Metode Si Tehnologii de Epurare a Levigatului Provenit din Depozitele de Deseuri Urbane Si Rurale

Cuprins

Capitolul 1. Introducere……………………………………………………………………………………………..3

Date genrale …………………………………………………………………………………………….3

Necesitatea și obiectivitatea temei……………………………………………………………….3

1.3. Compoziția și caracteristicile deșeurilor menajere urbane și rurale……………….4

Capitolul 2. Depozitele de deșeuri. Levigatul………………………………………………………………..7

2.1 Elemente generale……………………………………………………………………………………..7

2.2 Impermeabilizarea amprizei depozitelor………………………………………………………8

2.3 Formarea levigatului. Procese fizice, chimice si biologice…………………………….11

2.4 Compozitia levigatului. Factori care influenteaza compozitia levigatului……….13

2.5. Reteaua de colectare si evacuare a levigatului…………………………………………….15

Capitolul 3. Stadiul actual al tehnologiilor de epurare avansata a levigatului…………………..17

3.1 Metode chimice……………………………………………………………………………………….17

3.2 Metode fizico – chimice de epurare a levigatului…………………………………………17

3.3 Metode fizice ………………………………………………………………………………………..18

3.4 Tratarea termică a levigatelor……………………………………………………………………19

3.5 Epurare biologică…………………………………………………………………………………….22

3.6 Procedee combinate. Alegerea metodei de tratare………………………………………..23

Capitolul 4. Soluții și metode de epurare avansata……………………………………………………….25

4.1 Epurare biologica extensivă si intensiva ……………………………………………………25

4.2 Aspecte privind tratarea microbiologică a levigatului………………………………….28

4.3 Epurarea prin osmoza inversa…………………………………………………………………..30

4.4 Stații de epurare lixiviat la depozite ecologice din România………………………….33

Capitolul 5. Concluzii generale………………………………………………………………………………….37

Bibliografie…………………………………………………………………………………………………………….39

CAP. 1 INTRODUCERE

1.1 Date generale

Tratarea deșeurilor a devenit în ultimul timp un domeniu de cercetare căruia i se acordă o atenție deosebită, iar problemele din cadrul acestui domeniu au devenit prioritare, ca rezultat al dezvoltării tehnicii, de la fazele incipiente, până la stadiul avansat al tehnicii moderne.

Dezvoltarea urbanistică și industrială a lumii moderne, precum și creșterea nivelului de trai al populației a condus la creșterea impresionantă a cantitaților de deșeuri generate, care trebuiesc tratate și neutralizate.

Reziduurile datorate nișei umane au un caracter deosebit de complex, ele generând practic o multitudine de agenți poluanți și forme de poluare și existând, ca atare, diverse surse de poluare:

Necesitatea si obiectivitatea temei

Aderarea României la Uniunea Europeană a impus conformarea la exigențele acesteia în privința gestionării corespunzătoare a deșeurilor și la măsuri precise privind depozitarea deșeurilor și refacerea ecologică a terenurilor afectate de depozite.

Pentru stabilirea condițiile de depozitarea deșeurilor și de tratarea levigatului conform Directivei 1999/31/EC s-a adoptat prin HG 747 din noiembrie 2005 "Normativul tehnic privind depozitarea deșeurilor“..

Depozitarea – care constituie cea mai ieftină soluție și cea mai răspândită formă de tratare a deșeurilor-, prezintă dezavantajul ocupării unor suprafețe mari de teren pe termen foarte lung, de aceea depozitarea nu este considerată ca fiind o soluție sustenabilă de gestionare a deșeurilor.

Cunoașterea și analizarea condițiilor de formare a levigatului provenit din depozitele de deșeuri municipale, a caracteristicilor și tehnologiilor aplicabile acestuia, este necesară pentru a permite implementarea unei politici durabile, având în vedere că levigatul reprezintă o problemă de mediu pe termen lung..

1.3 Compozitia si caracteristicile deseurilor menajere urbane si rurale

Compoziția fizică a deșeurilor (pe tipuri de deșeuri) variază în limite destul de mari nu doar de la o localitate la alta, dar chiar pentru aceeași localitate variază în funcție de anotimp și în funcție de tipul de locuință. Gazdaru A, 2006, [1]

Figura 1.1 Compoziția fizica medie a deșeurilor urbane menajere în Europa și în România; [1]

Din punct de vedere chimic, substanțele care caracterizează compoziția de bază a componentelor organice și minerale ale deșeurilor urbane sunt redate in figura 1.2, iar compozitia pe elemente chimice face obiectul tabelului 1.1 :

Tabelul 1.1

Compoziția chimică pe elemente a deșeurilor menajere din București

Diversitatea compoziției deșeurilor menajere urbane și rurale depinde de factori precum: dezvoltarea tehnologică și urbanistică, nivelul de trai, venitul pe cap de locuitor, amplasarea din punct de vedere geografic, dezvoltarea activităților comerciale, obiceiuri și tradiții caracteristice unor zone sau unei țări.

Figura 1.2 Compoziția chimica pe grupe de substante a deșeurilor urbane menajere în România; [4/ Rosu G., 2013]

Principalele caracteristici ale deșeurilor menajere

Greutatea specifică a deșeurilor reprezintă greutatea unității de volum, în starea în care se găsesc depuse acestea. Greutatea specifică stabilită în stare afânată, înainte ca deșeurile să mai sufere vreo modificare, mai este denumită și greutate specifică de referință.

Greutatea specifică de referință are în general o tendință de scădere, datorită creșterii continue a procentului deșeurilor cu greutate specifică mică (hârtie, cartoane, ambalaje, plastic ) și scăderea procentului de materie inertă (zgură, cenușă, pământ, moloz) ca urmare a îmbunătățirii gradului de confort al locuințelor.

Valoarea medie în Europa variază între 200 și 300 kg/m3.

Greutatea specifică a deșeurilor menajere variază într-o mare măsură cu umiditatea, deoarece acestea sunt prin natura lor higroscopice, ceea ce face ca în zonele mai umede greutatea să fie mai mare.

În țara noastră deșeurile menajere au greutate specifică relativ mare, în special datorită procentului ridicat de deșeuri fermentabile; acestea variază între 300 și 350 kg/m3 pentru deseuri din mediul urban și între 350 și 400 kg/m3 pentru deșeuri din mediul rural

Umiditatea totală (Ut) a deșeurilor menajere variază în general de la 25% la 60% fiind mai mare vara datorită procentului mare de vegetale; de aceea există o tendință de scădere a umidității, în medie cu 0.25% pe an în țările în care se dezvoltă industrializarea alimentară (conservarea alimentelor).

Conținutul în substanțe organice degradabile (SOD), respectiv substanțele organice din deșeuri, care sunt degradate relativ ușor de microorganisme și sunt importante pentru fertilizarea terenurilor agricole cu humus, polizaharide, albumine etc. Acest conținut variază între 35 și 55%

Conținutul în substanței organice rezistente (SOR), cuprins între 5-15% și reprezentat de substanțele care sunt descompuse foarte greu de microorganisme, ca PVC, polietilenă, cauciuc, etc.

Densitatea deșeurilor variabilă în timp în funcție de compoziție, natură, structură, umiditate, grad de compactare și alți factori. Prin colectarea și transportul deșeurilor cu autogunoiere compactoare este posibilă o creștere a densității până la 0.5 t/ m3, iar prin depozitare pe o rampă supusă compactării densitatea poate atinge în timp 0.8- 1,2 t/ m3.

CAP. 2. DEPOZITELE DE DESEURI. LEVIGATUL

2.1 Elemente generale

Caracteristicile definitorii pentru fiecare depozit sunt:

compoziția deșeurilor depuse (gradul de mineralizare / biodegradare al acestora);

stadiul de evaluare al depozitului, în funcție de vârstă, faza acidă sau metanogenă, umiditate, temperatură ș.a.;

managementul de depozit concretizat prin măsuri adoptate în depozit precum: compactarea, acoperirea, înălțimea de depozitare, stratificarea.

Umiditatea, temperatura, pH-ul și potențialul redox sunt factori importanți în desfășurarea reacțiilor chimice intradepozit.

