Η απολύμανση είναι συνήθως το τελευταίο στάδιο στην επεξεργασία υγρών αποβλήτων και έχει ως στόχο την καταστροφή των παθογόνων μικροοργανισμών, πριν την τελική διάθεση στον αποδέκτη. Όλες οι μέθοδοι απολύμανσης που χρησιμοποιούνται ευρέως σήμερα, στοχεύουν στην καταστροφή των βακτηριδίων, ιών και των λοιπών μικροοργανισμών που πιθανό να είναι φορείς ασθενειών, ή μπορούν να εξελιχθούν σε τέτοιους.
Η χλωρίωση αποτέλεσε την πρώτη μέθοδο που χρησιμοποιήθηκε για την απολύμανση τόσο υγρών αποβλήτων, όσο και πόσιμου νερού. Τα πρώτα προβλήματα ανέκυψαν στις αρχές της δεκαετίας του ΄40 στις Η.Π.Α. (δυσάρεστη γεύση και οσμή). Για την αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων, αλλά και θεμάτων που σχετίζονται με την ασφαλή διαχείριση των εγκαταστάσεων απολύμανσης, την ελάττωση των επιπτώσεων των παραπροϊόντων απολύμανσης, τη μείωση του λειτουργικού κόστους και φυσικά τη βελτίωση της απολυμαντικής δράσης, αναπτύχθηκαν, παράλληλα και με τις τεχνολογικές εξελίξεις, νέες μέθοδοι απολύμανσης, ή και παραλλαγές της απολύμανσης με χλώριο (διοξείδιο του χλωρίου).
Σήμερα οι πιο διαδεδομένες μέθοδοι απολύμανσης είναι:
- Χλωρίωση (αέριο χλώριο, υποχλωριώδες νάτριο, διοξείδιο του χλωρίου)
- Έκθεση σε Υπεριώδη Ακτινοβολία (U.V.)
- Οζόνωση (με παραγωγή όζοντος από ατμοσφαιρικό αέρα ή οξυγόνο)
Τα τελευταία χρόνια έχει αλλάξει ο προσανατολισμός και στον Ελληνικό χώρο προς την κατεύθυνση των «καθαρών» τεχνολογιών απολύμανσης (υγρών αποβλήτων αλλά και πόσιμου νερού) και ειδικότερα προς την απολύμανση με όζον. Επιπρόσθετα η διεθνής εμπειρία έχει καταδείξει ότι η χρήση του όζοντος αποτελεί την ιδανική λύση για υπερεπεξεργασία υγρών αποβλήτων με στόχο την ανακύκλωση και επαναχρησιμοποίηση.
Σύγκριση μεθόδων απολύμανσης
Ο σχετικός πίνακας παρουσιάζει μια συνοπτική σύγκριση των τριών μεθόδων, από την οποία ήδη φαίνεται ότι η απολύμανση με όζον παρουσιάζει αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις άλλες μεθόδους. Στην αναλυτική αναφορά που ακολουθεί τεκμηριώνεται η υπεροχή της μεθόδου με κριτήρια τα οποία μπορούν να διακριθούν σε τρεις βασικές κατηγορίες:
α. Απολυμαντική ικανότητα
β. Επικινδυνότητα χρησιμοποιούμενων χημικών και παραπροϊόντων και επίδραση στον αποδέκτη
γ. Oικονομικά στοιχεία (κόστος εγκατάστασης και λειτουργίας-συντήρησης)
| ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΟ | ΜΕΘΟΔΟΣ ΑΠΟΛΥΜΑΝΣΗΣ | ||
| ΟΖΟΝΩΣΗ | U.V. | ΧΛΩΡΙΩΣΗ | |
| απομάκρυνση κολοβακτηριδίων | πολύ καλή | πολύ καλή | πολύ καλή |
| απομάκρυνση ιών | πολύ καλή | καλή | μέτρια |
| πιθανότητες επανανάπτυξης μικροοργανισμών | καμία | σημαντική | ελάχιστη |
| επίδραση στο υδάτινο περιβάλλον του αποδέκτη | καμία | καμία | αύξηση διαλυτών στερεών |
| παραπροϊόντα απολύμανσης | κανένα | κανένα | αλογονοφόρμια |
