Διερεύνηση εναλλακτικών μεθόδων επεξεργασίας και διάθεσης ιλύος για την περίπτωση της εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων Κορίνθου-Λουτρακίου

Abstract

Η επεξεργασία και διάθεση της ιλύος αποτελεί το σημαντικότερο πρόβλημα των περισσοτέρων εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων τόσο στην Ελλάδα όσο και παγκοσμίως. Η λύση του προβλήματος αυτού δεν είναι μονοσήμαντη, αλλά εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, οι οποίοι διαφέρουν ανά εγκατάσταση. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζονται μέθοδοι για τη μείωση της παραγόμενης ιλύος, την κατάλληλη επεξεργασία της και τη διάθεσή της για την εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων Κορίνθου-Λουτρακίου (ΕΕΛ Κ-Λ). Λαμβάνοντας υπόψη όλα τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της εγκατάστασης και της περιοχής, στόχος είναι να αναδειχθούν λύσεις για το πρόβλημα διαχείρισης ιλύος της συγκεκριμένης εγκατάστασης, που όμως θα μπορούσαν να εφαρμοσθούν και σε άλλες μεσαίας δυναμικότητας ΕΕΛ στην Ελλάδα. Τα πρώτα τρία κεφάλαια περιλαμβάνουν γενικές αναφορές ενώ στα επόμενα τέσσερα γίνεται η διερεύνηση του προβλήματος διαχείρισης ιλύος της ΕΕΛ Κ-Λ βασισμένη στις προηγούμενες γενικές αναφορές, λαμβάνοντας όμως υπόψη τις ιδιαιτερότητες της συγκεκριμένης ΕΕΛ. Το πρώτο κεφάλαιο το οποίο είναι εισαγωγικό ακολουθεί ένα κεφάλαιο στο οποίο γίνεται αναφορά στην παραγωγή της ιλύος και τις μεθόδους μείωσής της πριν αυτή οδηγηθεί στην αφυδάτωση. Στο ίδιο κεφάλαιο γίνεται μία επισκόπηση των μεθόδων αφυδάτωσης της ιλύος καθώς και των μεθόδων επεξεργασίας της. Στο τέλος του τρίτου κεφαλαίου, παρουσιάζονται οι συνηθέστερες μέθοδοι διάθεσης της επεξεργασμένης ή μη ιλύος με κυρίαρχη τη γεωργική διάθεση ενώ ακολουθεί μία επισκόπηση της Νομοθεσίας σε ΗΠΑ , Ευρώπη και Ελλάδα. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η ΕΕΛ Κ-Λ. Πρόκειται για μία μεσαίου μεγέθους, κοινή εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων των πόλεων Λουτρακίου και Κορίνθου. Η εγκατάσταση μπορεί να θεωρηθεί ως δίδυμο έργο με λειτουργική αυτοτέλεια των δύο γραμμών ενώ μόνο η επεξεργασία της ιλύος γίνεται από κοινού. Η εγκατάσταση έχει δυναμικότητα 90.000 ισοδυνάμων κατοίκων (45.000 για κάθε γραμμή) ενώ για το έτος 2012 οι ισοδύναμοι κάτοικοι που εξυπηρέτησε η εγκατάσταση ανήλθαν σε 38.000 ενώ το συνολικό ετήσιο εισερχόμενο φορτίο BODσε 832 τόνους. Μετά την εσχάρωση (χειρονακτικές 50 mm και αυτόματες bar screen15 mm) και την εξάμμωση το λύμα εισέρχεται σε οξειδωτικές τάφρους τύπου Carrousel (δύο για κάθε γραμμή). Μετά το διαχωρισμό στις δεξαμενές καθίζησης η εκροή οδηγείται στον αποδέκτη μέσω υποθαλάσσιου αγωγού (Κορινθιακός κόλπος) ενώ η ιλύς ανακυκλοφορείται στις Carrousel. Μέρος της ανακυκλοφορούμενης