Η αποτελεσματική διαχείριση των υγρών αποβλήτων, ιδιαίτερα σε μικρούς και μικρομεσαίους οικισμούς, παραμένει πρόβλημα στη χώρα μας καθώς η πλειοψηφία των οικισμών αυτών δεν εξυπηρετείται από μονάδες επεξεργασίας λυμάτων.
Η Καινοτομία
Το καινοτόμο μοντέλο που έχει αναπτυχθεί και μελετάται έχει να κάνει με τη διαχείριση των αστικών υγρών αποβλήτων στο πλαίσιο της κυκλικής οικονομίας με χρήση μιας σύγχρονης πράσινης τεχνολογίας.
Η πράσινη τεχνολογία των τεχνητών υγροβιότοπων που αναπτύσσεται μπορεί να δώσει αποτελεσματική, βιώσιμη και οικονομική λύση στο πρόβλημα αυτό, καθώς χαρακτηρίζεται από πολύ χαμηλό ανθρακικό αποτύπωμα, ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας, απλή λειτουργία και συντήρηση και εξαιρετικά χαμηλό κόστος λειτουργίας σε σχέση με τις κλασικές/συμβατικές μεθόδους επεξεργασίας, καθιστώντας πιο εύκολη την επαναχρησιμοποίηση των επεξεργασμένων εκροών.
Στο Εργαστήριο Τεχνολογίας και Διαχείρισης Περιβάλλοντος (https://www.leem.tuc.gr) αναπτύσσεται ένας καινοτόμος σχεδιασμός της τεχνολογίας των τεχνητών υγροβιότοπων ο οποίος οδηγεί σε υψηλή ποιότητα εκροής, απαιτεί λιγότερη έκταση σε σχέση με τους συμβατικούς σχεδιασμούς και προσδίδει στην εγκατάσταση περισσότερα χαρακτηριστικά βιωσιμότητας.
Το Εργαστήριο Τεχνολογίας και Διαχείρισης Περιβάλλοντος (https://www.leem.tuc.gr) του Πολυτεχνείου Κρήτης ιδρύθηκε το 1992 με πρώτο διευθυντή τον Ομότιμο Καθηγητή Ευάγγελο Διαμαντόπουλο. Αρχικά στεγαζόταν στο κτήριο της πρώην Γαλλικής Σχολής στην Χαλέπα και λειτουργούσε ως διατμηματικό εργαστήριο. Η μεταφορά του Εργαστηρίου στους χώρους της Πολυτεχνειούπολης έγινε το 1999 όπου και στεγάζεται σε έναν μεγάλο ενιαίο χώρο. Σήμερα ανήκει στη Σχολή Χημικών Μηχανικών και Μηχανικών Περιβάλλοντος του Πολυτεχνείου Κρήτης, στον Τομέα ΙΙ: «Σχεδιασμού & Ανάπτυξης Περιβαλλοντικών Διεργασιών». Από το 2022, Διευθυντής του Εργαστηρίου είναι ο Επίκουρος Καθηγητής Αλέξανδρος Στεφανάκης. Στο ανθρώπινο δυναμικό του Εργαστηρίου ανήκουν αυτή τη στιγμή 29 άτομα, συμπεριλαμβανομένων των κ. Στεφανάκη και του κ. Διαμαντόπουλου, ενός ΕΔΙΠ, ενός μεταδιδάκτορα, 4 υποψηφίων διδακτόρων, 5 μεταπτυχιακών και 16 προπτυχιακών φοιτητών και φοιτητριών.
Το Εργαστήριο ασχολείται με την έρευνα και την παροχή υπηρεσιών στο αντικείμενο της επεξεργασίας νερών και υγρών αποβλήτων, με έμφαση στις πράσινες τεχνολογίες και τις λύσεις βασισμένες στη φύση και την παραγωγή νέων καινοτόμων σχεδιαστικών λύσεων, που προωθούν τις αρχές της κυκλικής οικονομίας. Ιδιαίτερη τεχνογνωσία υπάρχει στο σχεδιασμό καινοτόμων συστημάτων τεχνητών υγροβιότοπων για την επεξεργασία υγρών αποβλήτων από διάφορες πηγές καθώς και παρόμοιων συστημάτων για την αφυδάτωση λυματολάσπης. Διερευνάται επίσης και η κυκλική προσέγγιση στη διαχείριση υγρών αποβλήτων με έμφαση στην επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων εκροών για άρδευση. Άλλες λύσεις βασισμένες στη φύση που διερευνώνται και εφαρμόζονται είναι και οι πράσινες οροφές για την ενίσχυση της βιοποικιλότητας και της ενεργειακής αποδοτικότητας στο αστικό περιβάλλον. Περαιτέρω, στα πλαίσια της αξιοποίησης πόρων και αποβλήτων, διεξάγεται έρευνα και για την παραγωγή σύγχρονων υλικών όπως το βιοεξανθράκωμα με πρώτη ύλη διάφορα οργανικά απόβλητα, το οποίο μπορεί να έχει ευεργετικές επιδράσεις στην ποιότητα των εδαφών και να ενισχύσει τις καλλιέργειες και την παραγωγή, ενώ μπορεί και να αξιοποιηθεί και ως οικοδομικό υλικό.
