Eλληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο

Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας

Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών: Διαχείριση Αποβλήτων

ΔΙΑ 60: 5η Γραπτή Εργασία

ΒΑΘΜΟΣ: 10

Μαβίδης Σάββας (Α. Μ.: 104302)

Ονοματεπώνυμο συμβούλου καθηγητή: Δημήτριος Βαγενάς

Μάιος 2017

0

ΠεριεχόμεναΕισαγωγή...............................................................................................................2

Νομικό πλαίσιο......................................................................................................2

Διάθεση επεξεργασμένων υγρών γεωργικών αποβλήτων στο έδαφος...................3

Άρδευση με καταιονισμό.......................................................................................4

Άρδευση με σταγόνες (στάγδην άρδευση).............................................................5

Μελέτη περίπτωσης (case study) χρήσης γεωργικών ή κτηνοτροφικών υγρών αποβλήτων για άρδευση........................................................................................5

Ενεργειακή αξιοποίηση υγρών αποβλήτων...........................................................6Διεργασίες Παραγωγής Ενέργειας από την Επεξεργασία Αποβλήτων Ελαιοτριβείων. .7Διεργασίες Παραγωγής Ενέργειας από την Επεξεργασία Αποβλήτων Κτηνοτροφίων..8Διεργασίες Παραγωγής Ενέργειας από την Επεξεργασία Αποβλήτων Τυροκομείων....9

Μελέτη περίπτωσης (case study) ΚΡΕΚΑ Α.Ε. Κρεατοπαραγωγική Καβάλας....9

Βιβλιογραφία.......................................................................................................12

Ασκήσεις..............................................................................................................13

Εικόνα εξωφύλλου: Σάββας Μαβίδης

1

Εισαγωγή Πολύ καλή δουλειά (70)Η διάθεση των υγρών αποβλήτων θα αποτελεί πάντα έναν πολύ σημαντικό παράγοντα ρύπανσης των υδάτινων αποδεκτών με αποτέλεσμα την υποβάθμιση των αποδεκτών. Ειδικά όμως για τις ξηρές και τις ημίξηρες περιοχές του πλανήτη, από το 1980 μελετάται η δυνατότητα επεξεργασίας και επαναχρησιμοποίησης των υγρών αποβλήτων. Μια διαδικασία που αρχικά θα μειώσει το ρυπαντικό φορτίο που θα κατέληγε στους αποδέκτες, αλλά και μια πολύ χρήσιμη διαδικασία εξοικονόμησης του πολύτιμου πόσιμου νερού.

Νομικό πλαίσιοΗ σχετική νομοθεσία για την επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων σε εθνικό, ευρωπαϊκό και διεθνές επίπεδο, είναι:

1. Διατάξεις άρθρου 10 (παρ. 2) του Ν. 1650/1986 «Για την προστασία του περιβάλλοντος» (Α μ160), όπως τροποποιήθηκε με το Ν. 3010/2002 (Α μ91).

2. Διατάξεις άρθρων 2, 4 (παρ. 1 εδάφια ε και ζ), 5 (παρ. 6), 11, 13 και 14 του Ν. 3199/2003 «Προστασία και διαχείριση των υδάτων − εναρμόνιση με την οδηγία 2000/60/ΕΚ του Ευρωπαι ̈κού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 23ης Οκτωβρίου 2000» (Α μ 280).

3. Διατάξεις άρθρων 1, 2, 4 (παρ. 1), 9, 11 και 12 (παρ. 4 εδ. στ και ι και παρ. 6) του Π.Δ. 51/2007 «Καθορισμός μέτρων και διαδικασιών για την ολοκληρωμένη προστασία και διαχείριση των υδάτων σε συμμόρφωση με τις διατάξεις της οδηγίας 2000/60/ΕΚ ...... του Συμβουλίου της 23ης Οκτωβρίου 2000» (Α μ54).

4. Την υπ. αριθ. 5673/400/1997 ΚΥΑ «Μέτρα και όροι για την επεξεργασία αστικών λυμάτων» (Β μ192) που εκδόθηκε σε συμμόρφωση με την οδηγία 91/271/ΕΟΚ και τροποποιήθηκε με την υπ. Αριθ. 19661/1982/1999 ΚΥΑ (Β μ1811) και την υπ. Αριθ. 48392/939/2002 ΚΥΑ (Β μ 405).

5. Την υπ. αριθ. 39626/2208/2009 ΚΥΑ «Καθορισμός μέτρων για την προστασία των υπόγειων νερών από την ρύπανση και την υποβάθμιση, σε συμμόρφωση με τις διατάξεις της οδηγίας 2006/118/ΕΚ «σχετικά με την προστασία των υπόγειων υδάτων από την ρύπανση και την υποβάθμιση», του Ευρωπαι ̈κού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 12ης Δεκεμβρίου 2006» (Β μ2075).

6. Την Υγειονομική Διάταξη Ε1β 221/65 «Περί διαθέσεως λυμάτων και βιομηχανικών αποβλήτων» (Β μ138), όπως ισχύει.

7. Τις διατάξεις του Π.Δ. 148/2009 «Περιβαλλοντική εύθυμη για την πρόληψη και την αποκατάσταση των ζημιών στο περιβάλλον − Εναρμόνιση με την οδηγία 2004/35/ΕΚ. ...... κλπ» (Α μ190).

8. Την ΚΥΑ 145116/02-02-2011 (ΦΕΚ Β μ354/2011) «καθορισμός μέτρων, όρων και διαδικασιών για την επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων και άλλες διατάξεις»

9. Την ΚΥΑ 191002/9.9.2013 (ΦΕΚ 2220/Β’/2013) που τροποποίησε την ΚΥΑ 145116/02-02-2011 (ΦΕΚ Β μ354/2011).

