Ποιοτικά Χαρακτηριστικά Λυμάτων

Ορισμοί Κάθε κοινότητα παράγει υγρά και στερεά απόβλητα (απορρίμματα), καθώς και αέριους ρύπους Τι είναι τα λύματα; Λύματα είναι τα υγρά απόβλητα που προκύπτουν έπειτα από τις διαφορετικές χρήσεις της παροχής του νερού από μία κοινότητα. Βάσει των πηγών από τις οποίες προέρχονται, τα λύματα μπορεί να συνδυάζουν υγρά ή μεταφερόμενα από το νερό απόβλητα από κατοικίες, ιδρύματα και εμπορικές ή βιομηχανικές εγκαταστάσεις μαζί με υπόγεια, επιφανειακά και όμβρια ύδατα

Τα λύματα περιέχουν ρύπους, οι οποίοι δίνουν στο νερό χρώμα, γεύση και οσμή. Αυτοί οι ρύποι περιλαμβάνουν ζωντανούς μικροοργανισμούς (ιούς, βακτήρια), οργανικά υλικά και ανόργανες ενώσεις.

Προέλευση λυμάτων Λύματα Οικιακά Αγροτικά Βιομηχανικά + Όμβρια

Πρωτοβάθμια επεξεργασία Στοχεύει κυρίως στην αφαίρεση του αιωρούμενου υλικού (οργανικού και ανόργανου). Περιλαμβάνει, συνήθως, την Προεπεξεργασία και την Πρωτοβάθμια Καθίζηση. Η Προεπεξεργασία περιλαμβάνει την Εσχάρωση, τους Πολτοποιητές και τα Τριβεία, την Εξάμμωση, καθώς και τη μέτρηση ή/και την εξισορρόπηση της παροχής. Στόχος της είναι η απομάκρυνση σωμάτων που επιπλέουν ή βρίσκονται σε αιώρηση στα λύματα και εγκυμονούν κινδύνους έμφραξης των αγωγών, καταστροφής του μηχανολογικού εξοπλισμού(π.χ. αντλίες) και τελικώς δυσλειτουργίας των μονάδων επεξεργασίας που ακολουθούν.

Πρωτοβάθμια επεξεργασία (2) Η Πρωτοβάθμια Καθίζηση περιλαμβάνει δεξαμενές καθίζησης (συνήθως κυκλικής διατομής) που συχνά αναφέρονται εν συντομία ΔΠΚ (Δεξαμενές Πρωτοβάθμιας Καθίζησης)και έχει ως σκοπό να απομακρύνει τα αιωρούμενα οργανικά και ανόργανα στερεά (10-1 έως 10-2 mm), ώστε να μειωθεί το ρυπαντικό φορτίο που προορίζεται για τα επόμενα στάδια επεξεργασίας. Η πρωτοβάθμια καθίζηση αφαιρεί τα καθιζάνοντα στερεά υπό μορφή Πρωτοβάθμιας Ιλύος(Λάσπης) και το υπερκείμενο υγρό αποτελεί την πρωτοβάθμια επεξεργασμένη εκροή, που είναι διαθέσιμη προς περαιτέρω επεξεργασία.

Δευτεροβάθμια Επεξεργασία Ως Δευτεροβάθμια Επεξεργασία νοείται η προχωρημένη επεξεργασία λυμάτων η οποία οδηγεί σε απομάκρυνση οργανικού άνθρακα, αζώτου και μερικές φορές και φωσφόρου (αναλόγως της εγκατάστασης). Κατά την δευτεροβάθμια επεξεργασία παρέχεται οξυγόνο στους μικροοργανισμούς ώστε αυτοί να οξειδώσουν τον οργανικό άνθρακα σε CO2 μέσω της διαδικασίας της αναπνοής ενώ ταυτόχρονα τα αμμωνιακά (NH4+) οξειδώνονται σε νιτρώδη (ΝΟ2-) και στη συνέχεια σε νιτρικά (ΝΟ3-). Σε κάποιο τμήμα του αντιδραστήρα όπου η συγκέντρωση του οξυγόνου είναι μηδενική τα νιτρικά μετατρέπονται σε αέριο άζωτο (Ν2) το οποίο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα. Έτσι επιτυγχάνεται η απομάκρυνση οργανικού άνθρακα και αζώτου από τα λύματα.

