“2%”. Τόσο είναι το ποσοστό της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας που ξοδεύεται για τον αερισμό των Εγκαταστάσεων Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων!!!

ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΝΑΝΟΦΥΣΑΛΙΔΩΝ Moleaer XTB-200 ΣΤΟ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΟ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΡΩΣΙΜΗΣ ΕΛΙΑΣ “ARI FOODS”, ΣΤΙΟ ΛΑΚΚΩΜΑ ΧΑΛΚΙΔΙΚΗΣ

Το εντυπωσιακό αυτό στατιστικό που δημοσιεύτηκε πρόσφατα σε μια έκθεση της Xylem, δείχνει πόσο μεγάλη οικονομική και περιβαλλοντική σημασία έχει η υψηλή απόδοση οξυγόνωσης κάθε συστήματος αερισμού λυμάτων.

Σε έναν αερόβιο βιοαντιδραστήρα, προκειμένου το παρεχόμενο οξυγόνο να φτάσει στον τελικό του αποδέκτη, που είναι τα βακτήρια, απαιτείται μία φυσικοχημική και μία βιοχημική διεργασία: η πρώτη είναι να διαλυθεί στο μεικτό υγρό, το οξυγόνο που εμπεριέχεται στον αέρα που αποδίδει το σύστημα αερισμού. Και η δεύτερη είναι τα βακτήρια να προσλάβουν το διαλυμένο οξυγόνο από το μεικτό υγρό. Ο ρυθμός αυτών των διεργασιών, εκφράζεται ποσοτικά με τον συντελεστή απόδοσης οξυγόνωσης (OTR/OTE, Oxygen Transfer Rate/Oxygen Transfer Efficiency) και το συντελεστή πρόσληψης οξυγόνου (OUR, Oxygen Upatake Rate).

Κατά την  διαστασιολόγηση του συστήματος αερισμού μιας Εγκατάστασης Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων, χρησιμοποιείται ο γνωστός συντελεστής alpha για να περιγράψει την μείωση της απόδοσης ενός συστήματος αερισμού στο υγρό απόβλητο, σε σχέση με την μετρούμενη απόδοση αερισμού του ίδιου συστήματος σε καθαρό νερό. Για τα κλασσικά συστήματα υποβρύχιου αερισμού με διαχύτες μεμβράνης, ο συντελεστής alpha κυμαίνεται συνήθως από 50% έως 80%.

Τα συστατικά των λυμάτων που συμβάλλουν περισσότερο στη χαμηλή τιμή του συντελεστή alpha είναι οι επιφανειοδραστικές (ή τασιενεργές) ουσίες μαζί με τα λίπη και έλαια. Οι επιφανειοδραστικές ουσίες χρησιμοποιούνται ευρέως από τα ιδιωτικά νοικοκυριά και τη βιομηχανία ως απορρυπαντικά και καθαριστικά, για την αποκόλληση της βρωμιάς και την παραγωγή αφρού. Μετά τη χρήση τους ως καθαριστικά, αποτελούν συστατικά των υγρών αποβλήτων και καταλήγουν στις  Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων. Μάλιστα, τα τελευταία χρόνια, λόγω αφενός της αυξανόμενης χρήσης καθαριστικών για τον έλεγχο της πανδημίας αλλά και της γενικότερης κοινωνικής προσπάθειας για μείωση της κατανάλωσης νερού, η συγκέντρωση των επιφανειοδραστικών στα λύματα έχει αυξηθεί σημαντικά.

Οι επιφανειοδραστικές ουσίες είναι αμφιφιλικές ενώσεις, έχουν δηλαδή μια υδρόφιλη ομάδα αναζήτησης νερού (την κεφαλή), και μια υδρόφοβη ομάδα αποφυγής του νερού (την ουρά). Έτσι, όταν εισέλθουν στη δεξαμενή αερισμού έλκονται, και πρακτικά περικυκλώνουν, τις λεπτές φυσαλίδες αέρα που παράγονται από το υποβρύχιο σύστημα αερισμού, καθώς αυτές ανέρχονται προς την επιφάνεια.

