ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΩΝ

2.1.   Ορισμοί-Βασικές Έννοιες

Ως αέρια απόβλητα (ή αερολύματα) μπορούμε γενικά να ορίσουμε τα αέρια παραπροϊόντα φυσικών ή χημικών διεργασιών, όπως για παράδειγμα της καύσης. Ανάλογα με την πηγή και τις διεργασίες που συντελούνται σε αυτή, τα κυριότερα συστατικά των αερίων αποβλήτων μπορούν να συνοψιστούν στα εξής:

α. Μονοξείδιο του άνθρακα (CO)
β. Διοξείδιο του άνθρακα (CO2)
γ. Οξείδια του Θείου (SOx) με σημαντικότερο εκπρόσωπο το διοξείδιο του θείου (SO2)
δ. Οξείδια του αζώτου (NOx) με συνηθέστερα το μονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ) και το διοξείδιο του αζώτου (ΝΟ2)
ε. Υδρογονάνθρακες (HCs)
στ. Σωματίδια (PM10 δηλ. με διάμετρο μικρότερη των 10 μm)
ζ. Όζον (Ο3)

Στον Πίνακα 1 που ακολουθεί παρουσιάζονται μερικές από τις οι σημαντικότερες πηγές αερίων αποβλήτων, καθώς και τα κυριότερα συστατικά τους, ενώ στο Σχήμα 1, η κατανομή των ανθρωπογενών πηγών και των αέριων ρύπων, που εκπέμπονται από αυτές, στην ατμόσφαιρα.

Όπως μπορούμε να παρατηρήσουμε, δραστηριότητες που σχετίζονται με την παραγωγή ενέργειας μέσω της καύσης πρώτων υλών, καθώς και οι μεταφορές είναι οι σημαντικότερες πηγές απελευθέρωσης αερίων αποβλήτων στην ατμόσφαιρα.

Σχήμα 1:   Κατανομή των ανθρωπογενών πηγών και των εκπομπών αέριων ρύπων (Δ. Μελάς, 2002).

Πέραν όμως των ρύπων αυτών, τα αέρια απόβλητα στην ατμόσφαιρα εμπλέκονται σε διάφορες χημικές αντιδράσεις τόσο μεταξύ τους όσο και μεταξύ των συστατικών της ατμόσφαιρας (οξυγόνο, υδρατμοί, κ.λπ.), κυρίως ως αποτέλεσμα της απορρόφησης ενέργειας από την ηλιακή ακτινοβολία. Έτσι, παράγονται οι δευτερογενείς ρύποι, όπως το τροποσφαιρικό όζον, το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), το νιτρικό υπεροξυακετύλιο [CH3C(O)OONO2, peroxyacetyl nitrate, PAN] και τα υπεροξείδια του αζώτου μέσω μηχανισμών ελευθέρων ριζών, οι οποίοι είναι υπεύθυνοι κατά κύριο λόγο για τα φαινόμενα του φωτοχημικού νέφους, της μειωμένης ορατότητας, του ερεθισμού των ματιών και του αναπνευστικού συστήματος, αλλά και για μια σειρά επιπτώσεων στο περιβάλλον και τον άνθρωπο.

Στην Ελλάδα η απουσία μεγάλων βιομηχανικών μονάδων καθιστούν τις μεταφορές ως τον κύριο υπεύθυνο (σε ποσοστό που μπορεί να ξεπερνά και το 60%) για τις εκπομπές αερίων ρύπων στην ατμόσφαιρα. Πιο συγκεκριμένα, οι βασικοί αέριοι ρύποι που εντοπίζονται στην ατμόσφαιρα των ελληνικών πόλεων, είναι:

Οξείδια του θείου (SOX): οι εκπομπές αυτών προέρχονται κατά το 70% περίπου από τα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας, το 17% από τη βιομηχανία και το 9% από τις μεταφορές.

Οξείδια του αζώτου (NOX): το 48% αυτών προέρχεται από τις μεταφορές, το 20% από τα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας και το 15% από τη βιομηχανία.

