Διαχείριση ιλύος εγκαταστάσεων επεξεργασίας αστικών λυμάτων στην περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης μέσω πολυκριτηριακής ανάλυσης

Abstract

This doctoral dissertation addresses the scientific field of environmental pollution, focusing on the investigation and evaluation of alternative management practices for sludge generated by Urban Wastewater Treatment Plants, with a case study in the Region of Eastern Macedonia and Thrace, Greece, aiming at its sustainable and environmentally protection. In the Region of Eastern Macedonia and Thrace, population concentration in urban areas, combined with significant seasonal increases in tourism activity, have led to substantial fluctuations in the amount of sludge production. While temporary solutions—such as pilot drying facilities or agricultural land application—have been implemented by Municipal Water Supply and Sewerage Companies, a long-term comprehensive sludge management strategy remains an unmet regional challenge at the regional level. Addressing the problem of sludge management cannot be limited solely to the technical evaluation of alternative solutions. On the contrary, it requires the adoption of multidimensional decision-making approaches that integrate technical, economic, environmental, and social criteria, as well as the views of relevant stakeholders and the local community. Incorporating the participatory dimension into the decision-making process is considered critical for the development of sustainable and socially acceptable waste management strategies.In this framework, the present dissertation aims to contribute to the develop-ment of a systematic framework for evaluating alternative sludge management scenarios in the Region of Eastern Macedonia and Thrace. Specifically, it assesses the current and future sludge production in the study area, utilizing data from interna-tional literature, information from Municipal Water Supply and Sewerage Companies, as well as the existing legislative framework at both national and regional levels. At the same time, alternative sewage sludge management scenarios are ex-plored and evaluated using the application of the Multi-Actor Multi-Criteria Analysis (MAMCA) methodology, which enables the integration of the preferences and cri-teria of different stakeholder groups into the evaluation process. This approach supports a rational and transparent decision-making process and enhances the potential for developing socially acceptable solutions through the combined application of the SMART (Simple Multi-Attribute Rating Technique) method, in order to integrate technical, economic, environmental, and social criteria, as well as the preferences of different stakeholder groups. Five stakeholder groups participated in the analysis: sludge producers (Municipal Water Supply and Sewerage Enterprises of Eastern Macedonia and Thrace), representatives of local authorities, scientists and researchers, potential end-users of treated sludge, and citizens. For the collection of data, 1,500 closed-ended questionnaires were electronically distributed, based on the Contingent Valuation Method (CVM).The alternative management options evaluated included thermal drying, composting, land reclamation, and forestry applications. The assessment was based on three principal categories of criteria - economic, environmental, and social - along with fifteen explicitly defined sub-criteria. The results identified thermal drying and composting as the most highly ranked alternatives, although notable variations were observed among stakeholder groups. Citizens, scientists, and water and wastewater management authorities demonstrated a preference for thermal drying, emphasizing sanitary safety, operational reliability, and regulatory compliance. In contrast, local authorities and potential end-users of treated sludge favored composting due to its contribution to nutrient recovery, support of circular economy principles, and agricultural utilization.The sensitivity analysis, conducted through a symmetric variation of ±10% in the weights assigned to the criteria and sub-criteria, revealed no rank reversals among the evaluated alternatives. This finding confirms the robustness and reliability of the MAMCA–SMART framework and indicates that stakeholder preferences reflect coherent and stable evaluative structures rather than random fluctuations in weighting parameters.Overall, the dissertation demonstrates that sustainable sludge management in the Region of Eastern Macedonia and Thrace requires the adoption of hybrid and participatory strategies that combine biological valorization practices with energy recovery technologies, adapted to local social, environmental, and institutional con-dictions. The proposed framework emerges as an effective and transferable decision-support tool, capable of supporting integrated waste management planning and policy-making processes in other regions and fields of environmental management.