Το αποτέλεσμα της δράσης αυτής, είναι να μειώνεται το ποσοστό μεταφοράς του εμπεριεχόμενου οξυγόνου των λεπτών φυσαλίδων προς στο υγρό. Ουσιαστικά δηλαδή, ένα μεγάλο μέρος τους, φτάνουν στην επιφάνεια του υγρού χωρίς να διαλυθούν και χωρίς να συμβάλουν στην αύξηση του διαλυμένου οξυγόνου. Επιπρόσθετα, όταν οι φυσαλίδες φτάσουν στην επιφάνεια, σχηματίζουν τους γνωστούς ανεπιθύμητους αφρούς (scum layer).

Πέραν από τις λεπτές φυσαλίδες, οι επιφανειοδραστικές ουσίες και τα έλαια, προσκολλώνται επίσης και καλύπτουν  τους φλόκους της ενεργού ιλύος, μειώνοντας τον ρυθμό πρόσληψης του διαλυμένου οξυγόνου (OUR Oxygen Upatake Rate), του άνθρακα και των θρεπτικών από τα βακτήρια και τους μικροοργανισμούς (επομένως και τη μεταβολική τους δραστηριότητα). Μάλιστα ορισμένες επιφανειοδραστικές ουσίες είναι τοξικές για τα βακτήρια, και ειδικά για τα νιτροποιητικά, σε σημείο που να αναστέλλεται η διεργασία της νιτροποίησης.

Αναπόφευκτα, όλα τα παραπάνω μεταφράζονται σε μειωμένη απόδοση και αυξημένο κόστος λειτουργίας της Εγκατάστασης Επεξεργασίας Λυμάτων.

Ο συμβατικός τρόπος για την καταπολέμηση και την διάσπαση των επιφανειοδραστικών και ελαίων από τους χειριστές των ΕΕΛ, είναι η χρήση ειδικών χημικών και ο αυξημένος χρόνος λειτουργίας του συστήματος αερισμού. 

Την τελευταία πενταετία χρησιμοποιείται ευρέως και σε εμπορική κλίμακα, ένας άλλος εναλλακτικός τρόπος, ενεργειακά πολύ πιο αποδοτικός και περιβαλλοντικά πιο φιλικός (χωρίς χημικά), που είναι η εφαρμογή της τεχνολογίας νανοφυσαλίδων αέρα στην επεξεργασία λυμάτων.

Οι νανοφυσαλίδες είναι φυσαλίδες αερίου με διάμετρο 70-120 nm, είναι αόρατες με γυμνό μάτι και έχουν δημιουργηθεί τεχνητά μέσα σε νερό, μέσω μιας κατάλληλής γεννήτριας νανοφυσαλίδων. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι μια σταγόνα νερού, χωρούν περίπου 700 – 900 εκατομμύρια νανοφυσαλίδες.

Λόγω του εξαιρετικά μικρού μεγέθους τους, οι νανοφυσαλίδες συμπεριφέρονται ως κολλοειδή σωματίδια και διαθέτουν ορισμένες μοναδικές φυσικοχημικές και ηλεκτροχημικές ιδιότητες, οι οποίες εφαρμόζονται στις διεργασίες επεξεργασίας νερού και υγρών αποβλήτων. Καθώς δεν συσσωματώνεται και δεν εμφανίζουν άνωση, οι νανοφυσαλίδες δεν ανέρχονται στην επιφάνεια του υγρού και καθώς παραγόμενος αριθμός τους είναι πρακτικά «άπειρος», διαχέονται και καταλαμβάνουν όλο τον όγκο της δεξαμενής όπου εκχέονται.

