Αξιολόγηση των συνεπειών στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων από τη διάθεση βιοδιασπάσιμων οικιακών αποβλήτων στο αποχετευτικό δίκτυο

Abstract

Η ταχεία αστικοποίηση σε συνδυασμό με την αντίστοιχη ανάπτυξη της βιομηχανίας και των υπηρεσιών αποτελούν βασικά στοιχεία της οικονομικής και δημογραφικής ανάπτυξης σε πολλές αναπτυσσόμενες χώρες. Οι πόλεις απορροφούν σήμερα τα δύο τρίτα της συνολικής αύξησης του πληθυσμού σε ολόκληρο τον αναπτυσσόμενο κόσμο. Μια σημαντική περιβαλλοντική ανησυχία σχετικά με την αστικοποίηση είναι η ποσότητα των στερεών αποβλήτων, που παράγονται με ένα ρυθμό που ξεπερνά την ικανότητα των δημοτικών αρχών να την διαχειριστούν, με αποτέλεσμα πιθανές δυσμενείς επιπτώσεις στο περιβάλλον, την υγεία του ανθρώπου και την ποιότητα της αστικής ζωής. Και στην Ελλάδα η διαχείριση των αποβλήτων αποτελεί ένα σημαντικό, περιβαλλοντικό, κοινωνικό και οικονομικό πρόβλημα λόγω της ανάπτυξης των μεγάλων αστικών κέντρων, τη συνεχή αύξηση του τουριστικού ρεύματος και κυρίως την άνοδο του βιοτικού επιπέδου, η οποία έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή των καταναλωτικών συνηθειών. Η Ελλάδα έχει ένα πληθυσμό 10.9 εκατομμυρίων κατοίκων. Το 50% σχεδόν του πληθυσμού βρίσκεται στα δύο μεγάλα αστικά κέντρα, Θεσσαλονίκη και Αθήνα. Η ποσότητα των οικιακών απορριμμάτων στην Ελλάδα υπολογιζόταν το 1982 σε 2.8 εκατομμύρια τόνους ετησίως. Το έτος 2001 ανήλθε σε 4.5 εκατομμύρια τόνους, δηλαδή η μέση μοναδιαία παραγωγή αποβλήτων ήταν 1.14 kg ανά κάτοικο και ημέρα, μικρότερη βέβαια από τον αντίστοιχο μέσο όρο της Ευρωπαϊκής Ένωσης των 1.48 kg ανά κάτοικο και ημέρα. Επίσης, είχε προβλεφθεί ότι η παραγωγή των αστικών στερεών αποβλήτων (Α.Σ.Α.) το 2011 θα έφτανε περίπου τα 6 εκατομμύρια τόνους και το 2025 τα 7.6 εκατομμύρια τόνους. Το 2010 η ημερήσια παραγωγή Α.Σ.Α. ήταν περίπου 15 000 τόνοι, που αντιστοιχεί σε 5.4 εκατομμύρια τόνους Α.Σ.Α. σε ετήσια βάση. Με περιορισμένες εκτάσεις γης γύρω από πολλά αστικά κέντρα, η αναζήτηση για ασφαλείς για το περιβάλλον, καθώς και κοινωνικά και πολιτικά αποδεκτές θέσεις για τους χώρους υγειονομικής ταφής έχει γίνει ένα χρόνιο πρόβλημα και για πολλές πόλεις φαινομενικά άλυτο. Έτσι, δημιουργείται η ανάγκη να εξεταστούν άλλες εναλλακτικές λύσεις ελαχιστοποίησης των αποβλήτων στην πηγή. Οι δημοτικές αρχές σε όλο τον κόσμο μοιράζονται ένα κοινό δίλημμα για την καλύτερη μέθοδο διαχείρισης των διαρκώς αυξανόμενων αποβλήτων που παράγονται από την παρασκευή των τροφίμων και των υπολειμμάτων από την κατανάλωσή τους. Από μια παγκόσμια οπτική, οι εν λόγω διοικητικοί φορείς είναι πολύ σημαντικό να επιτύχουν την εφαρμογή μιας περιβαλλοντικά πιο υπεύθυνης στρατηγικής για την επίλυση αυτού του προβλήματος. Η ιεράρχηση των στόχων για την πολιτική της διαχείρισης των αποβλήτων τροφίμων θα πρέπει να περιλαμβάνει τη μείωση, την επαναχρησιμοποίηση και την ανακύκλωση, με τη διάθεση σε χώρους υγειονομικής ταφής να αποτελεί τη λιγότερο προτιμώμενη στρατηγική. Τα απορρίμματα τροφίμων είναι μια πραγματικότητα, ακόμα και αν αναγνωριστούν οι καλύτερες προσπάθειες για τη μείωση ή την επαναχρησιμοποίηση. Η επόμενη καλύτερη περιβαλλοντική στρατηγική είναι η ανακύκλωση των απορριμμάτων τροφίμων και η αξιοποίηση της ενέργειας και της αξίας των θρεπτικών συστατικών ως πόρους, ελαχιστοποιώντας παράλληλα τις αρνητικές επιπτώσεις στη δημόσια υγεία, την κατανάλωση ορυκτών καυσίμων και τις εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου. Η Ευρωπαϊκή Ένωση (Ε.Ε.) είναι το μόνο όργανο που μπορεί να δημιουργήσει μια βιώσιμη και κατανοητή πολιτική σε ό, τι αφορά τα απόβλητα για ολόκληρη την Ευρωπαϊκή Κοινότητα. Μια τέτοια πολιτική είναι απαραίτητο να θέσει σαφείς στόχους, αλλά παράλληλα να παραμείνει ανοιχτή σε διαφορετικές τεχνικές λύσεις, ώστε να είναι σε θέση να ανταποκριθεί σε αυτές τις προθέσεις. Η Ε.Ε. βρίσκεται σήμερα στη διαδικασία ολοκλήρωσης της νομοθεσίας που θα διαμορφώσει τη στρατηγική διαχείρισης των αποβλήτων της Ε.Ε. για το μέλλον. Η οδηγία περί υγειονομικής ταφής (Οδηγία 1999/31/Ε.Κ.) και η οδηγία για την ιλύ (οδηγία 86/278/Ε.Ο.