10. Την εγκύκλιο αρ.πρωτ. οικ 145447/23.06.2011 της Ειδικής Γραμματείας Υδάτων του Υ.ΠΕ.ΚΑ

2

Με την ΚΥΑ 145116/02-02-2011 (ΦΕΚ Β μ354/2011) έγινε καθορισμός μέτρων, όρων και διαδικασιών για την επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων. Σύμφωνα με την εγκύκλιο αρ.πρωτ. οικ 145447/23.06.2011 της Ειδικής Γραμματείας Υδάτων του Υ.ΠΕ.ΚΑ., η προβλεπομένη από το άρθρο 7 της Υ1β/2000/1995 (ΦΕΚ Β μ 343/1995), εδαφική διάθεση υγρών αποβλήτων βουστασίων, χοιροστασίων, πτηνοκτηνοτροφείων για λίπανση, εξάτμιση, απορρόφηση, άρδευση κλπ. εμπίπτει πλέον στις διατάξεις της 145116/02-02-2011 ΚΥΑ και καλύπτεται από την επαναχρησιμοποίηση για άρδευση η τροφοδότηση υπόγειων υδροφοριών.

Για τον υπολογισμό των ορίων του οργανικού φορτιού και των ολικών αιωρουμένων στερεών των επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων των ανωτέρω εγκαταστάσεων κατά την επαναχρησιμοποίηση αυτών για περιορισμένη άρδευση ή τροφοδότηση υπόγειων υδροφοριών, οι οποίοι δεν εμπίπτουν στις διατάξεις του άρθρου 7 του ΠΔ 51/2007, με διήθηση διάμεσου εδαφικού στρώματος με επαρκές πάχος και κατάλληλα χαρακτηριστικά (πίνακας 1 της 145116/02-02-2011 ΚΥΑ), εφαρμόζεται είτε η μέγιστη τιμή συγκέντρωσης είτε η ελαχίστη εκατοστιαία μείωση των παραμέτρων σύμφωνα με τον πιν. 1 της ΚΥΑ 5673/400/1997 (ΦΕΚ Β μ192/1997). Στις περιπτώσεις που, λόγω του υψηλού οργανικού φορτιού, επιλέγεται η ελαχίστη εκατοστιαία μείωση, οι μέγιστες συγκεντρώσεις BOD5, COD κλπ. δεν θα πέμπει να υπερβαίνουν σε καμιά περίπτωση τις τιμές που προβλέπονται στο άρθρο 7 της Υ1β/2000/1995 (ΦΕΚ Β μ343/1995).

Με την αριθμ. Οικ. 191002/09.09.2013 (ΦΕΚ 2220/Β’/2013) τροποποιήθηκε η ΚΥΑ 145116/02-02-2011 (ΦΕΚ Β μ354/2011) και στο τέλος του παραρτήματος Ι προστίθεται η σημείωση: Σημείωση Παραρτήματος Ι. [1] [2] [3]

Διάθεση επεξεργασμένων υγρών γεωργικών αποβλήτων στο έδαφος Ως γεωργικά απόβλητα αναφέρονται απόβλητα από χοιροστάσια, βουστάσια, γεωργικών και βιομηχανιών τροφίμων (σφαγεία, αλλαντοποιεία, ελαιοτριβεία, από επεξεργασία γάλακτος, τυροκομείων, κονσερβοποιείων κλπ. Με την επεξεργασία τους, ο σκοπός είναι η αφαίρεση αιωρούμενων συστατικών (ανόργανων και οργανικών), η μείωση του διαλυμένου οργανικού άνθρακα και των λοιπών διαλυμένων ρύπων (N, P, μέταλλα) και η εξουδετέρωση των παθογόνων μικροοργανισμών. Το σύστημα που θα επιλεχθεί για την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων εξαρτάται από τον ημερήσιο όγκο παράγωγης τους, αλλά και τη διάρκεια και τη διακύμανση της παράγωγης τους στη διάρκεια του έτους.

Τα επεξεργασμένα αποβλητα μπορούν να διατεθούν για λίπανση και για άρδευση. Η διάθεση για λίπανση απαιτεί μικρότερες ποσότητες από αυτές που απαιτούνται για άρδευση και πραγματοποιείται με τα συνήθη συστήματα άρδευσης όπως καταιονισμός και η στάγδην τεχνική, επιδειώκοντας το βάθος να φτάνει μέχρι το βάθος του κυρίου όγκου του ριζικού συστήματος της καλλιέργειας. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν υγρά επεξεργασμένα απόβλητα προερχόμενα από υψηλού ργανικού φορτίου απόβλητα όπως αυτά των κτηνοτροφιμας, ελαιοτριβειμων και τυρογαμλακτος.

Για άρδευση χρησιμοπουνται υγρά επεξεργασμένα απόβλητα χαμηλού οργανικού φορτίου, όπως απόνερα πλυσίματος γεωργικών βιομηχανιών. Αν προοριμζονται για

3

αναμπτυξη υδροχαρουμς αυτοφυουμς βλαμστησης, προσαρμοσμεμνης σε αυταμ, η οποιμα εμχει μεγαμλη ικανομτητα προσαρμογημς, μόνο τότε μπορούν να χρησιμοποιηθούν υγρά επεξεργασμένα απόβλητα προερχόμενα από υψηλού οργανικού φορτίου.

Τα συστήματα άρδευσης υπάγονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες τεχνολογιών

Σε αυτές που βασίζονται στη φυσική ροή του νερού λόγω βαρύτητας και τη γεωμορφολογία της αρδευόμενης έκτασης όπως η επιφανειακή άρδευση με κατάκλιση (το νερό εφαρµόζεται σε ολόκληρο το πεδίο και διηθείται στο έδαφος), με περιορισμένη διάχυση και με αυλάκια (το νερό εφαρµόζεται στα αυλάκια που σχηµατίζονται µεταξύ διαµορφωµένων κορυφογραµµών), αλλά και σε αυτές που βασίζονται σε νερό πίεσης, όπως άρδευση με καταιονισμό και στάγδην άρδευση που θα αναλυθούν παρακάτω. Υπόγεια άρδευση (το νερό εφαρµόζεται κάτω από το ριζόστρωµα έτσι ώστε να το διαβρέχει εξ αιτίας τριχοειδούς ανύψωσης. Χρησιµοποιούντι υπόγεια αρδευτικά κανάλια ή θαµένοι σωλήνες κλπ). Τοπική άρδευση (το νερό εφαρµόζεται γύρω από κάθε φυτό ή οµάδα φυτών έτσι ώστε να διαβρέχει τοπικά το έδαφος και µόνο το ριζόστρωµα). Η παροχή νερού ρυθµίζεται έτσι ώστε να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις της εξατµισοδιαπνοής ώστε να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες διήθησης.

