Το έργο της Ψυττάλειας
1. Εισαγωγή
Σημαντικότατο πρόβλημα στους βιολογικούς καθαρισμούς των μεγάλων πόλεων είναι ο όγκος της λυματολάσπης που συγκεντρώνεται, μετά την βιολογική επεξεργασία των λυμάτων. Αντίστοιχο πρόβλημα εμφανίστηκε και στο νησί της Ψυττάλειας, όπου βρίσκεται η εγκατάσταση του βιολογικού καθαρισμού του Λεκανοπεδίου Αττικής, όπου ο όγκος της λάσπης έχει υπερκαλύψει, πλέον, τις δυνατότητες αποθήκευσής της πάνω στο νησί.
Η σύγχρονη μέθοδος αντιμετώπισης αυτού του προβλήματος είναι η ξήρανση της λυματολάσπης, μέσω ειδικών ξηραντήρων. Τα προϊόντα αυτής της επεξεργασίας είναι οργανική ιλύς, ξηρής πλέον κατάστασης, αλλά και ένας μεγάλος όγκος απαερίων που προκύπτουν από την ξήρανση. Το επίπεδο συγκέντρωσης οσμών των απαερίων αυτών είναι, όπως αναμένεται, πολύ υψηλό και η απευθείας απόρριψή τους στην ατμόσφαιρα θα δημιουργούσε έντονο περιβαλλοντικό πρόβλημα. Για το λόγο αυτό, επόμενο βήμα της εγκατάστασης ξήρανσης είναι η αντιρρύπανση, με την καταστροφή των αερίων ρύπων που περιέχονται στα απαέρια και προκαλούν τις οσμές.
Οι εκλυόμενες οσμές είναι κατά βάση πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs), υδρόθειο (H2S) και ενώσεις που περίεχουν στα μόριά τους οξυγόνο, θείο, άζωτο, χλώριο κ.ά. Για την απόσμηση των αερίων της ξήρανσης χρησιμοποιούνται ανάλογες τεχνολογίες με αυτές της αντιρρύπανσης από πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs), δηλαδή θέρμανση των απαερίων στην θερμοκρασία οξείδωσης των οργανικών αυτών ενώσεων (γύρω στους 800°C). Σε αυτή την θερμοκρασία, οι οργανικές ενώσεις μετατρέπονται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό, σύμφωνα με τη χημική αντίδραση της καύσης.
Η πλέον δοκιμασμένη και αποδοτική τεχνολογία απόσμησης είναι τα συστήματα RTO (Regenerative Thermal Oxidisers), τα οποία παρέχουν πολύ υψηλή περιβαλλοντική απόδοση, με μείωση των συγκεντρώσεων οσμών έως και 99%, αλλά και εξαιρετικά μεγάλη ενεργειακή απόδοση. Η τελευταία παράμετρος είναι πολύ σημαντική, καθώς όπως αναφέραμε η οξείδωση των ρύπων (οσμών) γίνεται μέσα από την θέρμανση των απαερίων στους 800°C περίπου. Οι εσωτερικές ανακτήσεις θερμότητας των συστημάτων αυτών εξασφαλίζουν την εξοικονόμηση έως και του 95% της απαιτούμενης για την καύση θερμότητας. Αν μάλιστα η συγκέντρωση των οργανικών ενώσεων στα απαέρια ξεπερνά τα 2 gr/Nm³, τότε η λειτουργία του συστήματος καθίσταται αυτόθερμη (χωρίς κατανάλωση καυσίμου για την καύση). Άλλα πλεονεκτήματα της συγκεκριμένης τεχνολογίας που την καθιστούν επικρατούσα λύση σε παρόμοιες εγκαταστάσεις είναι η δυνατότητα που έχουν για την διαχείριση μεγάλου εύρους παροχών, η μεγάλη διάρκεια ζωής και η ικανότητα αντιμετώπισης των επικαθίσεων από σωματίδια που περιέχονται στα απαέρια (κυρίως το διοξείδιο του πυριτίου).
