηγείται μετά την εσχάρωση απευθείας στο φρεάτιο μερισμού ανάντη των
βιοαντιδραστήρων. Η απουσία εξάμμωσης έχει προκαλέσει τη συσσώρευση
άμμου στα κατάντη στάδια επεξεργασίας και κυρίως σε αυτά όπου η
ανάδευση δεν είναι έντονη όπως στις δεξαμενές απονιτροποίησης.
ƒ
Αδυναμία ισοκατανομής των προεπεξεργασμένων λυμάτων και της ιλύος
επανακυκλοφορίας στις δύο γραμμές βιολογικής επεξεργασίας των λυμάτων.
Βέλιου Ελισάβετ
103
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ƒ
Το σύστημα αυτοματισμού της εγκατάστασης είναι εκτός λειτουργίας και
κατά συνέπεια όλοι οι προβλεπόμενοι αυτοματισμοί της λειτουργίας της
εγκατάστασης όπως π.χ. ρύθμιση της λειτουργίας του συστήματος αερισμού,
ρύθμιση της παροχής επανακυκλοφορίας της ιλύος, μέτρηση της παροχής των
λυμάτων, κ.λ.π., να μην εκτελούνται καθόλου ή να γίνονται χειρωνακτικά.
ƒ
Σύμφωνα με το σχεδιασμό η ανάδευση των δεξαμενών απονιτροποίησης
πραγματοποιείται από δύο κατακόρυφους αναδευτήρες, έκαστης ισχύος 2 kW.
Λόγω συχνών βλαβών όμως η λειτουργία των αναδευτήρων αυτών δεν είναι
ομαλή με αποτέλεσμα την μη ικανοποιητική ανάδευση των ανοξικών
δεξαμενών. Το πρόβλημα αυτό είναι εντονότερο στη γραμμή επεξεργασίας
των λυμάτων (διαμερίσματα 1 και 2) που δεν έχει υποστεί συντήρηση.
ƒ
Λόγω παλαιότητας και θραύσης αρκετών διαχυτήρων των βιοαντιδραστήρων
1 και 2 ο αερισμός της γραμμής επεξεργασίας της «στεριάς» δεν είναι
ικανοποιητικός με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η διατήρηση της
συγκέντρωσης οξυγόνου στη τιμή στόχο των 2 mg/l.
ƒ
Η μια εκ των δύο δεξαμενών τελικής καθίζησης (ΔΤΚ 2) είναι εκτός
λειτουργίας λόγω συσσώρευσης της καθιζάνουσας ιλύος στη χοάνη συλλογής
και αδυναμίας απομάκρυνσής της (Εικόνα 3.1). Σύμφωνα με τους λειτουργούς
της εγκατάστασης, δεν είναι δυνατή η ταυτόχρονη, με βαρύτητα,
απομάκρυνση της ιλύος από τις δύο δεξαμενές τελικής καθίζησης. Στην
περίπτωση της παράλληλης λειτουργίας των δύο δεξαμενών τελικής
καθίζησης
απαιτείται
η
χειρωνακτική
ρύθμιση
των
δικλείδων
του
αντλιοστασίου επανακυκλοφορίας ώστε να είναι δυνατή η απομάκρυνση της
ιλύος από τον πυθμένα και των δύο δεξαμενών.
ƒ
Η πάχυνση και η αφυδάτωση της βιολογικής ιλύος δεν γίνονται ικανοποιητικά
με αποτέλεσμα η παραγόμενη αφυδατωμένη ιλύς να περιέχει πολύ υψηλό
ποσοστό υγρασίας και να παραμένει σε πρακτικά υγρή μορφή με ποσοστό
υγρασίας που συχνά υπερβαίνει από 88%.
ƒ
Σύμφωνα με το σχεδιασμό του έργου, τα υπερχειλίζοντα υγρά από κάθε
δεξαμενή καθίζησης συγκεντρώνονται σε φρεάτια εξόδου από όπου με αγωγό
∅600 καταλήγουν στο φρεάτιο συγκέντρωσης και στη συνέχεια σε διώρυγα
εξοπλισμένη με μετρητή παροχής τύπου Venturi. Επειδή όμως ο μετρητής
παροχής βρίσκεται εκτός λειτουργίας δεν γίνεται η μέτρηση της παροχής και
Βέλιου Ελισάβετ
104
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