Οι νανοφυσαλίδες αέρα, όπως οι περισσότερες ουσίες στη φύση, όταν έρθουν σε επαφή με μια πολική ουσία όπως το νερό, αναπτύσσουν ηλεκτρικό (συνήθως αρνητικό) φορτίο στην επιφάνειά τους. Το αρνητικό αυτό επιφανειακό ηλεκτρικό φορτίο των νανοφυσαλίδων είναι ιδιαίτερα ισχυρό λόγω ακριβώς του νανομεγέθους τους, της πολύ μεγάλης επιφάνειας τους ανά μονάδα όγκου και της πολύ υψηλής πίεσης αερίου στο εσωτερικό τους (περίπου 28bar). Oι νανοφυσαλίδες παρουσιάζουν μια έντονα υδρόφοβη επιφάνεια, η οποία δημιουργεί ισχυρή έλξη με το υδρόφοβο τμήμα των επιφανειοδραστικών ουσιών και των λιπών, με αποτέλεσμα οι ουσίες αυτές να έλκονται και προσκολλώνται στις νανοφυσαλίδες. Έτσι και καθώς οι νανοφυσαλίδες βρίσκονται σε υψηλή συγκέντρωση σε όλο τον όγκο του υγρού και διαθέτουν τεράστια για το μέγεθος τους επιφάνεια, όλες αυτές οι επιβαρυντικές ουσίες δεσμεύονται, αφήνοντας τελικά τις φυσαλίδες αέρα του συστήματος αερισμού, ελεύθερες να διαλύσουν μεγαλύτερο ποσοστό του περιεχόμενου οξυγόνου τους στο νερό.

Όταν μετά από παραμονή αρκετών ημερών,  οι νανοφυσαλίδες έχουν διαχύσει το μεγαλύτερο μέρος του περιεχόμενου οξυγόνου τους και έχει πέσει η εσωτερική τους πίεση -και σε συνδυασμό και με άλλους εξωτερικούς παράγοντες-, τελικά εκρήγνυνται εντός του νερού με έντονο τρόπο. Η έντονη αυτή έκρηξη, παράγει ελεύθερες ρίζες ROS (π.χ. -OH), οι οποίες αφενός καταστρέφουν τα μόρια των επιφανειοδραστικών ουσιών που είχαν προσκολληθεί στην επιφάνεια των νανοφυσαλίδων, αφετέρου διασπούν τις μακρομοριακές οργανικές ενώσεις των αποβλήτων σε  απλούστερες, και μεταβολικά πιο “ευκολοχώνευτες” ενώσεις (αύξηση του διαλυτού BOD/COD).

Η ανάλυση των μετρήσεων και των αποτελεσμάτων από πραγματικές εφαρμογές της τεχνολογίας των νανοφυσαλίδων σε δεκάδες ΕΕΛ, δείχνει ξεκάθαρη αύξηση του συντελεστή alpha, βελτίωση της απόδοση του υφιστάμενου συστήματος αερισμού και αύξηση των επίπεδων του διαλυμένου οξυγόνου και του δυναμικού ORP/RedOx του βιοαντιδραστήρα. Ακόλουθη φυσική συνέπεια αυτών, είναι η βελτίωση των βιολογικών συνθηκών στον βιοαντιδραστήρα για την επικράτηση των επιθυμητών, πιο αποδοτικών και με υψηλότερο μεταβολισμό βακτηρίων.

Η συνεργαζόμενη αμερικανική εταιρία MOLEAER Inc, USA, ως ο κατασκευαστής γεννητριών νανοφυσαλίδων με τις περισσότερες εφαρμογές σε εμπορική κλίμακα, τη μεγαλύτερη τεχνογνωσία και τα περισσότερα διαθέσιμα μοντέλα, αναφέρει μείωση της κατανάλωσης ενέργειας αερισμού σε ποσοστά από 15% έως 40% ή αλλιώς  ισόποση αύξηση της απόδοσης αερισμού για την ίδια καταναλισκόμενη ενέργεια.

Αναλογιζόμενοι αυτό το εντυπωσιακό ποσοστό του 2% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας, οι αναφερόμενες αυτές τιμές βελτίωσης του συντελεστή alpha, είναι πραγματικά πολύ σημαντικές και αξιοπρόσεκτες, ειδικά όταν μεταφραστούν σε απόλυτα νούμερα της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας.

Φωτογραφίες