| επικινδυνότητα παραπροϊόντων | μηδενική | μηδενική | μεγάλη |
| επικινδυνότητα χρησιμοποιούμενων χημικών | καμία | καμία | μεγάλη |
| κόστος εγκατάστασης | σημαντικό | σημαντικό | μέσο |
| κόστος λειτουργίας και συντήρησης | μέσο | σημαντικό | μέσο |
| προσωπικό λειτουργίας | δεν απαιτείται επιπλέον προσωπικό | 1 άτομο/βάρδια | 1 άτομο/βάρδια |
| απαιτούμενη έκταση | μέση | μικρή | μεγάλη |
Απολυμαντική ικανότητα
Το πρώτο ουσιαστικό πλεονέκτημα του όζοντος έγκειται στον τρόπο δράσης του. Συγκεκριμένα:
- Το χλώριο δρα διαπερνώντας την κυτταρική μεμβράνη και αδρανοποιώντας ορισμένα ένζυμα, σε ότι αφορά τα βακτηρίδια, ενώ σε ότι αφορά τους ιούς και τους άλλους μικροοργανισμούς, ο τρόπος δράσης δεν έχει εξηγηθεί πλήρως και πιθανολογείται ότι επιδρά απευθείας στο DNA και RNA του πυρήνα. Η διαδικασία αδρανοποίησης των ενζύμων έχει διαπιστωθεί ότι είναι αναστρέψιμη [3].
- Η υπεριώδης ακτινοβολία δρα «στειρώνοντας» τους μικροοργανισμούς και συγκεκριμένα αλλοιώνοντας το DNA και RNA εμποδίζει τη μεταφορά γενετικού υλικού και άρα την αναπαραγωγή των μικροοργανισμών. Παρόλα αυτά αρκετοί μ.ο. είναι ικανοί να επιδιορθώνουν μόνοι τους τις βλάβες του γενετικού υλικού (φωτοεπιδιόρθωση), αναιρώντας την απολυμαντική επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας [1] [10] [12].
- Το όζον καταστρέφει την κυτταρική μεμβράνη των μικροοργανισμών με αποτέλεσμα την μη συγκράτηση του κυτταρικού υλικού και την πλήρη καταστροφή του κυττάρου. Περιπτώσεις επανανάπτυξης μ.ο. δεν έχουν αναφερθεί [9].
Τόσο η χλωρίωση, όσο και το U.V. «δυσκολεύονται» να αντιμετωπίσουν συγκεκριμένα είδη μ.ο. Η δράση του χλωρίου κατά των ιών είναι μικρότερη από εκείνη του όζοντος. Επιπλέον έχει διαπιστωθεί και αποδειχθεί η δράση του όζοντος σε είδη μ.ο. που διαφεύγουν μίας ή και των δύο άλλων μεθόδων (π.χ. Escherichia Coli, Cryptosporidium, πολυιοί, Giardia muris, Giardia lamblia κ.α.) [6][7][9][11][12].
Σημαντική επίσης είναι η υπεροχή του όζοντος σε ότι αφορά τις συνθήκες υπό τις οποίες δρα. Συγκεκριμένα το χλώριο απαιτεί διόρθωση του pH, ενώ η υπεριώδης ακτινοβολία αντιμετωπίζει σημαντικά προβλήματα με τα αιωρούμενα στερεά (η διείσδυση U.V. ακτινοβολίας σε στρώμα απεσταγμένου νερού 7,5 cm, πέφτει από το 93% στο 7% παρουσία σιδήρου σε συγκέντρωση 1 mg/l). Επίσης, με την υπεριώδη ακτινοβολία δεν καταστρέφονται μ.ο. προσκολλημένοι σε σχεδόν αόρατα σωματίδια, ή μ.ο. που διέρχονται από το σημείο ακτινοβολίας σε μεγάλους σχηματισμούς. Μεγάλη είναι η μείωση της απολυμαντικής δράσης της U.V. ακτινοβολίας από τη συσσώρευση ακαθαρσιών και λιπών στην επιφάνεια των λαμπτήρων. Αντίθετα το όζον δεν εξαρτάται από αντίστοιχους παράγοντες και έχει, γενικά, ταχύτερη και ισχυρότερη απολυμαντική δράση.
