Αξιολόγηση αποκεντρωμένων συστημάτων ανάκτησης νερού από μη συμβατικές πηγές

Μποζιονέλου, Δήμητρα; Bozionelou, Dimitra

dc.contributor.author	Μποζιονέλου, Δήμητρα	el
dc.contributor.author	Bozionelou, Dimitra	en
dc.date.accessioned	2022-10-31T09:34:08Z
dc.date.available	2022-10-31T09:34:08Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56039
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23737
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.relation	Grant agreement number 776643	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Διαχείριση υδάτων	el
dc.subject	Hydrousa	en
dc.subject	Circular economy	en
dc.subject	Rainwater quality	en
dc.subject	Raiwater harvesting	en
dc.subject	Water management	en
dc.subject	Κυκλική οικονομία	el
dc.subject	Συλλογή βρόχινου νερού	el
dc.subject	Ποιότητα υδάτων	el
dc.title	Αξιολόγηση αποκεντρωμένων συστημάτων ανάκτησης νερού από μη συμβατικές πηγές	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Evaluation of decentralized systems for reclaiming water from non-conventional water sources	en
heal.classification	Περιβάλλον	el
heal.classification	Environment	en
heal.classification	Water management	en
heal.classification	Διαχείριση υδάτων	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-07-04
heal.abstract	Στη σημερινή εποχή, οι περιοχές της Μεσογείου αντιμετωπίζουν σημαντικές προκλήσεις όσον αφορά τη διαχείριση και τη διατήρηση των υδάτων. Τα αποθέματα νερού είναι λιγοστά ιδίως στις περιοχές με υψηλή τουριστική δραστηριότητα οι οποίες αντιμετωπίζουν σοβαρά προβλήματα διαχείρισης των υδάτινων αποθεμάτων κατά την διάρκεια των θερινών μηνών. Προκειμένου να αντιμετωπιστούν αυτά τα προβλήματα, στο πλαίσιο του HORIZON 2020 της ΕΕ, υλοποιείται το ερευνητικό πρόγραμμα HYDROUSA με σκοπό την υλοποίηση καινοτόμων λύσεων φιλικών προς το περιβάλλον για την ανάκτηση και επαναχρησιμοποίηση πόρων. Στα πλαίσια αυτού, σχεδιάστηκαν και βρίσκονται εν λειτουργία τρία συστήματα ομβριοσυλλογής, δυο στο νησί της Μυκόνου (HYDRO3 & HYDRO4) και ένα στης Τήνου (HYDRO6). Στα εν λόγο συστήματα, γίνεται η συλλογή βρόχινων υδάτων μέσω κατάλληλων τεχνικών, από διάφορες επιφάνειες όπως για παράδειγμα το έδαφος, οι οροφές και άλλες δομημένες επιφάνειες. Προκειμένου να εξυπηρετηθεί η ανάγκη που υπάρχει σε νερό άρδευσης, τα βρόχινα ύδατα αποθηκεύονται σε ομβριοδεξαμενές. Στο σύστημα συλλογής όμβριων υδάτων HYDRO3 η συλλογή νερού γίνεται με τη χρήση ενός υπεδάφιου συστήματος και γεωμεμβράνων. Μέσω εύκαμπτων διάτρητων σωλήνων που βρίσκονται τοποθετημένοι στον πυθμένα του συλλεκτήρα, τα συλλεγόμενα όμβρια οδηγούνται για αποθήκευση στις δυο δεξαμενές χωρητικότητας 30 m3 η καθεμία που υπάρχουν προκειμένου να αξιοποιηθούν για το πότισμα κατά την αρδευτική περίοδο, των καλλιεργειών ρίγανης. Το σύστημα HYDRO4, αποτελούμενο από δύο ξεχωριστά υποσυστήματα, χρησιμοποιείται με σκοπό την επαναφόρτιση του υδροφόρου ορίζοντα και την ανάκτηση των συλλεγόμενων υδάτων για την άρδευση καλλιέργειας λεβάντας. Το πρώτο υποσύστημα αντιστοιχεί σε ένα οικιακό σύστημα συλλογής όμβριων υδάτων που συλλέγει τα ύδατα από τσιμεντένιες οροφές συνολικής επιφάνειας 438 m2. Τα ύδατα έπειτα, μέσω υδρορροών καταλήγουν σε δεξαμενή αποθήκευσης όγκου 70 m3 καλύπτοντας έτσι τις οικιακές μη πόσιμες ανάγκες των νοικοκυριών. Το δεύτερο υποσύστημα εφαρμόζεται για τη συλλογή του νερού της βροχής από τις επιφανειακές απορροές (αυλές, διαδρόμους