Τριτοβάθμια Επεξεργασία Σκοπός της είναι η αφαίρεση βαρέων μετάλλων και τοξικών ή άλλων συστατικών. Το στάδιο αυτό είναι επιθυμητό όταν η παρουσία βιομηχανικών αποβλήτων στα λύματα είναι σημαντική και ο στόχος είναι η επαναχρησιμοποίηση των λυμάτων (π.χ. στην βιομηχανία, για άρδευση ή για χώρους αναψυχής). Στο στάδιο αυτό περιλαμβάνονται επεξεργασίες όπως η κροκίδωση - ιζηματοποίηση, η διύλιση, η προσρόφηση από ενεργό άνθρακα και διεργασίες με μεμβράνες.

Διεργασίες απομάκρυνσης συστατικών λυμάτων (1) (Metcalf & Eddy) Συστατικό Διεργασία Αιωρούμενα Στερεά Κοσκίνιση, ιζηματοποίηση, επιφανειακή διήθηση, σε βάθος διήθηση, επίπλευση, χημική καθίζηση, υψηλού ρυθμού διαύγαση, απομάκρυνση χαλικιών Βιοδιασπώμενα Οργανικά Παραλλαγές αερόβιας αιωρούμενης βιομάζας, παραλλαγές αερόβιας προσκολλούμενης βιομάζας, Παραλλαγές αναερόβιας αιωρούμενης βιομάζας, παραλλαγές αναερόβιας προσκολλούμενης βιομάζας, παραλλαγές λιμνών, φυσικοχημικά Συστήματα, χημική οξείδωση, περαιτέρω οξείδωση, διήθηση μεμβράνης Παθογόνα Υπεριώδης (UV) ακτινοβολία, Ο3, διοξείδιο του χλωρίου (ClO2), χλωριούχες ενώσεις Κολλοειδή και διαλελυμένα στερεά Μεμβράνες, χημική επεξεργασία, προσρόφηση άνθρακα, ιοντοανταλλαγή

Διεργασίες απομάκρυνσης συστατικών λυμάτων (2) Συστατικό Διεργασία Θρεπτικά Άζωτο Φώσφορος Άζωτο και φώσφορος Ιοντοανταλλαγή, αέρια εκχύλιση, χημική οξείδωση, παραλλαγές νιτροποίησης και απόνιτροποίησης σταθερού υμένα, παραλλαγές νιτροποίησης και απονιτροποίησης αιωρούμενης βιομάζας Χημική επεξεργασία, βιολογική απομάκρυνση φωσφόρου Παραλλαγές βιολογικής απομάκρυνσης θρεπτικών Πτητικές οργανικές ενώσεις Αέρια εκχύλιση, προσρόφηση άνθρακα, περαιτέρω οξείδωση Οσμές Χημικός καθαρισμός, προσρόφηση άνθρακα, βιοφίλτρα, φίλτρα κόμποστ

Χαρακτηριστικά Λυμάτων κατατάσσονται σε τρεις κατηγορίες: Φυσικά Χημικά Βιολογικά

Πολλές από τις παραμέτρους, που ανήκουν στις κατηγορίες αυτές, αλληλεξαρτώνται π.χ. η θερμοκρασία που είναι φυσικός παράγοντας επηρεάζει την διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό, καθώς και τη βιολογική δραστηριότητα

Φυσικά χαρακτηριστικά Η οσμή Η θερμοκρασία (κυμαίνεται περίπου από 221οC. Η μέση τιμή της είναι 15,6ο C) Αύξηση .ταχύτερη ανάπτυξη μικροοργανισμών . επιτάχυνση βιοχημικών αντιδράσεων . μείωση διαλυτότητας αερίων φαινομενικό (αιωρούμενες ύλες) Το χρώμα πραγματικό (κολλοειδείς ύλες)

Η θολότητα Στερεές ουσίες Τα αιωρούμενα στερεά (S.S.) Το σύνολο των περιεχομένων στερεών ουσιών, τα ολικά στερεά Τα αιωρούμενα στερεά (S.S.) Τα διαλυμένα στερεά (D.S.) Καθιζάνοντα Settleable Μη καθιζάνοντα Εξαερώσιμα (V.S.) οργανικά Μη Εξα/σιμα (F.S.) ανόργανα

τα αιωρούμενα στερεά (Suspended) είναι το κύριο αίτιο της θολότητας, τα καθιζάνοντα (Settleable) δίνουν μια ένδειξη δυνατότητας καθαρισμού, τα πτητικά (Volatile) -σταθερά (Fixed) στερεά αποτελούν μέτρο των οργανικών ουσιών που περιέχονται στα λύματα .