Επικινδυνότητα μεθόδου και παραπροϊόντων
Τόσο το αέριο χλώριο, όσο και το ClO2, είναι αέρια τοξικά και κάθε διαφυγή τους χαρακτηρίζεται σοβαρότατο ατύχημα. Ταυτόχρονα το ClO2 είναι ιδιαίτερα ασταθές ακόμη και σε υδατικά διαλύματα (>10% W/V), ιδιαιτέρως εάν συμπιεστεί [4]. Οι διάφορες τροποποιήσεις της μεθόδου για τη βελτίωση της απόδοσης αλλά και τη μεγαλύτερη ασφάλεια δεν είναι ιδιαιτέρως αποδοτικές, καθώς οι χλωριωτές προδιάλυσης όταν λειτουργούν υπό πίεση εμφανίζουν μεγαλύτερους κινδύνους διαφυγής [3]. Αντίθετα το όζον έχει πολύ μικρό χρόνο ζωής (30 min), ενώ είναι χαρακτηριστικό ότι η έκθεση σε 1000 ppm όζοντος για 30 sec μπορεί να προκαλέσει ελαφρό ερεθισμό, ενώ ισοδύναμη έκθεση σε αέριο χλώριο ή ClO2 συχνά αποβαίνει μοιραία. Σε κάθε περίπτωση η παραγωγή και η κατανάλωση του παραγόμενου όζοντος γίνεται σε κλειστό κύκλωμα και η περίσσεια καταστρέφεται σε θερμοκαταλυτικό αντιδραστήρα (καταστροφέας όζοντος).
Η διάθεση των χλωριωμένων αποβλήτων σε επιφανειακά ή υπόγεια νερά δημιουργεί μεγάλα προβλήματα στο οικοσύστημα, ενώ οι συνέπειες γίνονται ακόμα μεγαλύτερες εάν τα νερά χρησιμοποιούνται ως πηγές υδροληψίας. Το χλώριο αντιδρά με οργανικές ενώσεις σχηματίζοντας αλογονοφόρμια (τριαλομεθάνια, χλωροφόρμιο CHCl3, βρωμοδιχλωρομεθάνιο CHCl2Br, χλωροδιβρωμομεθάνιο CHClBr2 και βρωμοφόρμιο CHBr3. Το χλωροφόρμιο θεωρείται καρκινογόνο, ενώ τα τρία βρωμιωμένα αλογονοφόρμια που δεν έχουν ελεγχθεί για καρκινογένεση είναι μεταλλαξιογόνα [3]. Η χρήση διοξειδίου του χλωρίου (ClO2) ελαττώνει τις παραγόμενες συγκεντρώσεις αλογονοφορμίων, αλλά πρόσφατες έρευνες έδειξαν ότι πιθανό να επηρεάζει το αιμοποιητικό σύστημα [5]. Για τη αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων χρησιμοποιείται η μέθοδος της αποχλωρίωσης με την προσθήκη SO2 πριν τη διάθεση στον τελικό αποδέκτη. Όμως μικρές διαταραχές στην προστιθέμενη ποσότητα SO2 μπορούν να οδηγήσουν σε κατανάλωση του διαλελυμένου οξυγόνου, αύξηση του BOD5 και μείωση του pH. Αντίστοιχα η χρήση του όζοντος όχι μόνο δεν δημιουργεί επικίνδυνα παραπροϊόντα, αλλά αντίθετα έχει θετική επίδραση στα φυσικά χαρακτηριστικά του αποδέκτη όπως θα αναφερθεί στη συνέχεια. Προβλήματα επιβάρυνσης του αποδέκτη με τοξικές ουσίες δεν έχουν παρατηρηθεί, καθώς οι όποιες ενώσεις είναι δυνατό, θεωρητικά, να σχηματιστούν, είναι εξαιρετικά ασταθείς και μεταπίπτουν σε αδρανείς οργανικές και ανόργανες ενώσεις πριν την έξοδό τους από τη δεξαμενή επαφής όζοντος-αποβλήτων [11].
