Αξιοποίηση υγρού υπολείμματος από μονάδες αφαλάτωσης με χρήση ανανέωσιμων πηγών ενέργειας, για την ανάκτηση νερού και την παραγωγή άλατος

Είναι κοινά αποδεκτό ότι η αφαλάτωση διαδραματίζει ήδη, και θα διαδραματίσει στο μέλλον ολοένα και σημαντικότερο ρόλο, για το υδατικό ισοζύγιο άνυδρων περιοχών όπως στη Μεσόγειο Θάλασσα. Στην Ελλάδα, παρατηρείται ότι μερικά υδατικά διαμερίσματα παρουσιάζουν ελλειμματικό υδατικό ισοζύγιο. Το πλέον ελλειμματικό ισοζύγιο εντοπίζεται στο υδατικό διαμέρισμα των νήσων Αιγαίου. Στα νησιά αυτά πολλές φορές είναι απαραίτητη η χρήση πολύ δαπανηρών πρακτικών για την κάλυψη των αναγκών σε νερό, όπως με μεταφορά νερού με υδροφόρα πλοία. Για την ασφαλέστερη και οικονομικότερη παραγωγή νερού, σήμερα χρησιμοποιούνται σε πολλά από τα νησιά αυτά μονάδες αφαλάτωσης. Η αφαλάτωση, ως μία διεργασία που απομακρύνει άλατα από το θαλασσινό (ή υφάλμυρο) νερό, αναπόφευκτα παράγει υγρά απόβλητα που είναι σχεδόν διπλάσιας αλατότητας από το θαλασσινό νερό. Το απόβλητο αυτό λέγεται άλμη και μπορεί να προκαλέσει σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, αν δεν διαχειριστεί με το σωστό τρόπο.Σήμερα οι τρόποι διαχείρισης αυτού του αποβλήτου περιλαμβάνει τις ακόλουθες πέντε (5) τεχνικές: (α) Διάθεση σε επιφανειακά νερά (Surface Water Discharge), (β) Διάθεση σε συστήματα αποχέτευσης (Sewer Discharge), (γ) Έγχυση σε υπόγειους γεωλογικούς σχηματισμούς (Deep Well Injection), (δ) Λίμνες εξάτμισης (Evaporation Ponds), (ε) Άρδευση, αναφέρεται συχνά και ως διάθεση στο έδαφος (Land Application). Κάθε τεχνική προκαλεί, σε διαφορετικό βαθμό, περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Στόχος αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι ο σχεδιασμός ενός συστήματος, ο οποίος θα είναι σύμφωνος με την αρχή των μηδενικών υγρών αποβλήτων (Zero Liquid Discharge, ZLD). Το σύστημα αυτό έχει διττό στόχο: (α) να εξαλείψει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις που σχετίζονται με τη διάθεση της άλμης στο περιβάλλον και (β) να εξετάσει τη δυνατότητα αξιοποίησης της άλμης.Στη διατριβή αυτή, έχοντας αρχικά μελετήσει τα συστήματα ZLD, πραγματοποιείται ο σχεδιασμός ενός καινοτόμου συστήματος επεξεργασίας της άλμης σε τρία στάδια: (α) αρχικός σχεδιασμός, (β) προκαταρκτικός σχεδιασμός και (γ) αναλυτικός σχεδιασμός. Το κάθε στάδιο σχεδιασμού έχει τους δικούς του στόχους και μεθοδολογία, με τον αρχικό σχεδιασμό να στοχεύει στην επιλογή του διαγράμματος ροής, τον προκαταρκτικό σχεδιασμό στην διαστασιολόγηση των επιμέρους συνιστωσών και τον τελικό σχεδιασμό στην ανάπτυξη κατασκευαστικών σχεδίων. Η κλίμακα του συστήματος επεξεργασίας της άλμης που σχεδιάστηκε ήταν πιλοτική (2 m3/ημέρα). Το πιλοτικό σύστημα αποτελείται από τρεις (3) συνιστώσες: (α) τον εξατμιστήρα, (β) τον κρυσταλλωτήρα και (γ) τον ξηραντήρα. Η ενέργεια του συστήματος προσφέρεται από ηλιακή ενέργεια, με τη χρήση ηλιακών συλλεκτών κενού. Μετά το σχεδιασμό του, ακολούθησε η κατασκευή, εγκατάσταση και η start-up λειτουργία του πιλοτικού συστήματος. Η πιλοτική μονάδα κατασκευάστηκε στο πλαίσιο του ερευνητικού Ευρωπαϊκού Έργου SOL-BRINE (LIFE09 ENV/GR/000299). Εγκαταστάθηκε σε μονάδα αφαλάτωσης στην περιοχή του Αγίου Φωκά, στην Τήνο. Η λειτουργία και βελτιστοποίηση του συστήματος διήρκεσε 1 χρόνο. Για τη βελτιστοποίηση του συστήματος, πραγματοποιήθηκαν τρεις σειρές πειραματικών κύκλων, σύμφωνα με το πρωτόκολλο πειραμάτων που εκπονήθηκε. Έτσι, λήφθηκαν τόσο υγρά όσο και στερεά δείγματα από τα διάφορα στάδια επεξεργασίας, καθώς επίσης και από την εκροή και την τροφοδοσία της παρακείμενης μονάδας αφαλάτωσης. Τα δείγματα αυτά μεταφέρθηκαν στην Μονάδα Περιβαλλοντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας, όπου αναλύθηκαν με τη χρήση κατάλληλου αναλυτικού εξοπλισμού (ICP, ICP-MS, Φωτόμετρο, Αγωγιμόμετρο, XRD, SEM-EDS). Από τις μετρήσεις και με χρήση επίσης της διεθνούς βιβλιογραφίας εκτιμήθηκε η οικονομική αξία της άλμης που παράγεται από μονάδες αφαλάτωσης θαλασσινού νερού. Η οικονομική αξία αυτή εκτιμήθηκε στη βάση των προϊόντων που ανακτήθηκαν κατά τη λειτουργία του πιλοτικού συστήματος (αποσταγμένο νερό) και στη δυνατότητα ανάκτησης (μελλοντικά) άλατα υψηλής καθαρότητας. Η γνώση της οικονομικής αξίας 1 m3 άλμης ήταν καταλυτικής σημασίας για την εκπόνηση μελέτης σκοπιμότητας ανάπτυξης του συστήματος σε μεγαλύτερη κλίμακα (100 m3/ημέρα). Έτσι, έχοντας διατυπώσει προτάσεις ανάπτυξης του συστήματος σε μεγάλη κλίμακα, εκτιμάται το κόστος επεξεργασίας της άλμης, λαμβάνοντας υπόψη τόσο το κόστος επένδυσης, όσο και το αναμενόμενο κόστος λειτουργίας. Το κόστος αυτό ανήχθηκε ανά m3 άλμης. Συγκρίνοντας το κόστος επεξεργασίας με την οικονομική αξία 1 m3 άλμης, εξάγονται σημαντικά συμπεράσματα σχετικά με τη σκοπιμότητα υλοποίησης ενός συστήματος επεξεργασίας της άλμης σε μεγαλύτερη κλίμακα. Τέλος, αποτυπώνεται η αγορά των αλάτων, του νερού και της αφαλάτωσης, με στόχο τον προσδιορισμό κατάλληλων ευκαιριών υλοποίησης μίας πιθανής εμπορικής εφαρμογής στην Ελλάδα.