2. Λειτουργία του RTO
Μία εγκατάσταση RTO κατασκευαστικά αποτελείται από δύο ή περισσότερους κυλινδρικούς θαλάμους (canisters), οι οποίοι είναι γεμάτοι με κεραμικά πληρωτικά υλικά και καταλήγουν, στο ανώτερό τους σημείο, σε έναν κοινό οριζόντιο θάλαμο. Μέσα σε αυτόν τον θάλαμο θα πρέπει το αέριο ρεύμα να μείνει για χρόνο της τάξης του 1 sec, στην θερμοκρασία οξείδωσης των 800°C. Τα κεραμικά υλικά λειτουργούν ως μέσα μεταφοράς θερμότητας, κατά την εναλλασσόμενη κυκλικά λειτουργία κάθε θαλάμου ως είσοδος ή έξοδος του αέρα στο σύστημα. Ας δούμε τη λειτουργία της απλούστερης κατασκευής, ενός διθάλαμου RTO με την βοήθεια των παρακάτω σχημάτων. Σε κάθε κύκλο λειτουργίας, ο ένας θάλαμος λειτουργεί ως είσοδος των απαερίων (προθερμαίνοντας τα απαέρια), ενώ ο άλλος λειτουργεί ως έξοδος (ανακτώντας την θερμότητα του “καθαρού” πλέον αέρα).
Το προς επεξεργασία αέριο ρεύμα, αυξημένης συγκέντρωσης σε ρύπους, εισέρχεται από την βάση του ενός κατακόρυφου θαλάμου, προθερμαίνεται κατά το πέρασμά του μέσα από το στρώμα των κεραμικών υλικών και καταλήγει στον θάλαμο καύσης (CYCLE 1: δεξιά ο θάλαμος εισόδου και αριστερά ο θάλαμος εξόδου). Σε αυτό το σημείο η θερμοκρασία του αερίου είναι αρκετά υψηλή, κοντά στην θερμοκρασία καύσης (περίπου 800°C). Η θερμοκρασία αυτή επιτυγχάνεται με την πρόσδοση επιπλέον θερμότητας από τον καυστήρα, εντός του θαλάμου. Οι αέριοι ρύποι έχουν, πλέον, μετατραπεί σε προϊόντα καύσης και μαζί με το αέριο ρεύμα οδηγούνται προς το περιβάλλον, αφού όμως διαπεράσουν μέσα από τον δεύτερο κατακόρυφο θάλαμο. Λόγω της υψηλής θερμοκρασίας, το εξερχόμενο αυτό ρεύμα θερμαίνει τα κεραμικά υλικά, προσδίδοντας μεγάλο μέρος της θερμότητάς του.
Μετά από καθορισμένο χρονικό διάστημα, της τάξης των 90-120 δευτερολέπτων, ανάλογα με τη συγκέντρωση VOCs, αλλάζει μέσω διαφραγμάτων, ο θάλαμος εισαγωγής. Το αέριο ρεύμα εισέρχεται από το την βάση του δεύτερου θαλάμου, προθερμαίνεται από τα πυρωμένα πληρωτικά υλικά και εισέρχεται στον θάλαμο καύσης (CYCLE 2: αριστερά ο θάλαμος εισόδου και δεξιά ο θάλαμος εξόδου). Η διαδικασία εναλλαγής των θαλάμων εισαγωγής επαναλαμβάνεται διαρκώς κατά τον ίδιο τρόπο, εξοικονομώντας έτσι καύσιμα, αφού με την προθέρμανση του αέρα, έχει σχεδόν επιτευχθεί η απαραίτητη θερμοκρασία οξείδωσης.
