Τα προβλήματα στα δίκτυα αποχέτευσης και πώς αντιμετωπίζονται

Tο δίκτυο αποχέτευσης αποτελείται από ένα σύνολο αγωγών (βαρύτητας ή υπό πίεση), αντλιοστασίων και άλλων κατασκευών (όπως φρεατίων) που έχουν ως στόχο τη συλλογή και μεταφορά των ροών. Με βάση την ισχύουσα κοινοτική και εθνική νομοθεσία για την επεξεργασία και διάθεση των αστικών λυμάτων (Κ.Υ.Α. 5673/400/1997 Φ.Ε.Κ. 192Β/14‐3‐97), στους οικισμούς με ισοδύναμο πληθυσμό άνω των 2.000 κατοίκων πρέπει να υπάρχει δίκτυο για τη συλλογή των αστικών λυμάτων. Το σύστημα αποχέτευσης λυμάτων και ομβρίων περιλαμβάνει:

• Παντορροϊκό σύστημα, το οποίο συλλέγει και μεταφέρει τόσο τα λύματα όσο και τα όμβρια.
• Χωριστικό σύστημα, στο οποίο υπάρχουν δύο διαφορετικά αποχετευτικά δίκτυα, ένα για τη συλλογή των λυμάτων και ένα για τη συλλογή των ομβρίων.
• Μεικτό σύστημα, όπου ένα μέρος της παροχής που αποχετεύεται εξυπηρετείται με παντορροϊκό δίκτυο και ένα μέρος με χωριστικό σύστημα.

Τα παλιότερα συστήματα αποχέτευσης που κατασκευάστηκαν στην Ευρώπη και την Αμερική είναι παντορροϊκά, ενώ τα σύγχρονα αποχετευτικά δίκτυα είναι πλέον χωριστικά. Τα παντορροϊκά δίκτυα λειτουργούν ως δίκτυα συλλογής λυμάτων κατά την ξηρή περίοδο. Ωστόσο έχουν σχεδιαστεί ώστε να μπορούν να δέχονται και τα όμβρια που παράγονται κατά τις βροχοπτώσεις.

Παρότι το παντορροϊκό δίκτυο μπορεί να δεχθεί πολλαπλάσια παροχή από αυτή που δέχεται από τα λύματα λόγω των ομβρίων, εντούτοις οι εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων που συνδέονται με το δίκτυο αυτό σχεδιάζονται ώστε να δέχονται ένα μέρος των ομβρίων. Επομένως, όταν η συνολική παροχή λυμάτων και ομβρίων ξεπεράσει μια συγκεκριμένη ανώτατη παροχή που μπορεί να δεχθεί η εγκατάσταση, πραγματοποιείται υπερχείλιση και διάθεση των λυμάτων και ομβρίων χωρίς καμία επεξεργασία.

Αυτό δημιουργεί σημαντικά προβλήματα ρύπανσης στον αποδέκτη. Στο Λονδίνο υπολογίζεται ότι σε μια τυπική χρονιά, περίπου 39 εκατομμύρια τόνοι λυμάτων διατίθενται χωρίς καμία επεξεργασία στον Τάμεση, λόγω των υπερχειλίσεων των παντορροϊκών δικτύων.

Επιπλέον, οι μεγάλοι όγκοι ομβρίων που διοχετεύονται στην εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων αυξάνουν σημαντικά το σχετικό κόστος επεξεργασίας. Επομένως, η λύση του παντορροϊκού δικτύου επιλέγεται μόνο σε μικρές επεκτάσεις υφιστάμενων παντορροϊκών δικτύων, όταν τα όμβρια απαιτούν επεξεργασία πριν τη διάθεσή τους στον αποδέκτη, και σε οικισμούς με πολύ στενούς δρόμους.

Σύμφωνα με στοιχεία του 2013, στην Ελλάδα το 44% των δικτύων αποχέτευσης (το οποίο αφορά 98 περιπτώσεις) είναι χωριστικό, ενώ το 18% των δικτύων αποχέτευσης (το οποίο αφορά 41 περιπτώσεις) είναι παντορροϊκό (κυρίως σε κεντρικά τμήματα πόλεων). Στις υπόλοιπες 85 περιπτώσεις δεν υπάρχουν στοιχεία για το είδος του δικτύου. Επίσης, 21 από τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων που υποστηρίζονται από παντορροϊκό δίκτυο είναι μεγάλες, δηλαδή έχουν ισοδύναμο εξυπηρετούμενο πληθυσμό άνω των 10.000 κατοίκων (Τσεκούρα, 2013).

Ο σωστός σχεδιασμός των αποχετευτικών δικτύων απαιτεί την κατανόηση και περιγραφή των σύνθετων υδρολογικών και υδραυλικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια βροχοπτώσεων, με στόχο τον καλύτερο σχεδιασμό. Ωστόσο, εκτός από υδραυλικές διεργασίες, μέσα στους αγωγούς λαμβάνουν χώρα χημικές και βιολογικές διεργασίες οι οποίες αποκτούν ιδιαίτερη σημασία κατά την ξηρή περίοδο.