ιλύος αντλείται προς τους δύο παχυντές βαρύτητας (έναν για κάθε γραμμή) απ’όπου εξέρχεται με 2% DS. Στη συνέχεια αντλείται προς τη μονάδα αφυδάτωσης η οποία αποτελείται από μία τράπεζα πάχυνσης(ΕΜΟ01064) με απόδοση 5-7% DSκαι μία ταινιοφιλτρόπρεσσα (Andritz VS 20 IP)με απόδοση 12,5-13,5% DS. Στο πέμπτο κεφάλαιο εξετάζονται οι πιθανές λύσεις διαχείρισης ιλύος που μπορούν να εφαρμοστούν στη συγκεκριμένη ΕΕΛ. Αρχικά εξετάζεται η δυνατότητα εφαρμογής μεθόδων για τη μείωση της ποσότητας παραγόμενης ιλύος πριν την αφυδάτωση όπως ο παρατεταμένος αερισμός, η ηχοβόληση κλπ. καθώς και οι δυνατότητες για βελτίωση της απόδοσης της αφυδάτωσης. Η ιλύς θεωρείται σταθεροποιημένη καθώς η ενδογενής ζήτηση οξυγόνου της βιομάζας (OUR) είναι πάντα μικρότερη από 5 mgO2/gMLSS/hr. Η ημερήσια παραγωγή ανέρχεται σε 30 tn αφυδατωμένης ιλύος η οποία συνεπάγεται μέση ετήσια ποσότητα ιλύος 975 τόνους DS ή 7500 tn με 13% DS. Στη συνέχεια, ακολουθεί μία εκτενής τεχνοοικονομική ανάλυση επιλεγμένων μεθόδων για την προχωρημένη επεξεργασία και διαχείριση ιλύος. Ειδικότερα, αναλύονται οι μέθοδοι της θερμικής ξήρανσης, της ξήρανσης με υπέρυθρη ακτινοβολία, της ασβεστοποίησης, της ηλιακής ξήρανσης, της κομποστοποιήσης, της βιολογικής ξήρανσης, της ανάμιξης με χώμα, της μηδενικής λύσης και συνδυασμού βιολογικής και θερμικής ξήρανσης. Οι ανωτέρω λύσεις συγκρίνονται ως προς τα βασικά χαρακτηριστικά τους, όπως το ποσοστό υγρασίας του τελικού προϊόντος, την τελική ποσότητα, την τεχνολογία, την περιβαλλοντική επιβάρυνση, την κοινωνική αποδοχή και το κόστος. Στη συνέχεια, βαθμολογούνται και κατατάσσονται ως προς την καταλληλότητα τους για την ΕΕΛ Κ-Λ. Αντικείμενο του πέμπτου κεφαλαίου είναι η μελέτη των δυνατότατων διάθεσης της ιλύος λαμβάνοντας υπόψη όλα τα δεδομένα της περιοχής. Μελετάται η δυνατότητα γεωργικής διάθεσης στην Κορινθία, οι δυνατότητες διάθεσης στο έδαφος, διάθεσης για αποκατάσταση, καύσης και εξαγωγής σε άλλες χώρες. Η εργασία αυτή κλείνει με το έκτο κεφάλαιο, στο οποίο αναφέρονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τη μελέτη των δυνατοτήτων επεξεργασίας και διάθεσης της ιλύος. Ως άμεση λύση προτείνεται η ασβεστοποίηση ενώ μέχρι να ολοκληρωθεί η προμήθεια των απαιτούμενων παγίων προτείνεται η ανάμιξη με χώμα. Ως μακροπρόθεσμη λύση προτείνεται η βιολογική ξήρανση, ο συνδυασμός βιολογικής-θερμικής ξήρανσης και η κομποστοποιήση ενώ για τη διάθεση προτείνεται ως άμεση λύση η αποθήκευση εντός της ΕΕΛ ή η μεταφορά στον ΧΥΤΑ ενώ με την εφαρμογή της ασβεστοποίησης θα μπορούσε να οδηγηθεί με ασφάλεια προς γεωργική διάθεση. Σημειώνεται ότι για την παρούσα εργασία λήφθηκαν υπόψη όλα τα δεδομένα μέχρι το έτος 2013, και σε περίπτωση αλλαγής των δεδομένων στα οποία έχει βασισθεί η εργασία απαιτείται επαναξιολόγηση των λύσεων.