Etapele existente pe durata de viață a unui depozit de deșeuri sunt:

etapa aerobă scurtă (de ordinul lunilor);

etapa anaerobă acidă ( de ordinul anilor);

etapa finală metanogenă, anaerobă (de ordinul deceniilor) care la rândul ei prezintă o subfază inițială și o subfază clară metanogenă

Lucrarile care se au in vederea realizarii unui depozit de deseuri sunt :

– lucrari terasamente ;

– lucrari de etansare a bazei și a taluzurilor interioare;

– sistemul de drenare a levigatului ;

– realizarea sistemului de epurare/ tratare a levigatului ;

sistemului de colectare a gazului din depozit

realizarea sistemului de monitorizare ;

lucrări de închidere finală

Caracteristica generală a depozitelor de deșeuri din țară este lipsa unui tratament de predepozitare, extragerea prin colectarea selectivă a unui procent mic de componente

reciclabile/valorificabile și acestea într-o gamă restransă (carton-hârtie, mase plastice și

metale) Bold O.V, 2012 [2]

Figura 2.1 Schema generala a depozitului de deșeuri; A-spațiu de depozitare, B- platforma tehnologică, C- stația de epurare levigat, F1,F2- foraje de monitorizare a apei freatice

2.2 Impermeabilizarea amprizei depozitelor

Dupǎ recepția lucrǎrii de terasamente se trece la etanșarea bazei depozitului cu materiale impermeabile ce împiedicǎ migrarea lixiviantului spre pânza freaticǎ.

La alegerea soluției de etanșare trebuie sǎ se ținǎ seama pe lângǎ condițiile prezentate și de avantajele tehnice și economice pe care le prezintǎ fiecare soluție.

Impermeabilizarea depozitului se poate face prin izolare mineralǎ (argilǎ), prin captusire cu folii sintetice (geomembrane) si prin sistem mixt etansare (strat minaral + geomembrana) .

Etanșǎrile cu argilǎ constau din executarea unui ecran din argilǎ pe toatǎ suprafața de depunere a deșeurilor în scopul împiedicǎrii pǎtrunderii lixiviantului din depozit în sol, pânza de apǎ subteranǎ sau infiltǎrii acestuia spre albia de curgere a apelor de suprafațǎ.

Normele europene prevǎd pentru impermeabilizarea cu argilǎ un strat de 1 m de argilǎ compactatǎ așezatǎ în straturi de 25 – 30 cm și umectatǎ la umiditatea optimǎ de compactare. Dupǎ realizarea primului strat se fac probe și se determinǎ compactitatea

Existǎ douǎ motive pentru a se renunța la cǎptușeala cu argilǎ amândouǎ conducând la utilizarea geomembranei:

Cǎptușala cu argilǎ trebuie sǎ aibǎ de la 0,8 la 1,0 m grosime, ceea ce înseamnǎ un spațiu ocupat ce ar putea fi folost pentru depozitarea deșeurilor;

b) Cǎptușala cu argilǎ manifestǎ disponibilitatea unor reacții chimice, iar ulterior sistemul de țevi al aparatelor de mǎsurǎ al permeabilitǎții va fi expus în totalitate solvenților organici din levigat (exemplu: xileni, metanoli, aniline, acid acetic, etc.).

Acestǎ caracteristicǎ a argilei conduce la concluzia impermeabilizarea cu argilă compactată mai degrabǎ minimizează infiltrația lixiviatului decât să o prevină, iar concluzia este cǎ: etanșarea cu geosintetice previne infiltrațiile cu levigat, apǎrând astfel mediul înconjurǎtor împotriva unei posibile contaminǎri. Wehry A, 2008 [3] Alegerea este mai dificilǎ din cauza variației mari a compoziției levigatului rezultat din deșeurile solide.

Etansarea cu geomembrana. Geomembrana este un produs polimeric plan, subțire sub formǎ de folie cu permeabilitatea foarte scǎzutǎ

Figura 2.2 Așternere geomembrană și geotextil în celula ecologică 2. Glina [16]

Geomembranele din HDPE are o rezistențǎ bunǎ însǎ anumite caracteristici sunt mai puțin dezirabile:

datoritǎ cristalinitǎții ridicate, poate fi sensibilǎ la sarcinǎ;

datoritǎ coeficientului ridicat de expansiune termicǎ împreunǎ cu faptul cǎ este forte densǎ (rigidǎ) este mai puțin recomandabilǎ ca material de fundație;

are un coeficient de frecare forte scǎzut, care conduce la probleme de stabilitate. Pentru eliminarea acestor probleme se utilizeazǎ HDPE texturat. Procesul de texturare diferǎ, însǎ toate au ca rezultat îmbunǎtǎțirea frecǎrii la suprafațǎ;

are alungirea de deformație asimetricǎ-micǎ.

Aceste probleme printr-o proiectare atentǎ, iar în cazul închiderii depozitelor se recomandǎ geomembrana coextrudatǎ HDPE/ VLDPE/ HDPE.

Cu toate cǎ nu se exclude utilizarea altor geomembrane (VLDPE, PVC, CSPE-R) sau apariția unor alte formule în viitor, în acest moment este recomandatǎ utilizarea HDPE colaboratǎ cu o alegere atentǎ a rǎșinilor, a metodei de proiectare și a unei instalǎri corecte.

Impermeabilizarile cu geocompozite bentonitice, spre deosebire de impermeabilizarile realizate prin așternerea si compactarea unor straturi de argilă elimină necesitatea testelor costisitoare si de lunga durată pentru determinari de permeabilitate in situ. Acest mare avantaj derivă din faptul ca aceste materiale sunt fabricate industrial, in conditii de control permanent al calitații (grosime, rezistentă, permeabilitate). Rosu G,2003 .[4]

Figura 2.3 Așezare geocompozit bentonitic celula 2. Depozitul Glina jud. Ilfov [16]

Etanșarea cu bentonită aditivată – varianta adoptata pentru secțiunea 5. Depozitul Glina

Bentonita reprezintă denumirea comercială a montmorillonitului, varianta de smectit, o argilă cu proprietăți speciale legate de apă: activitate foarte mare față de apă, umflare – contracție, permeabilitate scãzută etc. Aceste proprietăți sunt dependente de tipul de cation existent între foițele de argilă: sodiu, calciu, magneziu etc.

Bentonita sodică este cea care are cea mai scãzută permeabilitate, dar care este si cea mai puțin stabilă chimic. În prezența unei soluții în care sunt prezenți alți cationi, cum ar fi calciul sau magneziul, sodiul este schimbat de aceștia, reducându-se astfel proprietățile de etanșare. De aceea, materialele de etanșare pe bazã de bentonitã nu au o stabilitate chimicã foarte bunã

2.3 Formarea levigatului. Procese fizice, chimice si biologice.

Levigatul este un deșeu lichid rezultat al proceselor din depozitele de deșeuri solide

amestecate cu apele meteorice de infiltrație. O serie de substanțe sunt dizolvate prin spălare cu apă meteorică.

Melnyk et al, (2014) amintesc în lucrarea lor cele 3 faze în care se generează poluare prin intermediul unui depozit de deșeuri, și anume faza solidă – deșeurile depozitate, faza lichidă – levigatul, faza gazoasă – gazul de depozit [5].

Compoziția levigatului este influențată de următorii factori:

compoziția deșeurilor depuse și gradul de descompunere al acestora;

umiditatea masei de deșeuri din depozit;

vârsta depozitului definită prin faza evolutivă în care se află (acidă, metanogenă);

sistemul și soluțiile tehnologice de depozitare: compactare, stratificare, acoperire, timp (perioadă) de execuție.

temperatura mediului;

Figura 2.4 Schema de formare a lixiviatului

Caracteristicile levigatulului generat în diferte faze sunt influentate de procesele fizice, chimice si biologice care au loc in depozitele de deseuri. si de fazele de descompunere a materialelor fermentabile.

Procesele care guvernează caracteristicile lixiviatului sunt:

descompunerea biologică aerobă în afara corpului de deșeu;

descompunerea biologică anaerobă în cea mai mare parte a corpului de deșeu;

precipitarea metalelor ca hidroxizi, carbonați, silicați, oxizi;

mobilizarea metalelor prin formarea unor legături complexe sau scăderea pH-ului;

modificări chimice cu bază microbiană.

