Περί Βιολογικών Σταθμών

Βιολογική επεξεργασία – απορρύπανση λυμάτων

Η βιολογική επεξεργασία των λυμάτων στοχεύει στην απορρύπανσή τους με την απομάκρυνση των οργανικών ρύπων, κυρίως όμως και παράλληλα, την απομάκρυνση των λεγομένων θρεπτικών, δηλαδή του αζώτου και του φωσφόρου, που εμπεριέχονται στα λύματα.
To άζωτο και ο φώσφορος είναι τα βασικά συστατικά στοιχεία των πρωτεϊνών, είναι δηλαδή τα βασικά συστατικά στοιχεία για την δημιουργία του DNA των κυττάρων των οργανισμών και μικροοργανισμών. Χωρίς τα παραπάνω στοιχεία δεν θα υπήρχε εν πολλοίς ζωή.

Η ρύπανση των νερών του περιβάλλοντος, δηλαδή της θάλασσας, των επιφανειακών νερών ή και του υδροφόρου ορίζοντα, διαπιστώνεται, πέρα από την οπτική ρύπανση, με την ανάπτυξη διαφόρων ανεπιθύμητων μορφών μικροοργανισμών, που καθιστούν τα νερά ακατάλληλα για μια σειρά χρήσεων.
Η απορρύπανση, κατά συνέπεια, των λυμάτων και η απομάκρυνση όλων των παραπάνω ρύπων, στερεί την δυνατότητα ανάπτυξης και πολλαπλασιασμού σε μικροοργανισμούς που βρίσκονται στο περιβάλλον.
Δεν αρκεί επομένως η απομάκρυνση μόνο των οργανικών ρύπων των λυμάτων. Απαιτείται ταυτόχρονα και η απομάκρυνση του αζώτου και του φωσφόρου για να είναι επιτυχής η απορρύπανση.

Διαδικασία βιολογικής απορρύπανσης.

Η διαδικασία της βιολογικής απορρύπανσης βασίζεται στην εφαρμογή των βιολογικών και βιοχημικών λειτουργιών που συμβαίνουν στο περιβάλλον, σε ελεγχόμενο όμως χώρο (εγκαταστάσεις βιολογικών καθαρισμών) και με ελεγχόμενες συνθήκες.
Δημιουργούνται, δηλαδή, οι άριστες συνθήκες κατανάλωσης των ανεπιθύμητων στο περιβάλλον ρύπων, από μικροοργανισμούς με επιθυμητά χαρακτηριστικά, σε ελεγχόμενο χώρο και με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται η απόδοση των επεξεργασμένων νερών στο περιβάλλον με επιθυμητή σύνθεση.

Βιολογική απομάκρυνση του αζώτου
Διαδικασία νιτροποίησης – απονιτροποίησης

Η κλασική διαδικασία απομάκρυνσης του αζώτου στηρίζεται σε μια σειρά από βιοχημικές διεργασίες, οι οποίες γίνονται από διαφόρων ειδών μικροοργανισμούς οι οποίοι καταναλίσκουν παράλληλα οργανική ουσία ως τροφή.
Ειδικότερα:
Σε συνθήκες παροχής αέρα (αερόβιες συνθήκες) η αμμωνία και τα αμμωνιακά που υπάρχουν στα λύματα μετατρέπονται αρχικά σε νιτρώδη (ΝΟ2) και στη συνέχεια σε νιτρικά (ΝΟ3) (νιτροποίηση).
Στη συνέχεια, κατά την ανοξική φάση (απουσία παροχής αέρα), τα νιτρικά (ΝΟ3) μετατρέπονται σε νιτρώδη (ΝΟ2) και στη συνέχεια τα νιτρώδη σε αέριο άζωτο (απονιτροποίηση). Οι μικροοργανισμοί που πραγματοποιούν την διεργασία της απονιτροποίησης καταναλίσκουν αφενός οργανική ουσία, όμως ταυτόχρονα καταναλίσκουν το οξυγόνο των νιτρικών και νιτρωδών ενώσεων. Με την κατανάλωση του οξυγόνου, το άζωτο απελευθερώνεται ως αέριο στο περιβάλλον (αέριο άχρουν και άοσμο)

Η ποιο πάνω διαδικασία είναι η κλασική διαδικασία απομάκρυνσης του αζώτου.

Διαδικασία παράκαμψης της νιτροποίησης

Εάν κατά τη φάση αερισμού, σταματήσουμε την παροχή αέρα, πριν τα νιτρώδη μετατραπούν σε νιτρικά, τότε η διαδικασία παραγωγής νιτρικών δεν ολοκληρώνεται. Τα νιτρώδη που ήδη έχουν παραχθεί, σε ανοξικές πλέον συνθήκες, μετατρέπονται σε αέριο άζωτο.
Επομένως παρακάμπτουμε την παραγωγή νιτρικών και λειτουργούμε τον βιοαντιδραστήρα με την διαδικασία της παράκαμψης.

