Επεξεργασία λυμάτων
Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Η Eπεξεργασία λυμάτων είναι διαδικασία που απομακρύνει τις επικίνδυνες ουσίες απο τα λύματα, ώστε το νερό να μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο περιβάλλον. Τα λύματα μεταφέρονται στις εγκαταστάσεις καθαρισμού μέσω των υπονόμων.
[Επεξεργασία] Ιστορία
Μέθοδοι απομάκρυνσης των λυμάτων υπήρχαν από τα αρχαία χρόνια κυρίως στους ανεπτυγμένους πολιτισμούς. Υπόνομοι βρέθηκαν σε ερείπια προϊστορικών πόλεων όπως η Κρήτη, και η Συρία. Υπόνομοι οι οποίοι εξυπηρετούσαν την απομάκρυνση της βροχής στην Αρχαία Ρώμη λειτουργούν ακόμα και σήμερα. Κατά τον Μεσαίωνα άρχιζαν να χτίζονται και βόθροι. Όταν γέμιζαν οι εργάτες έπρεπε να τους αδειάζουν με χρέωση του ιδιοκτήτη. Ύστερα απομακρύνονταν σε θαλάσσιες περιοχές και σε λίμνες η ποταμιά. Κατά το 19ο αιώνα άρχιζαν να χτίζονται καλύτερα αποχετευτικά συστήματα τα οποία βελτίωσαν την ποιότητα της ζωής. Το 20ο αιώνα πολλές πόλεις και βιομηχανίες κατάλαβαν ότι η απομάκρυνση των λυμάτων απευθείας σε ποταμιά και λίμνες προκαλούσε πολλά προβλήματα υγείας, όπως χολέρα. Αυτό οδήγησε στην κατασκευή εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων. Κατά το 1950 και το 1960 άρχιζαν να χτίζονται οι πρώτες εγκαταστάσεις
[Επεξεργασία] Προεύλεση και είδος
Τα λύματα παράγονται από δυο πηγές: Από τα σπίτια δηλαδή τα οικιακά λύματα και αυτά που παράγονται από τα εργοστάσια, δηλαδή τα βιομηχανικά απόβλητα. Επίσης σε αυτά εντάσσονται τα νοσοκομειακά απόβλητα. Τα οικιακά απόβλητα παράγονται από τις ανάγκες των ανθρώπων όπως η αφόδευση, η χρήση του μπάνιου, η προετοιμασία του φαγητού κ.α. Κατά μέσο όρο παράγονται 227 λίτρα κατά άτομα κάθε μέρα. Η ποιότητα των βιομηχανικών αποβλήτων μεταβάλλεται συνεχώς και δεν είναι εύκολο να προσδιοριστεί. Για παράδειγμα ένα εργοστάσιο επεξεργασίας σιδήρου παράγει από 5700-151.000 λίτρα λυμάτων για παραγωγή ενός τόνου σιδήρου.
[Επεξεργασία] Σύνθεση των λυμάτων
Η σύνθεση των λυμάτων μπορεί να προσδιορισθεί χρησιμοποιώντας φυσικές, χημικές και βιολογικές διαδικασίες. Οι αναλύσεις συνήθως περιλαμβάνουν το προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε στερεές ουσίες, το pH, το BOD (Biochemical Oxygen Demand) δηλαδή την ποσότητα του οξυγόνου που χρησιμοποιείται σε μια περίοδο πέντε ημερών από τους μικροοργανισμούς για να αποσυνθέσουν το οργανικό υλικό στα λύματα σε θερμοκρασία 20ο C. Τέλος προσδιορίζεται η ποσότητα του COD (Chemical Oxygen Demand) δηλαδή η ποσότητα του οξυγόνου που χρειάζεται για να οξειδωθεί η οργανική ύλη των λυμάτων με την χρησιμοποίηση διχρωματικού οξέος σε διάλυμα οξέος και την μετατροπή του σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Το COD πάντα βρίσκεται σε μεγαλύτερη ποσότητα από το BOD, γιατί πολλές οργανικές ουσίες μπορούν να οξειδωθούν με χημικό τρόπο αλλά όχι με βιολογικό. Τα στερεά λύματα περιλαμβάνουν διαλυμένες και αιωρούμενες αδιάλυτες ουσίες. Οι διαλυμένες θα περάσουν από φίλτρο και οι αιωρούμενες όχι
[Επεξεργασία] Από τι Μολύνεται το νερό
Το μη επεξεργασμένο νερό περιέχει ρύπους οι οποίοι δίνουν στο νερό χρώμα γεύση και οσμή. Αυτοί οι ρύποι περιλαμβάνουν ιούς, βακτήρια, οργανικά υλικά και διαλυμένες ανόργανες ενώσεις. Μπορούν να προκαλέσουν ασθένειες όπως γαστρεντερίτιδα, ηπατίτιδα, τυφοειδή πυρετό και δηλητηρίαση. Ιοί: Οι ιοί είναι υπερμικροσκοπικοί οργανισμοί. Είναι παράσιτα-πρέπει να μολύνουν ένα ξενιστή για να διπλασιάσουν το εαυτό τους. Σε ένα γραμμάρια ανθρώπινου περιττώματος υπάρχουν 1 εκατομμύριο ιοί. Η συγκέντρωση στα λύματα διαφέρει. 463.500 παθογόνα σωματίδια ανιχνευθήκαν σε ένα λίτρο λυμάτων. Υπάρχουν τρία είδη ιών στο νερό: Ανθρώπινης Προέλευσης, από αγροτικές φάρμες και από τα φυτά τα δάση και γενικότερα την φύση. Βακτήρια: Τα βακτήρια είναι μικροσκοπικοί οργανισμοί που μπορούν να αναπτυχθούν χωρίς ξενιστή σε φυσιολογικές συνθήκες. Γενικά, η ζημιά που προκαλείται στον ανθρώπινο οργανισμό είναι αποτέλεσμα των τοξινών που παράγουν.