Προηγμένος σχεδιασμός της τεχνολογίας των Τεχνητών Υγροβιότοπων
Στα πλαίσια του έργου «Ανάπτυξη καινοτόμου σχεδιασμού Τεχνητού Υγροβιότοπου: μια λύση βασισμένη στη φύση για την κυκλική διαχείριση υγρών αποβλήτων – WETCIRC» αναπτύσσεται ένας προηγμένος σχεδιασμός της τεχνολογίας των Τεχνητών Υγροβιότοπων (ΤΥ) με σκοπό τη διερεύνηση και βελτιστοποίηση της απόδοσης της πράσινης αυτής τεχνολογίας που μπορεί να αντιμετωπίσει τις προκλήσεις που θέτει η ΕΕ στον τομέα των υγρών αποβλήτων. To έργο χρηματοδοτείται από το Ελληνικό Ίδρυμα Έρευνας και Καινοτομίας (ΕΛΙΔΕΚ) στα πλαίσια της Υποδράσης 1 «Χρηματοδότηση Νέων Ερευνητών/τριών», «Χρηματοδότηση της Βασικής Έρευνας (Οριζόντια υποστήριξη όλων των Επιστημών), Εθνικό Σχέδιο Ανάκαμψης και Ανθεκτικότητας (Ελλάδα 2.0)», στην Επιστημονική Περιοχή ΕΠ.2 «Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογίας».
Μέχρι σήμερα, έχουν δοκιμαστεί διάφοροι σχεδιασμοί ΤΥ για την επεξεργασία λυμάτων, όπως είναι τα συστήματα μονού σταδίου (π.χ. κατακόρυφη ροή – VF, οριζόντια ροή – HF, επιφανειακή ροή – SF) και τα υβριδικά συστήματα (πολλών σταδίων). Αν και δεν υπάρχουν τόσα πολλά παραδείγματα διεθνώς, είναι γνωστό ότι τα υβριδικά συστήματα που συνδυάζουν διαφορετικούς τύπους ΤΥ τείνουν να έχουν υψηλότερη απόδοση αφαίρεσης ρύπων. Τα υβριδικά συστήματα ΤΥ μπορούν να θεωρηθούν ως ανάλογα των συστημάτων αναερόβιας-αερόβιας επεξεργασίας, π.χ. το VFCW θα λειτουργούσε ως αερόβιο σύστημα, ενώ το σύστημα HFCW θα λειτουργούσε ως ένα αναερόβιο. Ωστόσο, τα υβριδικά συστήματα, αν και αποτελεσματικά, αυξάνουν περαιτέρω την απαίτηση σε έκταση. Επιπλέον, τα περισσότερα συστήματα ΤΥ λειτουργούν ως δευτεροβάθμιο στάδιο επεξεργασίας, π.χ., απαιτούν πρωτοβάθμια επεξεργασία για την απομάκρυνση της πλειονότητας των αιωρούμενων στερεών από τα λύματα. Υπάρχει μόνο ένας σχεδιασμός που μπορεί να δέχεται ακατέργαστα λύματα χωρίς πρωτοβάθμια καθίζηση, αλλά αυτό απαιτεί επίσης ένα δεύτερο στάδιο ΤΥ για να παρέχει μια αποδεκτή ποιότητα εκροής.
Ο σύγχρονος σχεδιασμός που αναπτύσσεται είναι ο αεριζόμενος ΤΥ. Σε αεριζόμενους ΤΥ χρησιμοποιείται τεχνητός αερισμός για περαιτέρω βελτίωση της διαθεσιμότητας οξυγόνου στην κλίνη. Αν και ο αερισμός των λυμάτων είναι μια κοινή πρακτική σε άλλες τεχνολογίες επεξεργασίας, είναι καινούργια πρακτική σε ΤΥ. Η ενεργειακή ζήτηση σε αυτή την περίπτωση είναι πολύ χαμηλότερη, τυπικά 10–15% της ενεργειακής ανάγκης για μια συμβατική τεχνολογία (πχ ενεργό ιλύ). Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της τροποποίησης είναι η καλή ανάμιξη του αέρα με τα λύματα, που έχει ως αποτέλεσμα βελτιωμένες αερόβιες συνθήκες και, κατά συνέπεια, αυξημένη απόδοση.