Η διαδικασία παράκαμψης νιτροποίησης, σύμφωνα με την διεθνή βιβλιογραφία και εμπειρίες:
– Απαιτεί 25% λιγότερο οξυγόνο, μειώνει δηλαδή τις απαιτήσεις αερισμού και συνακόλουθα τις απαιτήσεις σε ενέργεια για τον αερισμό κατά 25%.
– Απαιτεί 40% λιγότερη οργανική ουσία σε σχέση με την κλασική διαδικασία νιτροποίησης – απονιτροποίησης.
– Έχει ρυθμό απονιτροποίησης κατά 63% υψηλότερο.
– Παράγει δευτεροβάθμια ιλύ μειωμένη κατά 75%.
Προϋπόθεση εφαρμογής της διαδικασίας παράκαμψης είναι η ύπαρξη δυνατότητας έγκαιρης εναλλαγής των αερόβιων σε ανοξικές συνθήκες, δυνατότητα που εξ ορισμού διαθέτει ο βιοαντιδραστήρας SBR.

Διαδικασία απομάκρυνσης του Αζώτου AN.AMM.OX. (ANoxic AMMonium ΟXidation)

Όπως αναπτύχθηκε παραπάνω, από μόνη της η εφαρμογή της διαδικασίας παράκαμψης έχει θετικά αποτελέσματα σαν διαδικασία επεξεργασίας. Επιπρόσθετα όμως, η διαδικασία της παράκαμψης και συνακόλουθα η παραγωγή νιτρωδών, είναι η προϋπόθεση της εφαρμογής μια πρόσθετης διαδικασίας απομάκρυνσης του αζώτου, δηλαδή της διαδικασίας AN.AMM.OX. (ANoxic AMMonium OXidation).
Πρόκειται για διαδικασία απομάκρυνσης του αζώτου σε ανοξικές συνθήκες, όπου τα νιτρώδη (ΝΟ2) αντιδρούν με αμμωνιακά (NH4), παρουσία μικροοργανισμών αργής ανάπτυξης, που αναβολίζουν το CO2, παράγοντας άζωτο και νερό.

NH4 + NO2 → N2 + 2H2O

Η διαδικασία ΑΝ.ΑΜΜ.ΟΧ επιταχύνει ακόμη περισσότερο τη διαδικασία απομάκρυνσης του αζώτου και κατά συνέπεια της όλης βιολογικής διεργασίας, ελαττώνοντας περεταίρω σημαντικά τις ανάγκες κατανάλωσης οργανικής ύλης.

Συνδυασμός εφαρμογής της διαδικασίας μερικής νιτροποίησης με την διαδικασία ΑΝ.ΑΜΜ.ΟΧ

Ο συνδυασμός παραγωγής νιτρωδών (διαδικασία παράκαμψης) και εφαρμογής της διαδικασίας AN.AMM.OX. προϋποθέτει την ύπαρξη δυνατότητας έγκαιρης εναλλαγής των αερόβιων σε ανοξικές συνθήκες, δυνατότητα που εξ ορισμού διαθέτει ο βιοαντιδραστήρας SBR.
Ο συνδυασμός εφαρμογής της διαδικασίας μερικής νιτροποίησης με την διαδικασία
ΑΝ.ΑΜΜ.ΟΧ έχει σαν αποτέλεσμα:

1. Μείωση των απαιτήσεων παροχής οξυγόνου κατά 50%
2. Μείωση των εκπομπών CO2 κατά 100%.
3. Μείωση του κόστους λειτουργίας έως 90%.

Απορρύπανση λυμάτων με υψηλή συγκέντρωση αζώτου

Όπως είναι γνωστό η σχέση των συγκεντρώσεων των διαφόρων ρύπων στα λύματα, είναι καθοριστική για την επεξεργασία τους. Η σχέση επί παραδείγματι BOD / TN είναι καθοριστική για την απορρύπανση των λυμάτων από το άζωτο που περιέχουν.
Η εφαρμογή μιας των πιο πάνω διαδικασιών ή του συνδυασμού αυτών που ποιό πάνω αναλύθηκαν, κατά τις περιπτώσεις όπου η συγκέντρωση του αμμωνιακού αζώτου στα λύματα είναι πολύ υψηλή, διασφαλίζει ότι θα υπάρχει αρκετή οργανική ύλη για την πλήρη οξείδωση του πλεονάζοντος αμμωνιακού αζώτου. Σε διαφορετική περίπτωση θα καταναλίσκονται οι οργανικοί ρύποι, ενώ αντιθέτως η απορρύπανση όσον αφορά το άζωτο θα είναι ατελής.