[Επεξεργασία] Διαθέσιμες Επιλογές επεξεργασίας λυμάτων
Το πρωτεύον στάδιο επεξεργασίας λυμάτων που περιλαμβάνει κατακάθιση και κατακράτηση αφαιρεί πολύ λίγους ιούς. Από τα αλογόνα η χλωρίνη σε υψηλές δόσεις (40 mg/l) για ένα λεπτό αφαιρεί το 99.9% των ιών. Ως αποτέλεσμα μελετών τα παρακάτω συμπεράσματα που αφορούν τους ιούς στα λύματα έχουν παρατηρηθεί 1.Το πρωτεύον μηχανικό στάδιο επεξεργασίας λυμάτων δεν έχει καμία επίδραση στους εντερικούς ιούς. 2.Το δευτερεύον βιολογικό στάδιο αφαιρεί το 40% αυτών των ιών, ενώ με την μέθοδο της ενεργού λάσπης αφαιρείται το 90-98%. 3.Το τριτεύον χημικό στάδιο με την χλωρίωση μπορεί να εξαφανίσει σχεδόν όλους τους ιούς.
[Επεξεργασία] Στάδια επεξεργασίας λυμάτων
Υπάρχουν συνήθως τρια στάδια επεξεργασιάς λυμάτων:
- Μηχανικός καθαρισμός στον οποίο αφαιρούνται τα μεγάλα αντικείμενα, η άμμος και η καθίζηση.
- ο Βιολογικός καθαρισμός στον οποίο αφαιρούνατι οι οργανικές ουσίες με την βοήθεια αερισμόυ (οξυγόνωσης)
- ο Χημικός καθαρισμός των λυμάτων που δεν εφαρμόζεται συχνά λόγω του υψηλού κόστους. Σε αυτή την διαδικασία χρησιμοποιείται είτε χλώριο είτε υπεριώδης ακτινοβολία για τη καταστροφή των παθογόνων μικροοργανισμών.
[Επεξεργασία] Κύριο στάδιο καθαρισμού
Στο αρχικό στάδιο καθαρισμού απομακρύνονται υλικά όπως τα λίπη και τα έλαια, άμμος. Εδώ εφαρμόζεται ο μηχανικός τρόπος. Ύστερα αφαιρούνται τα μεγάλα αντικείμενα όπως τα ξύλα, τα σίδερα, κουτια κ.α. Αυτό γίνεται γιατί υπάρχει περίπτωση να καταστραφούν οι εγκαταστάσεις του βιολογικού καθαρισμού αν αυτά τα υλικά περάσουν μέσα. Εδώ χρησιμοποιούνατι σχάρες, για την κατακράτηση των στερεών υλικών. Ύστερα γίνεται η ιζηματογένηση. Σε όλλες σχεδόν τις εγκαταστάσεις υπάρχει αυτό το στάδιο. Εκεί τα βαρειά λύματα ανεβαίνουν στην επιφάνεια (κόπρανα, λάσπη), ώστε να αφαιρεθούν.