Άρδευση με καταιονισμό Είναι η μέθοδος που εφαρμόζει το νερό σε όλη την επιφάνεια του εδάφους υπό τύπου ψεκασμού, μια διαδικασία που προσομοιάζει με την φυσική βροχόπτωση και προσαρμόζεται για άρδευση όλων των εμπορεύσιμων καλλιεργειών, κάτω από μεγάλη ποικιλία εδαφικών συνθηκών.. Η εφαρμογή πραγματοποιείται μέσω των εκτοξευτήρων, γίνεται μια προσπάθεια ώστε να γίνει όσο το δυνατόν πιο ομοιόμορφη διαβροχή του εδάφους και να διηθηθεί κατακόρυφα το νερό υπό ακόρεστες συνθήκες.

Θεωρείται σύγχρονη μέθοδος, αλλά είναι γνωστή από παλαιότερα χρόνια. Έχει βρει εφαρμογή σε μεγαλύτερη κλίμακα έπειτα από την αντικατάσταση των σωληνώσεων σιδήρου ή χυτοσιδήρου από πλαστικούς, αλλά και η χρήση περιστροφικών εκτοξευτήρων. Είναι η μέθοδος που προτιμάται όταν η διαθέσιμη παροχή άρδευσης είναι σχετικά μικρή, αλλά και όταν το έδαφος είναι αρκετά διαπερατό, ανομοιόμορφο με κλίση και ανώμαλη τοπιογραφία, αβαθές και με υψηλή υπόγεια στάθμη.

Στα πλεονεκτήματα της μεθόδου περιλαμβάνονται

Η δυνατότητα εφαρμογής σε εδάφη που δεν προσφέρονται επιφανειακή άρδευση. Είναι έργο άμεσης απόδοσης. Έχουμε εξοικονόμηση αρδευτικού νερού. Δεν καταστρέφεται η καλλιεργήσιμη έκταση. Δεν απαιτείται συστηματοποίηση των γαιών. Αξιοποιούνται μικρές και διάσπαρτες παροχές νερού μηδενίζοντας απώλειες λόγω μεταφοράς νερού. Χορήγηση του νερού υπό φυσική μορφή προσλαμβάνοντας άζωτο και οξυγόνο. Δεν καταστρέφεται η δομή του εδάφους όπως με την επιφανειακή υπεράδευση. Αποφεύγονται εστίες ζιζανίων. Ελάττωση του εργατικού δυναμικού λόγω μη αναγκαιότητας επίβλεψης της άρδευσης, ελάττωση των καλλιεργητικών δαπανών. Προστασία από τον παγετό

Μειονεκτήματα μεθόδου καταιονισμού

4

Μεγάλη δαπάνη για την αρχική εγκατάσταση. Αυξημένα έξοδα λειτουργίας κατασκευής δικτύων, λόγω εκμετάλλευσης της κλίσης του εδάφους για ροή του νερού μέσω της βαρύτητας. Ανομοιόμορφη κατανομή της «βροχής» λόγω ανέμων. Μηχανικές βλάβες στα εξαρτήματα. Ποιότητα αρδευτικού νερού δεν προτιμάται νερό υψηλής αλατότητας, γιατί δημιουργεί εγκαύματα στα φύλλα των φυτών. [4]

Άρδευση με σταγόνες (στάγδην άρδευση)Η μέθοδος κατά την οποία στο κάθε φυτό χωριστά εφαρμόζεται νερό με την μορφή σταγόνων τόσο όσο χρειάζεται για να αναπτυχθεί, παρέχοντάς του ουσιαστικά την απαραίτητη υγρασία. Η υγρασία φτάνει στο ριζόστρωμα με την βοήθεια επιφανειακών σταλακτήρων, που είναι τοποθετημένοι σε σωλήνες πολυαιθυλενίου κατά μήκος των γραμμών φύτευσης της καλλιέργειας.

Τυπικά περιλαμβάνει τους διανεμητές, τις σωληνώσεις, τα εξαρτήματα συνδεσμολογίας, το κέντρο ελέγχου και την πηγή πίεσης.

Πλεονεκτήματα μεθόδου

Οικονοµία νερού. Οικονοµία εργατικών. Μείωση των ζιζανίων λόγω της περιορισµένης βρεχόµενης επιφάνειας του αγρού. Εκτέλεση των καλλιεργητικών εργασιών κατά τη διάρκεια της άρδευσης. ∆υνατότητα εφαρµογής σε εδάφη µεγάλης διηθητικότητας και µεγάλων κλίσεων, χωρίς προηγούµενη ισοπέδωση. Καλύτερη οµοιοµορφία. Καλύτερος έλεγχος των ποσοτήτων νερού που εφαρµόζουµε, ιδιαίτερα όταν χρησιµοποιούνται συστήµατα αυτοµατισµών. Αξιοποίηση µικρών παροχών. Εύκολη και αποτελεσµατική λίπανση. Ανεξαρτητοποίηση της άρδευσης από τον άνεµο όταν το νερό εφαρµόζεται µέσω σταλακτήρων. Χαµηλό κόστος λειτουργίας. Έλεγχος ορισµένων ασθενειών και εντόµων επειδή κατά την άρδευση δεν υπάρχει διαβροχή του φυλλώµατος των καλλιεργειών. Ευνοϊκές συνθήκες ανάπτυξης και απόδοσης των φυτών, επειδή οι αρδεύσεις είναι συχνές και έτσι το εδαφικό νερό στην περιοχή του ριζοστρώµατος βρίσκεται κοντά στην υδατοϊκανότητα. ∆υνατότητα αξιοποίησης αλατούχων νερών. [4]