κατά συνέπεια δεν υπάρχουν στοιχεία σχετικά με τη διακύμανση των
παροχών κατά τη διάρκεια της ημέρας ή κατά τη διάρκεια του έτους. Με βάση
τις εκτιμήσεις των υπευθύνων λειτουργίας της εγκατάστασης η μέση
ημερήσια παροχή που δέχεται η εγκατάσταση δεν υπερβαίνει τα 6000
m3/ημέρα.
ƒ
Η λειτουργία της μονάδας χλωρίωσης δεν είναι ικανοποιητική, λόγω βλαβών
του συστήματος αποθήκευσης και προσθήκης υποχλωριώδους νατρίου και
του συστήματος μέτρησης του υπολειμματικού χλωρίου στην τελική εκροή.
ƒ
Όσο αφορά στις μετρήσεις, η συχνότητα δειγματοληψίας καθώς και οι
παράμετροι που παρακολουθούνται δεν τηρούνται σε κάθε μέτρηση.
ƒ
Συνολικά, για τις ανωτέρω μετρήσεις, έλαβαν χώρα 8 δειγματοληψίες, χωρίς
την ίδια συχνότητα λήψης.
7.3 Συμπεράσματα –Προτάσεις
Έπειτα από την ανάλυση των λειτουργικών δεδομένων, την αξιολόγηση του
προγράμματος παρακολούθησης της εγκατάστασης και τη μαθηματική προσομοίωση
προκύπτουν τα κάτωθι συμπεράσματα:
ƒ
Εγκατάσταση μετρητή στάθμης στην διώρυγα εξόδου για την συνεχή
μέτρηση της παροχής.
ƒ
Εγκατάσταση ενός αυτόματου δειγματολήπτη στην είσοδο της εγκατάστασης
για τον προσδιορισμό του μέσου ημερήσιου ρυπαντικού φορτίου αλλά και
της διακύμανσής του κατά την διάρκεια της ημέρας.
ƒ
Εγκατάσταση ενός αυτόματου δειγματολήπτη στην έξοδο της εγκατάστασης
για τον προσδιορισμό του μέσου ρυπαντικού φορτίου στα επεξεργασμένα
λύματα.
ƒ
Θέσπιση ενός αναλυτικού προγράμματος ελέγχου της εγκατάστασης που θα
περιλαμβάνει τακτικές δειγματοληψίες και θα είναι σύμφωνο με τις επιταγές
της
ελληνικής
νομοθεσίας
σχετικά
με
την
παρακολούθηση
των
επεξεργασμένων λυμάτων αλλά και θα συγκεντρώσει τα απαραίτητα
στοιχεία για την ομαλή λειτουργία της εγκατάστασης.
Βέλιου Ελισάβετ
105
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ƒ
Για την αντιμετώπιση της προβληματικής λειτουργίας του εξαμμωτή είναι
απαραίτητη η αναβάθμιση του συστήματος αφαίρεσης άμμου.
ƒ
Βελτίωση
του
μερισμού
της
ιλύος
επανακυκλοφορίας
και
των
προεπεξεργασμένων λυμάτων στις δύο γραμμές βιολογικής επεξεργασίας
των λυμάτων.
ƒ
Απαιτείται η συντήρηση ή η αντικατάσταση των αναδευτήρων των ανοξικών
δεξαμενών οι οποίοι λόγω συχνών βλαβών δεν επιτυγχάνουν ικανοποιητική
ανάδευση των ανοξικών δεξαμενών.
ƒ
Σύμφωνα με τα διαθέσιμα στοιχεία η απόδοση του παχυντή βαρύτητας και
των ταινιοφιλτροπρεσσών δεν είναι ικανοποιητική. Συνιστάται η διερεύνηση
της δυνατότητας βελτίωσης της απόδοσης του συστήματος πάχυνσης και
αφυδάτωσης ή προμήθεια άλλου συστήματος μηχανικής πάχυνσης και
αφυδάτωσης της ιλύος.
ƒ
Το σύστημα αερισμού της εγκατάστασης έχει συμπληρώσει περισσότερο
από 14 έτη συνεχούς λειτουργίας. Συνιστάται η συντήρηση του συστήματος
και η αντικατάσταση των ελαττωματικών σωληνώσεων και διαχυτήρων.
ƒ
Το σύστημα αυτόματου ελέγχου και παρακολούθησης της εγκατάστασης
βρίσκεται πρακτικά εκτός λειτουργίας. Στο πλαίσιο της βελτιστοποίησης της
