Water is the most precious asset - it is a basic prerequisite for the existence of life but also a lever of social, cultural and economic development for each country. It is therefore indispensable for every state the need for sustainable water management with the aim of protecting the environment, increasing agricultural production and the development of tourism.
In many European countries, urban waste water, agro-animal by-products and industry waste are considered useless and are not being utilized resulting in sources of pollution and environmental pollution. In Greece, agriculture is an important branch of primary production, while most of the agricultural facilities manage their waste poorly or at all, ignoring the many benefits of using them.
In Greece, the current legal regime governing wastewater management is quite well developed, but the problem lies in the lack of information and the lack of political and social initiative.
The use of liquid waste (urban, industrial, agro-climatic, etc.) is a key factor in the management of water resources. In the context of sustainable development, the re-use of treated wastewater in crop irrigation effectively contributes to the conservation of natural resources.
This diploma thesis aims to record and analyze innovative liquid treatment systems that can be reused for crop irrigation in Greece. In addition, the applicability of these systems in Greece is considered and measures are proposed - incentives for their utilization in agricultural production in Greek territory.
In an effort to achieve the purpose of the work, a general reference is made to the categories and characteristics (physical, chemical and biological) of liquid waste (Chapter 2).
Chapter 3 presents the methods of wastewater treatment and the categories of re-use. Reference is also made to the legal status governing the subject matter.
Chapter 4 presents the most important crop irrigation methods and highlights the effects of irrigation using treated wastewater.
Chapter 5 records and analyzes selected innovative wastewater treatment systems for re-use in crop irrigation is examined and their applicability in Greece is considered.
Finally, the Conclusions Chapter analyzes the need for the implementation of the cyclical economy through the reuse of liquid waste in crop irrigation given the environmental tax imposed on water by Greek legislation and the climatic conditions that have worsened in recent years in Greece.
Το νερό είναι το πολυτιμότερο αγαθό - αποτελεί βασική προϋπόθεση για την ύπαρξη της ζωής αλλά και μοχλό κοινωνικής, πολιτιστικής και οικονομικής ανάπτυξης για κάθε χώρα. Είναι επομένως αδήριτη για κάθε κράτος η ανάγκη βιώσιμης διαχείρισης των υδατικών με στόχο την προστασία του περιβάλλοντος, την αύξηση της γεωργικής παραγωγής και την εξέλιξη του τουρισμού.
Σε πολλές ευρωπαϊκές χώρες τα αστικά λύματα, τα γεωργοκτηνοτροφικά παραπροϊόντα και τα απόβλητα βιομηχανιών δραστηριοτήτων θεωρούνται άχρηστα και δεν αξιοποιούνται με αποτέλεσμα να δημιουργούν πηγές ρύπανσης και επιβάρυνσης του περιβάλλοντος. Στην Ελλάδα, η γεωργία αποτελεί έναν σημαντικό κλάδο της πρωτογενούς παραγωγής, ενώ το μεγαλύτερο μέρος των γεωργικών εγκαταστάσεων διαχειρίζονται τα απόβλητα τους ανεπαρκώς ή καθόλου, αγνοώντας τα πολυάριθμα οφέλη αξιοποίησής τους.
Στην Ελλάδα το ισχύον νομικό καθεστώς που διέπει τη διαχείριση υγρών αποβλήτων είναι αρκετά ανεπτυγμένο, όμως το πρόβλημα έγκειται στην έλλειψη ενημέρωσης καθώς και στην έλλειψη πολιτικής και κοινωνικής πρωτοβουλίας.
Η αξιοποίηση των υγρών αποβλήτων (αστικών, βιομηχανικών, γεωργοκτηνοτροφικών, κλπ) αποτελεί καθοριστικό παράγοντα στη διαχείριση των υδατικών πόρων. Στα πλαίσια της βιώσιμης ανάπτυξης, η επαναχρησιμοποίηση των επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων στην άρδευση καλλιεργειών συντελεί αποτελεσματικά στην εξοικονόμηση φυσικών πόρων.
Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει σκοπό να καταγράψει και να αναλύσει καινοτόμα συστήματα επεξεργασίας υγρών που μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν στην άρδευση καλλιεργειών στην Ελλάδα. Επιπλέον, εξετάζεται η δυνατότητα εφαρμογής των συστημάτων αυτών στην Ελλάδα και προτείνονται μέτρα - κίνητρα για την αξιοποίηση αυτών στην γεωργική παραγωγή στην Ελληνική επικράτεια.