Κ.) εφαρμόζονται και οι διάφορες τροποποιήσεις τους έχουν ενσωματωθεί στο βασικό κείμενο. Η Οδηγία 2008/98/ΕΚ αποτελεί την αναθεωρημένη νέα οδηγία – πλαίσιο για τα απόβλητα και μια θεματική στρατηγική για την προστασία του εδάφους έχει δρομολογηθεί. Αυτές οι νομικές πράξεις ορίζουν τρία βασικά στοιχεία: τη βελτίωση της ποιότητας του εδάφους, την αύξηση της ανάκτησης των οργανικών αποβλήτων σε αντίθεση με την υγειονομική ταφή ή την αποτέφρωση και τη βελτίωση της ποιότητας της ιλύος των λυμάτων. Σε αυτά τα πλαίσια, οι σκουπιδοφάγοι αποβλήτων τροφίμων μπορούν να αποτελέσουν μια οικονομικά και περιβαλλοντικά ενδιαφέρουσα εναλλακτική λύση για την συλλογή με διαλογή στην πηγή και την επεξεργασία των αποβλήτων τροφίμων από τα νοικοκυριά και να γίνουν ένα ζωτικής σημασίας εργαλείο για τη δημιουργία ενός βιώσιμου συστήματος διαχείρισης αποβλήτων στην Ευρώπη. Η χρήση των σκουπιδοφάγων αποβλήτων τροφίμων επιτρέπει το διαχωρισμό μεγάλου μέρους των συστατικών των αποβλήτων τροφίμων από το σύνολο των αστικών στερεών αποβλήτων μέσω της άλεσής τους με τη χρήση μηχανικών μέσων και την προσθήκη νερού από τη βρύση, διευκολύνοντας την είσοδο του μίγματος στο αποχετευτικό σύστημα. Στην Ευρώπη, οι σκουπιδοφάγοι αποβλήτων τροφίμων αναγνωρίστηκαν μόλις πρόσφατα (σε μεγάλη αντίθεση με τις Ηνωμένες Πολιτείες), και αυτός είναι ο κύριος λόγος που οι άλλες επιλογές διαχείρισης των αποβλήτων τροφίμων, όπως η κομποστοποίηση, έχουν αναπτυχθεί περαιτέρω. Ωστόσο, πολλές εταιρείες διαχείρισης αποβλήτων, τοπικές αρχές, ερευνητές, αλλά και πολίτες αναγνωρίζουν τα προβλήματα που συνδέονται με τη συλλογή των οργανικών αποβλήτων στις αστικές περιοχές. Τα ποσοστά συλλογής είναι συνήθως χαμηλά, η διαδικασία συλλογής απαιτεί πολύ προσωπικό και είναι ενεργοβόρα και ακριβή και η αποθήκευση των οργανικών αποβλήτων προκαλεί αποστροφή λόγω των δυσάρεστων οσμών και των ανησυχιών για την υγεία τόσο για τα νοικοκυριά όσο και για το προσωπικό χειρισμού των απόβλητων. Σε καμία περιοχή του κόσμου οι περιορισμοί για τη χρήση των σκουπιδοφάγων δεν βασίζονται σε εμπειρική έρευνα και αποδεικτικά στοιχεία, αλλά περισσότερο στην εφαρμογή της αρχής της πρόληψης. Στην πραγματικότητα, η χρήση ενός σκουπιδοφάγου αποβλήτων τροφίμων με επακόλουθη επεξεργασία σε εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων (Ε.Ε.Λ.) και διασπορά στο έδαφος των βιοστερεών είναι ένα απαραίτητο εργαλείο για κάθε σχέδιο εκτροπής των αποβλήτων από την υγειονομική ταφή. Οι οργανικές ουσίες από τα απορρίμματα τροφίμων σταθεροποιούνται μέσω αναερόβιας χώνευσης με το παραγόμενο μεθάνιο να ανακτάται ως όφελος ανανεώσιμης ενέργειας. Τα βιοστερεά είναι πλούσια σε θρεπτικά συστατικά και η διάθεσή τους για γεωργικούς σκοπούς ή αποκατάσταση εκτάσεων χρησιμεύσει ως ανακύκλωση των αποβλήτων αντί της χρήσης του πολύτιμου χώρου υγειονομικής ταφής. Ωστόσο, κάποιες μονάδες επεξεργασίας λυμάτων μπορεί να βρίσκονται κοντά στα όρια της δυναμικότητάς τους, για τις οποίες το πρόσθετο οργανικό φορτίο θα είναι ένα πρόβλημα, αλλά αυτό δε μπορεί να αποτελέσει ένα γενικό πρόβλημα για όλες τις εγκαταστάσεις ούτε ένα εικαζόμενο πρόβλημα μέχρι τα ποσοστά ενσωμάτωσης των σκουπιδοφάγων στα νοικοκυριά να είναι υψηλά. Κατά συνέπεια, καθοριστικό ρόλο διαδραματίζει η συχνότητα εγκατάστασης των σκουπιδοφάγων αποβλήτων τροφίμων, όπως αποδεικνύεται και από τις υπολογισθείσες εκτιμήσεις της παρούσας μελέτης. Παρουσίαση του μαθηματικού μοντέλου Για τη βιολογική επεξεργασία των λυμάτων εφαρμόστηκε το σύστημα της ενεργού ιλύος, το οποίο αποτελεί το συνηθέστερα χρησιμοποιούμενο σύστημα. Ο πρωταρχικός στόχος ενός συστήματος ενεργού ιλύος είναι η διάσπαση και απομάκρυνση του οργανικού φορτίου των λυμάτων με μηχανισμούς βιολογικής οξείδωσης και σύνθεσης, ενώ στην απομάκρυνση τόσο των οργανικών όσο και των ανόργανων στερεών συμβάλουν και οι μηχανισμοί της βιοπροσρόφησης. Στις διάφορες παραλλαγές του, το σύστημα ενεργού ιλύος έχει τη δυνατότητα για σχεδόν πλήρη βιολογική απομάκρυνση των θρεπτικών συστατικών των λυμάτων, δηλαδή του αζώτου και του φωσφόρου, καθώς και για παραγωγή σταθεροποιημένης ιλύος. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας πραγματοποιήθηκε ένα αντίστοιχο σύστημα επεξεργασίας λυμάτων που επιτελεί και απομάκρυνση αζώτου μέσω των διαδικασιών νιτροποίησης και απονιτροποίησης. Ο καθαρισμός των λυμάτων στις Ε.Ε.Λ. βασίζεται στη συνδυασμένη εφαρμογή φυσικοχημικών και βιολογικών (βιοχημικών) διεργασιών. Για κάθε μεταβλητή που εξετάζεται, γράφεται η αντίστοιχη εξίσωση με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός συστήματος εξισώσεων. Οι επιμέρους μονάδες επεξεργασίας που συνθέτουν τις Ε.Ε.Λ. απομακρύνουν από την υγρή φάση τις ανεπιθύμητες ουσίες μέσω φυσικοχημικών ή βιοχημικών διεργασιών. Μεγάλο μέρος των ουσιών αυτών μετατρέπεται σε ένα παχύρευστο υγρό μικρής παροχής, την ιλύ, η οποία δεν μπορεί να διατεθεί στο περιβάλλον χωρίς προηγούμενη επεξεργασία. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα κύρια στάδια της επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων του συστήματος που εφαρμόστηκε. Το στάδιο της προκαταρκτικής και πρωτοβάθμιας επεξεργασίας περιλαμβάνει, συνήθως, εσχάρες, εξαμμωτές, λιποσυλλέκτες και δεξαμενές πρωτοβάθμιας καθίζησης. Βασίζεται σε φυσικοχημικές διαδικασίες και επιτυγχάνει μερική απομάκρυνση των αιωρούμενων στερεών και του BOD. Το στάδιο της δευτεροβάθμιας επεξεργασίας στηρίζεται κατά κύριο λόγο σε βιολογικές διεργασίες και περιλαμβάνει ένα βιολογικό αντιδραστήρα και μια δεξαμενή τελικής καθίζησης. Στο στάδιο αυτό επιτελείται σχεδόν πλήρης απομάκρυνση των αιωρούμενων στερεών και του BOD, κατά περίπτωση δε μπορεί να γίνει και απομάκρυνση αζώτου και φωσφόρου (π.χ. όταν ο αποδέκτης των λυμάτων είναι ευαίσθητος). Το στάδιο επεξεργασίας της ιλύος χρησιμεύει για την κατάλληλη επεξεργασία των ιλύων, που προκύπτουν από τα άλλα στάδια καθαρισμού των λυμάτων, έτσι ώστε να είναι ασφαλής η διάθεσή τους. Συνήθως αποτελείται από τους παχυντές, τους χωνευτές και το σύστημα αφυδάτωσης. Η επεξεργασία, λοιπόν, των υγρών αποβλήτων πριν από τη διάθεσή τους αμβλύνει τις δυσμενείς επιπτώσεις στους αποδέκτες, διαφυλάσσει την οικολογική ισορροπία και προστατεύει το περιβάλλον. Εφαρμογή του μαθηματικού μοντέλου – Συμπεράσματα Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται η διαστασιολόγηση δύο πρότυπων θεωρητικών εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων (Ε.Ε.Λ.) δύο πόλεων ισοδύναμου πληθυσμού 10 000 και 100 000 κατοίκων, και στη συνέχεια εξετάζονται και αξιολογούνται οι επιπτώσεις των διαφόρων σεναρίων εφαρμογής των σκουπιδοφάγων αποβλήτων τροφίμων στις υφιστάμενες εγκαταστάσεις. Μελετώνται είκοσι διαφορετικές περιπτώσεις εφαρμογής των σκουπιδοφάγων στα νοικοκυριά, ξεκινώντας από το ποσοστό του 5% και φτάνοντας στο 100% του συνόλου των νοικοκυριών, αυξάνοντας κάθε φορά την εφαρμογή τους κατά 5% από σενάριο σε σενάριο. Κατά συνέπεια, στόχος για την κάθε εγκατάσταση είναι η πραγματοποίηση του έλεγχου της επαρκούς λειτουργίας του υφιστάμενου συστήματος, ο προσδιορισμός της ενεργειακής κατανάλωσης των βασικών μονάδων ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού και ο υπολογισμός των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου, καθώς θα αυξάνεται το ποσοστό εφαρμογής των σκουπιδοφάγων αποβλήτων τροφίμων στα νοικοκυριά. Στην περίπτωση της πόλης με ισοδύναμο πληθυσμό 10 000 κατοίκων προκύπτει το συμπέρασμα ότι η εγκατάσταση θα είναι δυνατό να ανταπεξέλθει αρκετά καλά, ακόμη και στην περίπτωση της 100% εφαρμογής των σκουπιδοφάγων αποβλήτων τροφίμων. Συγκεκριμένα, στο βιολογικό αντιδραστήρα δε θα υπάρξουν προβλήματα ακόμη και στην περίπτωση της εφαρμογής των σκουπιδοφάγων στο 100% των νοικοκυριών. Σε ό, τι αφορά τη λειτουργία της δεξαμενής καθίζησης, η εφαρμογή του κριτηρίου του υδραυλικού φορτίου δείχνει ότι δε θα δημιουργηθεί ιδιαίτερο πρόβλημα κατά τη διαδικασία της διαύγασης, ενώ ο έλεγχος του κριτηρίου του φορτίου των στερεών δείχνει ότι αναμένεται μια σχετική υπερφόρτωση της εγκατάστασης. όταν η εφαρμογή των σκουπιδοφάγων ξεπεράσει το 80%. Αναφορικά με την επάρκεια του εξοπλισμού άντλησης για τα διάφορα στάδια επεξεργασίας, διαπιστώνεται ότι, ακόμη και στην περίπτωση της εφαρμογής των σκουπιδοφάγων στο 100% των νοικοκυριών, δε θα δημιουργηθεί κανένα πρόβλημα. Η ίδια διαπίστωση γίνεται και για τα στάδια της μηχανικής πάχυνσης και αφυδάτωσης της βιολογικής ιλύος. Μετά την ολοκλήρωση του ελέγχου της επαρκούς λειτουργίας των υφιστάμενων μονάδων του συστήματος για τα διάφορα ποσοστά εφαρμογής των σκουπιδοφάγων αποβλήτων τροφίμων στα νοικοκυριά, πραγματοποιείται ο υπολογισμός της ενεργειακής κατανάλωσης των διαφόρων μονάδων του συστήματος. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις που έγιναν, προκύπτει ότι η μέγιστη ποσοστιαία μεταβολή της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης από το σύστημα θα είναι της τάξης του 21.2%. Ενδεικτικά, αναφέρεται ότι, στην περίπτωση της εγκατάστασης σκουπιδοφάγων στο 25% των νοικοκυριών, η ημερήσια συνολική ενεργειακή κατανάλωση θα αυξηθεί κατά 5%. Σε ό, τι αφορά τις συνολικές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου (Α.Θ.), εκτιμάται ότι η μέγιστη ποσοστιαία μεταβολή θα είναι της τάξης του 28%, ενώ στην περίπτωση που εγκατασταθούν σκουπιδοφάγοι αποβλήτων τροφίμων στο 25% των νοικοκυριών, οι ημερήσιες εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου θα αυξηθούν κατά 6.8%. Ακόμη, τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τον υπολογισμό των καθαρών εκπομπών Α.Θ. λόγω της εκτροπής των αποβλήτων τροφίμων από τους Χ.Υ.Τ.Α. και της διοχέτευσής τους στους σκουπιδοφάγους αποβλήτων τροφίμων ήταν πολύ ενθαρρυντικά, καθώς παρατηρήθηκε μείωση των εκπομπών Α.Θ. ακόμη και κατά την εφαρμογή των σκουπιδοφάγων μόνο στο 5% των νοικοκυριών. Με την αύξηση του ποσοστού ενσωμάτωσης των σκουπιδοφάγων στα νοικοκυριά, διαπιστώθηκε όλο και περισσότερο αυξητική τάση μείωσης των εκπομπών Α.Θ. Στην περίπτωση της πόλης με ισοδύναμο πληθυσμό 100 000 κατοίκων προέκυψε το συμπέρασμα ότι η αναβάθμιση της υπάρχουσας Ε.Ε.Λ. θα είναι αναγκαία με την αύξηση της δυναμικότητας του εξοπλισμού άντλησης και την αύξηση του όγκου κάποιων μονάδων επεξεργασίας. Συγκεκριμένα, λειτουργικά προβλήματα δεν αναμένονται στη βιολογική βαθμίδα και στις δεξαμενές τελικής καθίζησης ούτε κατά την πάχυνση της πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας ιλύος. Αναφορικά με την επάρκεια του εξοπλισμού άντλησης, απαραίτητη κρίνεται η αύξηση της δυναμικότητας μόνο των αντλιών πρωτοβάθμιας ιλύος, παχυμένης πρωτοβάθμιας ιλύος και εσωτερικής ανακυκλοφορίας του ανάμικτου υγρού. Κατά τον έλεγχο του βαθμού σταθεροποίησης της ιλύος προκύπτει το συμπέρασμα ότι θα υπάρξει πρόβλημα στη λειτουργία του χωνευτή, ακόμη και σε σχετικά μικρά ποσοστά εφαρμογής των σκουπιδοφάγων (30% και άνω), και κρίνεται απαραίτητη η αύξηση του όγκου της μονάδας χώνευσης. Επίσης, υπέρβαση της φόρτισης σχεδιασμού του φυγοκεντρητή παρατηρείται όταν η εφαρμογή των σκουπιδοφάγων αποβλήτων τροφίμων ξεπερνά το 50%. Αναφορικά με την ημερήσια παραγωγή βιοαερίου κατά τη χώνευση της ιλύος, συμπεραίνεται ότι θα παρουσιάσει αύξηση της τάξης του 44%, στην περίπτωση που οι σκουπιδοφάγοι αποβλήτων τροφίμων εφαρμοστούν στο 100% των νοικοκυριών. Αυτό δείχνει ότι οι σκουπιδοφάγοι όχι μόνο μειώνουν την αρνητική επίδραση της απαραίτητης αποκομιδής των αποβλήτων κουζίνας, αλλά με την αύξηση της παραγωγής βιοαερίου αντισταθμίζουν την ενεργειακή τους ζήτηση. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις που έγιναν για την ενεργειακή κατανάλωση του συστήματος, προκύπτει ότι η μέγιστη ποσοστιαία μεταβολή της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης από το σύστημα θα είναι της τάξης του 22.1%. Ενδεικτικά, αναφέρεται ότι, στην περίπτωση της εγκατάστασης σκουπιδοφάγων στο 25% των νοικοκυριών, η ημερήσια συνολική ενεργειακή κατανάλωση θα αυξηθεί κατά 5.9%. Για την εξεταζόμενη Ε.Ε.Λ. των 100 000 ισοδύναμων κατοίκων οι συνολικές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου εκτιμάται ότι θα παρουσιάσουν μέγιστη ποσοστιαία αύξηση της τάξης του 33.8%, ενώ στην περίπτωση που εγκατασταθούν σκουπιδοφάγοι αποβλήτων τροφίμων στο 25% των νοικοκυριών, που θα μπορούσε να αποτελέσει ένα πιθανό σενάριο, οι ημερήσιες εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου θα αυξηθούν κατά 8.4%. Επισημαίνεται ότι και σε αυτή την περίπτωση τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τον υπολογισμό των καθαρών εκπομπών Α.