Studiu Privind Performantele Procesului de Epurare Biologica In Statia de Euparare
CAPITOLUL 1
INTRODUCERE
Apa a fost și rămâne un factor primordial pentru existența și evoluția materiei vii, sub toate formele sale și o componentă valoroasă pentru activitățile umane, fără de care nu se poate concepe dezvoltarea economică și socială. Astfel, primele aglomerări urbane s-au dezvoltat în jurul unor surse de apă, iar majoritatea activițăților industriale, comerciale, din agricultură, zootehnie sau transport, utilizează apă de diferite calități, în cantități ce depind de gradul de dezvoltare națională și ,respectiv, regională.
Deși apa este substanța cea mai răspândită pe suprafața globului, volumul de apă ce poate fi, cu ușurință, utilizat de către oameni este relativ mic, prezentând o serie de particularități privind accesul și modul de utilizare a apei. Astfel, aproximativ 1 miliard de oameni nu au acces la apă de calitate corespunzătoare, iar 2 miliarde de oameni nu beneficiază de condiții sanitare acceptabile.
Relația noastră cu apa nu este numai una bio-fizică, ci și una de natură economică, socială și culturală, iar semnificațiiile acestor relații influențează modul în care se poate ajunge la opțiuni durabile privind managementul resurselor de apă. Etapa “durabilă” implică, în orice domeniu, în primul rând, o schimbare de viziune managerială și adoptarea unor soluții viabile vizând toate etapele circuitului natural și celui antropic.[1]
În râurile poluate, plantele sunt primele care dispar, apoi încep să moară și animalele cu cea mai mică rezistență, cum ar fi pești. Uneori, în urma unor greseli, se evacuează în ape reziduuri otrăvitoare în cantități foarte mari, ceea ce provoacă adevărate masacre.
Respectarea legilor țării în domeniul ocrotirii factorilor mediului înconjurator este o îndatorire a fiecarui om.[2]
În multe din chestiunile care vizează dezvoltarea durabilă în țările în curs de dezvoltare sau cu economii în tranziție, incluzând și pe cele referitoare la apă, cheltuielile legate de dotările tehnice de modernizare a stațiilor de tratare și epurare, a sistemelor de distribuție și a celor de monitorizare, sau suportul acordat programelor de instruire a personalului depind, în mod direct, de problemele dezvoltării economice și, de aceea, de multe ori, sunt insuficient finantațe.
În plus, mentalitatea societății și a industriilor trebuie să se schimbe progresiv, de la o etapă “legislativă”, în care respectarea reglementărilor este esențială, iar cele mai bune soluții sunt legate de epurarea apelor uzate, tratarea deșeurilor sau depoluarea fluxurilor gazoase, către o etapă “durabilă”, în care componentele preventive privind protecția factorilor de mediu trebuie să primeze.[1]
CAPITOLUL 2
ASPECTE TEORETICE ALE FENOMENELOR ȘI PROCESELOR DE TRATARE A APELOR UZATE INDUSTRIAL
2.1. CLASIFICAREA APELOR
În natură nu există apă pură, date fiind interacțiunile cu mediul ea conține gaze, substanțe minerale și organice dizolvate în suspensie. Chiar apa de ploaie, care ar trebui să fie cea mai curată apă naturală (devenită astfel printr-o distilare naturală) poate prezenta dizolvate anumite impurități de tipul: CO2, NH3 sau chiar H2S, SO2- ca urmare a contactului prelungit cu aerul.
În regiunile tropicale, apa de ploaie are o putere de dizolvare foarte mare. Specialiștii au calculat că în peninsula Indochina, apa de ploaie ce cade pe un hectar, pe parcursul unui an, conține 8 kg HNO3. În Brazilia, 50g apă la m3 de ceață conține 15-18 mg H2CO3 și 19 mg HNO3. Este o apă acidă ce atacă rocile.
Cea mai variată compoziție dintre toate apele naturale o au apele subterane. Ele conțin cantități mari de substanțe solide sau gazoase. Ajunse la suprafață, aceste ape, formează izvoare de ape minerale.
