ΗΛΙΑΚΗ ΑΠΟΣΤΑΞΗ ΕΚΠΛΥΜΑΤΩΝ. ΜΙΑ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΧΡΗΣΗΣ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ ΣΕ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΕΡΓΑ

1. Εισαγωγή Τα οικοδομικά υλικά είναι το κύριο πεδίο δραστηριοποίησης της βιομηχανίας αλουμινίου στη χώρα μας. Μία άλλη δυνατότητα, που δεν έχει αξιοποιηθεί ως τώρα, είναι οι εγκαταστάσεις ηλιακής απόσταξης ειδικών λυμάτων, όπως είναι τα εκπλύματα χώρων υγειονομικής ταφής απορριμμάτων. Η δυνατότητα αυτή παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τη χώρα μας, για τους ακόλουθους λόγους: α) Δεν συνδέεται με άλλες βιομηχανικές μονάδες (π.χ. αυτοκινητοβιομηχανία) και β) η ηλιοφάνεια είναι μεγάλη στην Ελλάδα. Αξίζει μάλιστα να σημειωθεί ότι και τα επόμενα χρόνια προβλέπεται να συνεχισθεί η κατασκευή νέων χώρων υγειονομικής ταφής απορριμμάτων (Χ.Υ.Τ.Α.) ή υπολειμμάτων (Χ.Υ.Τ.Υ.) και η εξυγίανση παλαιών χώρων απόθεσης. 2. Η διαχείριση των απορριμμάτων και το πρόβλημα των εκπλυμάτων Η διαχείριση των στερεών αστικών και βιομηχανικών αποβλήτων είναι ένα σύνθετο περιβαλλοντικό, οικονομικό και κοινωνικό πρόβλημα, που γίνεται οξύτερο όσο αυξάνεται ο πληθυσμός, αλλά και η κατά κεφαλήν παραγωγή απορριμμάτων (είτε λόγω πραγματικής βελτίωσης του επιπέδου ζωής, είτε λόγω καταναλωτικών συνηθειών και προτύπων). Η αντίληψη για τους στόχους και τα μέσα διαχείρισης των στερεών αποβλήτων έχει μεταβληθεί με την πάροδο του χρόνου. Αυτονόητοι πλέον στόχοι είναι όχι μόνον η προστασία της δημόσιας υγείας, αλλά η πλήρης προστασία του περιβάλλοντος και η ανάκτηση υλικών ή ενέργειας. Έτσι τα συστήματα διαχείρισης απορριμμάτων γίνονται όλο και πιο σύνθετα. Όλα όμως περιλαμβάνουν έναν χώρο τελικής διάθεσης, είτε απορριμμάτων (Χ.Υ.Τ.Α.), είτε υπολειμμάτων (Χ.Υ.Τ.Υ.). Κάθε Χ.Υ.Τ.Α. ή Χ.Υ.Τ.Υ. είναι ένα τοπικώς οχληρό έργο προστασίας του περιβάλλοντος μιας ευρύτερης περιοχής. Για την ελαχιστοποίηση των τοπικών επιπτώσεων απαιτούνται: α) κατάλληλη επιλογή της θέσης του Χ.Υ.Τ.Α. β) ορθός σχεδιασμός και κατασκευή των απαραίτητων έργων υποδομής γ) τήρηση συγκεκριμένων κανόνων λειτουργίας και δ) αποκατάσταση του χώρου μετά το τέλος της λειτουργίας του. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που πρέπει να αντιμετωπισθούν είναι η προστασία των υπόγειων και επιφανειακών υδατικών πόρων από τα υγρά απόβλητα, που αποκαλούνται εκπλύματα ή διασταλάζοντα. Τα εκπλύματα προέρχονται κυρίως από τα νερά της βροχής, τα οποία, καθώς διηθούνται μέσα από τα στρώματα των απορριμμάτων, επιβαρύνονται με ποικίλες ρυπαντικές ουσίες, συχνά σε υψηλές συγκεντρώσεις. Επομένως είναι εξαιρετικά επικίνδυνα για τους υδατικούς πόρους της ευρύτερης περιοχής. Η αποτελεσματική αντιμετώπιση του κινδύνου αυτού ξεκινά με την επιλογή του χώρου κατασκευής του Χ.Υ.Τ.Α. (ή Χ.Υ.Τ.Υ.), ο οποίος πρέπει να παρέχει ικανοποιητική “παθητική” ασφάλεια, που μεταφράζεται σε: α) μικρή διαπερατότητα των επιφανειακών εδαφικών στρωμάτων, β) χαμηλό υδροφόρο ορίζοντα και γ) σχετική απομόνωση από το επιφανειακό δίκτυο απορροής. Απαιτείται κατόπιν η κατασκευή έργων υποδομής, που περιλαμβάνουν: α) προστατευτική στρώση από «αδιαπέρατο» εδαφικό υλικό ή από πλαστική μεμβράνη, αν η στεγανότητα των φυσικών εδαφικών στρωμάτων δεν είναι απόλυτα ικανοποιητική β) Δίκτυο από διάτρητους σωλήνες, που τοποθετούνται μέσα σε κατάλληλο χαλικόφιλτρο, για τη συλλογή των εκπλυμάτων γ) σύστημα καθαρισμού των εκπλυμάτων και δ) τάφρο στην περίμετρο του χώρου απόθεσης, για να εμποδίζεται η πλευρική διείσδυση των νερών της βροχής στα απορρίμματα. Κατά τη λειτουργία του Χ.Υ.Τ.Α. επιδιώκεται ο περιορισμός της παραγωγής εκπλυμάτων. Γι' αυτό καλύπτονται τα τμήματα του χώρου, στα οποία έχει ολοκληρωθεί η απόθεση απορριμμάτων, με στρώμα αργιλικού εδάφους, που έχει κατάλληλες κλίσεις. Έτσι διευκολύνεται η επιφανειακή απορροή και περιορίζεται η διείσδυση του νερού της βροχής στα στρώματα των απορριμμάτων. Τέλος μετά το κλείσιμο του Χ.Υ.Τ.Α. απαιτείται συνέχιση της συλλογής και επεξεργασίας των εκπλυμάτων, για όσο διάστημα αποτελούν κίνδυνο για τους υδατικούς πόρους της περιοχής. 3. Μέθοδοι επεξεργασίας των εκπλυμάτων Όπως αναφέρθηκε, απαιτείται επεξεργασία των εκπλυμάτων σε όλη τη διάρκεια λειτουργίας ενός Χ.Υ.Τ.Α., αλλά και για κάποιο χρονικό διάστημα μετά το οριστικό κλείσιμό του. Οι συνηθέστερες λύσεις είναι: 1. Η μεταφορά των εκπλυμάτων σε προϋπάρχουσα εγκατάσταση καθαρισμού λυμάτων (απ' ευθείας ή μετά από προεπεξεργασία επί τόπου). Η λύση αυτή είναι εφικτή αν: α) είναι δυνατή η ικανοποιητική επεξεργασία μιας πρόσθετης ποσότητας υγρών αποβλήτων, με διαφορετική (και πιο επικίνδυνη) σύσταση από τα κοινά λύματα και β) η απόσταση του Χ.Υ.Τ.Α. από την εγκατάσταση είναι σχετικά μικρή.