Θ. λόγω της εκτροπής των αποβλήτων τροφίμων από τους Χ.Υ.Τ.Α. και της διοχέτευσής τους στους σκουπιδοφάγους αποβλήτων τροφίμων είναι πολύ αισιόδοξα, καθώς διαπιστώνεται ότι οι εκπομπές Α.Θ. θα αρχίσουν να μειώνονται σημαντικά ακόμη και με την εφαρμογή των σκουπιδοφάγων μόνο στο 5% των νοικοκυριών. Με την αύξηση του ποσοστού ενσωμάτωσης των σκουπιδοφάγων στα νοικοκυριά, παρατηρείται όλο και μεγαλύτερη αυξητική τάση μείωσης των εκπομπών Α.Θ., φτάνοντας τα 5 743 kg CO2/day λιγότερα για την περίπτωση της εφαρμογής των σκουπιδοφάγων στο 100% των νοικοκυριών. Κατά συνέπεια, η μείωση των εκπομπών Α.Θ. και η παραγωγή καθαρής ενέργειας θα είναι ευεργετικές για την πρόληψη της υπερθέρμανσης του πλανήτη και την προστασία του περιβάλλοντος. Τα συμπεράσματα της παρούσας εργασίας είναι σύμφωνα με την υπάρχουσα εμπειρία, η οποία δείχνει ότι τα επίπεδα διείσδυσης έως 15 – 20% των βεβαιωθέντων χρηστών δεν οδηγούν σε σημαντικές διαφορές στα χαρακτηριστικά των λυμάτων που εισέρχονται. Κατά τη διείσδυση μεταξύ 20 και 35%, μια αύξηση στην κατανάλωση ενέργειας του συστήματος παρατηρείται, που οφείλεται στη μεγαλύτερη αναπνοή της ενεργού βιομάζας, και μια μεγαλύτερη παραγωγή της περίσσειας λάσπης. Πέρα από το ποσοστό διάδοσης του 35 – 40%, είναι απαραίτητο να γίνουν συμπληρωματικές εργασίες στη μονάδα επεξεργασίας. Θα πρέπει να σημειωθεί, βέβαια, ότι τα ευρωπαϊκά επίπεδα διείσδυσης δεν αναμένεται να υπερβούν το 15% στα επόμενα 25 με 30 χρόνια.

Rapid urbanization coupled with the associated growth of industry and services constitute a key feature of economic and demographic development in many developing countries. Cities are currently absorbing two thirds of the total population increase throughout the developing world. An important environmental concern of urbanization is the amount of solid waste that is generated at a rate that surpasses the capacity of municipal authorities to manage it, resulting in potential adverse impacts on the environment, human health and the quality of urban life. Waste management constitutes an important environmental, social and economical problem in Greece, as well, due to the development of big urban cities, the continuous increase in tourist flow, and, mostly, the rising of living standards, which results in changing of consumer habits. Greece has a population of 10.9 millions habitats. Almost 50% lives in the two big urban centres, Thessaloniki and Athens. The amount of residential waste in Greece was 2.8 millions tons in the year 1982. In the year 2001 it reached 4.5 tons, which means that the mean unit waste generation was 1.14 kg per capita per day, smaller than the respective mean E.E. value of 1.48 kg per capita per day. It had been predicted that in 2011 the generation of municipal solid waste (M.S.W.) would reach 6 millions tons approximately and 7.6 millions tons in 2025. The daily generated M.S.W. was 15 000 tons approximately, which corresponds to 5.4 millions tons of M.S.W. annually. With limited land areas around many urban centres, the search for environmentally safe as well as socially and politically acceptable sites for landfills has become a perennial problem, and for several cities, seemingly unsolvable, thus creating the need to consider other waste minimization alternatives at the source. Municipalities world-over share a common dilemma for the best method to manage the ever-present wastes generated through food preparation and consumption residual. From a universal perspective, it is of utmost importance that these governing bodies incorporate the most environmentally responsible strategy when solving this dilemma. A hierarchy of food waste management policy objectives should include reduction, reuse, and recycling, with disposal to a landfill being the least preferred strategy. Food waste is a reality, even in recognition of the best efforts to reduce or reuse. The next best environmental strategy is to recycle food waste and utilize the energy and nutrient value as a resource, while minimizing detrimental public health effects, fossil fuel consumption and emissions in the process