Στην προσπάθεια να επιτευχθεί ο σκοπός της εργασίας αρχικά γίνεται μια γενική αναφορά στις κατηγορίες και τα χαρακτηριστικά (φυσικά, χημικά και βιολογικά) των υγρών αποβλήτων (Κεφάλαιο 2).
Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται οι μέθοδοι επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων αλλά και οι κατηγορίες επαναχρησιμοποίησης τους. Επίσης, γίνεται αναφορά στο νομικό καθεστώς το οποίο διέπει το συγκεκριμένο αντικείμενο.
Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται οι σημαντικότεροι μέθοδοι άρδευσης καλλιεργειών και επισημαίνονται οι συνέπειες της άρδευσης με χρήση επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων.
Στο Κεφάλαιο 5 καταγράφονται και αναλύονται επιλεγμένα καινοτόμα συστήματα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων για επαναχρησιμοποίηση στην άρδευση καλλιεργειών και εξετάζεται η δυνατότητα εφαρμογής τους στην Ελλάδα.
Τέλος, στο Κεφάλαιο με τα συμπεράσματα αναλύεται η ανάγκη για την εφαρμογή της κυκλικής οικονομίας μέσω της επαναχρησιμοποίησης υγρών αποβλήτων στην άρδευση καλλιεργειών δεδομένου του περιβαλλοντικού τέλους που έχει επιβληθεί στο νερό από την Ελληνική νομοθεσία αλλά και των κλιματολογικών συνθηκών που επιδεινώνονται τα τελευταία χρόνια στην Ελλάδα.
Κατάλογος Σχημάτων
Σχήμα 1.1: Ο υδρολογικός κύκλος (πηγή: www.usgs.com) 1
Σχήμα 1.2: Κλιματικές συνθήκες για την καλλιέργεια σιταριού στην Ελλάδα το Δεκέμβριο 2017 (πηγή: https://cropmonitor.org) 4
Σχήμα 1.3: Δείκτης Εκμετάλλευσης των Υδάτων στην Ευρώπη με τον μικρότερο διαθέσιμο κατάλογο στοιχείων (JRC, 2014) 5
Σχήμα 1.4: Υδατικά διαμερίσματα στην Ελλάδα (πηγή: www.ypeka.gr) 7
Σχήμα 1.5: Κατανομή της χρήσης νερού στην Ελλάδα (πηγή: ΦΕΚ 4664Β-4682Β/2017) 7
Σχήμα 2.1: Διάγραμμα ροής βιολογικού καθαρισμού στο ΚΕΛ Ψυττάλειας (πηγή: www.eydap.gr) 14
Σχήμα 2.2: Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων στην Ελλάδα (πηγή: astikalimata.ypeka.gr) 16
Σχήμα 2.3: Βιολογικός καθαρισμός λυμάτων στο ΚΕΛ Ψυττάλειας (πηγή: προσωπικό αρχείο, 19/11/2016) 17
Σχήμα 2.4: Διάγραμμα ροής της επεξεργασίας νερού με την χρήση της τεχνολογίας μεμβρανών (πηγή: Munirasu et al., 2016) 21
Σχήμα 2.5: Διαχωρισμός και ανάλυση κατά κατηγορίες των στερεών που περιέχονται σ΄ένα υγρό απόβλητο (Βλυσίδης, 2007) 27
Σχήμα 3.1: Χάρτης των τεσσάρων οικισμών στην Outapi (μπλε), της γεωργικής περιοχής (κόκκινο) (πηγή: Woltersdorf et al., 2018). 38
Σχήμα 3.2: Μέρος των εγκαταστάσεων υγιεινής και των συστημάτων αποχέτευσης στην Αγία Τριάδα Κρήτης (πηγή: Angelakis et al. 2005) 42
Σχήμα 3.3: Παγκόσμια απεικόνιση του λόγου των συνολικών αναλήψεων νερού προς το σύνολο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (πηγή: www.wri.org/resources/charts-graphs/water-stress-country) 44
Σχήμα 3.4: Χάρτης Επεξεργασίας Αστικών Λυμάτων στην Ελλάδα (πηγή: www.eea.europa.eu) 45