Αντιθέτως, κατά τις περιπτώσεις όπου η συγκέντρωση των οργανικών ρύπων (BOD) είναι υψηλή σε σχέση με το άζωτο (ΤΝ), μπορεί η εφαρμογή διαδικασιών όπως η S.N.D. (δείτε παρακάτω) να είναι η ενδεδειγμένη.
Είναι βεβαίως σημαντικό να γνωρίζουμε τις συγκεντρώσεις των ρύπων, την σχέση μεταξύ τους και κυρίως να γνωρίζουμε όχι μόνο τις ημερήσιες και ωριαίες μεταβολές των παροχών αλλά και τις ποιοτικές μεταβολές των ρύπων, κατάσταση συνήθη ιδίως σε μικρά συστήματα.
Η πράξη έχει αποδείξει ότι στα μικρά συστήματα είναι πολύ δύσκολο, αν όχι αδύνατο, να διασφαλισθεί η ποιοτική σταθερότητα των λυμάτων ακόμη και στη διάρκεια της ημέρας. Καλό είναι επομένως να επιλέγεται σύστημα επεξεργασίας (τύπος βιοαντιδραστήρα) το οποίο να ανταποκρίνεται στις μεγάλες ποσοτικές και ποιοτικές μεταβολές των λυμάτων.

Διαδικασία S.N.D. (Simultaneous Nitrification Denitrification – ταυτόχρονη νιτροποίηση – απονιτροποίηση)

Όπως είναι γνωστό η διαδικασία της νιτροποίησης λαμβάνει χώρα σε ένα εύρος συγκεντρώσεων οξυγόνου στο ανάμεικτο υγρό.
Ο ρυθμός νιτροποίησης μεταβάλλεται βεβαίως ανάλογα με τη συγκέντρωση του οξυγόνου.
Αντίστοιχα, η απονιτροποίηση λαμβάνει χώρα σε ένα άλλο εύρος συγκεντρώσεων οξυγόνου στο ανάμεικτο υγρό, σαφώς χαμηλότερων αυτών της νιτροποίησης, ο ρυθμός της οποίας επίσης μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα με τη συγκέντρωση οξυγόνου.

Με δεδομένη:
– Την διατήρηση των συγκεντρώσεων του οξυγόνου στο ανάμεικτο υγρό σε ένα ευνοϊκό εύρος ώστε να είναι δυνατή η ταυτόχρονη νιτροποίηση – απονιτροποίηση,
– Την καλή συσσωμάτωση των αιωρουμένων στερεών σε φλόκους
– Την δημιουργία ικανού μεγέθους φλόκων, δημιουργούνται δύο ζώνες, μια αερόβια και μια ανοξική, στη δομή των φλόκων,
επιτρέποντας κατά τον τρόπο αυτό την ταυτόχρονη νιτροποίηση – απονιτροποίηση.

Η ταυτόχρονη νιτροποίηση – απονιτροποίηση:
– Περιορίζει τον συνολικό χρόνο απορρύπανσης – λειτουργίας του βιοαντιδραστήρα, κατά το χρόνο αερισμού (συνολικός θεωρητικός χρόνος απορρύπανσης αυτός της απονιτροποίησης).
– Προτείνεται στις περιπτώσεις που η συγκέντρωση οργανικών ρύπων είναι υψηλή σε σχέση με τη συγκέντρωση του αζώτου.

Βιοαντιδραστήρας M.B.BR (Moving Bed Bioreactor)

Η διαδικασία S.N.D. (Simultaneous Nitrification Denitrification) εφαρμόζεται στα συστήματα απορρύπανσης M.B.BR (Moving Bed Bioreactor).
Οι βιοαντιδραστήρες M.B.BR. είναι στην ουσία βιοαντιδραστήρες παρατεταμένου αερισμού στους οποίους προστίθενται ελαφρά, αιωρούμενα στο ανάμεικτο υγρό, πλαστικά αντικείμενα ειδικού σχεδιασμού, μεγάλης σχέσης επιφάνειας προς τον όγκο τους. Επάνω στα αντικείμενα αναπτύσσεται υμένας βιομάζας, κατά το πρότυπο της βιομάζας που αναπτύσσεται στους βιολογικούς δίσκους.
Κατά τον τρόπο αυτό, μπορεί να λάβει χώρα στον βιοαντιδραστήρα, η διαδικασία S.N.D. – ταυτόχρονη νιτροποίηση – απονιτροποίηση, όπως αυτή εξηγήθηκε παραπάνω.
Η διαδικασία στην ουσία στοχεύει στο περιορισμό του όγκου του βιοαντιδραστήρα του παρατεταμένου αερισμού. Είναι ευνόητο ότι η μείωση του όγκου του βιοαντιδραστήρα σχετίζεται στην πράξη με τον όγκο των πραγματικά προστιθεμένων στην δεξαμενή του βιοαντιδραστήρα, πλαστικών ελαφρών αντικειμένων. Η αναμενόμενη απόδοση, βεβαίως, είναι πεπερασμένη (το πολύ θεωρητικά μείωση χρόνου βιολογικής αντίδρασης κατά 40%), δεδομένης της πραγματικής απόδοσης των κινητικών των βιολογικών αντιδράσεων της νιτροποίησης – απονιτροποίησης.
Ανάλογα με την μέθοδο M.B.BR. που χρησιμοποιείται, μπορεί να γίνεται ανακυκλοφορία της περίσσειας ιλύος από τον βιοαντιδραστήρα, συνήθως όμως η ανακυκλοφορία γίνεται από την περίσσεια της καθιζάνουσας ιλύος στην δεξαμενή ή διάταξη καθίζησης που έπεται.
Διατάξεις συγκράτησης των πλαστικών αιωρουμένων αντικειμένων, αποτρέπουν την διαφυγή τους.
Η αναπόφευκτη φθορά κατά τη λειτουργία του βιοαντιδραστήρα των πλαστικών ελαφρών αντικειμένων, επιβάλλει την αντικατάστασή τους στο χρόνο, ένα κόστος που πρέπει να συνυπολογίζεται.
Οι βιολογικοί αντιδραστήρες M.B.BR. είναι βιοαντιδραστήρες εμβολικής (tapered) ροής. Τυπικά δεν απαιτούν την ύπαρξη δεξαμενής εξισορρόπησης – τροφοδοσίας. Πολλά όμως συστήματα M.B.BR. απαιτούν σταθερή τροφοδοσία, πράγμα που αυτόματα σημαίνει την ύπαρξη δεξαμενής εξισορρόπησης – τροφοδοσίας και την σταθερή άντληση των λυμάτων
στον βιοαντιδραστήρα.