Ο αεριζόμενος ΤΥ έχει βρεθεί ότι είναι έως και 10 φορές πιο αποτελεσματικός στην απομάκρυνση αζώτου σε σύγκριση με τα παθητικά συστήματα ΤΥ, πράγμα που σημαίνει ότι η απαίτηση σε έκταση είναι επίσης σημαντικά χαμηλότερη, μειώνοντας έτσι το κόστος επένδυσης. Επιπλέον, περαιτέρω έρευνα διεξάγεται ακόμη σχετικά με τα πληρωτικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε ΤΥ. Εναλλακτικά οργανικά μέσα όπως το βιοεξανθράκωμα που παράγεται από οργανικά απόβλητα, εμφανίζονται ως ελκυστικά υλικά για συστήματα ΤΥ, καθώς μπορούν όχι μόνο να βελτιώσουν την απόδοση επεξεργασίας (π.χ. να ενισχύσουν την απονιτροποίηση) αλλά και να ενισχύσουν τις πτυχές κυκλικότητας του συστήματος.
Αυτοί οι βασικοί τομείς, ο τεχνητός αερισμός, η διαχείριση της λάσπης και εναλλακτικά υλικά υποστρώματος, αντιπροσωπεύουν βασικά στοιχεία έρευνας και καινοτομίας του έργου, που θέτουν τον παραγόμενο σχεδιασμό ως πρωτοπόρο γενικότερα για την τεχνολογία των ΤΥ.
Επομένως, ο προηγμένος σχεδιασμός που ήδη μελετάται σε πιλοτική κλίμακα, ενσωματώνει πτυχές καινοτομίας όπως:
- χρήση της τελευταίας εξέλιξης του τεχνητού αερισμού στην τεχνολογία των ΤΥ σε μια περαιτέρω προσπάθεια να βελτιστοποιηθεί η εφαρμογή του ως προς τη βέλτιστη κατανάλωση ενέργειας και την περαιτέρω ελαχιστοποίηση της απαιτούμενης έκτασης και του συναφούς επενδυτικού κόστους,
- μηδενική παραγωγή παραπροϊόντος λάσπης, καθώς τα οργανικά στερεά θα συσσωρεύονται και θα αφυδατώνονται εντός του συστήματος ΤΥ χρησιμοποιώντας μόνο φυσικές διεργασίες και χωρίς κατανάλωση ενέργειας,
- παραγωγή ενός χωνευμένου, βιοστερεού (ξηρή λάσπη) κατάλληλου για επαναχρησιμοποίηση στη γεωργία,
- χρήση νέων πληρωτικών υλικών που προωθούν τις κυκλικές πτυχές στον τομέα των λυμάτων, όπως ανακυκλωμένο πλαστικό μέσο και βιοεξανθράκωμα που παράγεται από πράσινη βιομάζα απορριμμάτων,
- παροχή απαιτούμενης υψηλής ποιότητα των επεξεργασμένων λυμάτων για επαναχρησιμοποίηση στην άρδευση καλλιεργειών και δέντρων,
- μείωση του αποτυπώματος αερίων θερμοκηπίου στη διαδικασία διαχείρισης των λυμάτων και
- παροχή μιας ολοκληρωμένης, τεχνικά και οικονομικά εφικτής λύσης με την ελάχιστη απαίτηση έκτασης για αυτήν την πράσινη τεχνολογία, ιδιαίτερα για μικρούς και μεσαίους οικισμούς.