of recycling. The E.U. is the only body, which can create a sustainable and coherent waste policy for the whole European Community. Such a Waste Policy has to put up clear aims, but at the same time remain open to different technical solutions, in order to be able to meet these intentions. The E.U. is currently in the process of completing legislation that will shape the E.U.’s waste management strategy for the future. The Landfill Directive (1999/31/E.C.) and the Sludge Directive (86/278/E.E.C.) have been adopted, and their various modifications have been incorporated in the basic text. The Directive 2008/98/E.C. is the revised Waste Framework Directive and a Thematic Strategy for Soil Protection is in the pipeline. These legal acts are in line with three main elements: improvement of the soil quality, increase of the recovery of organic waste to insure that it is not landfilled or incinerated, and improvement of the quality of sewage sludge. In this context, the implementation of food waste disposers may constitute a very interesting alternative solution for separate collection at source and treatment of food waste from an economical and environmental point of view and become a vital instrument for the creation of a sustainable waste management system in Europe. The use of food waste disposers enables the separation of a considerable fraction of food waste ingredients out of the entire municipal solid waste stream by grinding the waste using mechanical means with the addition of tap water, and allowing the mixture into the sewage system. In Europe, food waste disposers have been recognized only recently (in large contrast to the United States), which is the main reason that other food waste management options, such as composting, are further developed. However, many waste management firms, local authorities, scholars and residents recognize problems associated with collection of organic waste in inner-city districts. The collection rates are normally low, the collection process is labor and energy intensive and expensive, and the storage of organic waste causes aversions, due to foul odor and health concerns for both the households and waste handling staff. Disposer restrictions are not based on empirical research and evidence in any area of the world, but rather on the application of the precautionary principle. In fact, the use of a food waste disposer with subsequent W.W.T.P. treatment and biosolids land application is a complement to any landfill waste diversion plan. Food waste organics are stabilized through anaerobic digestion with the generated methane recovered as a renewable energy benefit. Biosolids are rich in nutrients and disposal for agricultural or land reclamation purposes serve as a recycling of the waste stream rather than using valuable landfill space. However, there may be W.W.T.P. that are close to their treatment capacity for which the additional organic loading would be a problem, but this is neither a general problem for all plants nor a suspected problem until disposer implementation rates are high. Consequently, the installation rate of food waste disposers plays a critical role, as it is demonstrated by the calculated estimations of this research. Presentation of the mathematical model For the biological waste treatment, active sludge treatment system has been applied, which is the most usually used system. The primary goal of active sludge system is degradation and removal of waste organic load by implementing mechanisms of biological oxidation and composition, while the mechanism of bioabsorption contributes to removing both organic and inorganic solids. In some of its variations, active sludge system is capable of almost complete biological removal of nutrients, nitrogen and phosphorus, and generation of stabilized sludge, as well. In the context of this work, a respective waste treatment system is carried out, which includes nitrogen removal, as well, through nitrification and denitrification processes. Wastewater purification at W.W.T.P. is based on combined implementation of