[Επεξεργασία] Δεύτερο στάδιο
Στο δεύτερο στάδιο καθαρισμού αφαιρούνται βιολογικά απόβλητα όπως το ανθρώπινα απόβλητα και τα σαπούνια. Η πλειονότητα των βιολογικών εγκαταστάσεων χρησιμοποιεί αεροβική βιολογική επεξεργασία. Για να έιναι αποτελασματικό ο οργανισμός απαιτεί οξυγόνο και ένα υπόστρωμα για να ζήσει. Υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους μπορεί να γίνει αυτο .Σε όλες τις μεθόδους τα βακτήρια και τα πρωτόζωα καταναλώνουν υλικά όπως ζάχαρη.
[Επεξεργασία] Τριτοβάθμια (Χημική) Επεξεργασία Λυμάτων
Η τριτοβάθμια επεξεργασία λυμάτων αφαιρεί σχεδόν όλο το ποσοστό των παθογόνων ουσιών κυρίως με χημικές διαδικασίες. Δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε όλα τα εργοστάσια επεξεργασίας λυμάτων εξαιτίας του υψηλού κόστους του εξοπλισμού. Κύριος σκοπός είναι η αφαίρεση του φωσφόρου και του άζωτου. Το άζωτο μπορεί να βρίσκεται στο νερό με την μορφή αμμωνίας η οποία είναι τοξική για τα ψάρια. Οι ενώσεις του φωσφόρου(άλας) μπορούν να προκαλέσουν ανάπτυξη αλόης η οποία μπορεί να προκαλέσει ευτροφισμό στις λίμνες.
1.Αφαίρεση αζώτου: Η αφαίρεση του αζώτου πραγματοποιείται με την βιολογική οξείδωση του αζώτου από αμμωνία σε νιτρικά άλατα. Τα νιτρικά άλατα μετατρέπονται σε άζωτο σε μορφή οξυγόνου. 2.Αφαίρεση φωσφόρου: Ο φώσφορος μπορεί να αφαιρεθεί βιολογικά σε μια διαδικασία η οποία ονομάζεται Ενισχυμένη βιολογική αφαίρεση φωσφόρου. Σε αυτή τη διαδικασία συγκεκριμένα βακτήρια πολυφωσφορικά συσσωρεμένα σε μικροοργανισμούς εμπλουτίζονται και συσσωρεύουν μεγάλες ποσότητες φωσφόρου μέσα στα κύτταρα τους. (μέχρι 20% του μεγέθους τους). Όταν η βιομάζα εμπλουτισμένη με αυτά τα βακτήρια διαχωριστεί από το καθαρό νερό, τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως λίπασμα. Επίσης μπορεί να αφαιρεθεί με χημικές διαδικασίες οι οποίες δεν εφαρμόζονται συχνά λόγω του υψηλού κόστους των χημικών. 3. Απολύμανση: Ο σκοπός της απολύμανσης είναι η μείωση των παθογόνων μικροοργανισμών στο νερό το οποίο επιστρέφει στο περιβάλλον. Η απολύμανση μπορεί να γίνει κυρίως με τρεις τρόπους: Με Χλωρίωση: Η χλωρίωση εφαρμόζεται συχνά εξαιτίας του χαμηλού κόστους. Το μειονέκτημα είναι ότι μπορεί να παραχθούν καρκινογόνες ενώσεις. Επίσης είναι τοξική προς τους υδρόβιους οργανισμούς. Υπεριώδης Ακτινοβολία :Η υπεριώδης προκαλεί ζημιά στην γενετική δομή των παθογόνων μικροοργανισμών, των βακτηρίων και των ιών, εμποδίζοντας τους να αναπαραχθούν. Τα μειονεκτήματα είναι το υψηλό κόστος συντήρησης της λάμπας και ο σωστός καθαρισμός των λυμάτων καθώς τα στερεά απόβλητα μπορούν να λειτουργήσουν ως ασπίδα και να προστατέψουν τους μικροοργανισμούς από την υπεριώδη ακτινοβολία -Γενικά έχει δειχθεί ότι . Γενικά έχει δειχθεί ότι η υπεριώδης ακτινοβολία στα 254mm κάνει τα βακτήρια ανίκανα να αναπαραχθούν μεταβάλλοντας την δομή του DNA τους φωτοχημικά. -Μικρή δόση υπεριώδους φωτός μπορεί να σκοτώσει το 99% των βακτηρίων που βρίσκονται στα κόπρανα και του στρεπτόκοκκου. -Ο αριθμός των βακτηρίων που σκοτώνονται είναι ανεξάρτητος από την ένταση του φωτός αλλά εξαρτάται από την τελική δόση. -Ο συνδυασμός του όζοντος και UV είναι πολύ μεγάλος στην καταστροφή των βακτηρίων. -Όταν υπερηχητικά κύματα χρησιμοποιούνται πριν από UV τότε καταστρέφονται περισσότερα βακτήρια.