În procesul de îmbătrânire, depozitele trec prin diferite stagii de degradare ale deșeurilor organice, pornind de la faza aerobă până la descompunerea anaerobă. Din aceste considerente, proprietățile levigatului, cum sunt Consumul Chimic de Oxigen (CCO), Consumul Biochimic de Oxigen (CBO), Amoniac (NH3) sau pH-ul se modifică în funcție de stadiul de descompunere al deșeurilor [6].

Faza acidă se caracterizează prin prezența emisiilor de CO2 și H2S, un pH acid și un conținut ridicat de compuși organici volatili . Prezența acizilor grași volatili este principalul factor care determină valoarea pentru pH-ul scăzut și conținutul organic ridicat.

Faza metanică se caracterizează prin pH neutru, fermentarea este lentă (indiferent de tipul de fermentare –aerobă sau anaerobă). În această fază se produce un levigat puternic încărcat în poluanți, iar emisiile prezente sunt cu precădere CH4 și CO2. Conținutul de materii organice din levigatul depozitului este exprimat prin consumul de oxigen biochimic (CBO), carbonul organic total (COT) și necesarul de oxigen chimic (CCO) Diana Robescu, 2011, [7]..

Pe parcursul desfășurării etapelor și fazelor prezența metalelor nu diferă semnificativ. Componenți precum sodiul, clorura de sodiu, AOX nu prezintă situații de dependența la condițiile dominante de degradare.

În schimb concentrațiile altor elemente sau compusi se modifica semnificativ la tranziția de la o fază la alta.; de exemplu fosforul ale cărui concentrații scad după trecerea de la faza acidă la faza metanogenă

Tendință de scădere manifestă și concentrațiile de azot, explicabilă prin procesele de nitrificare și denitrificare în cadrul depozitului. Variații se constată pe parcursul parcurgerii fazelor pentru pH, CBO, CCO, magneziu, calciu, fier, mangan și zinc. Cu excepția pH-lui majoritatea componentelor au un nivel mai ridicat în faza acidă comparativ cu faza metanogenă Chemlal, R, 2014, [8].

Sunt și alți indicatori care prezintă variații importante în faza acidă sunt: carbonul organic total (COT), conductivitatea, azotul, fosforul, sodiul, sulful, potasiul și arsenul.

Unele metale grele precum: plumbul, cuprul, aluminiul și bariul pot avea concentrații mai mari în timpul etapei metanogene decât în faza acida.

2.4 Compozitia levigatului. Factori care influenteaza compozitia levigatului.

Levigatul nu este altceva decât un deseu lichid, o apa uzata foarte poluata, in care concentrațiile de impurificatori variază in funcție de natura si vechimea deșeurilor precum si de cantitatea de apa care le traversează.

Tabel 2.1

Compoziția tipica a levigatelor din depozite aflate in diferite faze de descompunere [9]

Levigatul provine din apa cedata din umiditatea gunoiului, apa cedata de procesul de fermentare si cea mai mare parte din precipitatiile care cad pe suprafata depozitului.

Compozitia levigatelor variaza in decursul timpului in functie de faza de descompunere a substantelor organice fermentabile, de varsta depozitului si de umiditate.

Tabel 2.2

Concentrații de impurificatori in levigatul unor depozite de deșeuri din România Bold O., 2012 [2]

Factori care influențează calitatea și cantitatea lixiviatului

Cantitatea de lixiviat și gradul de impurificare al acestuia sunt dependente de: tipul

deșeurilor depozitate, vârsta, înălțimea depozitului, caracteristicile meteorologice ale zonei

de amplasare, calitatea izolației de la suprafața depozitului.

a. Variația în timp a compoziției lixiviatului

Compoziția deșeurilor prin gradul mare de diversificare generează similar un grad ridicat de diversificare a compoziției lixiviatului. Astfel deșeurile cu un conținut ridicat de materiale biodegradabile influențează calitatea lixiviatului.

b. Vârsta depozitului

În timp concentrațiile compușilor din lixiviat scad conținutul fiind format din apă, gaze dizolvate și biomasă. Cantitativ lixiviatul crește în primii 4 ani, descrește până în cel de-al 8-lea an și ajunge constant la o valoare ce reprezinta cca. 1‰ din cantitatea maximă .

c. Temperatura

Temperatura influențează procesele biologice și reacțiile chimice ce au loc în masa

depozitului. La depozitele cu înălțimi mari, deșeurile aflate la adâncimi de peste 15m nu

sunt influențate de variațiile de temperatură sezonieră.

d. Conținutul de oxigen disponibil din deșeuri

Descompunerea deșeurilor și eliberarea substanțelor chimice se produce în mod diferit în condiții aerobe sau anaerobe rezultate prin acoperirea deșeurilor depuse cu material inert. La depozitele cu straturi de deșeuri mai groase sunt favorizate condițiile anaerobe.

e. Umiditatea deșeurilor

Amplasarea depozitelor în zone caracterizate de condiții meteorologice predominant

ploioase generează o cantitate și o calitate a lixiviatului mai mare dacă acoperirea nu este

cea adecvată. Condițiile climatice duc și la variații sezoniere.

2.5. Reteaua de colectare si evacuare a levigatului

Colectarea levigatului se face prin conductele de drenaj care sunt înglobate intr-un strat drenant cu granulatia 16/32 mm, realizat din pietriș spălat cu conținut de carbonat de calciu ≤ 10%.

Stratul drenant este dispus peste geotextilul de protecție al geomembranei de polietilena, având pantele la partea inferioara de 1% către conducta de drenaj. La partea superioara, de o parte si de alta a conductei de drenaj, stratul drenant este orizontal, pe o lungime de 15 m.

Stratul drenant are grosimea cuprinsa intre 0,50 si 0,75 m, iar în zona conductelor de drenaj grosimea stratului drenant este de minimum 0,50 m.

Materialului geotextil trebuie sa aiba o permeabilitate ridicata (mai mare de 100 l/sec,m2) si o rezistenta mecanica suficient de mare pentru nu fi deteriorat in timpul instalării sau in timpul operării în depozit. Geotextilul va fi realizat din fibre netesute de polietilena, polipropilena sau poliester stabil la acțiunea razelor solare si a altor factori climatici, capabil sa reziste la expunerea razelor solare pe o perioada de minimum 2 ani.

Dispunerea stratului drenant trebuie să fie proiectată pe baza principiului filtrului invers astfel încât să se evite colmatarea acestuia cu particule provenite din corpul deșeurilorși astfel să împiedice buna funcționare a drenajului Giroud J.P, 2005 [10]

Grosimea stratului de drenaj deasupra generatoarei superioare a conductelor de drenaj, trebuie să fie cel puțin egală cu două diametre nominale ale conductei și minim de 50 cm.

Figura 2.5 Conducte de drenaj a levigatului

Conductele de drenaj se amplasează deasupra sistemului de etanșare a bazei depozitului, având un diametru mai mare de 200 mm și fiind realizate din polietilenă de înaltă densitate (PEID), având pereți dubli: neted la interior și perete riflat la exterior.

Dimensiunile fantelor conductelor de drenaj sunt în funcție de diametrul particulelor

materialului de filtru și prezintă perforații pe 2/3 din secțiunea transversală, superioară diametrului orizontal, pentru a fi asigurată astfel și funcția de transport a lixiviatului.

Lungimea maximă a unei conducte este de 200 m. Pantele trebuie să fie de minimum 1% de-a lungul conductelor de drenaj și de minimum 3 % în secțiune transversală, de-o parte și de alta a conductelor.

CAP. 3 STADIUL ACTUAL AL TEHNOLOGIILOR DE EPURARE AVANSATA A LEVIGATULUI

In general, este îndepartată mai întâi partea anorganică a levigatului. În acest mod, se protejează procesele biologice, de adsorbție și stripare. Datorită variației foarte mari a încărcării în substanțe poluante și a variației debitului se impune în prima etapă o uniformizare a debitelor și caracteristicilor levigatului într-un bazin special.