Μελέτη περίπτωσης (case study) χρήσης γεωργικών ή κτηνοτροφικών υγρών αποβλήτων για άρδευσηΤο οργανικό φορτίο των αποβλήτων παρουσιάζει υψηλές διακυμάνσεις και χαρακτηρίζεται από COD μεταξύ 45000 έως 170000 mg/L. Εάν όμως υπολογίσουμε το οργανικό φορτίο ανά Kg ελαιοκάρπου, τότε το φορτίο είναι ουσιαστικά ανεξάρτητο της μεθόδου διαχωρισμού του ελαιολάδου και ίσο προς: 100 έως 120 g-COD/Kg-olives ή 45 έως 55 g-BOD5/kg-olives

Ο όγκος των αποβλήτων ανά 1000 Kg ελαιοκάρπου ανέρχεται στα 500 Kg νερό, 300 Kg πυρήνα (ξηρός) και 200 Kg ελαιόλαδο ανά 1000 Kg ελαιοκάρπου. Στον παρακάτω πίνακα δίνονται οι ποσότητες αποβλήτων για τις διαφορετικές μεθόδους παραγωγής του ελαιολάδου.

Στα Χάνια Λακωνίας βρίσκεται το ελαιοτριβείο ΚΟΚΟΛΗΣ το οποίο έχει να επιδείξει τεχνολογία υπεδάφιας διάθεσης υγρών αποβλήτων σε μια πυκνόφυτη έκταση δενδροστοιχιών από λεύκες. Η υπεδάφια διάθεση γίνεται λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιότητες του εδάφους, ώστε να αποφευχθεί η μόλυνση των υπόγειων νερών. Η

5

δενδροφύτευση βασίζεται σε έναν συνδυασμό παραγόντων όπως το σύστημα άρδευσης και ελέγχου ζιζανίων, σύστημα διάθεσης του υγρού αποβλήτου κ.α.

Στη συγκεκριμένη περίπτωση η τοποθέτηση των δένδρων έγινε σε σειρά με απόσταση 1,2 έως 1,5m μεταξύ τουςενώ η μία σειρά έχει απόσταση 3,0 έως 3,2m από την άλλη. Για την μεταφορά του αποβλήτου από το ελαιτριβείο μέχρι το χωράφι χρησμοποιείται το σύστημα υπεδάφιας διάθεσης υγρού αποβλήτου, το οποίο αποτελείται από αντλίες και υπεδάφιους διάτρητους σωλήνες κατασκευασμένους από PVC. Οι σωλήνες είναι τοποθετημένοι μεταξύ των σειρών των λευκών και σε απόσταση 40cm κάτω από την επιφάνεια του εδάφουςσε κανάλι 50x50cm το οποίο πληρούται με χαλίκι μεσαίου μεγέθους.

Στην περιοχή έχουν παρατηρηθεί 6 γεωρήσεις βάθους 3 έως 5m μέσω των οποίων με διάφορες μετρήσεις παρακολουθείται η ποιότητα του υπόγειου νερού.

Η εναπόθεση του κατσίγαρου γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να μην πλησιάζει τον υδροφορέα, να παραμένει στα 3,5m βάθους, ώστε να είναι εύκολα προσβάσιμο από τις ρίζες των δέντρων και η συνολική του ποσότητα να μην υπερβαίνει αυτές τις δύο συνθήκες.

Για να επιτευχθεί όσο το δυνατόν καλύτερη λειτουργία του συστήματος θα πρέπει να απομακρυνθούν τα στερεά από τον κατσίγαρο πριν γίνει η διάθεσή του στο υπέδαφος.

Εικόνα 1. Απεικόνιση της τεχνολογίας υπεδάφιας διάθεση υγρών αποβλήτων ελαιοτριβείου σε συνδυασμό με φυτοεξυγίανση - Ελαιοτριβείο ΚΟΚΟΛΗΣ [5]

Ενεργειακή αξιοποίηση υγρών αποβλήτωνΜια εγκατάσταση παράγει βιοαέριο και οργανικό λίπασμα από την αξιοποίηση κτηνοτροφικών αποβλήτων, αγροτικών και αγροτοβιομηχανικών υπολειμμάτων μέσω της αναερόβιας χώνεψης χώνευσης και στη συνέχεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί

6

ως καύσιμο της μηχανής μονάδας συμπαραγωγής (CHP) ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας

ως καύσιμο οχημάτων

διατεθεί απευθείας σε δίκτυο φυσικού αερίου

Το βιοαέριο αποθηκεύεται σε σύστημα κατακράτησης/προσωρινής αποθήκευσης. εντός του οποίου εξισορροπούνται η πίεση και η σύνθεση του. Η εγκατάσταση βιοαερίου αποτελείται κατά 70-80% από ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισμό. γεγονός που την κάνει ένα σχεδόν αυτόματο σύστημα [6]

Σύμφωνα με το Νόμο 3851/2010 (ΦΕΚ 85/Α/04-06-2010) η τιμή πώλησης της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας διαμορφώνεται στα 0,22€/kWh, εάν επιδοτηθεί το έργο ή 2.024 €/kW, στην περίπτωση που δε ληφθεί. Επομένως από την λειτουργία μιας μικρής εγκατάστασης παραγωγής βιοαερίου θα έχουμε έσοδα 528.000 €/έτος και 607.200 €/έτος αντίστοιχα με το αν υπάρξει ή όχι επιδότηση. [5]

Εικόνα 2. Τα μέρη λειτουργίας μιας μονάδας παραγωγής βιοαερίου [5]