Συνοπτικά τα κύρια μέρη ενός RTO είναι τα εξής: ο ανεμιστήρας τροφοδοσίας, τα διαφράγματα (dampers) και οι συλλέκτες (manifolds) εισαγωγής και απαγωγής του αέρα στο σύστημα, οι θάλαμοι (canisters) με τις κλίνες των κεραμικών υλικών πλήρωσης, ο θάλαμος καύσης και η καμινάδα απόρριψης του αέρα στην ατμόσφαιρα Αν η συγκέντρωση ρύπων στο αέριο ρεύμα είναι αρκετά υψηλή, τότε επιβάλλεται η τοποθέτηση ενός επιπλέον θαλάμου (τριθάλαμο RTO), επανεισάγοντας ένα μέρος του αέρα στον θάλαμο καύσης (“purge cycle”). Για διαχείριση μεγαλύτερων παροχών εγκαθίστανται συστήματα με περισσότερους θαλάμους (πέντε, επτά κ.ο.κ.), με τους οποίους αυξάνεται ο διαθέσιμος ενεργός όγκος διαχείρισης του αερίου ρεύματος. Σε ένα σύστημα πέντε θαλάμων έχουμε δύο θαλάμους εισόδου, δύο θαλάμους εξόδου και έναν θάλαμο για purge.
3. Ενεργειακός Σχεδιασμός
Η βασική ενεργειακή κατανάλωση των συστημάτων που περιγράφονται είναι η θερμική ενέργεια που χρειάζεται για την οξείδωση των ρύπων-οσμών (θερμοκρασιακή ανύψωση των απαερίων στους 800°C). Με δεδομένο ότι η θερμοκρασία εισόδου στο σύστημα δεν ξεπερνά τους 100°C, είναι αντιληπτό τι θερμική ισχύς χρειάζεται για την θέρμανση ιδιαίτερα μεγάλων παροχών στους 800°C. Η θερμότητα αυτή προσδίδεται με την καύση υγρών ή αέριων καυσίμων. Σημαντική συνεισφορά στην συνολική απαιτούμενη θερμότητα έχουν και τα ίδια τα περιεχόμενα VOCs, μέσα από την θερμογόνο δύναμη που εκλύουν κατά την καύση τους.
Σημαντική, επίσης, είναι η καταναλισκόμενη ηλεκτρική ενέργεια για την προώθηση των απαερίων στο σύστημα και η υπερνίκηση των πτώσεων πίεσης εντός του συστήματος. Και σε αυτό, ιδιαίτερη σημασία έχει το μέγεθος των μονάδων, όπου θα εξασφαλίσει ή όχι άνετη διέλευση του αέρα. Επομένως, ο σωστός ενεργειακός σχεδιασμός των συστημάτων είναι μία πολύ κρίσιμη παράμετρος για την οικονομική λειτουργία της αντιρρύπανσης. Βελτίωση της ενεργειακής απόδοσής τους μπορεί να γίνει με τους ακόλουθους τρόπους:
• Έλεγχος και μείωση του όγκου των απαερίων.
• Προθέρμανση του εισερχόμενου αέρα και ανάκτηση θερμότητας από τα απορριπτόμενα απαέρια.
• Ελαχιστοποίηση της πτώσης πίεσης.
• Μονώσεις των εξωτερικών επιφανειών.
• Αυτόματος έλεγχος της λειτουργίας.
4. Το έργο της Ψυττάλειας
Πρόκειται για το μεγαλύτερο έργο ξήρανσης λυματολάσπης στον Ευρωπαϊκό χώρο. Το έργο κατασκευάζεται από την κοινοπραξία “ΑΚΤΩΡ-ΑΘΗΝΑ” και αναμένεται να ξεκινήσει τη λειτουργία του τον Ιούνιο του 2007. Η δυναμικότητα των τεσσάρων τυμπάνων ξήρανσης είναι για να διαχειρίζονται ετησίως 350.000 τόνους λυματολάσπης. Η τεχνολογία των RTO σε αντιρρύπανση βιολογικών καθαρισμών έχει εφαρμοσθεί επιτυχώς σε πολλές μεγάλες πόλεις, όπως η Βαρκελώνη και η Τουλούζη, και σύντομα τρία συστήματα RTO θα τεθούν σε λειτουργία, παράλληλα με τη μονάδα ξήρανσης, στην Ψυττάλεια. Το κάθε σύστημα έχει δυναμικότητα 27.000 Nm³/h και η συγκέντρωση των οσμών από 25.000 Ou/m³, που εκτιμάται στην έξοδο των συστημάτων ξήρανσης, θα μειώνεται στην έξοδο των RTO στις 500 Ou/m³ (απόδοση απόσμησης 98%). Έτσι, η συνδυασμένη λειτουργία της ξήρανσης και της αντιρρύπανσης δίνουν, πλέον, οριστική λύση σε ένα σημαντικό περιβαλλοντικό πρόβλημα του Λεκανοπεδίου.