Μη Μεθανιούχες Πτητικές Οργανικές Ενώσεις (NMVOCs): για το 59% των εκπομπών αυτών ευθύνονται οι μεταφορές, για το 13% η χρήση διαλυτών, για το 11% η γεωργία, ενώ για το 10% άλλες πηγές, μεταξύ των οποίων και τα απόβλητα.

Μονοξείδιο του άνθρακα (CO): το 71% των εκπομπών οφείλεται στις μεταφορές, ενώ το 17% οφείλεται στον εμπορικό και οικιακό τομέα.

Εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2): η πλειοψηφία των εκπομπών αυτών προέρχεται από τη χρήση ενέργειας (92%) και οι υπόλοιπες από βιομηχανικές διαδικασίες. Σε ό,τι αφορά στις εκπομπές από τη χρήση ενέργειας αυτές οφείλονται στην παραγωγή ενέργειας (55%), στις μεταφορές (21%), στη βιομηχανία (12%) και σε άλλες σταθερές πηγές (12%).
Από τα παραπάνω γίνεται κατανοητό πως τα επίπεδα ατμοσφαιρικής ρύπανσης είναι αυξημένα στα μεγάλα αστικά κέντρα της χώρας μας, όπως η Αθήνα και η Θεσσαλονίκη. Στην Αθήνα, τα επίπεδα ατμοσφαιρικής ρύπανσης έχουν σταθεροποιηθεί. Oι μέσες ετήσιες συγκεντρώσεις του SO2 έχουν μειωθεί αρκετά, γεγονός που οφείλεται κυρίως στη μετεγκατάσταση των βιομηχανιών στα προάστια των πόλεων, στην αντικατάσταση του πετρελαίου ντήζελ από υγραέριο ή βενζίνη στους βιομηχανικούς και οικιακούς/ εμπορικούς τομείς, καθώς και σε μειώσεις του περιεχομένου σε θείο του πετρελαίου ντήζελ από 0,3 σε 0,2% του βάρους. Οι διάμεσες ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις NO2 έχουν σταθεροποιηθεί τα τελευταία χρόνια κοντά στα όρια ατμοσφαιρικής ποιότητας του αέρα. Αντίθετα, οι συγκεντρώσεις των ολικών αιωρούμενων σωματιδίων, υπερβαίνουν συνεχώς το κατευθυντήριο όριο (120 μg/m3) που δίνει ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (WHO). Όσον αφορά στις ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις καπνού στην Αθήνα, υπερβαίνουν το ατμοσφαιρικό όριο (80 μg/m3) στο κέντρο της πόλης, ενώ είναι μέσα στα κανονικά όρια σε πέντε διαφορετικά αστικά σημεία. Επιπλέον, στην Αθήνα, οι μέσες ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις CO οκταώρου παρουσιάζουν τάση μείωσης και οι υπερβάσεις της Π.Ο.Υ. είναι όλο και πιο σπάνιες. Σε ό,τι αφορά στις ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις του όζοντος (Ο3) στο επίπεδο του εδάφους, συχνά υπερβαίνουν τις οριακές τιμές της Ε.Ε. μεταξύ 12:00 και 22:00, ιδιαίτερα στην περιφέρεια των Αθηνών, ενώ τα ατμοσφαιρικά επίπεδα μολύβδου συνεχώς μειώνονται τα τελευταία χρόνια, λόγω της εκτεταμένης πλέον χρήσης της αμόλυβδης βενζίνης στα αυτοκίνητα, με αποτέλεσμα τα επίπεδα μολύβδου να είναι αρκετά χαμηλότερα από τα όρια του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας (0,5 μg/m3).

