Διαμόρφωση διαχειριστικών σχημάτων για επεξεργασία και διάθεση λυμάτων με χρήση έμπειρων συστημάτων

Abstract

The objective of the present Ph.D. Dissertation is the development of an expert system for the rational management of the wastewaters from small to medium size communities. Emphasis is placed on the reuse of treated wastewater for irrigation and on the use of natural treatment systems. For this purpose wastewater treatment requirements and receiver water quality standards are considered and graphical models are developed for designing alternative natural treatment systems, for sizing submarine outfalls, and for calculating the irrigation requirements and the assimilative capacity of rivers and lakes. The above are placed under the aegis of an expert system, which is implemented in FORTRAN programming language, and deals simultaneously with the treatment, reuse and disposal problem and uses the above models for developing a rational management plan that satisfies all relevant treatment requirements and receiver water quality standards.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζει τη διαχείριση των λυμάτων από οικιστικές περιοχές μικρού ή μεσαίου μεγέθους με έμφαση στην ορθολογική λύση του προβλήματος «επεξεργασία με χρήση φυσικών συστημάτων - επαναχρησιμοποίηση για άρδευση - διάθεση σε επιφανειακούς αποδέκτες σύμφωνα με την αφομοιωτική τους ικανότητα». Οι μικρές και μεσαίες οικιστικές περιοχές, συμπεριλαμβανομένων και των μεγάλων ξενοδοχειακών και άλλων τουριστικών εγκαταστάσεων που αποτελούν το κύριο αντικείμενο της παρούσας διατριβής, επηρεάζουν το σύνολο σχεδόν των επιφανειακών νερών της χώρας. Η γεωγραφική διασπορά των προβλημάτων ρύπανσης που προκαλούν γίνεται εμφανής αν ληφθεί υπόψη ότι στη χώρα μιας μόνο 61 πόλεις έχουν πληθυσμό μεγαλύτερο από 10.000 κατοίκους ενώ υπάρχουν περί τις 5.890 οικιστικές περιοχές με πληθυσμό μικρότερο από 10.000 κατοίκους, καθώς και σημαντικός αριθμός μεγάλων ξενοδοχείων και άλλων τουριστικών εγκαταστάσεων. Συνήθης πρακτική στην διαχείριση των λυμάτων είναι ο ορισμός της αναγκαίας επεξεργασίας έτσι ώστε να τηρούνται τα όρια ποιότητας των νερών του αποδέκτη. Στη παρούσα μελέτη εξετάζεται το σημαντικά πιο ευέλικτο σύστημα της επιλογής περισσοτέρων του ενός αποδέκτη και η μεταβλητή χρήση καθενός, ανάλογα με την αφομοιωτική τους ικανότητα βάσει των δυσμενών κλιματικών και υδρολογικών συνθηκών σχεδιασμού για κάθε μήνα. Συνεπώς, με το προτεινόμενο σύστημα λαμβάνεται υπόψη ο ετήσιος κύκλος των μεταβολών της απόδοσης των φυσικών συστημάτων, των αναγκών άρδευσης και της αφομοιωτικής ικανότητας των αποδεκτών. Βασικό πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα συντονισμού των κύκλων αυτών, οι οποίοι χαρακτηρίζονται αφ' ενός από περιόδους όπου αυξάνεται ο πληθυσμός και μεγιστοποιείται η δυναμικότητα και η απόδοση των φυσικών συστημάτων και οι αρδευτικές ανάγκες και αφ' ετέρου από περιόδους όπου μεγιστοποιείται η αφομοιωτική ικανότητα των ποταμών και η ολική αραίωση των υποθαλάσσιων αγωγών. Το έμπειρο σύστημα που περιγράφεται στο Κεφάλαιο 4, αναλύει τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της απόδοσης των εναλλακτικών φυσικών συστημάτων και των διαθέσιμων αποδεκτών, προκειμένου να προκύψει ο πλέον κατάλληλος συνδυασμός επεξεργασίας - επαναχρησιμοποίησης - διάθεσης. Την ικανότητα ανάλυσης αντλεί το έμπειρο σύστημα από τα μοντέλα βέλτιστου σχεδιασμού και προσομοίωσης φυσικών συστημάτων που αναπτύχθηκαν και περιγράφονται στο Κεφάλαιο 2, καθώς επίσης και από τα διαχειριστικά μοντέλα πρόβλεψης αρδευτικών αναγκών, ποιότητας νερών ποταμών και λιμνών, διαστασιολόγησης και υπολογισμού απόδοσης υποθαλάσσιων αγωγών που αναπτύχθηκαν και περιγράφονται στο Κεφάλαιο 3. Το διαχειριστικό σχήμα που προκύπτει περιλαμβάνει επιλογή και διαστασιολόγηση του καταλληλότερου φυσικού συστήματος επεξεργασίας, καθώς και ορισμό του προσφορότερου τρόπου διάθεσης (ανά μήνα) με έμφαση στη ασφαλή επαναχρησιμοποίηση για άρδευση. Η διάθεση σε επιφανειακά νερά γίνεται, όπου είναι αναγκαία, σύμφωνα με την αφομοιωτική ικανότητα των αποδεκτών, ενώ η διάθεση στη θάλασσα γίνεται με κατάλληλα διαστασιολογημένους υποθαλάσσιους αγωγούς, έτσι ώστε να τηρούνται τα όρια ποιότητας των νερών ανάλογα και με την επιθυμητή χρήση. Αποτέλεσμα του ερευνητικού έργου είναι η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου υπολογιστικού συστήματος, το οποίον εμπεριέχει τα μοντέλα επεξεργασίας και διάθεσης και υλοποιεί το έμπειρο σύστημα, έτσι ώστε να μπορεί να διαμορφώνει το ορθολογικότερο σε κάθε περίπτωση διαχειριστικό σχήμα επεξεργασίας - επαναχρησιμοποίησης - διάθεσης. Η απλή χρήση και η ελαχιστοποιημένη ανάγκη συλλογής στοιχείων από το πεδίο καθιστούν το σύστημα κατάλληλο για ευρεία εφαρμογή. Η εφαρμογή αυτή θα μπορούσε να συμβάλλει στην αποδοτικότερη αντιμετώπιση των προβλημάτων ρύπανσης από τους πολυπληθείς μικρομεσαίους οικισμούς, στην προβολή των φυσικών συστημάτων επεξεργασίας, τα οποία παραμένουν ουσιαστικά άγνωστα στη χώρα μας, καθώς και στην προαγωγή της επαναχρησιμοποίησης των επεξεργασμένων λυμάτων με άρδευση με ταυτόχρονη εξοικονόμηση φρέσκου νερού για άλλες χρήσεις.