Efluentul trece ulterior printr-o schemă corespunzătoare de epurare. Reacțiile chimice și biologice sunt influențate de umiditatea, temperatura, pH-ul și potențialul redox al levigatului

Metodele aplicate în epurarea lixiviatului se pot grupa astfel:

metode chimice – oxidarea chimică, schimb de ioni.

metode fizico – chimice – precipitare/sedimentare, adsorbție pe cărbune activ,

metode fizice – metode legate de utilizarea membranelor ;

metode termice – evaporare/uscare, incinerare;

metode de tratare biologice – anaerobe și aerobe;

3.1 Metode chimice

Dintre cele mai frecvente metode chimice utilizate la epurarea apelor uzate și a levigatului din depozite de deșeuri se pot enumera:

– neutralizarea in scopul corectării pH-ului apelor supuse procesului de epurare;

– coagularea – flocularea având ca scop reducerea incărcării in poluanti a levigatelor supuse procesului de epurare;

– schimbul ionic in scopul demineralizării sau a îndepărtării unor compusi chimici din fluidul supuse procesului de epurare;

– oxidarea chimică in scopul indepărtării unor substante organice biorezistente sau a unor substante minerale nedorite din apele supuse procesului de epurare;

– clorinarea in scopul dezinfectării apelor supuse procesului de epurare a levigatului;

– ozonizarea in scopul dezinfectării permeatului;

Tema proceselor avansate de oxidare este intens prezentă în literatură, fiind orientată spre creșterea biodegradabilității materiilor organice pentru procese biologice următoare, pentru eliminarea constituenților organici, pentru degradarea materiilor organice sau pentru reducerea toxicității Chemlal, R, ș.a. 2014 [8].

Statiile de epurare mecano-chimice sunt instalații de epurare formate din două trepte, o treaptă mecanică, de regulă filtrare si o treaptă chimică, de regulă de coagulare –floculare pentru eliminarea coloizilor, dar si pentru alte tratamente chimice aplicate apelor tratate cum ar fi: neutralizare, schimb ionic, oxidare chimică, dezinfectie, etc.

Eficienta unor astfel de instalatii o reprezintă:

– reducerea coloizilor și a cantității de suspensii cu până la 60% – 85%;

– oxidarea chimică (pentru substante organice biosintetizate sau substante organice nedorite);

– poate avea trepte de dezinfecție (se distrug celule vii prin metode chimice cu reactivi ce pătrund in interiorul acestora).

3.2 Metode fizico – chimice de epurare a levigatelor.

Grupul de metode neconvenționale de separare prin bule adsorbtive, din care face parte și flotația cu aer dizolvat (DAF) reprezintă o alternativă modernă de tratare a levigatelor provenite de la depozitele ecologice de deșeuri.

Flotația este o metodă performantă, care are la bază principiul de separare selectivă aplicabilă sistemelor apoase diluate ce conțin specii ionice ca potențiale surse de componenți utili.

Caracteristici ale flotației ionice:

diversitatea speciilor ce pot fi separate prin procedeul DAF

eficiența ridicată a separării la concentrații mici ale speciilor separabile;

simplitatea, rapiditatea și economicitatea metodei;

flexibilitatea și fiabilitatea instalațiilor;

posibilitatea prelucrării spumei;

consum redus de reactivi;

CARACTERISTICILE METODEI

adaptabilitate, – cu aceleași echipamente metoda se poate aplica la diverse tipuri de poluanți anorganici, organici de dimensiuni iono-moleculare și coloidale.

metoda este in topul metodelor de depoluare aplicate în țarile avansate;

este componentă a metodelor combinate moderne de depoluare recuperativă (precipitare floculare-flotație, precipitare-floculare-flotație-ozonizare, sorbție pe biomasa-flotație, sorbtie pe diverse suporturi absorbante-flotatie)

3.3 Metode fizice

Metodele fizice se bazeaza pe filtrarea levigatului prin diverse sisteme de filtrare alcatuite din straturi minerale sau din membrane filtrante.

Fluidul încărcat în substanțe nedizolvate, trece prin etape de filtrare, constând din

sedimentare a particulelor grele ;

filtrarea prin trecerea levigatului prin filtru de nisip (alcătuit din mai multe straturi cu granulație diferită) sau prin filtru cartuș din țesături sau din cărbune activ)

epurarea prin membrane, constând în trecerea levigatului sub actiunea unei presiuni prin mai multe straturi de filtrare (osmoza inversa).

ultrafiltrarea prin membrane cu permeabilitate selectivă

electrodializa in care se folosesc membrane cu permebilitate selectiva la ioni, separarea poluanților făcându-se ca la electroliză

Cartușele filtrante sunt intodeauna instalate in aval ca filtre simple si garantează o protecție optima pentru treapta de osmoza inversa (ultrafiltrare). Presiunea necesara din amonte este generata de o pompa de presiune Amor C,. 2015 [11]

Elementele filtrante trebuie schimbate cand presiunea atinge o valoare maxima de 2,5 bar. In sistem automat necesitatea schimbării filtrelor este indicata de pe panoul de control.

In aceasta etapa valoarea pH-lui din levigat este ajustata la 6,5 – 6,0 pentru a evita precipitarea necontrolata. Aceasta ajustare a pH-lui se face prin adăugare de acid sulfuric.

Injectarea directă a acidului sulfuric- controlată de un aparat de măsurare al pH-ului- în conducta de alimentare dintre cele două filtre este executată de ajustarea nivelului pH-ului.

3.4 Tratarea termica a levigatelor

Incinerarea deșeurilor este eficientă în sensul distrugerii totale a substanțelor organice, a germenilor patogeni și parșial a unor substanțe minerale. Instalțiile de incinerare care se pretează cel mai bine, în această situație sunt instalații de capacitate mică ce pot fi prevăzute cu recuperatoare de căldură.

La realizarea incineratoarelor mici pentru aceste deșeuri, se va ține cont că arderea se realizează în condiții foarte bune dacă se desfășoară pe grătare basculante, acest procedeu tehnologic efectuând o răvășire puternică a materialului în camera de combustie.

Prima etapă, de uscare și aprindere se realizează cu ajutorul căldurii preluate mai ales prin convecție de la pereții cuptorului și grătar precum și de la aerul cald insuflat în această zonă a cuptorului. În continuare, fazele de ardere au loc în zone cu temperaturi din ce în ce mai ridicate ale gazelor de ardere. Având în vedere puterea calorică scăzută, deci temperaturile relativ scăzute dezvoltate prin ardere, acest mod de desfășurare a procesului este benefic pentru ardere și pentru mediu . [5,7].

Fig. 3.1 Schema de incinerare

Gazele rezultate din ardere părăsesc cuptorul în zona finală a procesului de ardere. Pentru a se diminua conținutul de cenușă antrenat în acesta, este necesară parcurgerea unei zone de liniștire în care particulele solide se depun. Acest traseu este necesar indiferent dacă instalația este prevăzută cu sistem de recuperare a căldurii sau nu.

În primul caz, aceste particule se depun pe suprafețele de schimb de căldură cu consecințe negative supra procesului de transfer termic.

În varianta în care instalația nu este prevăzută cu sistem de recuperare a căldurii, evacuarea gazelor arse direct la coș determină poluarea ridicată a zonelor învecinate incineratorului. O parte din căldura dezvoltată în cuptor este folosită pentru încălzirea aerului necesar arderii..

Dacă incineratorul funcționează în regim continuu, este indicat ca acesta să fie prevăzut cu sisteme de recuperare a căldurii gazelor arse.

Datorită puterii calorifice scăzute și a debitelor mici de deșeuri incinerate cantitatea de căldură ce poate fi preluată din gazele arse are valori foarte mici. În aceste condiții, căldura recuperată este recomandabil să fie folosită pentru supraîncălzirea aerului de ardere și pentru obținerea de apă caldă necesară nevoilor utilizatorului. Obținerea de apă fierbinte sau abur este rentabilă la debite mari de deșeuri incinerate, de ordinul tonelor / oră și puteri calorifice mari.

Alimentarea incineratorului cu deșeu din bazinul de stocare, se face prin intermediul unei pompe de noroi prevăzută cu pulverizator și dozator.

Prevederea unei mori pentru mărunțirea deșeurilor preselectate conduce la creșterea debitului incinerat, dar și a costului instalației.