Σύστημα εναλλασσομένων φάσεων (SBR)

σύστημα SBR αποτελείται από δύο κύριες δεξαμενές. Την δεξαμενή εξισορρόπησης – τροφοδοσίας και την δεξαμενή του βιοαντιδραστήρα διαλείποντος έργου ή εναλλασσόμενων φάσεων.
Η ποσοτική και ποιοτική εξισορρόπηση της παροχής των λυμάτων γίνεται στην δεξαμενή εξισορρόπησης – τροφοδοσίας. Η τροφοδοσία του βιοαντιδραστήρα γίνεται με άντληση.
Ο βιοαντιδραστήρας εναλλασσόμενων λειτουργιών (SBR) αποτελεί παραλλαγή της μεθόδου της ενεργού ιλύος, «αιωρούμενης βιομάζας». Επιτελεί όμως τις διαδικασίες της νιτροποίησης, απονιτροποίησης, δευτεροβάθμιας καθίζησης και απομάκρυνσης της
περίσσειας ιλύος, που τα άλλα συστήματα ενεργού ιλύος επιτελούν σε περισσότερες της μιας δεξαμενές (χωρικός διαχωρισμός φάσεων), σε μία μόνο δεξαμενή, στην οποία οι λειτουργίες διαχωρίζονται μεταξύ τους χρονικά (χρονικός διαχωρισμός φάσεων).
Τα λοιπά συνήθη συστήματα ενεργού ιλύος, όπως ο παρατεταμένος αερισμός ή η οξειδωτική τάφρος, έχουν συνεχή τροφοδοσία και χαρακτηρίζονται ως εμβολικής ροής (tapered). Αντιθέτως, ο βιοαντιδραστήρας SBR τροφοδοτείται περιοδικά με συγκεκριμένη
ποσότητα λυμάτων (batch), την οποία απορρυπαίνει κατά την διάρκεια επαναλαμβανόμενων κύκλων λειτουργίας. Ο βιοαντιδραστήρας SBR είναι κατεξοχήν αντιδραστήρας πλήρους ανάμειξης.
Ο βιοαντιδραστήρας του SBR συστήματος έχει την ικανότητά να ανταποκρίνεται πολύ καλά στις μεγάλες διακυμάνσεις παροχών και ρυπαντικών φορτίων. Η κατασκευή καθώς και η συντήρηση του SBR συστήματος είναι απλούστερη οποιουδήποτε
άλλου συστήματος. Επιπρόσθετα, τα SBR συστήματα καταλαμβάνουν σχετικά μικρό χώρο.

Λειτουργία συστήματος εναλλασσομένων φάσεων (SBR)