Ο ενεργειακός σχεδιασμός των συστημάτων εξασφαλίζει το μικρότερο δυνατό ενεργειακό κόστος λειτουργίας των μονάδων, με 95% ανάκτηση της απαιτούμενης θερμικής ισχύος για την καύση των ρύπων. Τα τεχνικά χαρακτηριστικά καθενός RTO της Ψυττάλειας φαίνονται στον παρακάτω πίνακα.
Όπως γίνεται αντιληπτό, πρόκειται για ένα έργο υψηλής περιβαλλοντικής σημασίας, καθώς έχει να κάνει με το επίπεδο διαβίωσης και την υγεία εκατομμυρίων ανθρώπων που ζουν στο Λεκανοπέδιο. Τα κριτήρια επιλογής της κατάλληλης τεχνολογίας και η αξιολόγηση όλων των παραμέτρων σχεδιασμού και λειτουργίας ήταν πολύ αυστηρά. Τα βασικά κριτήρια σχεδιασμού των συστημάτων αντιρρύπανσης ήταν:
• Η επίτευξη της απαιτούμενης συγκέντρωσης οσμών στην έξοδο των RTO.
• Το ελάχιστο δυνατό ενεργειακό λειτουργικό κόστος.
• Η ποιότητα κατασκευής.
• Ο σωστός τεχνικός και ενεργειακός σχεδιασμός.
• Η εμπειρία σε παρόμοιες και δύσκολες εφαρμογές.
• Η ευκολία συντήρησης και η επισκεψιμότητα σε όλα τα λειτουργικά τμήματα του εξοπλισμού.
• Η ασφάλεια λειτουργίας.
• Το κόστος κατασκευής.
Στη συνέχεια ακολουθούν ορισμένες φωτογραφίες από το ξεκίνημα της κατασκευής των μονάδων μέχρι την ολοκλήρωσή της.
5. Συμπεράσματα
Συμπερασματικά μπορούμε να πούμε ότι:
i. Η ενδεδειγμένη και περιβαλλοντικά ορθή μέθοδος επεξεργασίας και διαχείρισης της λυματολάσπης των υγρών αποβλήτων των αστικών κέντρων είναι η ξήρανσή της και στη συνέχεα η απόσμηση των παραγόμενων απαερίων.
ii. Η δοκιμασμένη και αποδοτικότερη λύση για την απόσμηση είναι η καύση των οργανικών ενώσεων των οσμών σε συστήματα Regenerative Thermal Oxidiser (RTO), καθώς μόνο με αυτά επιτυγχάνεται το επιθυμητό περιβαλλοντικό αποτέλεσμα, αλλά και ελαχιστοποιείται το ενεργειακό λειτουργικό κόστος.
iii. Καθώς η καταστροφή των ρύπων γίνεται με την θέρμανση των απαερίων σε θερμοκρασίες άνω των 800°C και αναλογιζόμενοι τις μεγάλες ποσότητες αερίων που εισάγονται σε αυτά τα συστήματα, συμπεραίνουμε ότι το ενεργειακό κόστος λειτουργίας είναι μία σημαντικότατη παράμετρος.
iv. Στη χώρα μας οδεύει προς την ολοκλήρωσή του ένα σημαντικό περιβαλλοντικό έργο, αυτό της διαχείρισης της παραγόμενης λυματολάσπης από το Λεκανοπέδιο της Αττικής στο νησί της Ψυττάλειας, με τη μονάδα ξήρανσης σε συνδυασμό με τα τρία RTO για την απόσμηση των απαερίων της ξήρανσης.
