Σύγχρονες τεχνολογίες παραγωγής πόσιμου νερού με συστήματα αφαλάτωσης. Ανάλυση και εκτίμηση του οικολογικού αποτυπώματός τους.

Recent developments in desalination technologies for drinking water. Analysis and assessment of their ecological footprint (Αγγλική)

  1. MSc thesis
  2. ΡΟΚΚΟΣ, ΓΕΩΡΓΙΟΣ
  3. Διαχείριση Αποβλήτων (ΔΙΑ)
  4. 12 Σεπτεμβρίου 2020 [2020-09-12]
  5. Ελληνικά
  6. 102
  7. ΠΑΠΑΔΑΣ, ΙΩΑΝΝΗΣ
  8. ΠΑΠΑΔΑΣ , ΙΩΑΝΝΗΣ | ΜΑΝΑΡΙΩΤΗΣ , ΙΩΑΝΝΗΣ
  9. Αφαλάτωση | αντίστροφη όσμωση | αφαλάτωση με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας | περιβαλλοντικές επιπτώσεις αφαλάτωσης
  10. 4
  11. 28
  12. Εικόνα 1 Παγκόσμια ζήτηση νερού και βασικές απαιτήσεις σύμφωνα με τον Π.Ο.Υ (πηγή : Kucera , 2014)……………………………………………………..……………………...2 Εικόνα 2 Ζήτηση νερού από τον οικιακό τομέα από το 1960-2014 (πηγή: https://www.wri.org)........................................................................……………………….3 Εικόνα 3 Σημάδια τοξικότητας του βορίου σε καμφορά (πηγή: Desalination of Seawater ,AWWA MANUAL M61)………………………………………..………………………..5 Εικόνα 4 Κάψιμο κισσού από νερό με υψηλές τιμές χλωριδίου (πηγή: Desalination of Seawater ,AWWA MANUAL M61)………………………………………………………6 Εικόνα 5 Παγκόσμια κατανομή εγκαταστάσεων αφαλάτωσης και δυναμικότητα ανά τομέα χρήσης του νερού (πηγή: Jones et al.,2019)………………………………………………10 Εικόνα 6 Μονάδες αφαλάτωσης στα Ελληνικά Νησιά (πηγή: Arampatzis et al.,2017)…………………………………………………………………………………...11 Εικόνα 7 Εγκαταστάσεις αφαλατώσεων στην Ελλάδα κατά την διάρκεια 1981-2016 (πηγή: Arampatzis et al.,2017)……………………………………………………………………12 Εικόνα 8 Υδριάδα: πλωτή μονάδα αφαλάτωσης με ΑΠΕ στο νησί της Ηρακλείας (πηγή: προσωπικό αρχείο)………………………………………………………………………..13 Εικόνα 9 Καθιερωμένες και αναδυόμενες διαδικασίες αφαλάτωσης. Σε μπλε οι τεχνολογίες βασισμένες σε μεμβράνες και σε κόκκινες οι τεχνολογίες θερμικής βάσης (πηγή: Kress , 2019)………………………………………………………………………………………15 Εικόνα 10 Σχηματική απεικόνιση της πολυβάθμιας εκτόνωσης (πηγή: Καραλής & Εμμανουηλίδης , 2011)……………………………………………………………………16 Εικόνα 11 Σχηματική απεικόνιση της πολυβάθμιας εξάτμισης (πηγή: Καραλής & Εμμανουηλίδης , 2011)……………………………………………………………………18 Εικόνα 12 Τύποι της τεχνολογίας MD A)DCMD , B) AGMD , C) VMD , D) SGMD (πηγή: Schorr , 2011)……………………………………………………………………...............20 Εικόνα 13 Σχηματική απεικόνιση της εξάτμισης με επανασυμπίεση ατμών (πηγή: Μπουτσίκου & Δραγανίγος , 2019)……………………………………………………….21 Εικόνα 14 Σχηματική απεικόνιση αφαλάτωσης προσρόφησης (πηγή: Eric et al.,2012)....22 Εικόνα 15 Σύνθεση μιας μεμβράνης σπειροειδούς περιέλιξης (πηγή: www.amtaorg.com).............................................................................................................24 Εικόνα 16 Σχεδιασμός μεμβράνης κοίλων ινών (πηγή: Bazhenov et al.,2018)………….24 Εικόνα 17 Σχηματική απεικόνιση ηλεκτροδιάλυσης (πηγή: Καραλής & Εμμανουηλίδης , 2011)………………………………………………………………………………………27 Εικόνα 18 Σχηματική απεικόνιση διαδικασίας εμπρόσθιας όσμωσης και επιβραδυνόμενης πίεσης (πηγή: Hankins & Singh , 2016)…………………………………………………..29 Εικόνα 19 Σχηματική απεικόνιση διεργασίας χωρητικού απιονισμού μεμβράνης (πηγή: Jeon et al.,2013)…………………………………………………………………………...31 Εικόνα 20 Σχηματική απεικόνιση Τριπλού υβριδικού συστήματος αφαλάτωσης (NF-RO-MSF)(πηγή: Ang et al.,2015)……………………………………………………………...32 Εικόνα 21 Σύζευξη διαφόρων μεθόδων αφαλάτωσης με συστήματα μετατροπής ηλιακής ενέργειας (πηγή: Belesiotis et al.,2016)……………………………………………………37 Εικόνα 22 Σχηματική απεικόνιση ηλιακής απόσταξης (πηγή: Schorr , 2011)……………38 Εικόνα 23 Σχηματική απεικόνιση μονού και πολλαπλού αποστακτήρα σε σύζευξη με ηλιακούς συλλέκτες (πηγή: Schorr , 2011)………………………………………………..39 Εικόνα 24 Σχηματική απεικόνιση αφαλάτωσης ύγρανσης – αφύγρανσης σε σύζευξη με ηλιακούς συλλέκτες (πηγή: Schorr , 2011)………………………………………………..41 Εικόνα 25 Σχηματική απεικόνιση αφαλάτωσης ,ηλιακής λίμνης/MED (πηγή: Karaghouli & Kazmerski , 2013)……………………………………………………………………....42 Εικόνα 26 Σχηματική απεικόνιση αφαλάτωσης με Φ/Β (πηγή: Schorr , 2011)…………..44 Εικόνα 27 Σχηματική απεικόνιση συστήματος PV/ED (πηγή: Karaghouli & Kazmerski , 2013)………………………………………………………………………………………46 Εικόνα 28 Σχηματική απεικόνιση αφαλάτωσης (MD) οδηγούμενη από γεωθερμική ενέργεια (πηγή: Turchi , 2015)……………………………………………………………50 Εικόνα 29 Συνολικό ετήσιο ποσοστό κόστους των κύριων τεχνολογιών αφαλάτωσης (πηγή: Alkaisi et al.,2017)………………………………………………………………...............56 Εικόνα 30 Υδρολογικές λεκάνες και υδρογραφικό Ν. Ίου(πηγή: Φίλης, 2018)………….72 Εικόνα 31 Ετήσια ύψη βροχής μετερωρολογικού σταθμού Ίου (πηγή: Φίλης, 2018)…...73 Εικόνα 32 Εσωποτάμια λιμνοδεξαμενή στην περιοχή Μυλοπότα Ίου (πηγή: προσωπικό αρχείο)…………………………………………………………………………………….76 Εικόνα 33 Μέση ημερήσια κατανάλωση νερού ανά μήνα Δήμου Ιητών (πηγή: Γραφείο ύδρευσης Δήμου Ιητών)…………………………………………………………………...78 Εικόνα 34 Υδροληψία μονάδας αφαλάτωσης Μυλοπότα Ίου (πηγή: google earth)………79 Εικόνα 35 Υδροληψία μονάδας αφαλάτωσης Πούντας Ίου (πηγή : google earth)………...82 Εικόνα 36 Μεμβράνη αντίστροφης όσμωσης σε μονάδα αφαλάτωσης της Ίου (πηγή: προσωπικό αρχείο)………………………………………………………………………...85 Εικόνα 37 Υλικά φίλτρανσης διαφορετικής κοκκομετρίας (πηγή: Γραφείο ύδρευσης Δήμου Ιητών)……………………………………………………………………………………..88 Εικόνα 38 Φίλτρα άμμου και ενεργού άνθρακα (πηγή: προσωπικό αρχείο)………………90 Εικόνα 39 Φίλτρα φυσιγγίων (πηγή: προσωπικό αρχείο)…………………………………92 Εικόνα 40 Μεμβρανοδοχεία αντίστροφης όσμωσης (πηγή: προσωπικό αρχείο)…………94   Πίνακας 1 Κύριο κόστος των κυριότερων συμβατικών τεχνολογιών αφαλάτωσης (Πηγή: Alakisi et al.,2017)………………………………………………………………………...55 Πίνακας 2 Σύγκριση ως προς την ποιότητα του νερού , το κόστος και την αξιοπιστία διαφόρων μεθόδων υδροληψίας θαλασσινού νερού (Πηγή: Alakisi et al.,2017)…………57 Πίνακας 3 Εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου για διαφορετικές τεχνολογίες αφαλάτωσης (πηγή: Elsaid et al.,2020)………………………………………………………………….69 Πίνακας 4 Μέσα μηνιαία ύψη βροχής , μέσες μηνιαίες τιμές θερμοκρασίας και ποσοστό συμμετοχής κάθε μήνα στο μέσο ετήσιο ύψος βροχής για τα υδρολιγικά έτη 1955- 2018 (πηγή: Φίλις, 2018)………………………………………………………………………..74 Πίνακας 5 Αφίξεις επιβατών στην Ίο από Μάιο έως Σεπτέμβριο για τα έτη 2010-2019 (πηγή: Λιμεναρχείο Ίου)…………………………………………………………………..75 Πίνακας 6 Μέση ημερήσια κατανάλωση νερού ανά μήνα Δήμου Ιητών (πηγή : Γραφείο ύδρευσης Δήμου Ιητών)…………………………………………………………………..77 Πίνακας 7 Χημικά χαρακτηριστικά νερού από γεωτρήσεις Δήμου Ιητών………………..81
    • Με τα αποθέματα πόσιμου νερού να μειώνονται και την ζήτηση για διάφορες ανθρώπινες δραστηριότητες να αυξάνεται συνεχώς , η αφαλάτωση θαλασσινού νερού έχει καθιερωθεί ως μια αξιόπιστη λύση για την κάλυψη των απαιτήσεων σε καθαρό νερό. Ωστόσο, η αφαλάτωση όπως οποιαδήποτε διαδικασία που βασίζεται στον άνθρωπο έχει οδηγήσει σε πολλές επιπτώσεις στο περιβάλλον. Η απόρριψη της άλμης στο φυσικό περιβάλλον μαζί με τις χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στην διεργασία της αφαλάτωσης , είναι οι σημαντικότερες επιπτώσεις, οι οποίες έχουν μελετηθεί εκτενώς, με κάποιες προσπάθειες για τον μετριασμό και τον έλεγχό τους. Στην παρούσα Μεταπτυχιακή Διπλωματική εργασία παρουσιάζονται οι πιο σύγχρονες και διαδεδομένες τεχνολογίες αφαλάτωσης ,αναλύονται οι επιπτώσεις τους στο περιβάλλον και περιγράφεται η μονάδα αφαλάτωσης θαλασσινού νερού που λειτουργεί στην Νήσο Ίο. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια γενική αναφορά στο νερό παγκοσμίως , όσον αφορά την ζήτηση και τα αποθέματα του και αναλύονται τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του νερού που παράγεται από αφαλάτωση καθώς και οι πιθανές επιπτώσεις από την χρήση του. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις εγκαταστάσεις μονάδων αφαλάτωσης σε παγκόσμιο επίπεδο και στον ελληνικό χώρο τόσο για τις συμβατικές τεχνολογίες όσο και για τις υβριδικές ή αφαλατώσεις που λειτουργούν με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι πιο διαδεδομένες τεχνολογίες αφαλάτωσης , τα πεδία εφαρμογής τους και τίθενται σε σύγκριση βάση των πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων τους καθώς και του κόστους εγκατάστασης και λειτουργίας τους. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι τεχνολογίες αφαλάτωσης που λειτουργούν με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και συγκρίνονται με τις συμβατικές μεθόδους. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναλύονται οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις των διεργασιών αφαλάτωσης , τόσο από τις διαδικασίες υδροληψίας όσο και από την απόρριψη της άλμης και κατηγοριοποιούνται βάση τον βαθμό επικινδυνότητάς τους για το περιβάλλον. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η περίπτωση της Νήσου Ίου και περιγράφεται ως προς το τεχνικό και λειτουργικό τομέα μια μονάδα αφαλάτωσης θαλασσινού νερού δυναμικότητας 1.000 κ.μ./ημέρα που είναι εγκατεστημένη και λειτουργεί στην Ίο. Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο αναπτύσσονται τα συμπεράσματα από την διαδικασία αφαλάτωσης και των τρόπων αντιμετώπισης των περιβαλλοντικών επιπτώσεων.
    • With fresh water supplies in decline and the demand for various human activities constantly increasing, seawater desalination has been established as a reliable solution to meet the requirements of clean water. However, desalination, like any human-based process, is associated with environmental impacts. Disposal of brine in the natural environment, including chemicals used in the desalination process, are the most important impacts, which have been extensively studied along with efforts to mitigate and control them. This Master's Thesis presents the most modern and widespread desalination technologies, analyzes their environmental impact and describes the seawater desalination unit that operates in Ios Island. The first chapter provides a general overview of water worldwide, in terms of demand and reserves, and there is an analysis of the qualitative characteristics of desalinated water as well as the possible impacts of its use. The second chapter makes a reference to desalination plants in Greece and worldwide in terms of both conventional and hybrid technologies, as well as desalination plants that operate with renewable energy sources. The third chapter presents the most common desalination technologies in addition to their scope, and compares them based on their advantages and disadvantages, as well as their installation and operational costs. The fourth chapter presents desalination technologies that operate with renewable energy sources, which are further compared with conventional methods. The fifth chapter analyzes the environmental impact of desalination processes, both from water abstraction and brine disposal, and categorizes them based on their number of environmental hazards. The sixth chapter presents the case of Ios Island where a seawater desalination unit, with a capacity of 1,000 cubic metres per day, that is installed and operates in Ios is described in technical and operational terms. Finally, the seventh chapter sets out the conclusions of the desalination process and the ways of addressing environmental impacts.
  14. Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.