Προσδιορισμός Υπόλειμμα mg/L δείγματος μετά από εξάτμιση στους 1050 C TS Υπόλειμμα mg/L δείγματος μετά από εξάτμιση στους 1050 C DS Στερεά mg/L δείγματος που διέρχονται από ειδικό χάρτινο φίλτρο μετά από εξάτμιση στους 1050 C SS Στερεά mg/L δείγματος που συγκρατούνται από ειδικό χάρτινο φίλτρο SSS Στερεά ml/L δείγματος που καθιζάνουν σε συνθήκες ηρεμίας για 1 ώρα VS Υπόλειμμα mg/L δείγματος μετά από θέρμανση στους 6000 C FS Μένουν ως στάχτη

Χημικά Χαρακτηριστικά τα οργανικά στοιχεία τα ανόργανα στοιχεία το pΗ η Αλκαλικότητα

εύκολη αποσύνθεση- κακή οσμή (τρόφιμα- βυρσοδεψία) Οργανικές Ουσίες Πρωτεϊνες (C, H2, O2, N) εύκολη αποσύνθεση- κακή οσμή (τρόφιμα- βυρσοδεψία) Υδατάνθρακες: (C, H2, O2) Σάκχαρα(εύκολη διάσπαση)-Άμυλο (δύσκολη διάσπαση) (επεξεργασία χαρτιού, υφαντουργία) Λιπίδια: υγρά λάδια , στερεά λίπη- κακή οσμή- (επιφανειακές απορροές, επεξεργασία μαλλιού σαπουνιού, λαδιών, πλυντήρια )

Τυπική σύσταση αστικών αποβλήτων Επιφανειακές ενεργές ουσίες απορρυπαντικά (δεν διασπώνται εύκολα, τοξικές) Φαινόλες, βιομηχανικά απόβλητα, (δεν διασπώνται όταν > 500 mg/L), Εντομοκτόνα, Φυτοφάρμακα Τυπική σύσταση αστικών αποβλήτων Πρωτεΐνες Υδατάνθρακες Λιπίδια 40-60% 25-50% 10%

Οι οργανικές ουσίες που βρίσκονται στα λύματα σε συνδυασμό με ορισμένα ανόργανα συστατικά αποτελούν το θρεπτικό υπόστρωμα ανάπτυξης ολόκληρης σειράς σαπροφυτικών οργανισμών. Για την αφομοίωση των ουσιών αυτών τίθεται σε λειτουργία ένας βιοχημικός μηχανισμός που καταλήγει στην αποδόμηση των οργανικών ουσιών και στη μετατροπή τους σταδιακά σε σταθερή μορφή ανόργανων αλάτων και αερίων. Οργ. Εν+ Ο2+μ/ο Νέοι μ/ο+CO2+NH3+H2O+ ενέργεια

(Ζήτηση οξυγόνου Αζωτούχων) Το στοιχειακό οξυγόνο που χρειάζεται για τη βιοχημική αποδόμηση των οργανικών ουσιών των λυμάτων από αερόβιους μικροοργανισμούς, ονομάζεται βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο ή BOD. Ως μέτρο: το απαιτούμενο οξυγόνο των 5 πρώτων ημερών σε θερμοκρασία 20ο C ή αλλιώς BOD5, που αντιπροσωπεύει περίπου το 60-70% του συνολικά απαιτούμενου οξυγόνου και εκφράζεται ως συγκέντρωση (mg/L) ή ως φορτίο (kg/ημέρα). (Ζήτηση οξυγόνου Ανθρακικών) Αμμωνιακά (NH4+), νιτρώδη (NO2-) & νιτρικά (NO3-) -BOD 2ου σταδίου: 8-12 ημέρες. (Ζήτηση οξυγόνου Αζωτούχων)

Η ποσότητα του οξυγόνου που χρειάζεται για την πλήρη χημική οξείδωση των οργανικών ουσιών των λυμάτων με εργαστηριακά μέσα λέγεται χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (COD). Ο Προσδιορισμός γίνεται σε 3 ώρες με Διχρωμικό κάλι (K2Cr2O7) Ο λόγος BOD : COD για τα αστικά υγρά απόβλητα κυμαίνεται από 1:1,25 έως 1:2,5

