Απόβλητα Οι πάσης φύσεως τουριστικές εγκαταστάσεις (ξενοδοχεία, εστιατόρια κ.ά.) έρχονται αντιμέτωπες με την πρόκληση των ανεπεξέργαστων υγρών αποβλήτων, η διαχείριση των οποίων απαιτεί ξεχωριστή προσοχή και γνώση. Πώς μπορεί να γίνει αυτό δίχως ρίσκο, αλλά με αποτελεσματικό τρόπο; Ο λόγος περνά στον Φιλοκτήτη Α. Βεϊνόγλου, χημικό περιβαλλοντολόγο (MSc) της εταιρείας Euromarket Ε.Π.Ε.
Τι ισχύει με τη διαχείριση αζώτου και τη βιολογική επεξεργασία των υγρών αποβλήτων
Κύριε Βεϊνόγλου, αποτελεί περίπου δεδομένο πως η παρουσία ενώσεων αζώτου στα υγρά απόβλητα «γεννά» την ανάγκη να εφαρμόζονται μέθοδοι για την αφαίρεσή τους.
Πράγματι. Εξάλλου, είναι γνωστό πως το φαινόμενο του ευτροφισμού στους υδάτινους αποδέκτες οφείλεται, κυρίως, σε υψηλές συγκεντρώσεις αζωτούχων ενώσεων, που με τη σειρά τους προέρχονται τόσο από απορρίψεις υγρών αποβλήτων, όσο και από απορροές γεωργικών εκτάσεων. Συγκεκριμένα, στα ανεπεξέργαστα υγρά απόβλητα, οι αζωτούχες ενώσεις είναι οργανικές κι ανόργανες. Στις ανόργανες κατατάσσονται τα αμμωνιακά ιόντα (ΝΗ4+), καθώς και τα νιτρικά (ΝΟ3), ενώ στις οργανικές η ουρία (βασικό συστατικό των ούρων) και ποικίλες άλλες ενώσεις, με προεξάρχουσες τις πρωτεΐνες (διαλυμένες και κολλοειδείς) και τα ενδιάμεσα προϊόντα της ενζυματικής τους διάσπασης (αμινοξέα, αμίνες).
Η πλήρης υδρολυτική ενζυματική διάσπαση των αζωτούχων οργανικών ουσιών παράγει, μεταξύ άλλων, αμμωνιακά ιόντα, που για συντομία θα αποκαλούνται αμμωνία. Μια «τυπική» ανάλυση ανεπεξέργαστων οικιακών υγρών αποβλήτων περιέχει περίπου 30mg/l οργανικό άζωτο (δηλαδή δεσμευμένο στα μόρια των οργανικών ενώσεων) και 50mg/l ελεύθερη αμμωνία. Στην περίπτωση, βεβαίως, που εξετάζουμε βιομηχανικά απόβλητα, ιδιαιτέρως βιομηχανιών τροφίμων, σφαγείων και κτηνοτροφικών εγκαταστάσεων, η συγκέντρωση των αζωτούχων ενώσεων (οργανικών κι ανόργανων) είναι συχνά πολλαπλάσια!
Ισχύει πως κατά τη διάρκεια ενός βιολογικού καθαρισμού η αναπτυσσόμενη στον βιοαντιδραστήρα βιομάζα, που χρησιμοποιεί ως υπόστρωμα (τροφή) το οργανικό φορτίο των αποβλήτων, αποτελείται από βακτηρίδια;
Ναι, είναι αλήθεια. Μάλιστα, των συγκεκριμένων βακτηριδίων το κυτταρόπλασμα, δηλαδή το υλικό κατασκευής τους, απαρτίζεται από μια πληθώρα σύνθετων μεγαλομορίων, με κύριο συστατικό τις πρωτεΐνες. Υπογραμμίζεται πως έχει υπολογιστεί ότι η επί ξηρού βάρους περιεκτικότητα της βιομάζας σε άζωτο είναι της τάξεως του 12%. Συνεπώς, εάν για παράδειγμα η συγκέντρωση της βιομάζας στον βιοαντιδραστήρα, υπό συνθήκες ισορροπίας, είναι 3.000mg/l ανάμεικτου υγρού, το χημικώς δεσμευμένο σε αυτήν άζωτο διατηρείται συνεχώς στο επίπεδο των 360mg/l ανάμεικτου υγρού. Άρα, για κάθε κιλό παραγόμενης βιομάζας αναλίσκονται 120γρ. αζώτου. Το άζωτο αυτό αξιοποιείται από τα βακτηρίδια (κυρίως υπό μορφή αμμωνίας), αποσπώμενο, μέσω βιοχημικών διεργασιών, από τις αζωτούχες ενώσεις που περιέχονται στα υγρά απόβλητα.