Σχήμα 3.5: Χρήση αγωγών με ροζ χρώμα στις ΗΠΑ για την αποφυγή λανθασμένων διασυνδέσεων (πηγή: http://nas-sites.org/waterreuse/what-is-water-reuse/types-of-water-reuse/) 48
Σχήμα 3.6: Θέσεις ελεγχόμενου εμπλουτισμού υδροφορέων (πηγή: https://ggis.un-igrac.org) 51
Σχήμα 3.7: Εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων στην πόλη Duisburg-Kaίlerfeld της Γερμανίας (πηγή: http://ec.europa.eu/ecolabel). 65
Σχήμα 3.8: Διάγραμμα τυπικής επεξεργασίας αστικών λυμάτων (πηγή: Χρυσικόπουλος, 2013). 65
Σχήμα 3.9: Δεξαμενή εξάμμωσης-λιποσυλλογής στη ΜΕΛ Ξάνθης (πηγή: Λυμπεράτος και Βαγενάς, 2012). 67
Σχήμα 3.10: Δορυφορική φωτογραφία της ΜΕΛ Πατρών, όπου διακρίνονται τα στάδια της προεπεξεργασίας λυμάτων (πηγή: Λυμπεράτος και Βαγενάς, 2012). 69
Σχήμα 3.11: Ορθογωνικές δεξαμενές πρωτοβάθμιας καθίζησης στην Ψυττάλεια (πηγή: προσωπικό αρχείο, 19/11/2016) 70
Σχήμα 3.12: (α) Επίπλευση χωρίς ανακυκλοφορία, (β) Επίπλευση με ανακυκλοφορία (πηγή: Λυμπεράτος και Βαγενάς, 2012) 71
Σχήμα 3.13: Διάγραμμα συστήματος ενεργού ιλύος, με νιτροποίηση-απονιτροποίηση (πηγή: Στασινάκης, 2003) 73
Σχήμα 3.14: Γεωγραφική κατανομή μονάδων Annamox παγκοσμίως (πηγή: Muhammad et al., 2015) 76
Σχήμα 4.1: Πηγή νερού που χρησιμοποιείται για άρδευση το 2010 (πηγή: EuroStat, 2016) 90
Σχήμα 4.2: Μέθοδοι άρδευσης καλλιεργειών. α (κατάκλυση), β (αυλάκια), γ (λωρίδες), δ (υπόγεια), ε (καταιονισμός), στ (στάγδην) (πηγή: Θεοχάρης, 2015) 91
Σχήμα 4.3: Άρδευση στάγδην τεχνητή σε καλλιέργειεα αγκινάρας στη θέση Κάντια Αργολίδας (πηγή: προσωπικό αρχείο, 18/03/2018) 96
Σχήμα 4.4: Η τύχη του αζώτου στα αστικά λύματα που διαχέονται στο έδαφος (πηγή: Beggs et al., 2011) 104
Σχήμα 4.5: Σχηματική απεικόνιση των πηγών λυμάτων, της επίδρασή τους στο μετασχηματισμό μετάλλων και η τύχη τους στα εδάφη (πηγή: Kunhikrishnan et al., 2012) 106
Σχήμα 4.6: Δομή πομπών στην στάγδην άρδευση (πηγή: Li et al., 2011) 108
Σχήμα 5.1: Τμήματα της προτεινόμενης λύσης Richwater (πηγή: https://richwater.eu) 110
Σχήμα 5.2: Σχηματικό διάγραμμα των επιμέρους μονάδων της τεχνολογίας Richwater 1-Αντριδραστήρας MBR χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης, 2-Μονάδας ανάμειξης καθαρού και ανακτημένου νερού, 3-Μονάδα ελέγχου/παρακολούθησης των θρεπτικών συστατικών, 4-Μονάδα αισθητήρων εδάφους για έλεγχο της άρδευσης (πηγή: https://richwater.eu) 112
Σχήμα 5.3: Καινοτόμες τεχνολογίες στο έργο WasteReuse (πηγή: www.wastereuse.eu) 116
Σχήμα 5.4: Το διαδικτυακό εργαλείο WDTM με εφαρμογή στην καλλιέργεια τομάτας στην Ελλάδα και χρήση λιπάσματος από κοπριά αιγοπροβάτων (πηγή: www.wastereuse.eu) 118
Σχήμα 5.5: Σχηματικό διάγραμμα των κυρίων φάσεων της Ανάλυσης Κύκλου Ζωής (πηγή: www.wastereuse.eu) 140
Σχήμα 5.6: Χάρτες επικινδυνότητας στις περιοχές α) Barrax, Ισπανία και β) Albenga, Ιταλία (πηγή:www.wastereuse.eu) 141