Evacuarea cenușii se poate realiza automat, la timpi ficși, printr-un sistem cu împingător hidraulic sau transportor cu șnec.

Izolația cuptorului se realizează cu beton refractar care trebuie să reziste atât la coroziune chimică, cât și le eroziune.

Limitele metodei.

Experiența a evidențiat necesitatea preâncălzirii aerului de ardere la peste 350°C, temperatură la care se asigură autocombustia materialului care are cu o putere calorifică mai mare de 2330 kJ / kg. Pentru a asigura aceasto putere calorifica este necesară pre-tratarea levigatului prin procedee care să reduceră umiditatea.

Datorită puterii calorifice fluctuante, pot apare situații în care temperatura gazelor arse să scadă sub 850°C (temperatura minimă admisă de noile norme internaționale la care se consideră că deșeurile sunt neutralizate). În acest caz este necesară folosirea unui arzător cu combustibil de aport, lichid sau gazos. Folosirea acestui arzător este necesară și în perioada de amorsare a arderii, pentru aducerea incintei de ardere la temperatura de funcționare.

Metalele grele prezente în levigat nu se distrug ci se regăsesc în cenușa rezultată la incinerare, cenușă care trebuie depozitată, ajungând deci iar în levigat.

3.5 Epurarea biologică.

Scopul epurării biologice este eliminarea substanțelor în stare coloidală și dizolvate,

nesedimentabile și stabilizarea substanțelor organice. Microorganismele transformă substanțele organice în țesut celular, lichide și gaze. Efecte ale proceselor biologice în epurarea lixiviatului sunt: eliminarea substanțelor organice măsurate în CBO, COT sau CCO, nitrificarea, denitrificarea, eliminarea fosforului, stabilizarea namolului. In procesele biologice de epurare azotul organic și fosforul se transformă în amoniac și fosfat.

Efecte majore asupra activitîții bacteriilor au condițiile de mediu, temperatura, pH-ul precum și lipsa inhibitorilor; biodegradabilitatea poate fi estimată prin raportul CBO/CCO, Următoarele legături pot fi descompuse biologic: legăturile carbonului, legăturile azotului (printre altele azotul amoniacal NH4-N), legături AOX.[7]

Procesul de nitrificare

Nitrificarea este un proces prin care se realizează oxidarea biologică a azotului – aflat în levigatul depozitului. Procesul este influențat de: vârsta levigatului, temperatură, consumul biochimic de oxigen, consum chimic de oxigen, pH-ul levigatului, substanțele toxice și substanțe inhibitoare ale activității microorganismelor.

Procesul de denitrificare

Denitrificarea constă în transformarea cu ajutorul bacteriilor heterotrofe anoxice a

substanțelor anorganice de tipul azotaților ( −NO3 ) și azotiților (−2NO ), în azot gazos liber. Pentru acest proces bacteriile utilizează oxigen din combinațiile azotului cu oxigenul, care constituie donori de oxigen pentru oxidarea materiilor carbonice.

În procesul de denitrificare, azotatul existent în apă este descompus pe cale biologică, în condiții anoxice, în: azot liber (N2), dioxid de carbon (CO2) și apă (H2O), concomitent cu un consum de carbon organic.[5]

Azotații ( NO3 ) − sunt transformați mai întâi în azotiți ( −2NO ), apoi în oxid azotic (NO), oxid azotos (N2O) și în final în azot gazos N2, CO2 și H2O.

Cu toate că prezintă unele avantaje, aplicațiile proceselor anaerobe sunt limitate în principal din cauza ritmului de creștere scăzut al microorganismelor anaerobe și reținerea slabă a biomasei. Cu anumite ajustări, cum ar fi introducerea membranei dinamice în procesul anaerob, se rezolvă problematica retenției de biomasă, demonstat în tratarea apelor uzate municipale S. Renou, 2008 [12].

3.5. Procedee combinate Alegerea metodei de tratare.

Metodele de tratare a levigatului sunt reprezentate de o gamă largă de tehnici și procedee care se adresează anumitor componenți ai levigatului. Nu există în prezent o tehnologie care să asigure îndepărtarea tuturor componenților ele fiind ai mult sau mai puțin eficiente.

In alegerea unei metode sau a combinațiilor de metode se ține seama de: existența

substanțelor nefiltrabile, prezența AOX, a metalelor grele, concentrațiile de CCO, CBO,

amoniu, existența solvenților halogenați, a nitratului, nitriților și sărurilor.

La epurarea levigatului provenind de la un depozit aflat în faza metanogenă se poate alege de exemplu, urmatoarea schemă de tratament:

􀂾 ultrafiltrarea (UF) ca metodă principală, precipitare + cărbune activ a doua

treaptă sau oxidare chimică;

􀂾 tratarea biologică – ca metodă principală – tehnologia bioreactoarelor (MBR) ) sau a lagunelor de aerare împreună cu adsorbția pe cărbune activ;

􀂾 oxidarea chimică ca metodă principală – preferabilă pentru lixiviatul provenit în eta pele inițiale ale depozitării combinata cu tratarea biologica în lagună

Metodele de tratament folosite in Franța Renou S , 2008 – ce prezinta aceleași tendințe ca in multe țări din lume sunt prezentate sintetic in graficul din fig. 3.4 [12]

Fig 3.4 Metode de tratarea levigatului în Franța

Graficul evidențiază cresterea ponderii metodei de tratare prin membrane – în special osmoza inversă de la 10% la 18% – și scăderea metodelor biologice de epurare de la 62% la 46%. Tratarea levigatului este controlată in mare măsură de costurile pentru procesare și de presiunile populației legate de protecția mediului..

La alegerea unei scheme optime de epurare a lixiviatului, se ține seama de două criterii majore:

Calitatea initiala a levigatului, criteriu care însumează efectele procesului de epurare, caracteristicile levigatului (CCO, CBO, CBO/CCO), vârsta depozitului la umplere.

Condițiile impuse levigatului epurat (permeat) la evacuarea acestuia într-un receptor.

In ultimii ani tratarea prin membrane filtrante prezintă o alternativă în din ce în ce mai prezentă datorita capacități imari de procesare la un volum mic al construcției, caracteristicilor corespunzătoare ale permeatulu și, exploatării ușoare a instalației.

CAP. 4. SOLUȚII APLICATE ÎN ȚARA PENTRU EPURAREA LEVIGATULUI

4. 1 Epurare biologica extensivă si intensiva

a. Tehnologii performante de îndepărtare biologică a azotului și fosforului

Tehnologiile de îndepărtare a celor două elemente N și P reprezintă perfecționări ale

sistemelor de epurare cu nămol activ, formate din combinații de zone anaerobe, anoxice și

aerobe.

Conform sintezei realizată de Renou X și colab în lucrarea Landfill leachate treatment: Review and opportunity [25] principalele tehnologii folosite pentru

eliminarea concomitentă a azotului și fosforului sunt:

procedeul A2/O (anaerob/anoxic/aerat);

procedeul BARDENPHO în cinci trepte;

procedeul UCT (University of Cape Town);

procedeul VIP (Virginia Initiative Plant);

procedeul MBR cu UF.

In situatia adoptării uneia din tehnologii trebuie să se țină cont de: caracteristicile levigatului, vârsta depozitului, conditiile de mediu (în special temperatura) variațiile calitative ale influentului, încărcătura în substanțe organice biodegradabile, cheltuielile de operare, consumuri.

b. Epurarea prin infiltrație-percolație asigură o buna epurare biologică a apelor uzate în general a levigatuluidin depozitele de deșeuri în special la costuri reduse de investiție și exploatare.

Epurarea prin metoda spațiului radicular de tip vertical se realizează de obicei subteran, filtrul fiind acoperit cu un strat de pământ. Apa uzată se

introduce și la partea superioară printr-un dren de infiltrare, iar apa epurată se colectează la

partea inferioara tot cu un dren. Suprafața specifică necesară este 3,5 m2/loc.echivalent.