κλπ) εντός του οικοπέδου , το οποίο και μεταφέρεται για αποθήκευση σε δεξαμενή χωρητικότητας 40 m3 μέσω βαρύτητας. Τέλος, στο καλλιεργήσιμο κομμάτι της εγκατάστασης κατασκευάστηκε ένας συλλεκτήρας πλημμυρικών ροών (bioswale system) με διπλό σκοπό: την αποφυγή πλημμυρικών φαινομένων και τη συλλογή και μερική επεξεργασία των ροών αυτών. Τα συλλεγόμενα ύδατα χρησιμοποιούνται για τον εμπλουτισμό του υπόγειου υδροφορέα αλλά και την άρδευση της καλλιέργειας. Τέλος, το HYDRO6 αφορά μια οικοτουριστική μονάδα στην οποία η συλλογή των βρόχινων νερών γίνεται από δομημένες επιφάνειες. Στο σύστημα αυτό υπάρχουν δυο υποσυστήματα, όπου τα όμβρια ύδατα συλλέγονται από επιφάνειες οροφών, σκαλιών και βεραντών διάφορων υλικών και οδηγούνται προς αποθήκευση στο πρώτο σύστημα σε ανοιχτή δεξαμενή χωρητικότητας 80 m3 με σκοπό την άρδευση βοτάνων και δέντρων και στο δεύτερο σε μια κλειστή δεξαμενή 100 m3 για αποθήκευση και πότισμα βρώσιμων φυτών. Επίσης στην ίδια μονάδα γίνεται επιτόπια επεξεργασία των υγρών αποβλήτων. Στόχος της παρούσας διπλωματικής ήταν η αξιολόγηση των ποιοτικών χαρακτηριστικών των συλλεγόμενων υδάτων αλλά και των επεξεργασμένων λυμάτων και η προσέγγιση της καταλληλότητας της ποιότητάς τους προκειμένου να χρησιμοποιηθούν για άρδευση, μη πόσιμη οικιακή χρήση και για εμπλουτισμό του υπόγειου υδροφορέα, μέσω εργαστηριακών αναλύσεων ως προς τις φυσικοχημικές και μικροβιολογικές παραμέτρους. Πιο συγκεκριμένα, μετρήθηκαν οι τιμές του pH, της αλκαλικότητας, της ηλεκτρικής αγωγιμότητας, της θολότητας όπως και οι συγκεντρώσεις των ιόντων που συνήθως κυριαρχούν στα υδάτινα συστήματα συλλογής βρόχινου νερού (Cl- , Ca2+, Mg2+, Na+ , K+ , NO3 -, NH4 + , NO2 - , SO4 -2 και PO4 -3 ). Η αξιολόγηση της μικροβιολογικής ποιότητας των δειγμάτων έγινε με βάση τις συγκεντρώσεις των Ε.coli. Για τον προσδιορισμό του κινδύνου αλάτωσης υπολογίστηκε ο λόγος προσρόφησης νατρίου (SAR). Μεταξύ των διαφορετικών τεχνικών συλλογής και αποθήκευσης, τα αποτελέσματα έδειξαν σημαντική απόκλιση των συγκεντρώσεων των εξεταζόμενων παραμέτρων. Οι τιμές των συγκεντρώσεων των ιόντων και μικροοργανισμών των ομβρίων στο πρώτο υποσύστημα του HYDRO4, που συλλέχθηκαν από τις οροφές ήταν χαμηλότερες, σε σχέση με αυτές των βρόχινων υδάτων συλλεγόμενες από όλες τις υπόλοιπες δομημένες επιφάνειες των κατοικιών. Η επίδραση των μεθόδων συλλογής και των διαφορετικών υλικών των επιφανειών καθώς και των τύπων των τελικών δεξαμενών συλλογής στα ποιοτικά χαρακτηριστικά των ομβρίων είναι εμφανής από τη διαφορά στις καταγραφόμενες τιμές διάφορων παραμέτρων όπως της ηλεκτρικής αγωγιμότητας στα τρία συστήματα ομβριοσυλλογής (418 μS/cm , 1097 μS/cm και 451μS/cm κατά μέσο όρο για HYDRO3 (υπεδάφιο σύστημα), HYDRO4 (συλλογή από δομημένες επιφάνειες εκτός ταρατσών) και HYDRO6 (σύστημα συλλογής με κλειστή υπόγεια δεξαμενή) αντίστοιχα). Η τιμή της θολότητας των δειγμάτων σε όλα τα συστήματα κυμαίνεται από περίπου 2 έως 15,3 ΝTU με τη μέγιστη τιμή να εμφανίζεται στο P4HYD4 που αντιστοιχεί στο πηγάδι εμπλουτισμού. Οι συγκεντρώσεις ολικών αιωρούμενων στερεών των δειγμάτων είναι κατά πολύ μικρότερες των 35 mg/l πληρώντας το όριο για περιορισμένη άρδευση. Η ποιοτική αξιολόγηση των υδάτων για άρδευση έγινε σύμφωνα με το διάγραμμα Wilcox. Τα περισσότερα δείγματα των συστημάτων κατατάχθηκαν στην κατηγορία C2-S1, έχουν δηλαδή ελάχιστο κίνδυνο αλάτωσης. Εξαίρεση αποτελούν το πηγάδι