Βελτιστοποίηση φυσικών συστημάτων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων

Η μελέτη ενός πειράματος μικρής πιλοτικής κλίμακας, με δύο παράλληλασυστήματα ρηχών λεκανών (ύψους 0.35m), η μία λεκάνη με φύτευση του είδους TyphaLatifolia και η άλλη χωρίς φύτευση, διεξάχθηκε για τον σχεδιασμό ελεύθερηςεπιφανειακής ροής (FWS) τεχνητού υγροτόπου. Οι δύο λεκάνες τροφοδοτήθηκαν μεπραγματικά αστικά λύματα όπου οι χρόνοι παραμονής κυμάνθηκαν από 27,6 έως 38,0ημέρες. Η μεταβολή του όγκου κάθε λεκάνης παρακολουθήθηκε για 2 συνεχή έτη καιταυτόχρονα υπολογίστηκαν οι ρυθμοί βροχόπτωσης και εξάτμισης. Η διαφορά τουόγκου μεταξύ των δύο λεκανών οφειλόταν στην πρόσληψη νερού από τα φυτά, η οποίασυγκρίθηκε με τις προβλέψεις της εξατμισοδιαπνοής παρόμοιων φυτών με την χρήσητου υπολογιστικού προγράμματος REF-ET. Η συγκομιδή των φυτών πραγματοποιήθηκετρείς φορές στην διάρκεια του 1ου έτους του πειράματος, ώστε να εκτιμηθεί ο ρυθμόςπρόσληψης αζώτου από τα φυτά. Η σημαντικότερη διαφορά των δύο συστημάτων ήτανη αφαίρεση νερού μέσω της εξατμισοδιαπνοής των φυτών.Η πιλοτική μονάδα λειτούργησε έτσι ώστε να επιτευχθεί και απομάκρυνση τηςοργανικής ύλης (BOD5) και του ολικού αζώτου (TN) από τα λύματα. Ο σχεδιασμός τηςδιευκόλυνε την ανάπτυξη ενός μαθηματικού μοντέλου, ακολουθώντας το πλαίσιο τουμοντέλου της ενεργής ιλύος (ASM). Αρχικά το μαθηματικό μοντέλο αναπτύχθηκε για τιςδύο λεκάνες με τις μικροβιακές διεργασίες που επικράτησαν στο εσωτερικό τους, ώστενα περιγραφεί πλήρως η συμπεριφορά τους. Η προσομοίωση και η εκτίμηση τωνπαραμέτρων του μοντέλου επιτεύχθηκε με την χρήση του υπολογιστικού περιβάλλοντοςτου AQUASIM. Οι κύριες διεργασίες που ελήφθησαν υπόψη για την μοντελοποίησηήταν η αμμωνιοποίηση, η αερόβια ετεροτροφική ανάπτυξη, η νιτροποίηση και ηανάπτυξη φυκών. Μια ισχυρή εποχική εξάρτηση παρατηρήθηκε για την συμπεριφοράκάθε λεκάνης όταν το μοντέλο εφαρμόστηκε για το 1ο έτος του πειράματος. Αυτό τομοντέλο επαληθεύτηκε ικανοποιητικά με τα πειραματικά δεδομένα του 2ου έτους. Ηπαρατηρούμενη μέση ετήσια απόδοση απομάκρυνσης του BOD5 και του TN ήταν 60%και 69%, αντίστοιχα για την λεκάνη χωρίς φυτά και 83% και 75%, αντίστοιχα για την λεκάνη με φυτά. Το μοντέλο προέβλεψε μέση ετήσια απόδοση απομάκρυνσης 82% γιατο BOD5 και 65% για το TN στην λεκάνη με φυτά, ικανοποιώντας τα κριτήρια για τονσχεδιασμό πλήρους κλίμακας τεχνητού υγροτόπου .Η ικανότητα του μοντέλου να προβλέπει όχι μόνο την απομάκρυνση τηςοργανικής ύλης αλλά και του ολικού αζώτου, θεωρήθηκε επαρκής όταν δοκιμάστηκε μεέναν ελεύθερης επιφανειακής ροής τεχνητό υγρότοπο με 400 ισοδύναμο πληθυσμό, μεμοναδική τροποποίηση τον συνυπολογισμό του περιορισμού του οξυγόνου στον ρυθμότης διεργασίας της νιτροποίησης. Επομένως, το δυναμικό μοντέλο διαμορφώθηκε μετην ενσωμάτωση της πρόβλεψης του ρυθμού της εξατμισοδιαπνοής των φυτών καιχρησιμοποιήθηκε για τον σχεδιασμό περίπτωσης μελέτης τεχνητού υγροτόπου πλήρουςκλίμακας. Τα στοιχεία που απαιτούνται για αυτό τον σχεδιασμό περιλάμβαναν τηνπαροχή εισόδου και κλιματολογικά στοιχεία (θερμοκρασίας και βροχόπτωσης) για τηνπεριοχή του σχεδιασμού, καθώς και οι απαιτήσεις της ποιότητας εκροής. Η περίπτωσημελέτης για 4000 ισοδύναμο πληθυσμό όπου η ποιότητα εκροής ήταν σε μέσες ετήσιεςτιμές BOD5=25mg/L και TN=15mg/L, χρειάστηκε μία συνολική επιφάνεια υγροτόπου 11εκταρίων. Εάν χρησιμοποιηθούν δύο λεκάνες σε σειρά, η 1η με φυτά και η 2η χωρίς, τότεη συνολική επιφάνεια μειώνεται κατά περίπου 27%, ελέγχοντας μόνο την αρχική μέγιστη φύτευση της πρώτης λεκάνης του υγροτόπου.