Αντικείμενο και στόχοι του έργου
Το αντικείμενο του έργου είναι η διερεύνηση της απομάκρυνσης του μη-βιοδιασπάσιμου οργανικού φορτίου (εκφρασμένου συνήθως ως «Διαλυτός Οργανικός Άνθρακας», DOC), καθώς και επιλεγμένων μικρορύπων («προτεραιότητας») από την έξοδο των μονάδων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, μέσω της εφαρμογής του ετερογενούς καταλυτικού οζονισμού. Η πρωτότυπη προ-βιομηχανική μονάδα είναι βασισμένη στην καινοτόμα τεχνολογία της προσθήκης όζοντος χωρίς φυσαλίδες (bubble-less ozonation) με χρήση μεμβρανών.
Ειδικότερα, οι επιμέρους δράσεις περιλαμβάνουν:
- Την εργαστηριακή μελέτη για την εύρεση νέων εναλλακτικών (κυρίως ανόργανων) υλικών χαμηλού κόστους, που θα μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν ως καταλύτες για τον ετερογενή καταλυτικό οζονισμό.
- Τη διερεύνηση των κυριότερων παραμέτρων που επηρεάζουν τη διεργασία αυτή (π.χ. συγκέντρωση όζοντος, είδος καταλύτη, pH, θερμοκρασία), τόσο σε εργαστηριακά (ασυνεχή) πειράματα, όσο και σε πειράματα συνεχούς ροής, με στόχο τη βελτιστοποίηση της διεργασίας.
- Το σχεδιασμό, την κατασκευή και τη λειτουργία σε πραγματικές συνθήκες «πεδίου» μιας πρωτότυπης μονάδας προ-βιομηχανικής κλίμακας συνεχούς λειτουργίας για την αποτελεσματική και με σχετικά χαμηλό κόστος απομάκρυνσης από τα επεξεργασμένα υγρά απόβλητα του μη-βιοδιασπάσιμου παραμένοντος οργανικού φορτίου (DOC), καθώς και ορισμένων χαρακτηριστικών μικρορύπων, που χαρακτηρίζονται ως «ρύποι προτεραιότητας», όπου το όζον θα προστίθεται μέσω κατάλληλης μεμβράνης (contactor) με διάχυση χωρίς φυσαλίδες (bubble-less ozonation).
- Την αποτίμηση της εξοικονόμησης ενέργειας, καθώς και όλων των άλλων κρίσιμων παραμέτρων, σε σχέση με την εφαρμοζόμενη σήμερα τεχνολογία και τις διεργασίες στην ίδια εγκατάσταση.
- Τη διερεύνηση των επιπτώσεων στη συνολική λειτουργία μιας εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων από την εφαρμογή της προτεινόμενης τεχνολογίας.
Το έργο θέτει σαφείς επιστημονικούς και τεχνολογικούς στόχους και επιδιώκει την επίτευξη συγκεκριμένων αποτελεσμάτων, τα οποία βρίσκουν εφαρμογή στην ανάπτυξη και στη βελτιστοποίηση διεργασιών και υπηρεσιών.
Επίσης, θα αποκτηθεί τεχνογνωσία ως προς τους μηχανισμούς και τις συνθήκες λειτουργίας μιας πολύπλοκης διεργασίας, όπως αυτής του ετερογενούς καταλυτικού οζονισμού. Μετά το πέρας του έργου, η τεχνογνωσία αυτή θα μπορεί να εφαρμοστεί στις υπόλοιπες εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων και νερού της ΕΥΑΘ, αλλά και σε αντίστοιχες μονάδες τόσο στην Ελλάδα, όσο και στο εξωτερικό, με στόχο την καταστροφή των παραμενόντων μετά την συμβατική κατεργασία μικρορύπων και επομένως, την προστασία της υδρόβιας ζωής και κατ’ επέκταση της ανθρώπινης υγείας, που βρίσκονται σε κίνδυνο από τη μακροχρόνια έκθεση στους ρύπους αυτούς.