Διεργασίες Παραγωγής Ενέργειας από την Επεξεργασία Αποβλήτων ΕλαιοτριβείωνΗ μέθοδος της αναερόβιας χώνευσης. Μια πολύ αποτελεσματική μέθοδος επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων ελαιοτριβείων, αποτελεί η αναερόβια χώνευση, που είναι γνωστή για την εξοικονόμηση ενέργειας και χημικών ουσιών, αλλά και για την χαμηλή παραγωγή ιλύος, ειδικά όταν πρόκειται για λύματα με υψηλό COD. Αποτελείται από έναν ανοδικό θάλαμο και έναν καθοδικό θάλαμο οι οποίοι διαχωρίζονται από μια μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων Με τον τρόπο αυτό επιτρέπεται στα πρωτόνια να κινούνται στην κάθοδο, ενώ εμποδίζεται η διάχυση του οξυγόνου εντός της ανόδου [7] [8]

Στα πλεονεκτήματα της μεθόδου συγκαταλέγονται το λογικό κόστος που απαιτείται. Ο εποχιακός χαρακτήρας λειτουργίας των ελαιοτριβείων δεν φαίνεται να επηρεάζει

7

τα μεθανογόνα βακτήρια, μια και παρατηρείται χαμηλού βαθμού αλλοίωσης (Νοέμβριο-Φεβρουάριο), με αποτέλεσμα η διαδικασία να μπορεί να ξαναρχίσει ακόμα και μετά από αρκετούς μήνες διακοπής [7]

Δεν απαιτούνται ορυκτά καύσιμα στην επεξεργασία, καθόλου ή πολύ μικρή χρήση χημικών ουσιών, η αναερόβια ιλύς μπορεί να αποθηκευτεί, έτσι ώστε οι αντιδραστήρες να λειτουργούν μόνο κατά τις περιόδους συγκομιδής, αποτελεσματική απομάκρυνση των παθογόνων, αποτελεσματική απομάκρυνση οργανικού φορτίου, η ιλύς που παράγεται αποτελεί βελτιωμένο λίπασμα, Δυνατότητα επιδότησης για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αφού τα απόβλητα ελαιοτριβείων θεωρούνται Ανανεώσιμη Πηγή Ενέργειας. [9]

Ορισμένα από τα μειονεκτήματα της μεθόδου είναι : πιο αργή διεργασία από την αερόβια επεξεργασία και μεγάλο διάστημα μικροβιακής καλλιέργειας, ευαισθησία μεθανογόνων μικροοργανισμών σε μεγάλο φάσμα τοξικών ενώσεων, ύπαρξη δυσάρεστων οσμών στο σύστημα λόγω της παρουσίας θειικών ενώσεων. [10] [11]

Η αναερόβια χώνευση διενεργείται από τρεις διαφορετικές ομάδες των μικροοργανισμών (hydrolytics, acetogenics και methanogenics) που μετατρέπουν την οργανική ύλη με αποτέλεσμα την παραγωγή 90% βιοαερίου (ένα μίγμα CH4/CO2 ≈ 65% - 35% με υψηλή θερμαντική αξία (5000 – 6000 kcal m-3) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ηλεκτρική ενέργεια ή θερμότητα και 10 % περίσσια λάσπης.

Η αναερόβια χώνευση περιλαμβάνει ένα φάσμα βακτηρίων Η πρώτη ομάδα περιλαμβάνει βακτήρια ζυμώσεως τα οποία εκτελούν υδρόλυση και οξεογένεση (π.χ. Clostridium butyricum, Propionibacterium). Πρώτη ομάδα, όπου με δράση έξω – ένζυμων γίνεται η υδρόλυση ύλης, όπως πρωτεΐνες, λίπη και υδατάνθρακες, σε μικρότερες μονάδες οι οποίες μπορούν στη να εισέλθουν στα κύτταρα για οξείδωση, με αποτέλεσμα το σχηματισμό πτητικών λιπαρών οξέων (volatile fatty acids – VFA) και κάποιας ποσότητας διοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο. Στη δεύτερη ομάδα ανήκουν τα ακετογόνα βακτήρια (π.χ. Clostridium aceticum, Acetobacterium woodii), τα οποία είναι υπεύθυνα για τη διάσπαση των προϊόντων του σταδίου της οξίνισης σε οξικό οξύ και παραγωγή υδρογόνου και διοξειδίου του άνθρακα κατά τη διάρκεια της οξικογένεσης. Η τρίτη ομάδα περιλαμβάνει μεθανογόνους Archaea (π.χ. Methanobrevibacter smithii, Methanobacterium thermoautotrophicum, Methanosarcina barkerii, Methanotrix soebugenii) οι οποίοι μετατρέπουν το οξικό οξύ ή το διοξείδιο του άνθρακα και το υδρογόνο σε μεθάνιο [12] [13]

Διεργασίες Παραγωγής Ενέργειας από την Επεξεργασία Αποβλήτων ΚτηνοτροφίωνΣτα χοιροστάσια τα απόβλητα είναι κυρίως υγρά και ημίυγρα και συλλέγονται σε κανάλια. Με φυσική ροή φτάνουν στη δεξαμενή συλλογής. Η επεξεργάσιμα αποβλήτων χοιροστασίου με θερμότητα (135-150 oC) πριν την αναερόβια χώνευση τους, έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της παραγωγής μεθανίου, λόγω της επερχόμενης διαλυτοποίησης των οργανικών στερεών . [14]

Διεργασίες Παραγωγής Ενέργειας από την Επεξεργασία Αποβλήτων Σφαγείων

8

Τα υγρά απόβλητα που παράγονται προέρχονται από την απώλεια αίματος, πλύσιμο των σφαγείων, καθαρισμό του στάβλου αναμονής των ζώων, πλύσιμο των φορτηγών μεταφοράς των ζώων, απόνερα ψύξης μηχανών και το πλύσιμο και τον καθαρισμό των εγκαταστάσεων. Η αναερόβια αποσύνθεση των υγρών αποβλήτων σφαγείου πραγματοποιείται σε θερμαινόμενες διατάξεις για 2-3 ημέρες. Στη συνέχεια τροφοδοτούνται σε μία εγκατάσταση αναερόβιας βιολογικής επεξεργασίας που μπορεί να λάβει χωρά με διαφορές τεχνικές σε βιολογικά φίλτρα, δεξαμενές ενεργού ιλύος με χρόνο αερισμού 54 μωρές και χρόνο παραμονής 8 ώρες στις δεξαμενές καθίζησης, σε οξειδωτικές τάφρους, σε εδαφικά φίλτρα κλπ. Τα απόβλητα είναι απαραίτητο να έχουν υποστεί προηγουμένως απολύμανση με προσθήκη χλωρίου. Από έναν αντιδραστήρα πλήρους κλίμακας αναμένεται η παραγωγή 1100 m3