Πέραν, όμως, από το δεσμευμένο στη βιομάζα άζωτο, συχνά ανιχνεύεται στον βιοαντιδραστήρα αδέσμευτο άζωτο, κυρίως ως ελεύθερη αμμωνία.
Η συγκέντρωση του αδέσμευτου αζώτου εξαρτάται από τη διαφορά μεταξύ του συνολικού αζώτου των ανεπεξέργαστων αποβλήτων και του δεσμευμένου στη βιομάζα, καθώς επίσης και από τη συγκέντρωση του αζώτου που ελευθερώνεται αμέσως μετά τη λύση του κυτταροπλάσματος των νεκρών βακτηριδίων. Υπό αυτό το πρίσμα, καθίσταται αναγκαία η εφαρμογή πρόσθετων μεθόδων επεξεργασίας, προκειμένου να μειωθεί η συγκέντρωση της περίσσειας του αζώτου στα υπό επεξεργασία απόβλητα. Στην προκειμένη περίπτωση, η μείωση του αζώτου επιτυγχάνεται με την εφαρμογή βιολογικής επεξεργασίας, η οποία χωρίζεται σε δύο διακριτά στάδια. Το πρώτο εξ’ αυτών ονομάζεται νιτρικοποίηση (nitrification) κι αποσκοπεί στη μετατροπή της ελεύθερης αμμωνίας (ΝΗ4+) σε νιτρικά ιόντα (ΝΟ3-). Το δεύτερο, με την επωνυμία απονιτρικοποίηση (denitrification), αποβλέπει στη μετατροπή των νιτρικών ιόντων σε αέριο άζωτο (Ν2), το οποίο κι ελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα.
Αρκεί να σημειωθεί πως μια «τυπική» ανάλυση ανεπεξέργαστων οικιακών υγρών αποβλήτων περιέχει περίπου 30mg/l οργανικό άζωτο (δηλαδή δεσμευμένο στα μόρια των οργανικών ενώσεων)και 50mg/l ελεύθερη αμμωνία.
Mπορείτε να αναφερθείτε εκτενώς, στα προαναφερθέντα διακριτά στάδια;
Ασφαλώς. Ξεκινώντας με τη νιτρικοποίηση, θα πρέπει να σημειωθεί πως ο γενικός πληθυσμός των διαφόρων ειδών βακτηριδίων που αναπτύσσονται στον βιοαντιδραστήρα ενός βιολογικού καθαρισμού, αξιοποιώντας ως υπόστρωμα (τροφή) τις οργανικές ουσίες των αποβλήτων, ανήκει στην κατηγορία των αερόβιων ετερότροφων μικροοργανισμών. Κάτι που σημαίνει πως αναγκαία συνθήκη για τη διατήρηση της ζωής στον βιοαντιδραστήρα θεωρείται η παρουσία διαλυμένου οξυγόνου, βιοαποικοδομήσιμης οργανικής ύλης και μακροθρεπτικών (άζωτο, φώσφορος) και μικροθρεπτικών (ιχνοστοιχεία) ουσιών. Την ίδια στιγμή, δεν θα πρέπει να ανιχνεύονται ουσίες που δρουν τοξικά επί του βακτηριδιακού πληθυσμού.
Σε αντίθεση με τα αερόβια, ετερότροφα βακτηρίδια αυτά που είναι ικανά να μετατρέψουν (οξειδώσουν) την αμμωνία σε νιτρικά ιόντα ανήκουν στην κατηγορία των αερόβιων αυτότροφων μικροοργανισμών. Οι συγκεκριμένοι μικροοργανισμοί αξιοποιούν το διαλυμένο οξυγόνο ως αποδέκτη ηλεκτρονίων, μέσω της ενζυματικής αφυδρογόνωσης της αμμωνίας, με αποτέλεσμα το σθένος του αζώτου από -3 στο ιόν ΝΗ4+ να γίνεται +5 στο ιόν ΝΟ3-1 και του Ο2 από 0 να γίνεται -2 στο παραγόμενο Η2Ο. Σε αυτό το πλαίσιο, τα βακτηρίδια χρησιμοποιούν την ενέργεια που παράγεται από τη βιοχημική οξείδωση, ώστε να υποστηρίζονται οι μεταβολικές λειτουργίες (καταβολισμός).