Ο ελληνικός χώρος, τόσο ως προς το ανάγλυφο όσο ως και προς τις κλιματολογικές συνθήκες, η τεχνολογία των Τεχνητών Υγροβιότοπων αποτελεί ιδανική λύση για τη διαχείριση λυμάτων σε μικρούς και μικρομεσαίους οικισμούς. Τέτοιοι οικισμοί μπορεί να βρίσκονται σε περιοχές που είναι απομακρυσμένες, απομονωμένες, ορεινές και/ή νησιωτικές, γενικά περιοχές όπου είναι ασύμφορο (έως αδύνατο) να κατασκευαστεί μια συμβατική μονάδα επεξεργασίας λυμάτων λόγω του εξαιρετικά υψηλού κόστους κατασκευής και λειτουργίας. Οι ΤΥ μπορούν να καλύψουν αυτό το κενό και τις επιταγές της νέα αναθεωρημένης UWWT, καθώς έχουν χαμηλότερο κόστος επένδυσης, δεν έχουν πολύπλοκα μηχανικά μέρη, το κόστος λειτουργίας μπορεί να μειωθεί έως και 90% σε σχέση με τις συμβατικές τεχνολογίες, ενώ η λειτουργία και συντήρηση είναι απλή και δεν απαιτεί μόνιμο εξειδικευμένο προσωπικό. Υπηρετώντας δε την αποκεντρωμένη διαχείριση λυμάτων, η επεξεργασμένη εκροή γίνεται πιο εύκολα διαθέσιμη για επαναχρησιμοποίηση. Συνεπώς, η υιοθέτηση της τεχνολογίας αυτής μπορεί να αμβλύνει τις ανάγκες σε κεντρικές συμβατικές μονάδες επεξεργασίας τόσο στον αριθμό όσο και στην χωρητικότητα επεξεργασίας. Ως Εργαστήριο έχουμε εφαρμόσει την τεχνολογία αυτή σε πολλές χώρες του εξωτερικού και η συνολική μας εμπειρία δείχνει την υψηλή καταλληλότητα της τεχνολογίας για τον ελληνικό χώρο και τις γενικότερες κοινωνικο-οικονομικές συνθήκες. Ο νέος προηγμένος σχεδιασμός που έχουμε παραξει, ενισχύει ακόμα περισσότερο τα πλεονεκτήματα που φέρει αυτή η πράσινη τεχνολογία.
Προκλήσεις για την ανάπτυξη της καινοτομίας
Η Ευρωπαϊκή Οδηγία για την Επεξεργασία Αστικών Λυμάτων (UWWT) (91/271/EEC) και η αντίστοιχη εθνική νομοθεσία που πλέον έχει κλείσει 30 χρόνια από την εφαρμογή της, έχει αποδειχτεί αρκετά αποτελεσματική, καθώς τα τελευταία στοιχεία δείχνουν ότι πάνω από το 90% των αστικών λυμάτων της Ευρώπης συλλέγονται και υφίστανται επεξεργασία σύμφωνα με τα πρότυπα της ΕΕ. Δεδομένων των φιλόδοξων στόχων της Ευρωπαϊκής Πράσινης Συμφωνίας και του Σχεδίου Δράσης Μηδενικής Ρύπανσης, όπως οι τάσεις μείωσης στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου από τον τομέα επεξεργασίας αστικών λυμάτων, απαιτούνται πλέον νέες απαντήσεις για την καλύτερη υιοθέτηση κυκλικών συστημάτων για την επαναχρησιμοποίηση νερού και λάσπης και την ανάκτηση συστατικών. Λαμβάνοντας υπόψη αυτά, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή δημοσίευσε έναν οδικό χάρτη το 2020 σχετικά με την UWWT και μια εκτίμηση επιπτώσεων το 2022 με στόχο να προτείνει ένα αναθεωρημένο και εκσυγχρονισμένο νομικό κείμενο υπό το φως της Ευρωπαϊκής Πράσινης Συμφωνίας.
Ενώ η UWWT έχει αποδειχθεί πολύ αποτελεσματική συνολικά όταν εφαρμόζεται πλήρως, εξακολουθούν να υπάρχουν τομείς που χρειάζονται περαιτέρω βελτίωση, όπως:
- η ρύπανση από μικρότερους οικισμούς (<2000 ι.π.) που επί του παρόντος δεν καλύπτονται από την Οδηγία ή προέρχονται από μικρής κλίμακας ή μεμονωμένα συστήματα επεξεργασίας λυμάτων ή από υπερχείλιση ομβρίων υδάτων και αστική απορροή.
- η οδηγία είναι πολύ παλιά για να αντιμετωπίσει επαρκώς νέες ανησυχίες, όπως η ρύπανση των υδάτινων σωμάτων από κάθε είδους μικρορύπους, συμπεριλαμβανομένων των φαρμακευτικών υπολειμμάτων και των μικροπλαστικών στο σύστημα αποχέτευσης.
- οι νέες φιλοδοξίες σχετικά με την αποδοτική χρήση ενέργειας, τη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και την κυκλική οικονομία. Ο τομέας των λυμάτων θα μπορούσε να κάνει περισσότερα για να βοηθήσει στην επίτευξη των στόχων για το κλίμα και την ενέργεια σε ολόκληρη την ΕΕ.