Καθαρισμός με Όζον:To όζον παράγεται όταν το οξυγόνο περνάει μέσα από υψηλή τάση, έτσι εμφανίζεται ένα ακόμη άτομο. Το όζον είναι πολύ ασταθές και αντιδραστικό και οξειδώνει τα περισσότερα υλικά με τα οποία έρχεται σε επαφή. Το όζον είναι ασφαλέστερο γιατί δεν χρειάζεται να αποθηκεύεται στις εγκαταστάσεις αντίθετα με το Χλώριο. Τα βακτήρια καταστρέφονται 600-3000 φορές πιο γρήγορα με το όζον από ότι με τη χλωρίνη. Επίσης το η επίδραση του όζοντος δεν επηρεάζεται από τις αλλαγές του PH αντίθετα με την χλωρίνη.
[Επεξεργασία] Μη συμβατικές μέθοδοι επεξεργασίας λυμάτων
Ηλεκτρομαγνητικά Κύματα: Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι η μετάδοση της ενέργειας στο χώρο με τη χρήση ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μπορεί να προσδιοριστεί με βάση τη συχνότητα, το κενό το μήκος κύματος, η την ενέργεια των φωτονίων. Για τον καθαρισμό του νερού τα ΕΜ κύματα στην χαμηλότερη θέση της υπεριώδους δεσμίδας θα έχουν ως αποτέλεσμα την θέρμανση του νερού.
[Επεξεργασία] Διαχείριση Λάσπης
Η λάσπη που είναι χωριστεί από τα λύματα πρέπει να διαχειριστεί και να υποστεί επεξεργασία με αποτελεσματικό και ασφαλή τρόπο.Ο σκοπός της χώνεψης της λάσπης είναι η μείωση της οργανικής ύλης, των παθογόνων μικροοργανισμών.Οι πιο συνηθισμένοι μέθοδοι επεξεργασίας της λάσπης είναι: Η αναερόβια χώνεψη, η αερόβια χώνεψη και η σύνθεση. Αναερόβια Χώνεψη: Η αναερόβια χώνεψη είναι μια διαδικασία η οποία πραγματοποιείται με την απουσία οξυγόνου, Η διαδικασία μπορεί να είναι είτε θερμόφιλη χώνεψη στην οποία η λάσπη βρίσκεται υπό ζύμωση μέσα σε δεξαμενές σε θερμοκρασία 55 βαθμών κελσίου. Ονομάζεται θερμόφιλη εξαιτίας των μικροοργανισμών που παίρνουν μέρος στην διαδικασία οι οποίοι περιέχουν ένζυμα τα οποία λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες. Αυτά τα ένζυμα έχουν μεγάλη σημασία σε πολλές εφαρμογές της βιοτεχνολογίας. Επίσης η διαδικασία μπορεί να είναι είτε μεσόφιλη δηλαδή σε θερμοκρασία 36 βαθμών κελσίου. Κατά την αναερόβια χώνεψη παράγεται βιοαέριο με υψηλή περιεκτικότητα σε μεθάνιο το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την θέρμανση των δεξαμενών καθώς και για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών των εγκαταστάσεων. Σε μεγάλες μονάδες επεξεργασίας λυμάτων μπορεί να παραχθεί περισσότερη ενέργεια από όση χρειάζεται για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών της μονάδας. Τα πλεονεκτήματα της αεροβικής διαδικασίας είναι η παραγωγή του μεθανίου και τα μειονεκτήματα είναι η μεγάλη χρονική περίοδος που χρειάζεται η διαδικασία (ως 30 ημέρες) καθώς και το υψηλό κόστος.
Αεροβική Χώνεψη: Η αεροβική χώνεψη είναι μια βακτηριακή διαδικασία η οποία συμβαίνει παρουσία οξυγόνου. Κάτω από αεροβικές συνθήκες τα βακτήρια καταναλώνουν με γρήγορο ρυθμό την οργανική ύλη μετατρέποντας την σε διοξείδιο του άνθρακα. Αφού η οργανική ύλη καταναλωθεί τα βακτήρια πεθαίνουν και καταναλώνονται από άλλα βακτήρια. Τα πλεονεκτήματα της αεροβικής διαδικασίας είναι ότι πραγματοποιείται πολύ γρηγορότερα έχοντας έτσι μικρότερες κεφαλαιουχικές δαπάνες, δηλαδή αποδίδει περισσότερο. Τα λειτουργικά κόστη όμως είναι πολύ μεγαλύτερα εξαιτίας των ενεργειακών κοστών για τον αερισμό που χρειάζεται για την προσθήκη οξυγόνου στην διαδικασία.