Extended abstract The treatment and final disposal of sludge, is the main issue of most wastewater treatment plants both in Greece and worldwide. The solution to this problem is not easy, but depends on many factors that differ per installation. In this paper we explore different methods for reducing, proper processing and disposal of the sludge in the case of wastewater treatment plants Corinth - Loutraki (K-L WWTP ). Taking into account the characteristics of the facility and the region, the aim is to identify solutions to the problem of sludge management of the installation, that could be also applied to other medium capacity WWTP in Greece . The first three chapters containing general references and the next four are investigating the problem of sludge management at K-L WWTP based on previous general reports but taking into account the specific features of the WWTP. The first chapter, which is an introductory chapter, is followed by a chapter in which reference is made in the production of sludge and methods of reducing it before it led to dewatering. In the same chapter there is an overview of sludge dewatering and processing methods. In the third chapter presents the most common methods of disposal of treated or non sludge, from which the dominant is the agricultural disposal. At the end of this chapter there is an overview of legislation in the U.S., Europe and Greece . The fourth chapter presents K-L WWTP and the fifth examines the possible solutions that can be implemented in this WWTP . Firstly, it is examined the applicability of methods for reducing the amount of sludge before dewatering and the potential for improving the efficiency of dewatering process. According to the basic principle of the European Union for the management of waste, before all must be exhausted every possibility to minimize the amount of waste produced. The K-L WWTP is a medium-sized facility (832 tn BOD per year, 38.000 I.P.), whose capacity makes it impracticable to apply some popular and proven methods of sludge reducing. Therefore methods such as anaerobic digestion, thermal hydrolysis, wet oxidation, etc. isn’t effective to apply in an installation of such capacity as they require expensive new facilities, qualified staff and some have high operating costs. Other simpler methods such as aerobic stabilization is extremely costly and in some extent can be said that has been already implemented by the high residence times operate bioreactors. Examination of methods for reducing the amount of produced sludge shows that there is a method that can be applied to the installation without the need for new infrastructure. It is the use of ultrasound or sonication. Despite that this method hasn’t been widely applied, the results of pilot trials have been encouraging. This method requires low-cost equipment and no new infrastructure or changes to existing ones. However, any application of this method should be investigated further before any decision is taken. The major weakness of the sludge of K-L WWTP is the extremely low solids concentration. First of all, we need to improve the performance of the dewatering unit. Striking a solid concentration of 25%, the volume should be reduced to further treatment or disposal will be reduced by about half. Since they have exhausted all possibilities to improve the efficiency of the existing dewatering unit, the only solution is to install a filter press or a centrifuge (decanter). Then follows an extensive techno-economic analysis of selected methods for advanced treatment and sludge management. Specifically analyzed the methods of thermal drying, drying with infrared radiation, calcification, solar drying, composting, biological drying, mixing with dirt, the zero solution and combination of biological and thermal drying. The methods compared in terms of their basic characteristics such as moisture content of the final product, the final amount, the operating cost (€/tnDS) and costs including depreciation, and then scored and ranked for their suitability for the K-L WWTP. The scoring was done according to the following criteria and each of them had a different weighting (in the bracket). - Final product DS (%). Evaluation according to the percentage of solids in the final product obtained after treatment ( 0.05 ) - Final Quantity (tn). While some methods have a high percentage of solids, produce significantly large amounts due to the addition of other materials, which will exacerbate the problem of disposal. ( 0.15 ) - Ease of Distribution (safety at disposal). The features of the final product is a determining factor for the choice of method in our country since everyone is wary of any technique utilizing sludge. ( 0.2 ) - Complexity method. Complex facilities often end mesase few years to put off due to lack of expertise and the high cost of maintenance and repairs. Also a complicated process is dreaded as to not yield the expected product . ( 0.1) - Cost (operating and depreciation). In today's economic climate the cost is the main criterion for the selection of a sludge treatment process . (0.3) - Environmental Footprint - social acceptance. Even if a method full feels all the above criteria there is no way to construct a facility that does not have the acceptance of the local community or which would cause environmental degradation in the region. ( 0.2 )