Grosimea stratului filtrant este de 80 cm. In stratul superior se utilizează nisip grosier, urmat

de un strat din pietriș mic și la bază un strat din pietriș mare în care se înglobează și drenul

de colectare prevazut cu un tub de aerisire. Metoda are o bună capacitate de nitrificare. Jenkins, B.M , 2003 [13,]

c. Epurare prin metoda spațiului radicular de tip vertical

Pot fi utilizate papura (Typha sp., T. latifolia, T. angustifolia), rogozul (pipirig) (Scirpus sp.),mana de apă mare (Glyceria maxima), iarba albă (Phalaris arundinacea) și trestia

(Phragmites australis). Cea mai uzuală este trestia. Pentru plantare este recomandată

utilizarea rizomilor cu muguri sau prin transplantarea plantelor mature cu balotul de rădăcini.

Desimea de plantare recomandată este între 4-8 rădăcini (plante/m2.)

d. Iazuri (lagune) cu plante (macrofite)

In aceste sisteme epurarea este realizată de alge producătoare de oxigen, bacterii sau

plante macrofite. In funcție de procesele biologice există iazuri artificiale, aerobe, anaerobe,

mixte sau cu plante macrofite.

Epurarea apelor uzate este realizată de algele producătoare de oxigen prin fotosinteză. Prezența razelor de soare necesare realizării fotosintezei impune

necesitatea limitării adâncimii maxime, aceasta trebuie să fie în intervalul 0,5-0,9 m. 24

Exemplu de algă este Alga Scenedesmus quadricanda avidă, consumatoare de azot în procesul metabolismului. Exemple de tulpini care pot fi utilizate sunt: Synechocystis salina Chlorella vulgaris, Dumnaliella Salina, Scenedesmus quadrincanda, Spirulina platensis, Cladophora fracta, Rhizoclonium hieroghyply hidroglyphycum, Chlaydomonas reinhardii s.a.

Fig 4.1 Procese care apar in laguna

In iazurile aerobe de mare încarcare se realizeaza o stabilizare aeroba completa a materiilor organice de aceea sunt recomandate pentru tratarea levigatelor. Alegerea se face în functie de teren (cost si amplasare) si de perfomantele solicitate. Diana Robescu, 2011 (7)

e. Sistem de epurare cu lagune aerate

Sistemele de epurare cu lagune aerate sunt recomandate pentru levigate cu incărcătură biogagrdabilă mare si care au un consum biochimic de oxigen ridicat. Deoarece antrenarea aerului cu instalațiile de aerare produce mișcări ale levigatului sunt necesare o serie de masuri constructive de protectie:

– impermeabilizarea bazinelor cu geomembrană este recomandabilă, în scopul reducerii riscului de infiltrare a levigatului in terenul învecinat sau în subsol;

– protecția malurilor la degradare din cauza agitării excesive a apei din bazine prin pereieri cu piatră de râu, cu dale din beton cu geogrile din materiale sintetice sau cu cleionaje.

Cu sistemele extensive de epurare cu lagune aerate se obțin următoarele performanțe:

– calitate bună a efuentului din punct de vedere al încărcării organice (o reducerea

cu mai mult de 80% a CBO5);

– reduceri de 25 – 30% pentru nutrienți, eliminarea fiind limitată la pragul de asimilare bacteriană; aceaste performanțe pot fi însă îmbunătățite prin utilizarea unor aditivi fizico – chimici în vederea eliminării ortofosfaților D.V Jașcău, 2015 [14]

Avantajele folosirii sistemelor extensive de epurare cu lagune aerate sunt generate permisivitatea foarte ridicată a acestei metode la variațiile in timp a caracteristicilor levigatului și a variației volumului acestuia

Această metodă permite:

– epurarea unor levigate cu încărcari poluante extrem de ridicate;

– variații mari în ceea ce priveste încărcarea hidraulică si/sau organică a levigatului;

– fluide cu un conținut variabil de nutrienți (cauzat de neuniformitatea formării volumului de levigat în timp – formare generată în principal de precipitații- și de neuniformitatea dispersării în apă a biomasei bacteriene active);

– permite amestecarea levigatului cu apele uzate rezultate pe platforma tehnilogică, cu ape uzate orășenești și chiar cu ape uzate industriale;

Sunt si alte avantaje ale sistemelor extensive de epurare cu lagune aerate din care

menționez:

– nămolul rezulat din proces este stabilizat și poate fi evacuat în mediu fără pericol;

– evacuarea nămolului din instalație se face la perioade îndelungate (la doi ani).

– integrare foarte bună în peisaj;

Fig. 4.2 Laguna de aerare integrata in peisaj (Germania)

Dintre dezavantajele folosirii sistemelor extensive de epurare cu lagune aerate sunt de luat în seamă:

– rezultă și permeate de calitate medie (din punctul de vedere al tuturor parametrilor);

– pentru întreținerea echipamentelor si exploatarea instalațiilor este nevoie de personal calificat;

– poluarea fonică datorată prezenței sistemului de aerare;

– adâncimea redusă a iazurilor duce la sensibilitate la vânt sau temperaturi

Din experiența depozitelor din Germania și malte țări se pot determina soluțiile optime pentru alegerea metodelor de epurare corespunzătoare substanțelor conținute în levigat. D.V Jașcău, 2015 [14]

4.2 Aspecte privind tratarea microbiologică a levigatului

Levigatul contine în mod normal o cantitate foarte mare de substanțe poluante care pot fi grupate astfel :

materii organice dizolvate;

macrocomponenți anorganici inclusiv nutrienți

compuși organici xenobiotici

metale grele

Eficiența înlăturării poluanților este dependentă atât de metoda de tratare aleasă cât și de caracteristicile și vărsta levigatului.

În eputatea levigatului specialiștii s-au inspirat în mare măsură din metodele utilizate la epurarea apelor uzate orățenești cu care levigatul are caracteristici comune.

Stabilizarea microbiologică a levigatului este o metodă foarte importantă, adaptată din tehnica epurării apelor uzate și folosită în Brazilia din 2009. H Fernandes, 2013 [15]

În acest procedeu comunitatea microbiană elimină prin procese fizico-chimice și biologice compușii organici complecși din levigat, permițind în același timp reciclarea materialelor organice naturale și a nutrienților.

Este relevant pentru eficiența epurării în primul rând cunoașterea microorganismelor prezente în levigat, a activității și evoluției acestora și a interacțiunii cu alte organisme prezente în levigat. H Fernandes, 2013 [15]

Activitatea cheie în procesul degradării biochimice a impurităților organice din levigat îl constitue. activitatea enzimatică a microorganismelor, ca și inhibiția acesteia.

Rezultatul final al procesului biologic de epurare se concretizează în degradarea substanței organice, până la diferite stadii corespunzătoare tehnologiei și echipamentelor, și creșterea biomasei (apreciată la 40…60%) sub forma materialului celular insolubil, sedimentabil, precum și unii produși ai metabolismului, mai ușor de îndepărtat.

Din cauza concentrațiilor foarte mari în substanțe poluante pe care o prezintă levigatul apare o scădere progresivă a vitezei de reacție până la anularea acesteia; fenomen numit inhibiție (de substrat sau inhibiție de produs). În acest caz se formează mai multe mecanisme printre care se menționează fixarea mai multor molecule de substrat pe cea a enzimei și deci se produce atenuarea reacțiilor.

a. Factorii care afectează activitatea bacteriană sunt:

Temperatura. Fiecare specie de bacterie are o temperatură optimă de creștere. Valorile mici nu distrug bacteriile, dar reduc viteza de creștere.

Umiditatea. Bacteriile se pot reproduce și pot avea un ciclu de viață normal numai în condițiile existenței unei soluții apoase.

Lumina. Anumite lungimi de undă ale luminii, în special cele apropiate de spectrul ultraviolet, pot distruge celulele vii.

Osmoza. Dacă concentrația sărurilor dizolvate este mai mare în exteriorul celulei decât în interior apa din celulă tinde să echilibreze diferența ceea ce poate conduce la distrugerea celulei vii. În sens invers, concentrații mai mari la interior, pot conduce, de asemenea, la efecte de distrugere.

Germicidele și agenții bacteriostatici. Germicidele sunt substanțe care distrug bacteriile prin contact, iar agenții bacteriostatici sunt compuși chimici ce împiedică reproducerea celulelor. Prezența lor în mediul apos poate conduce chiar la stingerea procesului metabolic.