Σχήμα 5.7: α) Ηλιακός πρωτότυπος φωτοκαταλυτικός αντιδραστήρας του Πανεπιστημίου Κύπρου β) Ηλιακός πρωτότυπος φωτοκαταλυτικός αντιδραστήρας του Πολυτεχνείου Κρήτης γ) Πιλοτική μονάδα στο οινοποιείο Τσιάκκα (πηγή: www.eng.ucy.ac.cy/winec) 147
Κατάλογος Πινάκων
Πίνακας 1.1: Αριθµός απασχολούμενων στον αγροτικό τοµέα (χιλ.) και ποσοστιαία συµµετοχή του στη συνολική απασχόληση (πηγή: www.statistics.gr) 3
Πίνακας 1.2: Στοιχεία χρήσεων νερού ανά υδατικό διαμέρισμα στην Ελλάδα (πηγή: ΦΕΚ 4664Β-4682Β/2017) 8
Πίνακας 2.1: Τυπική σύσταση ανεπεξέργαστων αστικών λυμάτων στις ΗΠΑ (πηγή: Asano, 1987) 25
Πίνακας 2.2: Όρια έκλυσης ρύπων στην ατμόσφαιρα, το νερό και το έδαφος (πηγή: Oδηγία 2006/166/EK) 34
Πίνακας 3.1: Προτεινόμενα μικροβιολογικά κριτήρια ποιότητας για την επαναχρησιμοποίηση αστικών λυμάτων στην άρδευση καλλιεργειών (πηγή: WHO, 1989) 53
Πίνακας 3.2: Στόχοι για την εξασφάλιση της δημόσιας υγείας από τη χρήση επεξεργασμένων λυμάτων στην άρδευση καλλιεργειών (πηγή: WHO, 2006) 54
Πίνακας 3.3: Μέγιστες συγκεντρώσεις τοξικών χημικών συστατικών στο έδαφος για την προστασία της δημόσιας υγείας (πηγή: WHO, 2006) 55
Πίνακας 3.4: Ελάχιστες απαιτήσεις ποιότητας για την χρήση ανακτημένου νερού στην άρδευση καλλιεργειών (πηγή: Eurostat, 2016) 57
Πίνακας 3.5: Τάξεις ποιότητας ανακτημένου νερού και συναφείς γεωργικές χρήσεις (πηγή: Eurostat, 2016) 57
Πίνακας 3.6: Μικροβιολογικά και λοιπά κριτήρια για περιορισμένη άρδευση (Πίνακας 1 του Παραρτήματος I της Κ.Υ.Α. 145116/2011) 60
Πίνακας 3.7: Μικροβιολογικά και λοιπά κριτήρια για απεριόριστη άρδευση (Πίνακας 2 του Παραρτήματος I της Κ.Υ.Α. 145116/2011) 62
Πίνακας 3.8: Είδη σχάρας (πηγή: Λυμπεράτος και Βαγενάς, 2012) 66
Πίνακας 3.9: Σύγκριση μεθόδων απολύμανσης (πηγή: Χρυσικόπουλος, 2013). 82
Πίνακας 4.1: Όγκος νερού που χρησιμοποιείται για άρδευση, 2010 (πηγή: Eurostat, 2016) 89
Πίνακας 4.2: Μικροβιολογική επιβάρυνση τροφίμων που σχετίζεται με τη χρήση υποβαθισμένης ποιότητας νερού άρδευσης (πηγή: Uyttendaele et al., 2015) 101
Πίνακας 4.3: Περιβαλλοντική ταξινόμηση ασθενειών που σχετίζονται με τη χρήση επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων στην άρδευση καλλιεργειών (πηγή: Scheierling et al., 2010) 103
Πίνακας 5.1: Στοιχεία του έργου WasteReuse (πηγή: www.wastereuse.eu) 113
Πίνακας 5.2: Αποτελέσματα της εισαγωγής κριτηρίων στο εργαλείο WDTM (πηγή: www.wastereuse.eu) 119
Πίνακας 5.3: Τα 4 διαφορετικά σενάρια για την αξιολόγηση των υφιστάμενων τεχνολογιών επεξεργασίας γεωργικών αποβλήτων (πηγή: www.wastereuse.eu) 120
Πίνακας 5.4: Αξιολόγηση ανά σενάριο των υφιστάμενων τεχνολογιών επεξεργασίας γεωργικών αποβλήτων (πηγή: www.wastereuse.eu) 123
Πίνακας 5.5: Αξιολόγηση ανά σενάριο των υφιστάμενων τεχνολογιών επεξεργασίας γεωργικών αποβλήτων (πηγή: www.wastereuse.eu) 136
Πίνακας 5.6:Στοιχεία του έργου WINEC (πηγή: www.eng.ucy.ac.cy/winec) 143