After the techno-economic analysis of the methods for treating sewage and rating them showed how appropriate for the K-L WWTP is that of biological drying, combined biological and thermal drying and composting. First, with a minimum difference, is biological drying. It is a method which has extremely low operating cost, low cost supply of equipment, does not require specialized staff, it is not sensitive process (such as composting), does not burden the environment, produces a quite satisfactory final material while the extent isn’t not problem since it is available within the WWTP. Despite these advantages there is an ongoing discussion about the odors and attract insects. Minimum grade difference follows the combination of biological and thermal drying which has the advantage of drastically reducing the mass and volume of the final product. Sludge is first been drying with biological drying and then is drying further at thermal drying unit which uses as fuel the final product. Disadvantage however is concern about the environmental impact of burning sludge and the manner of disposal of ash. In the first triad includes composting, a method widespread in Greece which is preferred by many small and medium-sized facilities around the world. From the methods studied only two can give immediate solution of the sludge management problem. This is mixing with soil and calcification. The soil is mixed with a solution that is applied immediately simply by delegating the work to a contractor who has diggers. Although it has a fairly high operating costs, can be regarded as a conventional treatment method after the sludge is already stabilized in the bioreactor while the most important advantage is that it gives immediate solution to the problem. The calcification requires the procurement of appropriate equipment which cost is extremely low. Therefore it is a solution that requires a little time to complete the procedures for procurement and installation of equipment, however, is a relatively quick solution which can give a product sufficiently safety for agricultural or other use . Indeed, for a dose of CaO 10% and store for three months the sludge is considered to be absolutely safe and therefore there are no restrictions on the subsequent use or disposal of sludge .

The theme of the fifth chapter is to study the possibility of sludge disposal taking into account all the circumstances of the region. According to the European legislation for the management of waste, they should if possible be reused or recovered and should not lead to land disposition. The possibility of agricultural uses in the region of Corinthia, the outlets on the ground, placing rehabilitation, burn and export to other countries . For the case of agricultural disposal according to the analyzes of the sludge and the maximum permissible concentrations of heavy metals by the European Directive that sufficient area 43 hectares which is easily found within the limits of the prefecture of the region of Corinth where the facility is located (<1% of total cultivated are of the region). Instead there are currently no prospects for use in restorations uncontrolled landfills or quarries or for use in forests, while its use as a fuel could be a solution only if it has been suitably treated to have minimal moisture. Therefore if applied one of the methods which gives dry sludge without impurities (thermal drying, IR, aerobic drying) and composting are several alternatives for disposal. One solution which solves the problem of simultaneously processing and greatly the problem of disposal is to use thermal drying sludge as fuel. With this method the final amount is reduced to 15 % of the initial amount of DS, which for the K-L WWTP amounts to 146 tn / year. The amount is extremely small, but the ash might be a serious problem if this is classified as hazardous waste due to the possible high concentrations of heavy metals and other substances. As an immediate solution proposed calcification while until the supply of required equipment, mixing with soil is suggested. As a long term solution proposed biological drying, the combination of biological - thermal drying and composting while the store within the WWTP is proposed as an immediate solution following by transport to landfills. The implementation of calcification could drive safely with farm disposal. Note that for this work were taken into account all the data up to the year 2013, and in case of change of data which has been based the work required reassessment of solutions.