Μεθοδολογία Υλοποίησης του Έργου
Αρχικά, πραγματοποιήθηκε βιβλιογραφική ανασκόπηση των μη-βιοδιασπάσιμων οργανικών ενώσεων (DOC) και των κυριοτέρων μικρορύπων, που έχουν εντοπιστεί στο νερό και στα υγρά απόβλητα, καθώς και των καταλυτών που έχουν χρησιμοποιηθεί για την απομάκρυνσή τους με την εφαρμογή της ετερογενούς κατάλυσης. Ταυτόχρονα, ξεκίνησε προκαταρκτική παρακολούθηση της δευτεροβάθμιας εκροής της ΕΕΛ Αινείας, για τον εντοπισμό των μικρορύπων ώστε να μελετηθούν αναλυτικά οι εποχιακές διακυμάνσεις τους και να επικαιροποιηθούν τα είδη τους που δεν απομακρύνονται ή απομακρύνονται μερικώς με την υπάρχουσα συμβατική τεχνολογία. Μετά τον αρχικό εντοπισμό των μικρορύπων διενεργήθηκαν ασυνεχή εργαστηριακά πειράματα, με σκοπό την εύρεση-δημιουργία-χαρακτηρισμό του κατάλληλου υλικού, που θα χρησιμοποιηθεί ως καταλύτης για την απομάκρυνση τους στα πειράματα της πρωτότυπης μονάδας συνεχούς λειτουργίας.
Διερευνήθηκε η επίδραση διαφόρων παραμέτρων για τη βελτιστοποίηση της διεργασίας, η αποτελεσματικότητα της απομάκρυνσής τους, καθώς και η κινητική με την οποία πραγματοποιείται. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν ασυνεχή και συνεχή εργαστηριακά πειράματα, όπου εξετάστηκε η επίδραση της συγκέντρωσης του όζοντος (2-3 mg/L), του είδους του καταλύτη (1-10 g/L), του pH (τυπικές τιμές 6-8), της θερμοκρασίας (15, 25, 35 oC) και του χρόνου αντίδρασης (συνήθως 1-30 min) στην απόδοση της διεργασίας. Σε κάθε δείγμα προσδιορίζεται η υπολειμματική συγκέντρωση του όζοντος, το ποσοστό απομάκρυνσης των μελετώμενων μικρορύπων, καθώς επίσης και το ποσοστό απομάκρυνσης του ολικού οργανικού άνθρακα (TOC).
H πιλοτική μονάδα καταλυτικού οζονισμού βρίσκεται στην Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων Τουριστικών Περιοχών Θεσσαλονίκης (ΕΕΛ Αινείας), η οποία αποτελεί αντιπροσωπευτικό παράδειγμα ανάλογων μονάδων και διαθέτει ήδη σύστημα οζονισμού με διαχυτήρες φυσαλίδας.
Ο σχεδιασμός της πρωτότυπης προ-βιομηχανικής μονάδας συνεχούς λειτουργίας ξεκίνησε από την αρχή του προγράμματος με την κατασκευή της τροφοδοσίας δείγματος και της στήλης μεταφοράς του όζοντος στα λύματα με διάχυση μέσω κατάλληλων μεμβρανών χωρίς τη δημιουργία φυσαλίδων (bubble-less ozonation). Με την ολοκλήρωση των εργαστηριακών πειραμάτων σχεδιάστηκε, κατασκευάστηκε και ενσωματώθηκε στη μονάδα προ-βιομηχανικής κλίμακας η στήλη καταλυτικού οζονισμού.
Η μονάδα έχει τη δυνατότητα επεξεργασίας 50-200 L/h από τη δευτεροβάθμια εκροή και περιλαμβάνει τρία επιμέρους τμήματα επεξεργασίας: Τη διήθηση σε διπλή κλίνη άνθρακα-άμμου, τον οζονισμό χωρίς φυσαλίδες σε συνδυασμό με κλίνη καταλυτικής διήθησης και την τελική βιολογική σταθεροποίηση-διήθηση σε διπλή κλίνη άνθρακα -άμμου.
Η λειτουργία της πρωτότυπης διάταξης θα βοηθήσει στη βελτιστοποίηση της απομάκρυνσης των μικρορύπων και του οργανικού φορτίου σε συνθήκες πεδίου. Ως αρχικές παράμετροι λειτουργίας εφαρμόστηκαν οι τιμές που προσδιορίστηκαν στα εργαστηριακά πειράματα και ελέγχθηκαν οι αντίστοιχες αποδόσεις απομάκρυνσης των μη-βιοδιασπάσιμων οργανικών ενώσεων (DOC) και των χαρακτηριστικών μικρορύπων.