Ανόργανες Ουσίες το Άζωτο περιέχεται στα απόβλητα στις μορφές - Οργανικό (πρωτεΐνες, ουρία, αμινοξέα) - Αμμωνιακό (αμμωνιακά άλατα, αμμωνία) - Νιτρώδη & Νιτρικά (ως προϊόν οξείδωσης) Ο φώσφορος περιέχεται στα απόβλητα ως - Ανόργανος (ορθοφωσφορικά H3PO4 –πολυφωσφορικά H4P2O7) - Οργανικός

Σοβαρό παράγοντα για την αποξυγόνωση των νερών αποτελεί η νιτροποίηση του αμμωνιακού αζώτου (ΝΗ3 και ΝΗ4+) των λυμάτων. Η αζωτούχα ζήτηση οξυγόνου των αστικών λυμάτων έχει την ίδια τάξη μεγέθους με την ανθρακούχα ζήτηση O2. Tα νιτροποιητικά βακτηρίδια καταναλώνουν 4,75g O2 για να οξειδώσουν 1g αμμωνιακού αζώτου σε νιτρικά

Στα αστικά λύματα η τυπική συγκέντρωση Ν κυμαίνεται στα 40 -50 mg/L Ρ κυμαίνεται από 4 έως 15 mg/L. Ο προσδιορισμός του Αζώτου γίνεται με Φασματοφωτόμετρα ή τη μέθοδο Kjedahl Ο προσδιορισμός του Φωσφόρου γίνεται με Φασματοφωτόμετρα

Για να αναπτυχθούν άλγη χρειάζονται ηλιακή ενέργεια και ανόργανες τροφές- κυρίως άνθρακας, άζωτο και φώσφορος, σε κατά βάρος αναλογία περίπου C:N:Ρ = 41:7:1. Η ποσότητα της βιομάζας προσδιορίζεται από το στοιχείο που βρίσκεται στη μικρότερη αναλογικά διαθεσιμότητα δηλ. ο φώσφορος (Ρ) και το άζωτο (Ν) σε δεύτερο βαθμό εφ’ όσον ο διαθέσιμος άνθρακας (CO2) βρίσκεται σε υπερεπάρκεια σε σχέση με το Ρ και Ν.

Aλκαλικότητα ή σκληρότητα pH επηρεάζει όλες τις διεργασίες - απαραίτητος ο έλεγχος Aλκαλικότητα ή σκληρότητα οφείλεται σε παρουσία ιόντων HCO3-, CO3-2, OH-, ενωμένων με - Ασβέστιο - Μαγνήσιο - Νάτριο Κάλιο Αμμωνία Εκφράζεται σε mg/L CaCO3 Η συγκέντρωση της αλκαλικότητας στα αστικά λύματα μας ενδιαφέρει για την περίπτωση που θα εφαρμόσουμε χημική επεξεργασία ή για την βιολογική αφαίρεση των θρεπτικών ουσιών και επειδή ρυθμίζει το pH.

Βιολογικά Χαρακτηριστικά Μικρόβια (Δείκτες ή παράγοντες μόλυνσης) Σαπροφυτικοί οργανισμοί Υδρόβιοι Παθογόνα Κολοβακτηρίδια, ΤC, E.Coli, Fecal Coliforms Βακτήρια, Μύκητες, Φύκη, Πρωτόζωα Πλαγκτόν, Βένθος, Νηκτό Τα Ελληνικά ανεπεξέργαστα αστικά υγρά απόβλητα περιέχουν: 1001000x106/100 mL κολοβακτηρίδια

Τοξικές ουσίες Τα οργανικά δηλητήρια, βαρέα μέταλλα, ραδιενεργές ύλες, οξέα και βάσεις που μεταβάλλουν το pΗ του αποδέκτη και δεν είναι ανεκτά από τους ζώντες οργανισμούς τους. Οι τοξικοί ρύποι των λυμάτων μπορούν να μεταφερθούν στον άνθρωπο κυρίως μέσω της τροφικής αλυσίδας Στα αστικά λύματα προέρχονται κυρίως από βιομηχανίες που αποχετεύουν στο αστικό αποχετευτικό δίκτυο. Η εξουδετέρωσή τους πρέπει να γίνεται στην πηγή τους.