Μέσα στους αγωγούς των ακαθάρτων σχηματίζεται βιοφίλμ από βιομάζα που αναπτύσσεται, η οποία αλληλοεπιδρά με τα λύματα. Οι διεργασίες αυτές επιδρούν στα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των υγρών αποβλήτων και πιθανότατα και στα κατάντη έργα των εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων.

Πιο κάτω πραγματοποιείται μια ανάλυση των κυριότερων προβλημάτων που αντιμετωπίζουν τα δίκτυα ακαθάρτων.

Παρασιτικές εισροές

Ένα από τα βασικότερα προβλήματα των δικτύων ακαθάρτων είναι οι παρασιτικές εισροές, οι οποίες προέρχονται από διηθήσεις υπόγειων υδάτων και από όμβρια ύδατα τα οποία εισέρχονται στο δίκτυο των ακαθάρτων, με αποτέλεσμα να αυξάνεται σημαντικά η παροχή του νερού αλλά και να αλλοιώνεται η σύσταση των λυμάτων.

Τα υπόγεια ύδατα εισέρχονται στο δίκτυο μέσω φυσικών μηχανισμών, ήτοι από ρωγματώσεις στο εσωτερικό των αγωγών και από ατέλειες στην κατασκευή και τη στεγάνωση των φρεατίων και στη σύνδεση των αγωγών. Αντίθετα, οι παρασιτικές εισροές από όμβρια ύδατα οφείλονται κυρίως σε παράνομες συνδέσεις της απαγωγής των ομβρίων από τις σκεπές και αυλές των σπιτιών στο δίκτυο ακαθάρτων.

Επίσης, μικρές σχετικά ποσότητες ομβρίων διοχετεύονται στο δίκτυο ακαθάρτων και μέσω των στραγγιστικών αγωγών θεμελιώσεων των κτιρίων, καθώς και από τα καλύμματα φρεατίων. Κατά κανόνα, οι παρασιτικές εισροές έχουν σημαντική επίδραση στην υδραυλική λειτουργία του δικτύου ακαθάρτων. Σε αρκετές περιπτώσεις, είναι συγκρίσιμες με την παροχή αιχμής των λυμάτων. Για τον λόγο αυτό, εάν δεν υπάρχουν άλλα στοιχεία για την ακριβέστερη ποσοτικοποίηση των παρασιτικών εισροών, κατά τον υπολογισμό των παροχών σχεδιασμού οι παροχές αιχμής των ακαθάρτων προσαυξάνονται κατά 50 ως και 100%, προκειμένου να ληφθεί υπόψη η επίδραση των υπόψη εισροών (Κουτσογιάννης, 2011).

Σε κάθε περίπτωση, οι παρασιτικές εισροές συντελούν στην αραίωση των λυμάτων και αυξάνουν τον όγκο των εισερχόμενων λυμάτων και ομβρίων προς επεξεργασία, με αποτέλεσμα να αυξάνουν το κόστος της επεξεργασίας τους.

Όταν οι παρασιτικές εισροές είναι μεγάλες, μπορεί να δημιουργήσουν σημαντικά προβλήματα στο δίκτυο και στην εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων, όπως:

• Υδραυλική υπερφόρτωση του αποχετευτικού δικτύου.
• Υπερχείλιση των αγωγών αποχέτευσης, με αποτέλεσμα την εκροή λυμάτων σε κτίρια ή δρόμους.
• Ανεπαρκή επεξεργασία των λυμάτων.
• Αύξηση του κόστους μεταφοράς και επεξεργασίας των λυμάτων.

Κατά το στάδιο της μελέτης και της κατασκευής του δικτύου ακαθάρτων απαιτείται προσεκτική επιλογή του υλικού κατάσκευής του αγωγού, των συνδέσεων και φρεατίων, καθώς και προσεκτική κατασκευή ώστε να μειωθούν οι παρασιτικές εισροές που οφείλονται σε διηθήσεις υπόγειων υδάτων.

Κατά τη λειτουργία του δικτύου ακαθάρτων η αντιμετώπιση των ανθρωπογενών παρασιτικών εισροών απαιτεί σε πρώτο στάδιο την ανίχνευσή τους. Αυτό μπορεί να γίνει με τη σύγκριση της μέσης ημερήσιας παροχής λυμάτων το έτος με την αντίστοιχη παροχή, έπειτα από έντονη βροχόπτωση.

Επιπλέον, ένδειξη της παρασιτικής εισροής μπορεί να αποτελέσει και η μέτρηση της συγκέντρωσης του χημικά απαιτούμενου οξυγόνου (COD) των λυμάτων που εισρέουν στην εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων.

Εάν παρατηρηθεί σημαντική μείωση της συγκέντρωσης COD των εισερχόμενων λυμάτων σε σχέση με προηγούμενα έτη, τότε ενδεχομένως να υπάρχει αραίωσή τους από παρασιτικές εισροές. Στο γράφημα δίνεται το πρόσθετο κόστος με την υπόθεση ότι οι παρασιτικές εισροές αποτελούν το 30% της συνολικής παροχής του δικτύου. Όπως φαίνεται, η αύξηση του κόστους από τις παρασιτικές εισροές είναι σημαντική, ειδικά στις πόλεις.