Η απολύμανση με όζον είναι η μόνη από τις μεθόδους απολύμανσης που εμφανίζει θετικές παράπλευρες δράσεις, καθώς συντελεί στη μείωση και άλλων ρυπαντικών παραμέτρων, μερικές μάλιστα από τις οποίες δεν αντιμετωπίζονται στα προηγούμενα στάδια επεξεργασίας των αποβλήτων. Συγκεκριμένα, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά των αποβλήτων και τις απαιτήσεις σχεδιασμού, γίνεται ταυτόχρονη απομάκρυνση χρώματος, απόσμηση, αύξηση του διαλελυμένου οξυγόνου στα απόβλητα (ανάλογα με την παροχή αποβλήτων και το μέγεθος του αποδέκτη, είναι δυνατό η αύξηση αυτή να μεταφερθεί και στον αποδέκτη) και καταστροφή επικίνδυνων οργανικών ουσιών (μαλαθείο) [7][11].
Κόστος εγκατάστασης και λειτουργίας-συντήρησης
Το κόστος εγκατάστασης των μονάδων όζοντος και U.V. είναι παραπλήσιο, ενώ αυτό των μονάδων χλωρίωσης είναι μικρότερο καθώς δεν συμπεριλαμβάνονται εξελιγμένες τεχνολογικές διατάξεις.
Από την άλλη πλευρά το κόστος λειτουργίας των μονάδων όζοντος είναι σαφώς μικρότερο, καθώς η μοναδική απαίτηση είναι ηλεκτρικό ρεύμα (ή και οξυγόνο), ενώ οι μονάδες U.V. εκτός του ηλεκτρικού ρεύματος έχουν μια επιπρόσθετη επιβάρυνση λόγω της ανάγκης συχνού καθαρισμού των λαμπτήρων (από 1 ημέρα έως 3 μήνες, ανάλογα με το αν είναι ή όχι βυθισμένοι στα λύματα, τα χαρακτηριστικά των λυμάτων και άλλες κατασκευαστικές παραμέτρους) [1]. Οι διατάξεις χλωρίωσης είναι προφανές ότι έχουν ένα σημαντικό κόστος προμήθειας των χρησιμοποιούμενων χημικών.
Η απαίτηση εργατικού δυναμικού για τη λειτουργία των μονάδων όζοντος είναι ουσιαστικά μηδενική, καθώς δεν χρειάζεται συνεχής παρακολούθηση, ενώ οι όποιοι περιοδικοί έλεγχοι ή διορθώσεις γίνονται από το υπάρχον προσωπικό βάρδιας. Οι δύο άλλες εγκαταστάσεις απαιτούν κατά κανόνα ένα άτομο βάρδιας κατ’ αποκλειστικότητα.
Το κόστος υλικών και εργασιών συντήρησης είναι ιδιαίτερα υψηλό στις εγκαταστάσεις U.V., καθώς πέρα από όποιες τακτικές εργασίες συντήρησης η πράξη έχει δείξει ότι απαιτείται αλλαγή των λαμπτήρων περίπου μια φορά το χρόνο. Αυτή η μεγάλη συχνότητα αντικατάστασης ενός τόσο σημαντικού τμήματος της μονάδας επιφέρει δραματική αύξηση του κόστους υλικών. Η συντήρηση των μονάδων όζοντος ακολουθεί το πρόγραμμα συντήρησης όλης της μονάδας και δεν προβλέπονται τακτικές αντικαταστάσεις τμημάτων του εξοπλισμού πριν από χρονικό διάστημα λειτουργίας 5 χρόνων (τα δεδομένα προκύπτουν και από τη λειτουργία μονάδων στον Ελληνικό χώρο).
Συμπεράσματα
Τα παραπάνω στοιχεία δίνουν σαφές προβάδισμα στη χρήση του όζοντος ως απολυμαντικού μέσου, καθώς εξασφαλίζει τις δύο βασικές απαιτήσεις, αποτελεσματική και μη αντιστρέψιμη απολύμανση και απουσία λειτουργικών κινδύνων και αρνητικών επιδράσεων στον αποδέκτη. Ταυτόχρονα οι οικονομικοί όροι εκτιμώνται ως συμφέροντες, καθώς υπερέχει αισθητά στο κόστος λειτουργίας και συντήρησης.