2. Η κατασκευή πλήρους εγκατάστασης καθαρισμού στην περιοχή του Χ.Υ.Τ.Α. Χρησιμοποιούνται κλασικές μέθοδοι καθαρισμού λυμάτων προσαρμοσμένες στην ποιότητα των εκπλυμάτων, ενώ τα τελευταία χρόνια φαίνεται να επικρατεί η μέθοδος της αντίστροφης ώσμωσης. 4. Η μέθοδος της αντίστροφης ώσμωσης Η μέθοδος της αντίστροφης ώσμωσης εφαρμόσθηκε αρχικά για την αφαλάτωση θαλάσσιου ή υφάλμυρου νερού. Σήμερα χρησιμοποιείται και για τον καθαρισμό νερού ή λυμάτων. Βασίζεται στη χρήση ημιπερατών μεμβρανών, που διαχωρίζουν το αλμυρό νερό (ή γενικότερα το διάλυμα με υψηλή συγκέντρωση ανεπιθύμητων ουσιών) από το καθαρό νερό (η γενικότερα το διάλυμα χαμηλής συγκέντρωσης). Οι μεμβράνες επιτρέπουν τη διέλευση του νερού, όχι όμως των διαλυμένων ουσιών. Αν η πίεση είναι ίση στις δύο πλευρές της μεμβράνης, τότε περνά νερό από την πλευρά της χαμηλής προς την πλευρά της ψηλής συγκέντρωσης. Το φαινόμενο αυτό αποκαλείται ώσμωση. Η ροή του νερού αντιστρέφεται όταν επιβάλλεται μεγάλη πίεση στο διάλυμα υψηλής συγκέντρωσης, οπότε έχουμε την αντίστροφη ώσμωση. Η μέθοδος εξελίχθηκε πολύ τα τελευταία χρόνια, χάρις στη βελτίωση των χαρακτηριστικών των μεμβρανών. Κύριο πλεονέκτημά της είναι το υψηλό ποσοστό διαχωρισμού ανεπιθύμητων ουσιών. Κύριο μειονέκτημά της είναι η σχετικώς υψηλή κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, που συνεπάγεται σχετικώς υψηλό κόστος λειτουργίας. Σημαντικό είναι και το κόστος συντήρησης, που περιλαμβάνει αντικατάσταση των μεμβρανών σε διάστημα λίγων ετών. Ακόμη, σε ό,τι αφορά την Ελλάδα, η σχετική τεχνολογία είναι εισαγόμενη. Τις τελευταίες δεκαετίες έχουν κατασκευασθεί μονάδες αφαλάτωσης θαλάσσιου νερού με αντίστροφη ώσμωση σε διάφορα ελληνικά νησιά, καθώς και μονάδες επεξεργασίας εκπλυμάτων σε ορισμένους Χ.Υ.Τ.Α. 5. Η μέθοδος της ηλιακής απόσταξης Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται εδώ και δεκαετίες σε χώρες με μεγάλη ηλιοφάνεια, για την παραγωγή πόσιμου νερού από θαλάσσια, υφάλμυρα ή μολυσμένα νερά. Στη Ελλάδα κατασκευάσθηκαν την δεκαετία του 1960 ηλιακοί σταθμοί αφαλάτωσης σε ορισμένα νησιά του Αιγαίου. Οι σταθμοί αυτοί εγκαταλείφθηκαν μετά από μερικά χρόνια, καθώς: α) η ποιότητα του νερού δεν ήταν τόσο καλή, λόγω κακής συντήρησης και β) η ημερήσια παραγωγή νερού ανά μέτρο επιφάνειας (Qp) ήταν μικρή. H μικρή Qp αποτελεί πραγματικά το κύριο μειονέκτημα των απλών ηλιακών αποστακτήρων. Για την αύξησή της έχουν δοκιμασθεί πιο σύνθετες κατασκευές (με πολλούς κύκλους εξάτμισης-συμπύκνωσης, αυξημένη επιφάνεια εξάτμισης κ.ά.) με περιορισμένο τελικό όφελος. Πιο πρόσφατα έχει δοκιμασθεί η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας για την επεξεργασία λυμάτων, π.χ. για τη συμπύκνωση αραιών λυμάτων. Μία εφαρμογή της ηλιακής απόσταξης σε σχετικά μεγάλη κλίμακα, η οποία παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα, είναι η επεξεργασία εκπλυμάτων Χ.Υ.Τ.Α. Ο λόγος είναι ο ακόλουθος: Σε έναν καλά σχεδιασμένο Χ.Υ.Τ.