physical, chemical and biological (biochemical) processes. For each variable examined, the respective equation is written resulting in the formation of a system of equations. All treatment units together, that compose the W.W.T.P., remove unwanted substances from the liquid phase through physical, chemical or biochemical processes. An important part of these substances is converted to a low flow thick liquor, the sludge, which cannot be disposed of to the environment without pretreatment. Subsequently, the main stages of the implemented wastewater treatment system are presented. The stages of preliminary and primary treatment usually include screens, grit removal chambers, grease collectors and primary sedimentation tanks. Partial removal of suspended solids and BOD is achieved during these stages. The stage of secondary treatment is mainly based on biological processes and it consists of a biological reactor and a secondary settlement tank. Complete removal of suspended solids and BOD takes place during this stage. In some cases, removal of nitrogen and phosphorus may be done, as well (for example, in case of a susceptible receiving water body). The sludge treatment stage is useful for the appropriate treatment of sludge that is generated during the other waste purification stages in order to be safely disposed. It usually consists of thickeners, digesters and dewatering system. As a result, wastewater treatment before its disposal mitigates its adverse effects at the receiving water bodies, keeps safe the ecological balance and protects the environment. Model application - Conclusions In this study, the dimensioning of two standard theoretical wastewater treatment plants (W.W.T.P.) is conducted for two cities of equivalent populations of 10 000 and 100 000 inhabitants, respectively. Then, the effects of food waste disposers application on the existing W.W.T.P. are examined and evaluated under various implementation scenarios. Twenty different cases about the introduction of food waste disposers to households are studied, beginning with an installation rate of 5% and reaching the upper rate of 100% installation of food waste disposers to all households, increasing the percentage every time by 5%. As a consequence, the most important aims of this study are the verification of the adequate operation of the existing system, the determination of the energy consumption of electromechanical equipment key units and the estimation of greenhouse gases emissions for each facility, as the installation rate of food waste disposers will increase. In the case of the city with a population equivalent of 10 000 residents, it is concluded that the facility will be possible to cope with quite well even in the case of 100% implementation of food waste disposers. Specifically, no problems will take place in the bioreactor even if the implementation of food waste disposers to households reaches the rate of 100%. As far as the operation of the settling tank is concerned, the application of the hydraulic load criterion shows that no particular problem will arise in the refining process, while solids loading testing shows that a relative overload of the facility will be expected, when the application of food waste disposers exceeds 80%. With regard to the adequacy of pumping equipment for the various stages of treatment, it is found that, even the implementation of food waste disposers to 100% of households will not create any problem. The same verification is made for the stages of mechanical thickening and dewatering of biological sludge. After the verification of the adequate functioning of the system existing units for the various application rates of food waste disposers is completed, energy consumption of the system different units is calculated. According to the estimations made for, it appears that the maximum percent change in the total energy consumption of the system will be around 21.2%. Indicatively, it is noted that in the case of installing food waste disposers at 25% of households, the daily total energy consumption will increase by 