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εντάσσεται στο επιστημονικό πεδίο της περιβαλλοντικής ρύπανσης και επικεντρώνεται στη διερεύνηση και αξιολόγηση εναλλακτικών πρακτικών διαχείρισης ενός αποβλήτου, της ιλύος που παράγεται από Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Αστικών Λυμάτων, με πεδίο εφαρμογής την Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης στοχεύοντας στην περιβαλλοντική προστασία της. Στην Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης, η συγκέντρωση πληθυσμού σε αστικά κέντρα, σε συνδυασμό με την έντονη εποχική αύξηση της τουριστικής δραστηριότητας, έχει οδηγήσει σε σημαντικές διακυμάνσεις στην ποσότητα της παραγόμενης ιλύος από τις Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Αστικών Λυμάτων. Παρά την εφαρμογή επιμέρους και κατά κανόνα προσωρινών λύσεων από τις αρμόδιες Δημοτικές Επιχειρήσεις Ύδρευσης και Αποχέτευσης, όπως η λειτουργία πιλοτικών εγκαταστάσεων ξήρανσης ή η διάθεση της ιλύος σε γεωργικές εκτάσεις, το ζήτημα της ολοκληρωμένης και μακροπρόθεσμης διαχείρισης του παραγόμενου αυτού αποβλήτου εξακολουθεί να αποτελεί σημαντική πρόκληση σε περιφερειακό επίπεδο. Η αντιμετώπιση του προβλήματος της διαχείρισης της ιλύος δεν μπορεί να περιοριστεί αποκλειστικά στην τεχνική αξιολόγηση εναλλακτικών λύσεων. Αντίθετα, απαιτεί την υιοθέτηση πολυδιάστατων προσεγγίσεων λήψης αποφάσεων, οι οποίες ενσωματώνουν τεχνικά, οικονομικά, περιβαλλοντικά και κοινωνικά κριτήρια, καθώς και τις απόψεις των εμπλεκόμενων φορέων και της τοπικής κοινωνίας. Η ενσωμάτωση της συμμετοχικής διάστασης στη διαδικασία λήψης αποφάσεων θεωρείται κρίσιμη για τη διαμόρφωση βιώσιμων και κοινωνικά αποδεκτών στρατηγικών διαχείρισης αποβλήτων. Στο πλαίσιο αυτό, η διατριβή επιδιώκει να συμβάλει στη διαμόρφωση ενός συστηματικού πλαισίου αξιολόγησης εναλλακτικών σεναρίων διαχείρισης της ιλύος στην Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης. Ειδικότερα, εκτιμάται η παρούσα και μελλοντική παραγωγή ιλύος στην υπό εξέταση περιοχή, αξιοποιώντας στοιχεία της διεθνούς βιβλιογραφίας, δεδομένα των Δημοτικών Επιχειρήσεων Ύδρευσης και Αποχέτευσης, καθώς και το ισχύον θεσμικό πλαίσιο σε εθνικό και περιφερειακό επίπεδο. Διερευνώνται και αξιολογούνται εναλλακτικά σενάρια διαχείρισης της παραγόμενης ιλύος, μέσω της εφαρμογής της μεθοδολογίας Multi-Actor Multi-Criteria Ana¬lysis (MAMCA), η οποία επιτρέπει την ενσωμάτωση των προτιμήσεων και των κριτηρίων διαφορετικών ομάδων ενδιαφερομένων στη διαδικασία αξιολόγησης. Η προσέγγιση αυτή υποστηρίζει μια ορθολογική και διαφανή διαδικασία λήψης απόφάσεων, και ενισχύει τη δυνατότητα διαμόρφωσης κοινωνικά αποδεκτών λύσεων σε συνδυασμό με την μέθοδο SMART (Simple Multi-Attribute Rating Technique), προκειμένου να ενσωματωθούν τεχνικά, οικονομικά, περιβαλλοντικά και κοινωνικά κριτήρια, καθώς και οι προτιμήσεις διαφορετικών ομάδων ενδιαφερομένων. Στην ανάλυση συμμετείχαν πέντε ομάδες ενδιαφερομένων: οι παραγωγοί ιλύος (ΔΕΥΑ Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης), εκπρόσωποι της τοπικής αυτοδιοίκησης, επιστήμονες και ερευνητές, πιθανοί αποδέκτες της επεξεργασμένης ιλύος και πολίτες. Για τη συλλογή των δεδομένων διανεμήθηκαν ηλεκτρονικά 1.500 ερωτηματολόγια κλειστού τύπου, τα οποία βασίστηκαν στη μέθοδο υποθετικής αγοράς . Οι εναλλακτικές λύσεις που αξιολογήθηκαν περιλάμβαναν τη θερμική ξήρανση, την κομποστοποίηση, τη διάθεση για αποκατάσταση εδαφών και τη διάθεση σε δασοκομικές εφαρμογές. Η ανάλυση πραγματοποιήθηκε βάσει τριών βασικών κατηγοριών κριτηρίων - οικονομικών, περιβαλλοντικών και κοινωνικών - και δεκαπέντε υποκριτηρίων. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν τη θερμική ξήρανση και την κομποστοποίηση ως τις πλέον προτιμώμενες εναλλακτικές λύσεις, με διαφοροποιήσεις μεταξύ των ομάδων ενδιαφερομένων. Οι πολίτες, οι επιστήμονες και οι φορείς ύδρευσης –αποχέτευσης έδειξαν προτίμηση στη θερμική ξήρανση, δίνοντας έμφαση στην υγειονομική ασφάλεια και στη λειτουργική αξιοπιστία, ενώ οι τοπικές αρχές και οι δυνητικοί χρήστες της επεξεργασμένης ιλύος προέκριναν την κομποστοποίηση, λόγω της συμβολής της στην ανάκτηση θρεπτικών στοιχείων και στην ενίσχυση της κυκλικής οικονομίας. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης ευαισθησίας, με συμμετρική μεταβολή ±10% στα βάρη των κριτηρίων και υποκριτηρίων, έδειξαν ότι δεν παρατηρήθηκαν αναστροφές στην κατάταξη των εναλλακτικών επιλογών, γεγονός που επιβεβαιώνει τη σταθερότητα και αξιοπιστία του μοντέλου και υποδεικνύει ότι οι προτιμήσεις των ομάδων ενδιαφερομένων αποτυπώνουν συνεκτικές και διακριτές αξιολογικές προσεγγίσεις. Η διατριβή καταδεικνύει ότι η βιώσιμη διαχείριση της ιλύος στην Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης απαιτεί την υιοθέτηση υβριδικών και συμμετοχικών στρατηγικών, οι οποίες συνδυάζουν τεχνολογίες βιολογικής αξιοποίησης και ενεργειακής ανάκτησης, προσαρμοσμένες στις τοπικές κοινωνικές, περιβαλλοντικές και θεσμικές συνθήκες. Η προτεινόμενη προσέγγιση αναδεικνύεται ως ένα αποτελεσματικό εργαλείο υποστήριξης λήψης αποφάσεων, με δυνατότητα εφαρμογής και σε άλλες περιφέρειες ή πεδία περιβαλλοντικής διαχείρισης.