Α, ο ρυθμός παραγωγής εκπλυμάτων ανά μονάδα επιφάνειας (Qε) είναι μικρός. Είναι μάλιστα Qε<<Qp, τουλάχιστον σε χώρες με μεγάλη ηλιοφάνεια, όπως η Ελλάδα. Επομένως το πρόβλημα εξεύρεσης χώρου, που περιορίζει ουσιαστικά τη δυνατότητα εγκατάστασης σταθμών ηλιακής αφαλάτωσης, επιλύεται εύκολα και φθηνά στη συγκεκριμένη περίπτωση. Επιπλέον το κόστος κατασκευής, που είναι ανάλογο προς το μέγεθος του σταθμού, δεν είναι απαγορευτικό. Τέλος το παραγόμενο νερό δεν προορίζεται για πόση, άρα ελαφρώς κατώτερη ποιότητα είναι ανεκτή. 5.1 Περιγραφή της εγκατάστασης ηλιακής απόσταξης εκπλυμάτων

Μια εγκατάσταση επεξεργασίας εκπλυμάτων με ηλιακή απόσταξη περιλαμβάνει: α) δεξαμενή καθίζησης β) ηλιακούς αποστακτήρες και γ) σύστημα επαναφοράς-επανακυκλοφορίας της περίσσειας των εκπλυμάτων στις στρώσεις των απορριμμάτων. Το σημαντικότερο τμήμα της εγκατάστασης είναι οι ηλιακοί αποστακτήρες. Αφού δεν τίθεται θέμα χώρου, προτιμότερη είναι η χρήση απλών αποστακτήρων, όπως αυτός που απεικονίζεται στο σχήμα 1. Ο σκελετός του μπορεί να κατασκευασθεί από αλουμίνιο και το διαφανές κάλυμμα από γυαλί. Πρόκειται δηλαδή για κατασκευή παρόμοια με τα απλά κουφώματα, χωρίς μάλιστα μηχανισμούς. Το σύστημα επανακυκλοφορίας των εκπλυμάτων εξυπηρετεί δύο σκοπούς: α) την επαναφορά των επιβλαβών συστατικών από τους αποστακτήρες στα στρώματα των απορριμμάτων και β) την αξιοποίηση των στρωμάτων αυτών για την εποχική αποθήκευση μέρους των εκπλυμάτων, διότι το μέγιστο του ρυθμού παραγωγής τους διαφέρει χρονικά από το μέγιστο της απόδοσης των ηλιακών αποστακτήρων. Έτσι αξιοποιούνται πλήρως οι εγκαταστάσεις ηλιακής απόσταξης σε όλη τη διάρκεια του έτους. 5.2 Διαστασιολόγηση της εγκατάστασης ηλιακής απόσταξης Ο υπολογισμός της επιφάνειας που απαιτείται για τους ηλιακούς αποστακτήρες μπορεί να γίνει με βάση τη μέση ημερήσια απόδοσή τους (Qpμ), αφού η αξιοποίησή τους είναι πλήρης σε όλη τη διάρκεια του έτους. Η τιμή της Qpμ μπορεί να εκτιμηθεί προσεγγιστικά, με βάση βιβλιογραφικά στοιχεία για αφαλάτωση θαλασσινού νερού. Μετρήσεις που έγιναν στην Ελλάδα την δεκαετία του 1960 καταλήγουν στην τιμή 3 l/m2, ενώ αναφέρονται και αποδόσεις άνω των 4 l/m2, για γεωγραφικό πλάτος 40ο και μικρή μείωση της ηλιακής ακτινοβολίας λόγω νεφώσεων ή ρύπανσης. Η τιμή Qpμ= 3.5 l/m2 φαίνεται ασφαλής, αφού: α) στην τιμή των 3 l/m2 δεν περιλαμβάνονται απώλειες υπό μορφή υδρατμών και β) η αρχική θερμοκρασία των εκπλυμάτων είναι μεγαλύτερη από αυτή του θαλάσσιου νερού. Η απαιτούμενη επιφάνεια των ηλιακών αποστακτήρων είναι ο λόγος της μέσης ημερήσιας παραγωγής εκπλυμάτων από όλον τον Χ.Υ.Τ.Α. (Vεμ) προς την Qpμ. Η Vεμ αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου, καθώς αυξάνεται η επιφάνεια που καλύπτεται από τα απορρίμματα. Επομένως η κατασκευή των ηλιακών αποστακτήρων μπορεί να γίνει τμηματικά. Μάλιστα για την κατασκευή των επεκτάσεων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν εκτάσεις, που έχουν πληρωθεί ήδη με απορρίμματα και έχουν οριστικώς καλυφθεί.