Αφού ολοκληρωθεί η πρωτοβάθμια επεξεργασία των λυμάτων, αυτά εισέρχονται με άντληση από τη δεξαμενή τροφοδοσίας – εξισορρόπησης στον βιοαντιδραστήρα, ο οποίος είναι μερικώς γεμάτος, περιέχει βιομάζα και έχει εγκλιματιστεί στα συστατικά των λυμάτων που επεξεργάζεται κατά τους προηγούμενους κύκλους.
Μόλις ο αντιδραστήρας γεμίσει, συμπεριφέρεται όπως ένα συμβατικό σύστημα ενεργού ιλύος με αερισμό, αλλά χωρίς συνεχόμενη εισροή ή εκροή λυμάτων. Ο αερισμός και η ανάμειξη διακόπτονται αφού οι βιολογικές αντιδράσεις ολοκληρωθούν, η βιομάζα
καθιζάνει και το επεξεργασμένο διαυγές υγρό που βρίσκεται στο άνω μέρος απομακρύνεται. Η περίσσεια της βιομάζας απομακρύνεται σε οποιαδήποτε στιγμή κατά τη διάρκεια του κύκλου, συνήθως στο τέλος.
Οι εναλλασσόμενοι κύκλοι του συστήματος μπορούν εύκολα να τροποποιηθούν, με την απλή αλλαγή ρυθμίσεων, για την βελτιστοποίηση των συνθηκών απομάκρυνσης των θρεπτικών συστατικών. Αυτό καθιστά τους βιοαντιδραστήρες SBR εξαιρετικά ευέλικτους, με δυνατότητα απόλυτης προσαρμογής στις αλλαγές των παραμέτρων των εισρεόντων
λυμάτων.
Ο βιοαντιδραστήρας SBR μπορεί να ανταποκριθεί άριστα και στις περιπτώσεις υψηλής συγκέντρωσης αζώτου σε σχέση με τη συγκέντρωση των οργανικών ρύπων και στο αντίθετο δηλαδή τη χαμηλή συγκέντρωση αζώτου σε σχέση με αυτή των οργανικών ρύπων.
Ο βιοαντιδραστήρας SBR μπορεί να ανταποκριθεί άριστα και στην εφαρμογή της διαδικασίας παράκαμψης και στη διαδικασία ΑΝ.ΑΜΜ.ΟΧ και στη διαδικασία S.N.D., με την αλλαγή και μόνο των ρυθμίσεων λειτουργίας, γεγονός που τον καθιστά εξέχουσα προς επιλογή διαδικασία απορρύπανσης. Απαιτείται βεβαίως υψηλότερο επίπεδο αυτοματισμών σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα.

Ένας πλήρης κύκλος λειτουργίας ενός συστήματος SBR αποτελείται από τέσσερις
διαδοχικές Φάσεις.

Στη Φάση Ι (Φάση εισροής) εισέρχονται τα προς επεξεργασία λύματα στη δεξαμενή του βιοαντιδραστήρα και πραγματοποιείται η απομάκρυνση των νιτρικών που έχουν παραμείνει σε αυτήν από τον προηγούμενο κύκλο (προαπονιτροποίηση). Ο ενεργός όγκος
του λύματος μέσα στον βιοαντιδραστήρα (SBR) έχει ένα μέγιστο και ένα ελάχιστο βάθος. Η διαφορά του μεγίστου με τον ελάχιστο ενεργό όγκο είναι η ποσότητα λύματος με το οποίο κάθε φορά οι αντλίες τροφοδοτούν το SBR και κάθε φορά απάγεται αφού ολοκληρωθεί η επεξεργασία του.
Πρέπει επίσης να υπογραμμισθεί ότι η πλήρωση του βιοαντιδραστήρα σε ανοξικές συνθήκες συντελεί στην αντιμετώπιση ενός των πιο σημαντικών προβλημάτων των μονάδων συνεχούς ροής, αυτού της διόγκωσης της λάσπης (νηματοειδούς διόγκωσης).
Χρησιμοποιώντας μικρό χρόνο πλήρωσης του βιοαντιδραστήρα (μεγάλη παροχή τροφοδοσίας), αυξάνουμε απότομα τη συγκέντρωση του υποστρώματος, γεγονός που ευνοεί την ανάπτυξη κροκιδοποιητικών βακτηρίων και όχι νηματοειδών βακτηρίων. Έτσι διασφαλίζουμε υψηλή ταχύτητα καθίζησης και καλή ποιότητα επεξεργασμένου λύματος.

Στη συνέχεια ακολουθεί η Φάση ΙΙ, η φάση των εναλλασσομένων λειτουργιών (νιτροποίηση – απονιτροποίηση) κατά τη διάρκεια της οποίας δημιουργούνται εναλλαγές συνθηκών και ανάλογα με τις απαιτήσεις επεξεργασίας, αναερόβιες, ανοξικές και αερόβιες συνθήκες, με ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των διατάξεων ανάμιξης και αερισμού.

Φάση ΙΙΙ – καθίζηση: Μετά το πέρας της φάσης των αντιδράσεων, όταν ολοκληρωθεί ο προγραμματισμένος αριθμός διαδοχικών επαναλήψεων των πιο πάνω εναλλαγών φάσεων, το σύστημα μεταπίπτει σε κατάσταση ηρεμίας, με την απενεργοποίηση του συστήματος ανάμιξης ή/και αερισμού, οπότε η αιωρούμενη ιλύς καθιζάνει στον πυθμένα της δεξαμενής και διαχωρίζεται από τα επεξεργασμένα λύματα.
Λόγω των συνθηκών ηρεμίας στη φάση καθίζησης, οι συνθήκες καθίζησης είναι ιδανικές και κατά συνέπεια η διαύγαση των επεξεργασμένων η καλύτερη δυνατή. Η καθίζηση της ιλύος σε συστήματα SBR είναι κατά κανόνα πολύ ικανοποιητική, με συγκεντρώσεις στερών της τάξεως των 10.000 mg/l.