Από το 2024, έχει υιοθετηθεί από το Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο η αναθεώρηση της Οδηγίας, θέτοντας στόχους όπως η ενεργειακή ουδετερότητα για τον τομέα έως το 2040, η μείωση της χρήσης ενέργειας – χρήση ανανεώσιμων πηγών, η ενθάρρυνση της επαναχρησιμοποίησης του νερού και χρήσης ιλύος, η διεύρυνση του πεδίου της ισχύουσας Οδηγίας (η οποία ισχύει για πόλεις με > 2.000 κατοίκους) ώστε να καλύπτει όλους τους οικισμούς με > 1.000 κατοίκους, αυστηρότερα πρότυπα για τα θρεπτικά συστατικά και τους μικρορύπους και παρακολούθηση των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου και μικροπλαστικών.
Στην Ελλάδα, σχεδόν το 90% του πληθυσμού που ζει σε οικισμούς με λιγότερο από 2.000 ισοδύναμους κατοίκους (ΙΚ) και το 58% του πληθυσμού που ζει σε οικισμούς με 2.000-10.000 ΙΚ (δηλαδή, 11.944 και 203 οικισμοί, αντίστοιχα) δεν εξυπηρετούνται από μονάδες επεξεργασίας λυμάτων. Αυτό αποτελεί μια πρόσθετη πρόκληση για τη χώρα όχι μόνο να καλύψουν αυτά τα υφιστάμενα κενά αλλά και να αντιμετωπίσουν τις νέες περιβαλλοντικές και κοινωνικές προκλήσεις στη νέα εποχή της Πράσινης Συμφωνίας.
Επιπλέον, υπάρχει πολύ περιορισμένη επαναχρησιμοποίηση των επεξεργασμένων λυμάτων και της πλεονάζουσας ιλύος που παράγεται. Υπάρχουν πολλές παλιές μονάδες επεξεργασίας με σχετικά υψηλή κατανάλωση ενέργειας και διαχείριση αποτυχημένων ή ανεπαρκώς σχεδιασμένων συστημάτων σηπτικών δεξαμενών, που εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σε αρκετές (κυρίως αγροτικές) περιοχές, χωρίς συστήματα αποχέτευσης. Δεδομένου ότι οι περισσότερες εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων στη χώρα βρίσκονται μακριά από καλλιεργήσιμες γεωργικές εκτάσεις, η επαναχρησιμοποίηση του επεξεργασμένου νερού για γεωργική άρδευση είναι ιδιαίτερα χαμηλή.
Απέναντι σε αυτές τις προκλήσεις, χρειάζονται νέες, βιώσιμες και οικονομικά αποδοτικές μέθοδοι που θα εξυπηρετούσαν την προσέγγιση της αποκεντρωμένης επεξεργασίας λυμάτων. Μια νέα προσέγγιση θα πρέπει επίσης να εξετάσει τη μετάβαση σε μια κυκλική οικονομία στον τομέα των λυμάτων. Αυτός είναι ένας στόχος που μπορεί να επιτευχθεί με τη διπλή παρέμβαση της αλλαγής του υποδείγματος διαχείρισης: αντικατάσταση μηχανικών και ενεργοβόρων τεχνολογιών σε μικρή/μικρομεσαία κλίμακα με μια πράσινη τεχνολογία χαμηλού περιβαλλοντικού αποτυπώματος και υιοθέτηση πρακτικών για ανάκτηση πόρων και χρήση στη γεωργία.
Επόμενα βήματα – Στόχοι – Επιδιώξεις
Στα άμεσα σχέδια με την ολοκλήρωση του έργου είναι η τυποποίηση του καινοτόμου σχεδιασμού και η ολιστική του εκτίμηση για τον προσδιορισμό και την ανάδειξη των τεχνολογικών, οικονομικών και περιβαλλοντικών πλεονεκτημάτων. Το Εργαστήριο μας είναι σε θέση να προσφέρει πλήρεις οικονομικο-τεχνικές μελέτες εφαρμογής και σχεδιασμού εγκαταστάσεων αυτής της τεχνολογίας. Στόχος είναι η κατασκευή πλέον μιας εγκατάστασης πλήρους κλίμακας για οικισμούς αλλά και βιομηχανικές εφαρμογές, ώστε να αναδειχθούν σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας τα οφέλη που μπορεί να φέρει η πράσινη αυτή τεχνολογία στον ελληνικό χώρο.