5.3 Αξιολόγηση της μεθόδου Από όσα αναφέρθηκαν προκύπτει ότι η μέθοδος της ηλιακής απόσταξης παρουσιάζει ορισμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες μεθόδους επεξεργασίας εκπλυμάτων. Τα πλεονεκτήματα αυτά είναι τα ακόλουθα: α) Η υψηλή, σε σχέση με τις κλασικές μεθόδους, προστασία του περιβάλλοντος, αφού δεν γίνεται καμμία απόρριψη ρύπων. β) Η ελάχιστη χρήση συμβατικών πηγών ενέργειας, σε αντίθεση με τις κλασικές μεθόδους επεξεργασίας και κυρίως με την μέθοδο της αντίστροφης ώσμωσης. γ) Η μη χρησιμοποίηση διάφορων χημικών, που είναι απαραίτητα στις άλλες μεθόδους. δ) Η σχετικά εύκολη συντήρηση. ε) Η δυνατότητα τμηματικής κατασκευής. Ακόμη, σε ό,τι αφορά την Ελλάδα, σημαντικό πλεονέκτημα είναι η χρήση εγχώριων υλικών κατασκευής και εγχώριας τεχνολογίας, σε αντίθεση με τις άλλες μεθόδους και κυρίως την αντίστροφη ώσμωση. 6. Συμπεράσματα Η ηλιακή απόσταξη είναι ίσως η πιο κατάλληλη μέθοδος επεξεργασίας εκπλυμάτων για τη χώρα μας για τους ακόλουθους λόγους: α) η ηλιοφάνεια είναι μεγάλη β) η βιομηχανία αλουμινίου είναι ανεπτυγμένη και γ) η αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (Α.Π.Ε.) αποτελεί εθνικό και ευρωπαϊκό στόχο. Ίσως μάλιστα υπάρχει δυνατότητα χρηματοδότησης μιας πρότυπης εγκατάστασης από ευρωπαϊκά προγράμματα υποστήριξης των Α.Π.Ε.

Κ. Λ. Κατσιφαράκης
Τομέας Υδραυλικής και
Τεχνικής Περιβάλλοντος
Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών
Α.Π.Θ.

Βιβλιογραφία
1. Ahn W.-Y., M.-S. Kang, S.-K. Yim, K.-H. Choi “Advanced landfill leachate treatment using an
integrated membrane process”, Desalination, Vol. 149, pp. 109-114, 2002
2. Δεληγιάννη Ε. και Β. Μπελεσιώτης «Μέθοδοι και συστήματα αφαλάτωσης», Αθήνα, 1995.
3. Katsifarakis K.L. “Solar distillation treatment of landfill leachate. A case study in Greece”,
Desalination, Vol. 94, pp. 213-221, 1993.
4. Κατσιφαράκης Κ.Λ. «Επεξεργασία διασταλαζόντων χώρων υγειονομικής ταφής απορριμμάτων
με ηλιακή απόσταξη», Πρακτ. ημερίδας «Διαχείριση και τεχνολογίες αξιοποίησης βιομάζας και
απορριμμάτων», σελ. 101-106, Θέρμη Θεσσαλονίκης, 1997.
5. Kwatra H.S. “Performance of a solar still: Predicted effect of enhanced evaporation area on
yield and evaporation temperature”, Solar Energy, Vol. 56(3), pp.261-266, 1996
6. McCracken H. “Distillate production of a simple direct solar still”, Sunworld, Vol. 45(2),
pp.83-87, 1990.
7. Noble G. “Siting Landfills and other LULUs”, Technomic, 1992
8. Sampathkumar K., T.V. Arjunan, P. Pitchandi, P. Senthilkumar “Active solar distillation—A
detailed review” Renewable and Sustainable Energy Reviews Vol. 14, pp. 1503–1526, 2010.
9. Tchobanoglous G., H. Theisen and R. Eliassen “Solid Wastes: Engineering Principles and
Management issues”, McGraw-Hill, 1977.
10. Thomas D.L., G.R. Guin. and B.O. Thomason “Analysis of a ventilated solar evaporator for
concentrating dilute hazardous waste”, Solar Energy, Vol. 45(2), pp.101-104, 1990.