λειτουργίας της εγκατάστασης κρίνεται σκόπιμο να εγκατασταθούν μια
σειρά οργάνων για τον καλύτερο έλεγχο της επεξεργασίας και να
αναβαθμιστεί το σύστημα αυτόματου ελέγχου της λειτουργίας της
εγκατάστασης.
ƒ
Συντήρηση της μονάδος χλωρίωσης και του συστήματος αποθήκευσης και
προσθήκης υποχλωριώδους νατρίου καθώς και του συστήματος μέτρησης
της συγκέντρωσης του υπολειμματικού χλωρίου στην τελική εκροή
ƒ
Αναβάθμιση του αντλιοστασίου επανακυκλοφορίας ώστε να επιτυγχάνεται η
ταυτόχρονη απομάκρυνση ιλύος και από τις δύο δεξαμενές τελικής
καθίζησης. Με αυτό το τρόπο θα είναι δυνατή η ταυτόχρονη λειτουργία και
των δύο δεξαμενών τελικής καθίζησης γεγονός που πιστεύεται ότι θα
συμβάλλει σημαντικά στη βελτίωση της ποιότητας της τελικής εκροής.
ƒ
Από τη μαθηματική προσομοίωση προκύπτει ότι η εγκατάσταση μπορεί να
δεχτεί μεγαλύτερη παροχή από αυτή του σχεδιασμού (Q = 7.600 m³/day) με
μέγιστη δυναμικότητα τα 8.400 m³/day, χρόνο παραμονής των στερεών Θc =
Βέλιου Ελισάβετ
106
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
15 ημέρες και σχεδόν οριακή τιμή των αιωρούμενων στερεών στον
βιολογικό αντιδραστήρα (MLSS = 5.400 mg/l).
ƒ
Σε έκτακτες περιπτώσεις και για περιορισμένο χρονικό διάστημα η μέγιστη
δυναμικότητα της εγκατάστασης μπορεί να φθάσει και μέχρι 9.500 m³/day
με συγκέντρωση αιωρούμενων στερεών στον βιολογικό αντιδραστήρα ίση με
5.440 mg/l. Στη περίπτωση αυτή όμως απαιτείται χρόνος παραμονής των
στερεών χαμηλότερος της ελάχιστης τιμής των 15 ημερών που εξασφαλίζει
την ικανοποιητική σταθεροποίηση της ιλύος (Θc = 13 ημέρες) και απαιτείται
η
λειτουργία
και
της
δεύτερης
(εφεδρικής)
αντλίας
εξωτερικής
ανακυκλοφορίας σε ποσοστό 22 %.
ƒ
Από τον έλεγχο της δυναμικότητας του αντλιοστασίου της παχυμένης ιλύος
προκύπτει ότι για την κάλυψη του δυσμενέστερου σεναρίου (9.500 m³/day)
απαιτείται η εγκατάσταση και δεύτερης αντλίας.
ƒ
Από τον έλεγχο της δυναμικότητας του συστήματος αερισμού προκύπτει ότι
για την κάλυψη του δυσμενέστερου σεναρίου (9.500 m³/day) απαιτείται η
λειτουργία και του εφεδρικού φυσητήρα..
Βέλιου Ελισάβετ
107
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ
•
«Τεχνική Έκθεση του Έργου»
•
Βουρβουλάκης, Π: Μεταπτυχιακή εργασία με θέμα: «Προσομοίωση και
Βελτιστοποίηση Λειτουργίας ΕΕΛ Βόλου», Αθήνα 2002
•
Νουτσόπουλος, Κ: Διπλωματική εργασία με θέμα: «Ανάπτυξη και
Εφαρμογή Μοντέλου σε Συστήματα Ενεργού Ιλύος», Αθήνα 1994
•
Πειραματικές Αναλύσεις Εργαστηρίου Υγειονομικής Τεχνολογίας, Αθήνα
2008
•
Πειραματικές Αναλύσεις Εργαστηρίου Τσακαλίδη, Αθήνα 2008
•
91/271/ΕΟΚ - ΚΥΑ 5673/400/1997: «Μέτρα και Όροι για την Επεξεργασία
των Λυμάτων»
•
91/271/ΕΟΚ – Παράρτημα Ι: «Οδηγία του Συμβουλίου της 21ης Μαΐου
1991 για την Επεξεργασία των Αστικών Λυμάτων »
•
Eikelboom: «The Identification of Filamentous Bacteria in Activated