Antimetaboliți. Antimetaboliții sunt substanțe chimice care distrug sau alterează agenții metabolici sau de creștere – factori esențiali pentru viața normală a celulelor bacteriene

.b. Parametrii care influențează epurarea microbiologică

Biodegradabilitatea care se definește prin proprietatea unei substanțe organice de a fi degradată într-un anumit interval de timp prin mijloace biologice.Prin biodegradare o substanță organică este total eliminată datorită activității metabolice a unei culturi de microorganisme sau își pierde, în măsura convențional stabilită, proprietățile nocive. Anumiți compuși organici sunt greu biodegradabili sau chiar refractari la activitatea biochimică, în timp ce alte substanțe pot fi toxice pentru bacterii. Jinghuan Luo, 2014

Mineralizarea reprezintă conversia completă a compușilor organici până la ultimii produși ai degradării biologice substanțe minerale, dioxid de carbon și apă.

Persistența este proprietatea substanței organice de fi degradată biologic numai dacă sunt îndeplinite anumite condiții de care favorizează dezvoltarea procesului biochimic.

Degradabilitatea biologică este procesul prin care un material organic este schimbat în alt compus prin acțiunia biochimică a microorganismelor; aceasta nu înseamnă neapărat că noul produs este mai puțin toxic decât cel inițial.

Epurarea microbiologică, datorită eficienței ridicate în îndepărtarea poluanților organici ai levigatelor este o metodă de bază recomandată în combinație cu ultrafiltrarea sau cu osmoza inversă .

4.3 Epurarea prin osmoza inversa

Procedeul constă în trecerea lixiviatului printr-o membrană având la bază diferența de presiune de-a lungul membranei. Prin osmoza inversa pot fi reținute particule până la mărimea unor molecule organice sau ioni, condiția fiind ca fluxul de alimentare să nu conțină particule.

Membrana separă două faze și acționează ca o barieră selectivă în transportul unor

substanțe, ce se gasesc dizolvate sau in suspensie.

În osmoza inversa fluxul de alimentare se împarte în două subfluxuri: permeatul cu

substanțele ce au penetrat membrana, concentratul – substanțele ce nu au penetrate membrana. Aceste tipuri de membrane lasă doar apa să treacă, reținând toate substanțele

cu excepția moleculelor organice similare apei .

În multe studii a fost raportat un procent de 98-99% ca rata de înlăturare a contaminanților precum substanțe organice sau anorganice. De asemenea, acest procedeu poate fi folosit și în îndepărtarea metalelor grele, materialelor suspendate sau solidelor dizolvate Jenkins, B.M [13].

La osmoza inversã se obține un concentrat care trebuie prelucrat în continuare prin metode adecvate (de ex. evaporare, uscare) sau îndepartat pe alte cãi.

Fig. 4.3 Diferența dintre hidroghidare la filtrare și la osmoza inversã

In cazul unei poluãri accentuate a apei de infiltrații și a unor pretenții ridicare în privința calitãții acțiunii, osmoza inversã nu mai este destul de performantã singură. Acest lucru este valabil îndeosebi pentru retenția amoniului, care este dependent de valoarea pH-ului. In acest caz, ar trebui utilizate combinații de metode.

O descriere matematicã a efectului osmozei inverse furnizeazã așa-numitul model al difuziunii solutiilor. La baza acestui model stau urmãtoarele premize:

a) Conform legii lui van‘t Hoff, presiunea osmoticã a unei soluții este proporționalã cu concentrația ei:

π = b • C (1)

π = presiunea osmotica in bari

b = coeficientul osmotic in bari • m³/kg

C = concentratia in kg/m³

b) Debitul scurs prin membrana semipermeabilã este proportional cu diferența de presiune care pune totul în mișcare:

φp = A (Δp − Δπ) (2)

φp = debit scurs în m/h

A = constanta membranei în m/(h • bari)

p = presiunea exercitatã în bari

Aceasta se determinã din presiunea exercitatã minus diferența presiunilor osmotice pe ambele pãrți ale membranei. Ahmed, F.N. and Lan C.Q., 2012, [17]

c) Trecerea sãrurilor prin membrana aratã cât de mult se depãrteazã membrane realã de una idealã. Debitul de sãruri scurse este independent de presiune și proporțional cu diferența concentrațiilor de pe ambele pãrți ale membranei:

φs = B (CF − Cp) = φp Cp (3)

φs = debitul de saruri scurs in kg/(m² • h)

B = constanta membranei in m/h

CF = concentratia la alimentare

Cp = concentratia dupa scurgere)

Fig. 4.4 Procese posibile ale osmozei

De aici rezultã cã retenția la osmoza inversã este dependentã de desfãșurarea procesului:

(4)

R = retenția membranei

Retenția se determinã din raportul concentrațiilor la scurgere și al concentratului și se apropie și în cazul membranelor imperfecte la o presiune crescutã de 100%. Debitul scurs aratã în schimb o evolutie linearã, dacã presiunea procesului depãșește clar presiu-nea osmoticã Smith, A, 2012 [18]

4.4. Stații de epurare levigat la depozite ecologice din România

În prezent sunt în funcțiune numeroase depozite de deșeuri care utilizează instalații cu osmoza inverse în procesul de epurarea al lixiviatului.

Exemple în acest sens sunt următoarele depozite:

• Depozitul de deseuri ECOREC Glina, jud Ilfov

• Depozit Mofleni Craiova, jud. Dolj

• Depozit ecologic Tulcea

• Depozitul de deșeuri Chiajna județul Ilfov

• Depozit ecologic com. Albesti judetul Constanta

• Depozit ecologic S.C. ECO SUD S.R.L. Com. Vidra Sat Sintesti Jud Ilfov

• Depozit ecologic Boldești Scăieni judetul Prahova (2001)

Tehnologia instalației de epurare tip Haase

Tratare levigatului se realizează in doua trepte:

treapta mecanica, in care are loc o reducere a valorii pH si o prefiltrare.

treapta biologica, in care are loc procesul de tratare propriu – zis prin osmoza inversa si nanofiltrare.

Instalația funcționează automat si este alcătuita din următoarele componente:

Pre – filtrare;

Treapta de tratare a levigatului, inclusiv un sistem de control (PLC);

Sistem de rezervoare;

Containere.

Treapta mecanica

Lichidul trece prin două etape de pre-filtrare, constând dintr-un filtru de nisip urmând de un filtru cartuș, în drumul spre pompa de înaltă presiune. Injectarea directă a acidului sulfuric- controlată de un aparat de măsurare al pH-ului- în conducta de alimentare dintre cele două filtre este executată de ajustarea nivelului pH-ului.

Cartușele filtrante sunt intodeauna instalate in aval ca filtre simple si garantează o protecție optima pentru treapta de osmoza inversa. Presiunea necesara din amonte este generata de o pompa de presiune.

Elementele filtrante trebuie schimbate cand presiunea atinge o valoare maxima de 2,5 bar. In sistem automat necesitatea schimbării filtrelor este indicata de pe panoul de control.

In aceasta etapa valoarea pH-lui din levigat este ajustata la 6,5 – 6,0 pentru a evita precipitarea necontrolata. Aceasta ajustare a pH-lui se face prin adăugare de acid sulfuric.

Apa care a trecut de filtrul de nisip pleacă din fabrică în combinație cu concentratul din prima etapă. Lichidul pre-tratat este presurizat de o pompă de înaltă presiune și trimis la prima etapă a osmozei inverse.

Treapta de tratare a levigatului prin osmoză inversă

Prima etapă a osmozei inverse constă din trecerea lichidului printr-un filtru de până la 5 blocuri, fiecare construit de un set de până la 5 elemente. Pompele de recirculare asigură un nivel de concentrație aproape constant în fiecare bloc.

La prima etapă a unei stații cu osmoză inversă, se folosesc membrane speciale în spirală wound. Elementul membrană este construit sub formă de înveliș plat dispus în jurul unui tub central care colectează infiltratul. Un vas de presiune conține câteva – până la 5- elemente de membramă și reprezintă un modul.

Modulele sunt montate pe o cremalieră conectată la conducta de lucru și o pompă de recirculare, formând un bloc. Filtratul circulă prin modul cu ajutorul unei pompe care previne producerea unor condiții contante la suprafața membranei. Inflitratul și concentratul sunt colectate.