Αποθέσεις στερεών

Ο σχεδιασμός και η κατασκευή των δικτύων αποχέτευσης πρέπει να γίνονται με τέτοιο τρόπο, ώστε να αποφεύγονται οι αποθέσεις στερεών μέσα στο δίκτυο. Αυτό επιτυγχάνεται με την εξασφάλιση μιας ελάχιστης ταχύτητας του υγρού μέσα στο δίκτυο. Οι αποθέσεις στερεών στο δίκτυο εξαρτώνται τόσο από τα φυσικά χαρακτηριστικά των λυμάτων και των ομβρίων όσο και από τα υδραυλικά χαρακτηριστικά του δικτύου.

Οσμές

Όπως έχει ήδη σημειωθεί πιο πριν, μέσα στο αποχετευτικό δίκτυο επιτελούνται μια σειρά από χημικές και βιολογικές διεργασίες, οι οποίες επιδρούν στη σύσταση των λυμάτων. Μέσα στο δίκτυο επικρατούν σηπτικές αναερόβιες συνθήκες, με αποτέλεσμα την έκλυση υδρόθειου καθώς και άλλων πτητικών ουσιών οι οποίες προκαλούν οσμές. Το υδρόθειο παράγεται από την αναερόβια αποσύνθεση οργανικών ουσιών που περιέχονται στα λύματα, καθώς και από την αναγωγή των θειικών που περιέχονται στα λύματα σε υδρόθειο, η οποία συντελείται από συγκεκριμένους μικροοργανισμούς σε αναερόβιες συνθήκες.

Η παραγωγή υδρόθειου μέσα στους αποχετευτικούς αγωγούς, εκτός από τη δυσοσμία, μπορεί να προκαλέσει διάβρωση του δικτύου, και επομένως μείωση του χρόνου ζωής του έργου. Η δυσοσμία μπορεί να οδηγήσει σε δυσαρέσκεια του τοπικού πληθυσμού για το έργο, ενώ αν είναι πολύ έντονη μπορεί να επηρεάσει ακόμη και την αξία χρήσης γης και τις εγγενείς τουριστικές και άλλες δραστηριότητες.

Η διάβρωση επέρχεται λόγω της βιοχημικής μετατροπής του υδρόθειου σε θειικό οξύ, η οποία επιτελείται στη διεπιφάνεια του βιοφίλμ. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι που μπορούν να αντιμετωπίσουν το πρόβλημα των οσμών στο αποχετευτικό δίκτυο κατά τη φάση της λειτουργίας του. Κάποιες από αυτές έχουν ως στόχο την αναχαίτιση των αναερόβιων βιοχημικών διεργασιών που συντελούν στην παραγωγή του υδρόθειου, ενώ άλλες μέθοδοι στοχεύουν στη χημική κατακρήμνιση ή στην οξείδωση των παραγόμενων θειούχων ενώσεων.

Οι μέθοδοι που αποσκοπούν στην αναχαίτιση των αναερόβιων διεργασιών είναι η προσθήκη οξυγόνου και η προθήκη νιτρικών αλάτων. Με τον αερισμό των λυμάτων μέσα στο δίκτυο της αποχέτευσης μπορεί να αποφευχθεί η ανάπτυξη αναερόβιων συνθηκών. Ωστόσο απαιτείται συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου τουλάχιστον 1 mg/L για την αποφυγή δημιουργίας υδρόθειου.

Ο ελκυσμός του αέρα στους αγωγούς αποχέτευσης γίνεται από τη ροή των λυμάτων και με την τύρβη που δημιουργείται από την κίνηση του υγρού. Στους αγωγούς βαρύτητας μπορεί να επιτευχθεί επαρκής αερισμός με προσεκτικό σχεδιασμό. Ωστόσο, στους καταθλιπτικούς αγωγούς η εξασφάλιση επαρκούς οξυγόνου δεν είναι εύκολη.

Η παραγωγή υδρόθειου μπορεί επίσης να αποτραπεί με την προσθήκη νιτρικών αλάτων σε κατάλληλες θέσεις του δικτύου. Στις περιπτώσεις που επιλέγεται αυτή η μέθοδος θα πρέπει να γίνεται βελτιστοποίηση της προσθήκης νιτρικών, ώστε να διατηρείται σε χαμηλά επίπεδα τόσο το υδρόθειο όσο και τα νιτρικά που καταλήγουν στην εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων.

Ο κ. Σίμος Μαλαμής είναι επίκουρος καθηγητής στη Σχολή Πολιτικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, ενώ ο κ. Ανδρέας Ευστρατιάδης είναι δρ. πολιτικός μηχανικός, ΕΔΙΠ, στη Σχολή Πολιτικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου.

Δείτε τα σχήματα του άρθρου στο τεύχους του «Θερμοϋδραυλικού», Μάιος 2019.