Sludge», 1982
•
Kountz, R.R and Forney, C.Jr.: «Metabolic Energy Balances in a Total
Oxidation Activated Sludge System», J.Wat. Pollut. Control Fed., 31, 819-
826, 1959
•
McKinney, R.E. and Ooten, R.J. : «Concepts of Complete Mixing Activated
Sludge», Trans, 19th Sanit. Eng. Conf., University of Cansas, pp 32-59, 1969
•
Obayashi A.W. and Gaudy A.F.Jr: «Aerobic Digestion of Extracellular
Microbial Polysaccharides», J.Wat. Pollut. Control Fed., 45, 1584-1594,
1973
•
Weddle, C.L. and Jenkins, D.: «The Viability and Activity of Actovated
Sludge», Wat., Res., 5, 621-640, 1971
•
Grady, C.P.L.Jr and Lim, H.C.: «Biologiocal Wastewater Treatment,
Theory and Applications», 1980
Βέλιου Ελισάβετ
108
Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας
Λυμάτων Χίου
•
Dold, P.L., Ekama, G.A. and Marais, G.v.R.: «A General Model for the
Activated Sludge Process», Prog. Wat. Technol., 12, 47-77, 1980
•
Scearce, S.N., Benninger, R.W., Weber, A.S. and Sherrard, Y.H.:
«Predictions of Alkalinity Changes in the Activated Sludge Process»,
J.Wat. Pollut. Control Fed., 52, 399-405, 1980
•
Water Research Commission: «Theory, Design and Operation of Nutrient
Removal Activated Sludge Process», 1984
•
Batchelor, B. : «Kinetic Analysis of Alternative Configurations for SingleSludge Nitrification/Denitrification», J.Wat. Pollut. Control Fed., 54, 1493-
1504, 1982
•
Dold, P.L. and Marais, G.v.R.: «Evaluation of the General Activated Sludge
Model Proposed by the IAWPRC Task Group», Wat. Sci. Technol., 18(6),
63-89, 1986
•
Grau, P., Sutton, P.M., Henze M., Elmaleh, S., Grady, C.P.L.Jr, Gujer, W. and
Koller, J.:«Recommended Notation for Use in the Description of Biological
Wastewater Treatment Processes», Wat. Res., 16, 1501-1505, 1982
•
Williamson, K.J. and McCarthy, P.L.:«Rapid Measurement of Monod HalfVelocity Coefficients for Bacterial Kinetics», Biotechnol. Bioeng., 17, 915-
924, 1975
•
Lau, A.D., Strom, P.F. and Jenkins, D.:«Growth Kinetics of Sphaerotilus
Natans and a Floc Former in Pure and Dual Continuous Culture», J.Wat.
Pollut. Control Fed., 56, 41-51, 1984
•
Parker, D.S., Stone, R.W., Stenquist, R.J. and Culp, J.:«Process Design
Manual for Nitrogen Control», US Environmental Protection
Agency,
Washington, DC. Technology Transfer, 1975
Βέλιου Ελισάβετ
109

Γ.Ανάλυση Επικινδυνότητας στην καύση Βιομάζας

«ΟΙ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΠΑΡΟΧΗΣ ΨΥΧΙΚΗΣ ΥΓΕΙΑΣ ΣΤΟ ΣΤΡΑΤΟ

Συστήµατα τεχνητών υγροβιότοπων για την ε

Ερ ηνεία των όρων λίπανσησ - papadopoulos

ο κυκλος του αζωτου - Поводи мышкой

ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ ΤΩΝ

full paper - e-Περιοδικό Επιστήμης & Τεχνολογίας

130520- τε90_ λειτουργια εελ- 61-00-32 222

συστηματα ολικης αρθροπλαστικης ποδοκνημικης αρθρωσης

ΣΟΜΠΕΣ PELLET