Prima etapă a unei stații de epurare cu osmoză inversă se constituie din până la 5 blocuri în funcție de capacitatea dorită a fabricii. Filtratul este adus până la membrană de o pompă de mare presiune, la o presiune de 20-25 bar (max. 55 bar, 70 bar în cazul unei presiuni înalte RO). Aici este combinat cu lichidul recirculat și este ds la modul de către pompa de recilculare.

În modul, fiecare membrană separă unele substanțe din soluție. O parte din concentrat este direcționată către blocul următor, întrucâ mare parte a acestuia este recirculată în vederea combinării cu alimentarea. Acest procedeu se repetă în blocurile următoare.

Figura 4.5 Filtre pentru osmoza inversa

Concentratul din ultimul bloc trece preint-o valvă de control și un apometru. Semnalul emis de apometru este transmis către valva de control în vederea monitorizării cantității de infiltrat separat și a presiunii de funcționare a stației. Punctul fixat pentru lichidul concentrat este simulat prin măsurarea conductibilității concentratului. Concentratul care se scurge la prima etapă a osmozei inverse RO este reinfiltrat în circuit (landfill body) sau este tratat în afara stației.

A doua etapă a osmozei inverse este similară primei etape, exceptând faptul că aici nu există recircularea lichidului. Lichidul concentrat este controlat în același fel ca la prima etapă.

Dupa prefiltrare, levigatul este pompat in sistemul de distribuție prin pompe de înalta presiune, la o presiune de intrare de 30 – 65 bar. La capătul sistemului de distribuție este instalata o electrovana de control a presiunii. Sharma H.D, 1994 [19]

Pompele multietajate de mare presiune ale unităților modulare, transfera levigatul prin sistemul de distribuție in modulele DT. Levigatul pompat in module de tratare conectate in serie pe o construcție scheletata . Numărul modulelor DT poate fi suplimentat in funcție de necesitate. Instalația poate va fi montata intr-un container standardizat.

Containerul este izolat termic, ventilat si încălzit.

Capitolul 6. Concluzii generale

Transformările care au loc la nivel global cu impact asupra calității mediului înconjurător, impun măsuri ferme la nivel local pentru a reduce efectele poluării și asigurarea menținerii echilibrului ecologic.

Adoptarea unor strategii clare, impuse de conformarea la Directivele Uniunii Europeane, privind gestionarea corespunzătoare a deșeurilor, a dus la măsuri precise privind depozitarea deșeurilor și refacerea ecologică a terenurilor afectate de vechile depozite de deșeuri neconforme.

Levigatul este un deșeu lichid rezultat al proceselor din depozitele de deșeuri solide amestecate cu apele meteorice de infiltrație. O serie de substanțe sunt dizolvate prin spălare cu apă meteorică. Pentru colectarea integrală a reziduului lichid sunt importante soluția de etanșare a depozitului și soluția de drenare.

Cantitatea de levigat și gradul de impurificare al acestuia sunt dependente de: tipul deșeurilor depozitate, vârsta levigatului, caracteristicile meteorologice ale zonei de amplasare, calitatea izolației de la suprafața depozitului. 

Concentrația substanțelor biodegradabile prezintă valori maxime în primii 3-5 ani, cu vârfuri la începutul funcționării depozitului.

Substanțele poluante nu prezintă variații importante după primii 2 ani de funcționare.Valoarea pH-ului arată un mediu ușor alcalin în primii 3 ani de funcționare a depozitului după care se constată o ușoară scădere spre valori neutre.

Metoda optimă de tratament a levigatului trebuie să asigure eliminarea totală a efectelor negative asupra mediului.

Din cauza complexității levigatului alegerea unei soluții de tratament devine foarte dificilă. Variația in timp și din loc în loc a proprietăților și volumelor de levigat fac ca procedeele de epurare să fie dificil de ales și nu pot fi adaptate și universal recomandate.

Selectarea celei mai bune soluții de tratare este condiționată de cunoasterea caracteristicilor levigatului și stîpânirea tehnologiilor de epurare.

Alegera metodei de neutralizare trebuie de asemenea să țină seama într-o măsură importantă atât de costurile procesului cât și de eficiența acestuia.

Bibliografie

1 . Gazdaru A. – Gestiunea deseurilor menajere. Protectia mediului. Buletin de informare AGIR Bucuresti, 2006.

2. Bold O.V., Maracineanu G. A. – Depozitarea, tratarea si reciclarea deseurilor si materialelor, Ed. Matrix Rom, Reeditare, Bucuresti, 2012

3. Wehry A., Orlescu M. – Reciclarea și depozitarea ecologică a deșeurilor – Editura Orizonturi universitare, Timișoara, 2000

4 . Rosu G. Tartarea si valorificarea deseurilor Editura BREN, . 2003

5. Menyk, A., Kuklinska, K., Wolska, L., Namiesnik, J., 2014, Chemical pollution and toxicity of water samples from stream receiving leachate from controlled municipal solid waste (MSW) landfill, Environmental Research, Vol 135, pp. 253-261.

6 .Tchobanoglous, G. Integrated Solid Waste Management, McGraw-Hill, New York, 2002

7 Diana Robescu, Felix Stroe, Aurel Presura, Dan Robescu , 2011 – Tehnici de epurare a apelor uzate, Editura Tehnica, Bucuresti, p.74

8 Chemlal, R., Azzouz, L., Kernani, R., Abdi, N., Lounici H., Grib, H., Mameri, N., Drouiche N., 2014, Combination of advanced oxidation and biological processes for the landfill leachate treatment, Ecological Engineering, Vol. 73, pp. 281-289.

9. * * * Planul Regional de Gestionare a Deseurilor Regiunea 3 Sud-Muntenia 2008

10. Giroud J.P. Houlihan M.F. „Design of leachate collection layers” International Landfill Symposium Sardinia 2005

11 Amor C., De Torres-Socias E., Peres J., Maldonado M., Oller I., Malato S., Lucas M., 2015, Mature landfill leachate treatment by coagulation/flocculation combined with Fenton and solar photo-Fenton Processes, Journal of Hazardous Materials, Vol 286, pp. 261-268.

12. S. Renoua, J.G. Givaudan , S. Poulain , F. Dirassouyan , P. Moulin 2008 Landfill leachate treatment: Review and opportunity – Journal of Hazardous Materials, p.474

13. Jenkins, B.M., Mannapperuma, J.D., Bakker R.R., 2003, Biomass leachate treatment by reverse osmosis, Fuel Processing Technology, Vol. 81, No. 3, pp. 223-246.

14 Dan-Vlad JAȘCĂU*, Melania BOROȘ, Timea GABOR, Ioana Monica SUR, Elena Maria PICĂ, 2015 Efficient Methods of treating the Leachate generated from municipal waste Landfills

Ingineria Mediului și Antreprenoriatul Dezvoltării Durabile – Vol. 4, Nr. 1 (2015) p. 45

15 H Fernandes, A. Viacelli, C. Martins, R. Antonio. Microbial and chemical profile of

A ponds system for the treatment of landfill leachete waste manGement, 33 (2013) p 2125

16. Jinghuan Luo, Guangren Qian, Jianyong Liu, Zhi Ping X Anaerobic methanogenesis of fresh leachate from municipal solid waste: A brief review on current progress, Review Article, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 49, September 2014, Pages 21-28

17 Ahmed, F.N. and Lan C.Q., 2012, Treatment of landfill leachate using membrane bioreactors: A review, Desalination, Vol. 287, pp. 41-54.

18 Smith, A., Stadler, L., Love N.G., Skerlos, S.J., Raskin, L., 2012, Perspectives on anaerobic membrane bioreactor treatment of domestic wastewater: A critical review, Bioresource Technology, Vol. 122, pp. 149-159.

19 Sharma H.D. Lewis S.P. “Waste containment systems, waste stabilization and landfills. Design and evaluation” Jonhn Wiley & Sons Inc., New York 1994

20 Weizhi Cheng, Justin Roessler, Nawaf I. Blaisi, Timothy G. Townsend “Effect of water treatment additives on lime softening residual trace chemical composition – Implications for disposal and reuse” Resource Recovery 2007