βιοαερίου ημερησίως. Η ποσότητα αυτή μπορεί να τροφοδοτήσει μια τουρμπίνα παράγωγης ηλεκτρικής ενέργειας άσχημος 110 kW. [14]

Διεργασίες Παραγωγής Ενέργειας από την Επεξεργασία Αποβλήτων ΤυροκομείωνΤο τυρόγαλο είναι υψηλής περιεκτικότητας σε οργανική ύλη. Οι τιμές του τυρόγαλου σε βιολογικά απαιτούμενο οξυγόνο (BOD5) κυμαίνονται από 30.000-50.000 ppm και σε χημικά απαιτούμενο οξυγόνο από 60.000-80.000 ppm. Η αναερόβια χώνευση διακρίνεται σε τρία συστήματα.

1. Συστήματα συμβατικής αναερόβιας χώνευσης , όπου έχουμε την ανάπτυξη αιωρουμένων μικροοργανισμών σε υγρό μέσο.

2. Συστήματα ταχύρρυθμης αναερόβιας χώνευσης, όπου οι μικροοργανισμοί προσκολλώνται σε ένα στερεό υλικό και σχηματίζεται ένα βιολογικό στρώμα κι έτσι δεν παρασύρονται προς την εκροή του χωνεύτρα

3. Συστήματα υβριδικά, που είναι συνδυασμός των δύο προηγούμενων κατηγοριών

Η δυναμική της ημερήσιας παραγόμενης ποσότητας μεθανίου του συστήματος, είναι της τάξεως των 90 m3/d. Η θέρμανση 30 m3 υγρού απόβλητου από τους 20 στους 30 oC απαιτεί περίπου 30 m3 μεθανίου ημερησίως. Προκύπτει μια περίσσεια μεθανίου της τάξης των 60 m3/d. Από την υποκατάσταση πετρελαίου θέρμανσης με βιοαέριο και για χρονικό διάστημα τυροκόμισης γάλακτος της τάξεως των 200 ημερών, το όφελος (1 m3 μεθανίου είναι θερμικά ισοδύναμο με 1 L diesel) διαμορφώνεται σε 16.000 € και η απόσβεση της επένδυσης έρχεται σε διάρκεια 2-3 ετών. [14]

Μελέτη περίπτωσης (case study) ΚΡΕΚΑ Α.Ε. Κρεατοπαραγωγική Καβάλας

Η εταιρία διαθέτει μονάδα αδρανοποίησης και αναερόβιας χώνευσης με δυνατότητα επεξεργασίας αποβλήτων ζωικής, φυτικής προέλευσης και λασπών για λογαριασμό τρίτων και στην παραγωγή ηλεκτρικής/ θερμικής ενέργειας και εδαφοβελτιωτικού της τάξεως των 107Tn/d.

Η εταιρία διαθέτει αποτεφρωτήρα για την διαχείριση

1. πτωμάτων και εμβρύων ζώων,

9

2. υλικών κατηγορίας Ι, επικίνδυνων για την δημόσια υγεία (μολυσμένη μέρη σώματος ζώων, υποπροιόντα προερχόμενα από ζώα στα οποία έχουν χορηγηθεί επικίνδυνες ουσίες, κ.α.)

3. οστά σε μεγάλες ποσότητες και μονάδα βιοαερίου, υλικά κατηγορίας 2 και 3 και στερεά μη επικίνδυνα απόβλητα, κοπριά, γάλα και ακατάλληλα προς κατανάλωση τρόφιμα, λάσπη από μονάδα βιολογικού καθαρισμού.

Κατηγορία 2. κόπρος και περιεχόμενο πεπτικού, ζωικά προϊόντα με κτηνιατρικά κατάλοιπα, ζώα που δεν έχουν σφαγεί για ανθρώπινη χρήση, προϊόντα που εισάγονται από ξένες χώρες και δεν πληρούν κοινοτικές κτηνιατρικές προϋποθέσεις κ.α.

Κατηγορία 2. μέρη σφαγέντων ζώων κατάλληλα για κατανάλωση από άνθρωπο, αλλά δεν προορίζονται γι αυτόν, ζώα που πληρούν κοινοτικές κτηνιατρικές προϋποθέσεις, αίμα που έχει ελέγχει πριν την σφαγή και μέρη σώματος που δεν είναι ακατάλληλα ή επικίνδυνα.

Εικόνα 3. Διάγραμμα ροής παραγωγής ΚΡΕΚΑ Α.Ε.

Η αναερόβια χώνευση λειτουργεί με δυο βασικά συστήματα: α) υγρή χώνευση (κοπριά, λάσπη βιολογικού, υλικά κατηγορίας 3) όταν το μέσο περιεχόμενο ξηρής ουσίας είναι <15% και β) την ξηρά χώνευση (στερεά μη επικίνδυνα ζωικά, βιοαποικοδομήσιμα και φυτικά απόβλητα). Τα τεχνικά χαρακτηριστικά της μονάδας είναι:

Συνολική δυναμικότητα μονάδας 47tn/ημέρα Παραγωγή βελτιωτικού εδάφους 7tn/ημέρα Αναμενόμενη παραγωγή βιοαερίου 675m3 /ημέρα Παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια 1400kwh/ημέρα Παραγόμενη θερμική ενέργεια 2275kwh/ημέρα

Ακολουθεί το συγκρότημα συμπαραγωγής ενέργειας

10

Εικόνα 4. Συγκρότημα συμπαραγωγής ενέργειας της ΚΡΕΚΑ Α.Ε [15]