Κατά την Φάση IV – φάση εκκένωσης, η οποία αποτελεί και την τελευταία φάση, απομακρύνονται υπό συνθήκες ηρεμίας τα επεξεργασμένα λύματα με τη βοήθεια τηλεσκοπικής δικλείδας δηλαδή επιπλέοντος υπερχειλιστή ή άλλων περισσότερο δόκιμων
συστημάτων που εξασφαλίζουν σταθερή παροχή απομάκρυνσης (επιπλέουσες ή σταθερές αντλίες).
Η διάρκεια της φάσης εκκένωσης καθορίζεται από την διάταξη του συστήματος εκκένωσης ώστε να μην προκαλούνται στροβιλισμοί και ανατάραξη των υγρών. Η παροχή εκκένωσης οφείλει να βρίσκεται σε αντιστοιχία με τα κατάντη έργα χειρισμού της εκροής. Για την παρεμπόδιση εισόδου αφρών στο σύστημα εκκένωσης, τα στόμια του υπερχειλιστή εκροής περιβάλλονται από κατάλληλο διάφραγμα. Στην περίπτωση άντλησης, το βάθος άντλησης από την επιφάνεια είναι τέτοιο ώστε να εξυπηρετείται η ως άνω ανάγκη.

Κατά τη διάρκεια της απομάκρυνσης των επεξεργασμένων λυμάτων μπορεί να συντελείται και η απομάκρυνση της περίσσειας ιλύος, σε ποσότητες που εξασφαλίζουν την επιθυμητή τιμή ηλικίας λάσπης και την σταθεροποίησή της ώστε να είναι δυνατή η απλή διαχείρισή της (αφυδάτωση). Είναι πολύ σημαντική, ειδικότερα στις περιπτώσεις μικρών οικισμών η καλύτερη δυνατή σταθεροποίηση της ιλύος.
Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, ένα κύριο χαρακτηριστικό των συστημάτων SBR είναι, ότι δεν είναι εμβολικής (tapered) ροής όπως τα περισσότερα των συστημάτων, αλλά ένα σύστημα στο οποίο υπάρχει η δυνατότητα της πλήρους ανάμειξης, δεδομένου του τρόπου λειτουργίας του.
Δίδεται κατά συνέπεια η δυνατότητα διάχυσης του αέρα στα λύματα με υποβρύχιους αεριστήρες, που ταυτόχρονα αναδεύουν το ανάμεικτο υγρό. Οι υποβρύχιοι αεριστήρες βασίζονται στην εφαρμογή διάταξης Venturi για την παροχή αέρα, γεγονός που μειώνει τις ενεργειακές ανάγκες του συστήματος αλλά απλοποιεί τις συνθήκες συντήρησης. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγονται ο παραδοσιακός τρόπος αερισμού με διαχύτες αέρα και τους λιγότερο συχνά χρησιμοποιούμενους επιπλέοντες αεριστήρες.
Κατά τις ανοξικές φάσεις το ανάμεικτο υγρό μπορεί να παραμένει σε αιώρηση με την ανάδευσή του από mixers.
Το σύστημα SBR χαρακτηρίζεται από υψηλό βαθμό απομάκρυνσης του οργανικού φορτίου, ο οποίος μπορεί να ξεπεράσει και το 95%. Ο βαθμός απομάκρυνσης αζώτου και φωσφόρου εξαρτάται από τις εναλλαγές των επιμέρους φάσεων αντιδράσεων, εισροής και λοιπών λειτουργιών. Η σχετική εμπειρία αποδεικνύει ότι δεν είναι δύσκολο να επιτυγχάνονται υψηλές αφομοιώσεις αζώτου της τάξης του 90-95%.

Τα κύρια πλεονεκτήματα της συγκεκριμένης μεθόδου είναι:

– Υψηλός βαθμός απόδοσης ως προς την απομάκρυνση του οργανικού φορτίου (επιλέγεται ως μέθοδος απορρύπανσης στην επεξεργασία των στραγγισμάτων των ΧΥΤΑ – ΧΥΤΥ, τα οποία έχουν εξόχως υψηλή συγκέντρωση οργανικών ρύπων).
– Υψηλή απομάκρυνση αζώτου και δυνατότητα βιολογικής απομάκρυνσης φωσφόρου.
– Δεν απαιτείται ανακυκλοφορία βιομάζας (μικτού υγρού, ενεργού ιλύος).
– Καθίζηση και μείωση θρεπτικών συστατικών (αζώτου και φωσφόρου) στην ίδια δεξαμενή.
– Μικρή απαιτούμενη έκταση.
– Μικρότερη ενεργειακή κατανάλωση σε σχέση με αυτή του παρατεταμένου αερισμού και άλλων συστημάτων.
– Η σχετική απλότητα του συστήματος. Απουσιάζουν δεξαμενές καθίζησης, αγωγοί διακίνησης λυμάτων και ανακυκλοφορίας και το αντλιοστάσιο ανακυκλοφορίας.
– Απαίτηση για ελάχιστη απασχόληση προσωπικού, διότι η κατά φάσεις λειτουργία εύκολα αυτοματοποιείται.
– Το σύστημα ελάχιστα επηρεάζεται από τις διακυμάνσεις της εισρέουσας παροχής και ρυπαντικών φορτίων.
– Λειτουργική ευελιξία του συστήματος.
– Τα προβλήματα διόγκωσης της ιλύος που συχνά ταλαιπωρούν τα τυπικά συστήματα ενεργού ιλύος είναι εδώ σχεδόν ανύπαρκτα και σε κάθε περίπτωση ευκόλως ελεγχόμενα.
– Σύστημα που προκαλεί παγκόσμια μεγάλο ενδιαφέρον και κατά συνέπεια υφίσταται συνεχείς βελτιώσεις και αύξηση της αποδοτικότητάς του.
– Υπάρχει η δυνατότητα εφαρμογής της διαδικασίας της παράκαμψης νιτροποίησης, δηλαδή της μερικής νιτροποίησης, με την παραγωγή νιτρωδών.
– Υπάρχει η δυνατότητα εφαρμογής των σύγχρονων διαδικασιών απορρύπανσης AN.AMM.OX. (ANoxic AMMonium OXidation) και S.N.D. (Simultaneous Nitrification Denitrification).

Ο τρόπος λειτουργίας έδωσε και το όνομα στο πιο πάνω περιγραφόμενο σύστημα.

Το όνομα των SBR συστημάτων προέρχεται από τις Αγγλικές λέξεις sequence batch reactor (διαδοχική επεξεργασία παρτίδων).
Τα SBR συστήματα ονομάζονται επίσης «Συστήματα Διαλείποντος Έργου» δεδομένου ότι δεν έχουμε συνεχή αλλά διακοπτόμενη λειτουργία τους (με αποτέλεσμα τα SBR συστήματα να καταναλίσκουν λιγότερη ενέργεια έναντι των άλλων συστημάτων).
Υπογραμμίζεται ότι η δυνατότητα χρονικού διαχωρισμού των φάσεων εμπεριέχει το πλεονέκτημα της δυνατότητας εναλλαγής φάσεων σε σύντομο χρόνο, σε αντίθεση με τα συστήματα χωρικού διαχωρισμού φάσεων τα οποία δεν διαθέτουν την παραπάνω
σημαντική ικανότητα. Η τεχνική, των πολλών εναλλαγών φάσεων (αερισμού – ανοξικής φάσης) σε σύντομους χρόνους, μπορεί να εφαρμοσθεί μόνο σε ένα βιοαντιδραστήρα SBR.
Η μικρής διάρκειας εναλλαγές διασφαλίζουν την παραγωγή νιτρωδών και όχι νιτρικών, καθώς και την άμεση αξιοποίησή τους σε ανοξικές συνθήκες. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατή η εφαρμογή, αναλόγως των απαιτήσεων, της διαδικασίας παράκαμψης παραγωγής νιτρικών, της διαδικασίας ΑΝ.ΑΜΜ.ΟΧ και της διαδικασίας S.N.D., γεγονός που καθιστά τα συστήματα SBR εξέχουσα προς επιλογή μέθοδο απορρύπανσης.
Το SBR σύστημα, εφαρμόζεται, ειδικότερα στις Η.Π.Α. και σε μεγάλες πόλεις, κυρίως για λόγους μειωμένης κατανάλωσης ενέργειας αλλά και περιορισμένης παραγωγής δευτεροβάθμιας ιλύος. Είναι όμως μια μέθοδος απορρύπανσης ιδιαίτερα ελκυστική και στην περίπτωση των μικρών οικισμών, στρατοπέδων, ξενοδοχειακών μονάδων κ.λπ., λόγω της απλότητάς του και της ικανότητάς του να ανταποκρίνεται πολύ καλά στις μεγάλες διακυμάνσεις παροχών και ρυπαντικών φορτίων, που ιδιαίτερα χαρακτηρίζουν τους μικρούς οικισμούς, στρατώνες και ξενοδοχειακές μονάδες. Είναι αυτονόητα τα οικονομικά οφέλη λόγω της μείωσης του παγίου όσο και του λειτουργικού κόστους των συστημάτων SBR.

Βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου

Ο φώσφορος στην εισροή του βιολογικού είναι ενσωματωμένος στα κύτταρα της βιομάζας. Στη συνέχεια απομακρύνεται μέσω της απόρριψης της ιλύος που παράγεται από την διεργασία απομάκρυνσης που εφαρμόζεται.
Ο φώσφορος απομακρύνεται είτε με βιολογική απομάκρυνση είτε με χημική κατακρήμνιση (χημική δέσμευση και καθίζηση του φωσφόρου) είτε, το συνηθέστερο, με την εφαρμογή και των δύο διαδικασιών εν σειρά, ειδικότερα στις περιπτώσεις ευαίσθητων αποδεκτών, όπου οι αποδεκτές συγκεντρώσεις εξόδου είναι πολύ χαμηλές.
Η βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου υπερτερεί της χημικής κατακρήμνισης, αφενός διότι αποφεύγονται οι δαπάνες των χημικών αλλά κυρίως διότι η βιολογική ιλύς που παράγεται είναι σημαντικά μικρότερη συγκριτικά με αυτήν της χημικής κατακρήμνισης.

Διεργασίες βιολογικής απομάκρυνσης του φωσφόρου

Η βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου επιτυγχάνεται από μικροοργανισμούς αποκαλούμενους PAO (Phosphorus Accumulating Organisms), οι οποίοι, σε ευνοϊκές συνθήκες ανάπτυξής τους, αυξάνονται, καταναλώνουν φώσφορο και τον συσσωρεύουν – αποθηκεύουν, με την μορφή πολυφωσφορικών ενώσεων.
Η διάταξη των αντιδραστήρων χωρικού διαχωρισμού, όπως ο παρατεταμένος αερισμός, της βιολογικής διεργασίας απορρύπανσης για την απομάκρυνση του φωσφόρου περιλαμβάνει:
– Αναερόβια δεξαμενή επαφής με χρόνο παραμονής από 6 min έως 30 min κατ’ ελάχιστον, στον οποίο τα εισερχόμενα λύματα αναμειγνύονται με την ανακυκλούμενη ενεργό ιλύ της αερόβιας δεξαμενής ενεργού ιλύος που έπεται (προϋποτίθεται ανακυκλοφορία ιλύος). Είναι ευνόητο ότι μεγαλύτεροι χρόνοι παραμονής ενισχύουν τις διαδικασίες υδρόλυσης – ζύμωσης των μεγαλομοριακών οργανικών ρύπων και ενισχύουν τις συνθήκες ανάπτυξης των PAO. Ιδανικές συνθήκες υδρόλυσης ισχύουν στις σηπτικές δεξαμενές, όπου αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν.
Σε αναερόβιες συνθήκες τα PAO αφομοιώνουν τα προϊόντα της ζύμωσης (π.χ. πτητικά λιπαρά οξέα), τα αποθηκεύουν στα κύτταρά τους, με την συνακόλουθη έκλυση φωσφόρου από τα αποθηκευμένα πολυφωσφορικά.
– Αερόβια δεξαμενή ενεργού ιλύος με SRT από 2 έως 40 ημέρες.
Σε αερόβιες συνθήκες, παράγεται ενέργεια από την οξείδωση των προϊόντων αποθήκευσης και η αποθήκευση των πολυφωσφορικών στα κύτταρα των PAO αυξάνεται.

Στις διατάξεις αντιδραστήρων χρονικού διαχωρισμού της βιολογικής διεργασίας απορρύπανσης (βιοαντιδραστήρας SBR), η απομάκρυνση του φωσφόρου επιτυγχάνεται όταν ένας αναερόβιος αντιδραστήρας (δεξαμενή), ακολουθείται από ένα ανοξικό
αντιδραστήρα ή ζώνη και αυτού έπεται ένας αερόβιος αντιδραστήρας ή ζώνη.
Τονίζεται ότι τα περισσότερα PAOs μπορούν να χρησιμοποιήσουν το οξυγόνο των νιτρικών ή και νιτρωδών αντί του οξυγόνου του ανάμεικτου υγρού για να οξειδώσουν την αποθηκευμένη πηγή άνθρακά τους.
Από τα παραπάνω γίνεται κατανοητό ότι οι βιοαντιδραστήρες SBR είναι ιδανικοί για την βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου διότι:

– Αναερόβια δεξαμενή εξισορρόπησης – τροφοδοσίας προηγείται, εξ ορισμού, του βιοαντιδραστήρα εναλλασσομένων φάσεων
– Ο βιοαντιδραστήρας εναλλασσομένων φάσεων ξεκινά με ανοξικές συνθήκες (προαπονιτροποίηση των απομεινάντων νιτρικών ή και νιτρωδών στον βιοαντιδραστήρα από τον προηγούμενο κύκλο) και συνεχίζει με αερόβιες και ανοξικές εναλλαγές. Ο κύκλος απορρύπανσης κλείνει με την φάση καθίζησης και εν συνεχεία άντλησης των διαυγών (ανοξικές ή και αναερόβιες συνθήκες).