εμπλουτισμού και η συλλογή από επιφάνειες εκτός των ταρατσών του HYDRO4 στα οποία σε σχέση με το προηγούμενο σύστημα ομβριοσυλλογής HYDRO3 παρατηρούνται αυξημένες συγκεντρώσεις νατρίου και αγωγιμότητας, κατατάσσοντας έτσι τα ύδατα ως προς τον κίνδυνο αλάτωσης στην κατηγορία C3-S1 (νερό μέσης ποιότητας, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για άρδευση με περιορισμούς). Τέλος, στα περισσότερα δείγματα έγινε ανίχνευση βακτηρίων εντερικής προέλευσης οι συγκεντρώσεις των οποίων δεν επηρέασαν τα όρια για περιορισμένη άρδευση. Όσον αφορά την επεξεργασία του γκρι νερού στο HYDRO6 και στα δυο εφαρμοζόμενα συστήματα επιτυγχάνεται ικανοποιητική επεξεργασία του γκρι νερού, με ποσοστό απομάκρυνσης στερεών > 95%, απομάκρυνσης COD >95% και νιτροποίηση κατά 95%. Έτσι, οι τιμές των συγκεντρώσεων των παραμέτρων αυτών στην έξοδο τηρούν τα όρια της νομοθεσίας επαναχρησιμοποίησης για περιορισμένη άρδευση.	el
heal.abstract	Nowadays, the Mediterranean regions face significant challenges in terms of water management and conservation. Water resources are limited, especially in areas with high tourist activity during the summer highly affecting the agricultural activities in these areas. In order to address these problems, in the context of HORIZON 2020, HYDROUSA, a research and innovation project is implemented with the intention of creating environment-friendly and revolutionary solutions for resource recovery and reuse. HYDROUSA has designed and is currently operating two rainwater harvesting systems in the island of Mykonos (HYDRO3 & HYDRO4) and one demo site of full water loops in an ecotourist facility in Tinos island(HYDRO6). In these systems, rainwater is collected from various surfaces such as soil, roofs and other built-up surfaces. In order to meet the needs for irrigation water during the dry period, the rainwater is stored during the raining periods. In the HYDRO3, a subsurface rainwater harvesting system is implemented , collecting rainwater through gravel layers using geomembranes and geotextile. Through flexible perforated pipes placed at the bottom of the collector, the collected rainwater is led to storage in the two tanks with a capacity of 30 m3 each so as to be used for the irrigation of oregano crops during the irrigation season. The HYDRO4 system, is a residential rainwater harvesting system consisted of two separate subsystems. The harvested water is used to for domestic- non potable uses , to recharge the aquifer and for irrigation purposes of a 0.2halavender field. A bioswale system is also constructed on the site preventing flooding phenomena and collecting the stormwater for irrigation purposes. Finally, HYDRO6 concerns an agrotourism facility where rainwater is collected from structured surfaces. Two rainwater harvesting loops are installed in the site. Rainwater is collected from roof surfaces, stairs and terraces and in the first subsystem the rainwater is stored in an open cistern with a capacity of 80 m3 for the purpose of irrigating herbs and trees. In the second one the collected rainwater is directed to a closed tank of 100 m3 for storage and irrigation of edible plants. The wastewater sources in the facility are segregated and the greywater is treated through constructed wetlands coupled with UV disinfection. The objective of this thesis was to evaluate the quality characteristics of