Το βιοαέριο χρησιμοποιείται για τις ανάγκες λειτουργίας της εταιρείας, όπως τη θέρμανση ή την ανάμειξη των αποβλήτων στον αντιδραστήρα κ.α. Το μεθάνιο έχει θερμογόνο δύναμη ίση με 39,8MJ/m3, τιμή που ισοδυναμεί με 11,06 Kwh/m3. Η θερμογόνος δύναμη του βιοαερίου με ποσοστό μεθανίου 55-70% κυμαίνεται μεταξύ 6-7,5Kwh/m3 . Οι ώρες λειτουργίας της μονάδας είναι 8000 ώρες/έτος. Οποιαδήποτε πλεονάζουσα ποσότητα βιοαερίου μετά την αποθήκευση της στον ειδικό κώδωνα (πωλείται στην ΔΕΗ, με τιμή πώλησης να είναι 0,22 ευρώ/kWh, σύμφωνα με τον Νόμο 3851/2010. Το στερεό κλάσμα συγκεντρώνεται και διατίθεται ελεγχόμενα ως εδαφοβελτιωτικό εδάφους, Το υγρό κλάσμα που προκύπτει από την αφυδάτωση της ιλύος οδηγείται στην υπάρχουσα μονάδα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με σκοπό την περαιτέρω μείωση του οργανικού φορτίου.

Εικονα 5. Ισοζύγιο μάζας-ενέργειας [15]

11

Βιβλιογραφία

[1] Ε. Χ. Κ. Ατσαλινού, Αποδοχή και προβληματισμοί των κατοίκων της ευρύτερης περιοχής του Δήμου Τεμένους για την επαναχρησιμοποιίηση επεξεργασμένων αστικών λυμάτων, Ηράκλειο: Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Κρήτης, 2010.

[2] [Ηλεκτρονικό]. Available: http://www.ypeka.gr/LinkClick.aspx?fileticket=WGtQVsk9ulY%3D&tabid=251&language=el-GR .

[3] Ε. Χρυσικού, Τεχνητός εμπλουτισμός υπόγειων υδροφόρων με επεξεργασμένα λύματα-πέριπτωση εφαρμογής στο Θριάσιο Πεδίο, Αθήνα: Εθνικό Μετσόβειο Πολυτεχνείο.

[4] Δ. Καλλίγαρος, Η κοστολόγηση του νερού αρδευσης στην Ελλάδα, Μυτιλήνη: Πανεπιστήμιο Αιγαίου, 2004.

[5] [Ηλεκτρονικό]. Available: http://www.envima.gr/el/biogas_plants/anamenomena_esoda.

[6] [Ηλεκτρονικό]. Available: http://www.livewaste.org/images/pdf/events/cea.pdf.

[7] P.S. Blika, Κ. Stamatelatou, Μ. Kornaros, G. Lyberatos,, «Anaerobic Digestion of Olive Mill Wastewater Volume 11, No 3, pp 364 – 372.,» Global NEST Journal, τόμ. Volume 11, αρ. No 3, p. pp 364 – 372, 2009.

[8] Z. Du, H. Li, T. Gu , «A state of the art review on microbial fuel cells: A promising technology for wastewater treatment and bioenergy,,» Biotechnology Advances, τόμ. Volume 25, p. 464 – 482, 2007.

[9] [Ηλεκτρονικό]. Available: http://www.ypeka.gr/LinkClick.aspx?fileticket=pnhppGnURds%3d&tabid=506.

[10] M.H. Gerardi, «The microbiology of anaerobic digesters.,» 2003.

[11] G. Bitton, «Waste water microbiology,» 2005.

[12] B. Rincσn, F.G. Fermoso, R. Borja, «Olive Oil Mill Waste Treatment: Improving the Sustainability of the Olive Oil Industry with Anaerobic Digestion Technology, Ed. Boskou, D., Olive Oil,» Constituents, Quality, Health Properties and Bioconversions, pp. 275-292, 2012.

[13] Γ. Φραγκάκη, Ενεργειακό δυναμικό από τα κτηνοτροφικά απόβλητα στο νομό Ηρακλείου, Ηράκλειο: ΤΕΙ Φυσικών Πόρων και Περιβάλλοντος, 2008.

[14] Κ. Δέλιος, Α. Κουτρούλης, Ε. Χηντήρη, Επεξεργασία οργανικών αποβλήτων για παραγωγή ενέργειας, Θράκη: Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Αν. Μακεδονίας και

12

Θράκης, 2014.

[15] Λ. Παπαθεοδοσίου, Αξιοποίηση αποβλήτων σφαγείων για την παραγωγή βιοαερίου. Η περίπτωση της ΚΡΕΚΑ ΑΕ, Αθήνα: Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο, 2016.

[16] Ν. Καλογεράκης, Ν. Νικολαιδης, Μέτρα φιλικά πρός το περιβάλλον: 10 εναλλακτικές προτάσεις επεξεργασίαςαποβλήτων ελαιουργείων, Χανιά: Πολυτεχνείο Κρήτης, 2008.

[17] [Ηλεκτρονικό]. Available: http://www.envima.gr/el/biogas_plants/anamenomena_esoda.

ΑσκήσειςΆσκηση 1 (10)

Από τον πίνακα στη σελίδα 63 του βιβλίου προκύπτει οτι:

α. τα ολικά στερεά αποτελούν το 27% κ.β του αρχικού όγκου άρα:

ΟΣ= 0,27 Vαρχ εβάρος= 0,27 x 9000 L/d x 1,060 Kg/L = 2.575,8 kg/d

β. ότι τα πτητικά στερεά αποτελούν το 20% του αρχικού όγκου άρα:

ΠΣ= 0,20 Vαρχ εβάρος = 0,20 x 9000 L/d x 1,060 kg/L= 1.908 Kg/d

γ. ότι το BOD 5 αποτελεί το 6,8% του αρχικού όγκου άρα:

BOD5= 0,068 Vαρχ εβάρος= 0,068 x 9000 L/d x 1,060 Kg/L= 648,72 Kg/d ή BOD5 : (648,72 Kg/d) / (9.000 L/d) = 72.080 mg / L

δ. ότι το COD αποτελεί το 25,1 % του αρχικού όγκου άρα:

COD = 0.251 Vαρχ εβάρος= 0.251 x 9000 L/d x 1,060 kg/L = 2.394,54 Kg/d ή COD= (2.394,54 Kg/d)/ (9.000 L/d)= 266.060 mg/L

Άσκηση 2 (20)

α. Από τον πίνακα στην σελίδα 67 του Γ΄ τόμου βρίσκουμε :

Τον ημερήσιο όγκο της κοπριάς και των ούρων που παράγονται αφού προσθέσουμε τους επιμέρους όγκους κοπριάς και ούρων όπως προκύπτουν ανάλογα με τις ηλικίες των ζώων:

- Για τα ηλικίας (0-2 μήνες) ζώα

15 x 75 Kg = 1125 Kg (συνολικό ζωντανό βάρος) και πολλαπλασιάζοντας με την αντίστοιχη παράμετρο υπολογισμού έχουμε 1125 x 0,053= 59,625 L/d

13

- Για τα ηλικίας (2-6 μηνών) ζώα20 x 150 Kg = 3000 Kg και πολλαπλασιάζοντας με την αντίστοιχη παράμετρο υπολογισμού έχουμε 3000 x 0.053= 159 L/d

- Για τα ηλικίας (6-12 μηνών) ζώα25 x 275 Kg = 6875 Kg και πολλαπλασιάζοντας με την αντίστοιχη παράμετρο υπολογισμού έχουμε 6875 x 0,084 = 577,5 L/d

- Για τα ηλικίας (12-18 μηνών) ζώα10 x 450 Kg = 4500 Kg και πολλαπλασιάζοντας με την αντίστοιχη παράμετρο υπολογισμού έχουμε 4500 x 0,084= 378 L/d

- Για τα ηλικίας (18-24 μηνών) ζώα

5 x 550 kg = 2750 Kg και πολλαπλασιάζοντας με την αντίστοιχη παράμετρο υπολογισμού έχουμε 2750 x 0,084 = 231 L/d

Έτσι από το συνολικό ζωντανό βάρος 18.250 Kg παράγεται συνολικά ημερήσιος όγκος κοπριάς και ούρων 1.405, 125 L/d ή 1,405 m3/d

β. εάν για κάθε λίτρο κοπριάς και ούρων χρησιμοποιούνται 3 λίτρα νερό καθαρισμού, τότε:

Συνολικός Ημ. Όγκος Υγρών Αποβλήτων = Συνολ. Ημερ. Όγκος (κοπριάς+ούρων) + 3 x Συνολ. Ημερ. Όγκος (κοπριάς+ούρων)= 1405,125 + 3 x 1405,125 = 5620,5 L/d ή 5,62 m3/d.

γ. Για τον υπολογισμό του ωφέλιμου και συνολικού όγκου κλειστού αναερόβιου χωνευτή θεωρούμε ότι ο χρόνος παραμονής σύμφωνα με τη σελίδα 104 του Γ΄ τόμου είναι 15 ημέρες οπότε από τον τύπο στη σελίδα 105 του ίδιου βιβλίου υπολογίζουμε:

-ωφέλιμος όγκος VR = Θ (ημέρες) x Παροχή (m3/d)= 15 d x 5,62 m3/d = 84,3 m3

-συνολικός όγκος του κλειστού αναερόβιου χωνευτή όπου σύμφωνα με την σελίδα 105 του βιβλίου υπολογίζεται από την τιμή του ωφέλιμου όγκου με μία προσαύξηση 15-20%. Θα χρησιμοποιηθεί το 20% οπότε ισχύει ότι: Vολ = 1,20 x VR = 1,20 x 84,3 m3 = 101,16 m3

δ. Η ογκομετρική φόρτιση του αναερόβιου χωνευτή δίνεται από την σχέση στη σελίδα 105 του Γ τόμου :

φ= S0 x Q x VR (1)

14

όπου S0= η οργανική φόρτιση σε kg πτητικών στερεών, Q= η παροχή που είναι ίση με τον συνολικό ημερήσιο όγκο = 5,62 m3/d, VR= 84,3 m3

Για την οργανική φόρτιση από τον πίνακα 2.1 της σελίδας 63 του Γ τόμου βλέπουμε ότι τα πτητικά στερεά αποτελούν το 11,5 % κ.β του αρχικού όγκου.

Άρα αφού ο αρχικός όγκος είναι 1405,125 L/d πολλαπλασιάζοντας με το ειδικό βάρος= 0,977 Kg/L βρίσκουμε την ημερήσια ποσότητα. Έτσι ισχύει:

1405,125 L/d x 0,977= 1372,81 Kg/d

Επομένως τα πτητικά στερεά θα είναι:

Στα 100 Kg υγρών αποβλήτων αντιστοιχούν 11,5 Kg ΠΣ

Στα 1372,81 Kg x ;

x= (11,5 x 1372,81) / 100= 157,87 Kg/d

Συνεπώς το S0= (157,87 Kg/d)/ Vσυνολ =(157,87 Kg/d)/ 5,62 m3/d.= 28,09 Kg / m3

Αντικαθιστώντας στην (1) τις τιμές που βρήκαμε προκύπτει:

Φ= (28,09 Kg / m3) x (5,62 m3/d) / 84,3 m3 = 1,87 Kg πτητικών / m3 ωφέλιμου όγκου*d-1.

ε. παραγόμενης ποσότητα βιοαερίου και μεθανίου:

Το 1 Kg ΠΣ αποδίδει 0,6 m3 βιοαερίου

Τα 157,87 Kg x ;

x= 0,6 m3 157,87 Kg/ 1 Kg = 94,722 m3 βιοαερίου

Το μεθάνιο θα είναι 94,722 x 0,60 = 56,833 m3

στ. Η ολική ημερήσια ενέργεια του βιοαερίου θα είναι:

Ε= (94,722 m3/d) x 6 kWh = 568,332 k Wh

ζ. Η ηλεκτρική ισχύς που μπορεί να παραχθεί είναι:

568,332 kWh x 0,38 / 24 h = 8,99= 9 kW

15