Σε ό,τι αφορά στα επίπεδα ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην πόλη της Θεσσαλονίκης, η κατάσταση είναι κάπως καλύτερη. Οι μέσες ετήσιες συγκεντρώσεις SO2 έχουν μειωθεί αρκετά από το 1990, ενώ οι διάμεσες ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις NO2 είναι αρκετά χαμηλότερες από τις οριακές τιμές. Την αντίθετη με το ΝΟ2 πορεία εμφανίζει το Ο3. Στην περιφέρεια παρουσιάζει μια αυξητική τάση τα τελευταία χρόνια, ενώ στο κέντρο της πόλης εμφανίζεται μείωση. Παρολαυτά, τα επίπεδα του Ο3 είναι απόλυτα συγκρίσιμα με εκείνα της Αθήνας, κάτι που οδηγεί στο συμπέρασμα, ότι δημιουργείται πρόσθετο Ο3 στην περιοχή, εκτός, δηλαδή, του παραγόμενου από τη φωτοχημική αντίδραση του ΝΟ2 στην ατμόσφαιρα της πόλης. Επίσης, οι συγκεντρώσεις CO παρουσιάζουν τάση μείωσης και οι μέσες συγκεντρώσεις είναι χαμηλότερες από αυτές που εμφανίζονται στην Αθήνα, ενώ, τέλος, μείωση παρουσιάζουν και τα ατμοσφαιρικά επίπεδα μολύβδου.
Στην περιοχή της Κοζάνης και της Μεγαλόπολης, όπου η ΔΕΗ εκμεταλλεύεται τα κοιτάσματα λιγνίτη για παραγωγή ενέργειας, το πρόβλημα εκπομπής αιωρούμενων σωματιδίων και SO2 από τις καμινάδες των εργοστασίων της είναι ιδιαίτερα σημαντικό. Αξίζει να αναφερθεί η περίπτωση εκπομπής SO2 από την καμινάδα της μονάδας IV του ΑΗΣ Μεγαλόπολης κατά την περίοδο 8-13 Ιουνίου 2003, οπότε η συγκέντρωση του ρύπου στην έξοδο της καμινάδας ξεπέρασε το όριο των 440 mg/nm3 έως και 14 φορές. Υπολογίζεται ότι η μονάδα ΑΗΣ Μεγαλόπολης της ΔΕΗ συμβάλλει σε SΟx στην ατμόσφαιρα της Ελλάδας κατά 40%, ενώ σε ευρωπαϊκό επίπεδο κατά 8,89% (Πηγή: ΓΓΕΤ, 2004).

2.2.  Επεξεργασία – διαχείριση αέριων αποβλήτων
Η σημαντικότητα των προβλημάτων που προκύπτουν από την απελευθέρωση των αερίων αποβλήτων έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη πολλών τεχνικών που έχουν ως στόχο α) την απομάκρυνσή τους από την ατμόσφαιρα β) την αδρανοποίησή τους πριν την απελευθέρωσή τους στην ατμόσφαιρα, δηλ. τη μετατροπή των συστατικών τους σε λιγότερο επιβλαβή συστατικά ή γ) συνδυασμό των ανωτέρω. Η συσσώρευση συστατικών που αποτελούν φυσικά συστατικά της ατμόσφαιρας, ακόμα και αν δεν έχουν άμεσες τοξικές επιδράσεις, χρήζει ιδιαίτερης προσοχής, καθώς αυτά μπορούν να προκαλέσουν σημαντικές έμμεσες επιπτώσεις. Τυπικό παράδειγμα αποτελεί το φαινόμενο του θερμοκηπίου (βλ. ενότητα «Ατμοσφαιρική ρύπανση – κλιματική αλλαγή).
Η επιλογή της κατάλληλης μεθόδου επεξεργασίας των αερολυμάτων εξαρτάται από διάφορους παράγοντες:

α. τις φυσικές και χημικές ιδιότητες των αέριων ρύπων
β. τον όγκο (ποσότητα) των αερολυμάτων
γ. την περιεκτικότητα σε τοξικά αέρια
δ. τη συνολική σύσταση του μίγματος (δηλ. ποια συστατικά βρίσκονται σε μεγαλύτερη περιεκτικότητα).

Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία των αέριων αποβλήτων, κυρίως στη βιομηχανία, λόγω του σημαντικού όγκου των αέριων αποβλήτων και της υψηλής περιεκτικότητάς τους στους διάφορους επιμέρους ρύπους, μπορούν να χωριστούν στις παρακάτω γενικές κατηγορίες:

2.2.1. Συμπύκνωση
Η μέθοδος αυτή αφορά σε μεγάλες ποσότητες αερίων ή ατμών και παρέχει τη δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης (ανακύκλωσης) των αερίων που κατακρατούνται. Δεν εφαρμόζεται σε περιπτώσεις που τα αερολύματα περιέχουν ενώσεις που είναι ιδιαίτερα τοξικές. Η μέθοδος βασίζεται στην επαφή των αερολυμάτων με ένα ψυκτικό υγρό ή με μια ψυχρή μεταλλική επιφάνεια, με αποτέλεσμα τα αέρια ή οι ατμοί να συμπυκνώνονται και, έτσι, να συγκρατούνται χωρίς να απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα.

2.2.2. Απορρόφηση
Η μέθοδος αυτή στηρίζεται στην επαφή των αερολυμάτων με ένα απορροφητικό υγρό (νερό ή οργανικό διαλύτη), ώστε τα συστατικά των αερολυμάτων να μεταφερθούν από την αέρια φάση στην υγρή. Η επαφή γίνεται με δυο τρόπους: α) είτε ψεκάζοντας τα αερολύματα με το υγρό ή β) περνώντας τα αερολύματα από ένα υλικό το οποίο έχει εμποτιστεί με το απορροφητικό υγρό. Το υγρό στη συνέχεια συλλέγεται και είτε οδηγείται προς επεξεργασία είτε αναγεννάται, ειδικά όταν χρησιμοποιούνται οργανικοί διαλύτες που έχουν υψηλότερο λειτουργικό κόστος. Στο Σχήμα 2 παρουσιάζεται η λειτουργία της τεχνικής καθαρισμού αερολυμάτων με τη μέθοδο της απορρόφησης.

Σχήμα 2:  Διατάξεις συμπύκνωσης αερολυμάτων (Κουιμτζής- Μάτης, 1993).

2.2.3. Προσρόφηση
Η τεχνική της προσρόφησης είναι παρόμοια με αυτή της απορρόφησης, υπό την έννοια, ότι τα αερολύματα αντί να έρχονται σε επαφή με κάποιο υγρό, έρχονται σε επαφή με ένα στερεό. Η διαδικασία απαιτεί χαμηλή θερμοκρασία, ώστε να γίνεται πιο γρήγορα. Ως προσροφητικά μέσα χρησιμοποιούνται διάφορα υλικά, όπως ο ενεργός άνθρακας και πηκτή πυριτίας (silicagel).

2.2.4. Κατάλυση
Η κατάλυση είναι μια ιδιαιτέρα γνωστή μέθοδος επεξεργασίας αερολυμάτων, μιας και χρησιμοποιείται στα αυτοκίνητα σύγχρονης τεχνολογίας. Οι καταλύτες που χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα (Σχήμα 3) είναι συστήματα που τοποθετούνται στο σύστημα εξαγωγής των καυσαερίων και μετατρέπουν τους εκπεμπόμενους ρύπους, κατά το δυνατόν, σε αβλαβή αέρια, μέσω μιας σειράς οξειδο-αναγωγικών αντιδράσεων.

2.2.5. Φίλτρα
Τα φίλτρα χρησιμοποιούνται, κατά κύριο λόγο για την απομάκρυνση των σωματιδίων που περιέχονται στα αερολύματα. Υπάρχουν διάφοροι τύποι φίλτρων, όπως βαρύτητας, ψεκασμού, ηλεκτρισμού κ.λπ. Η επιλογή του κατάλληλου φίλτρου εξαρτάται από την περιεκτικότητα των αερολυμάτων σε σωματίδια και από την σύσταση των σωματιδίων (περιεκτικότητα σε τοξικές ενώσεις κ.λπ.).

Σχήμα 3: Εσωτερική δομή κεραμικού καταλύτη (Χασιώτης, 2004).