5%. Concerning total emissions of greenhouse gases (G.H.G.), it is estimated that the maximum percent change will be around 28%, while in case of food waste disposers installation at 25% of households, the daily G.H.G. emissions will increase by 6.8%. Moreover, the obtained results from the calculation of net G.H.G. emissions due to the diversion of food waste from landfill sites and their disposal to food waste disposers are very encouraging, as a reduction in G.H.G. emissions is observed even if food waste disposers are applied only at 5% of households. By increasing the incorporation rate of household food waste disposers, an increasingly downward trend in G.H.G. emissions is expected. In the case of the city with a population equivalent of 100 000 inhabitants, it is concluded that the enhancement of the existing W.W.T.P. will be necessary by increasing the capacity of the pumping equipment and increasing the volume of certain treatment units. Specifically, operational problems in the bioreactor and final sedimentation tanks or during the thickening of primary and secondary sludge are not anticipated. Regarding the adequacy of pumping equipment, it is required to increase the capacity of pumps only for primary sludge, thickened primary sludge and internal recirculation of the mixed liquor. According to the results about the sludge stabilization degree, it is concluded that there will be a problem at the operation of the digester even at relatively low application rates of food waste disposers installation (30% and above). So, it is essential to increase the volume of digestion unit. Also, excess of centrifuge loading design is observed when the application of food waste disposers is over 50%. Regarding the daily biogas production during digestion of sludge, it is concluded that it will present an increase of 44% in the case of food waste disposers application to 100% of households. This shows that food waste disposers not only reduce the negative influence of required kitchen waste disposal, but offset their energy demand due to the increase of biogas production, as well. According to estimations made for the energy consumption of the system, it is shown that the maximum percent change of total energy consumption from the system will be around 22.1%. Indicatively, it is noted that in the case of installing food waste disposers at 25% of households, the daily total energy consumption will increase by 5.9%. Concerning total emissions of greenhouse gases, it is estimated that they will present maximum percent increase of 33.8%, while in case of food waste disposers installed at 25% of households, which could be a possibility, daily G.H.G. emissions will increase by 8.4%. It should be noted that, in this case as well, the obtained results from the calculation of net G.H.G. emissions due to the diversion of food waste from landfill sites and their disposal to food waste disposers are very optimistic, as it is observed that G.H.G. emissions will start decreasing significantly even with the implementation of food waste disposers only at 5% of households. By increasing the incorporation rate of household food waste disposers, there is an increasing trend of reducing G.H.G. emissions, reaching 5 743 kg CO2/day less in case of the 100% installation of food waste disposers. Consequently, the reduction of G.H.G. emissions and the production of clean energy will be beneficial to prevention of global warming and protection of the environment. The conclusions of this study are in accordance with existing experience, which shows that penetration levels of up to 15 – 20% of established users do not result in significant variations in the characteristics of the arriving sewage. Between 20 – 35% penetration, an increase in energy consumption of the system is observed due to the greater respiration of the active biomass and a larger production of excess sludge. Beyond 35 – 40% diffusion, additional works must be done to the treatment plant. It should be noted that European penetration levels will not exceed 15% in the next 25 – 30 years.