the collected water and treated greywater and check their compliance with the relevant limitations for irrigation, non-potable domestic use and for groundwater aquifer recharge purposes. Laboratory analyses were carried out to for the physicochemical and microbiological parameters of the harvested and reclaimed water samples from the sites. In particular, the pH, alkalinity, electrical conductivity, and turbidity as well as the concentrations of the ions that usually dominate rainwater harvesting systems (Cl- , Ca2+, Mg2+, Na+ , K+ , NO3 -, NH4 + , NO2 - , SO4 -2 και PO4 -3 ) were measured. The microbiological quality of the samples was evaluated based on the concentrations of total coliforms, E.coli and enterococci. The sodium adsorption ratio (SAR) was calculated to determine the risk of salinization. The results showed a significant variation in the concentrations of the parameters tested depending on the different collection and storage systems applied. The values of the ions concentrations and microorganisms in the rainwater collected in the first subsystem of HYDRO4, from the roofs where also the first flush diversion was implemented, were lower comparing with the other systems. The effect of collection methods and different surface materials on the quality characteristics of the rainwater is shown by the difference in the values of most of the parameters as for example the electrical conductivity in the three rainwater collection systems (418 μS/cm , 1097 μS/cm και 451μS/cm on average for HYDRO3 (subsurface collection system), HYDRO4 (collection only from rooftops with first flush diversion) and HYDRO6 respectively). The turbidity value of the samples in all systems ranged from about 2 to 15,3 NTU with the maximum value occurring in P4HYD4 which refers to the artificial recharge well. The concentrations of the total suspended solids of all the samples did not exceed the 35 mg/l. The quality assessment of the water for irrigation was carried out also according to the Wilcox diagram. Most of the samples of the systems were classified as C2-S1, i.e. they have a minimal risk of salinization. Exceptions are the AR well and the surface runoffs sampling pointsof HYDRO4 where increased sodium and conductivity concentrations are observed, thus classifying the water in terms of salinity risk in the category C3-S1 (water of medium quality, which can be used for irrigation with restrictions). This is due to the fact that the rainwater is not filtered before it enters the reservoir, thus it retains all the load collected from the collection surface. Finally, in most of the samples, bacteria of intestinal origin were detected, the concentrations of which did not affected the final use (restricted irrigation). Regarding the grey water treatment in HYDRO6, the constructed wetland system proved to provide a satisfactory treatment, achieving solid removal percentage of > 95%, COD removal > 95% and nitrification by 95%. Thus, the system produces reclaimed water that according to the legislation for wastewater reuse doesn’t exceed the limits for restricted irrigation.	en
heal.sponsor	HYDROUSA Ευρωπαϊκό Πρόγραμμα H2020 (el)	el
heal.advisorName	Μαλαμής, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Μαλαμής, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	120 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false