Dupa compoziție, apele minerale pot fi: acide (conținut ridicat de CO2), alcaline (predomină sulfații de magneziu și sodiu), sulfuroase (conțin sulfuri alcaline), feruginoase (conțin carbonați de fier di și trivalent). Țara noastră are un potențial ridicat de ape minerale. Sunt cunoscute stațiunile balneo-climaterice ca cele de la Buziaș (ape carbogazoase și feruginoase), Călimănești, Govora, Căciulata (ape sulfuroase), Slănic Prahova, Ocna Sibiului (saline).
Factorii determinanți ai efectului terapeutic precum: termalitate, prezența gazelor dizolvate (O2, CO2, H2S, CH4, N2, gaze rare), prezența unor substanțe de natură minerală sau organică (hormoni, antibiotice) permit utilizarea acestor ape în tratarea unei game foarte largi de afecțiuni ale aparatului cardio-vascular, locomotor, anemii, boli ale sistemului nervos și boli endocrine.[2]
Principalii impurificatori caracteristici apei subterane sunt:
Sărurile dizolvate (în concentrație mai mare față de apele de suprafață).Principalele săruri sunt: bicarbonații, clorurile, sulfații, azotații de Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, dar compoziția chimică depinde mult de compoziția mineralogică;
Solide în suspensie și materii coloidale (concentrații reduse);
Compușii organo bio- sau nebiodegradabili, proveniți din poluări accidentale;
Gaze dizolvate, CO2 și O2, H2S, CH4;
Microorganisme.[1]
Apele din râuri au o compoziție variabilă. Sunt în general slab mineralizate. Conțin Ca2+ și HCO3- și mai rar SO42- și Cl-, și reprezintă principala sursă de apă potabilă și industrială pentru România, fiind caracterizate prin fenomene de curgere, care influențează cantitatea de materii în suspensie și coloidale, caracteristicile fizico-chimice, forma albiei, variația debitului și a nivelului apei,și de suprafața de contact apă-atmosferă, care influențeaza cantitatea de oxigenare, variația de temperatură zilnică și pe anotimpuri, și de capacitatea de autoepurare.[2]
Râurile sunt caracterizate, în general, de prezența următoarelor impurități existente în stare naturală, compoziția specifică fiind însă dependentă de natura solurilor traversate de cursul de apă, a solurilor din bazinul de recepție, a apelor uzate deversate de diferiți utilizatori și a capacității de dizolvare a gazelor din atmosferă:
Săruri dizolvate provenite din eroziunea rocilor,solului și datorită precipitațiilor;
Materii în suspensie și coloidale (argile, nisip, silice) apărute ca urmare a eroziunii, inundațiilor, schimbărilor climaterice;
Compuși organici biogeni proveniți din descompunerea materiei organice și vegetale antrenate de curgerea apei sau proprie ecosistemului;
Compuși poluanți toxici, de natură organică sau anorganică;
Detergenții;
Uleiurile și grăsimile;
Microorganismele, virusurile, protozoarele provin din deversări ale apelor uzate contaminate cu dejecții umane și animale, microorganisme proprii ecosistemului.[1]
Apele mărilor și oceanelor sunt puternic mineralizate. Mările interioare au concentrații în săruri, fie mai mari (Marea Mediterană), fie mai mici (Marea Neagră- în special NaCl) comparativ cu apele oceanelor. În cazul Mării Moarte, concentrația de săruri este atât de mare încât viata nu poate exista.Sărurile apei de mare conțin 89% cloruri, 10% sulfați, 0,2% carbonați.[2]
Principalii impurificatori prezenți în apele mărilor și oceanelor sunt:
Sărurile dizolvate în concentrație mare (pH alcalin);
Compușii organic biogenic;
Materiile în suspensie și coloidale;
Compușii poluanți toxici (în special datorită poluărilor accidentale);
Microorganisme (în numar mai redus comparativ cu celelalte surse de apă de suprafată).[1]
Totalitatea apei pe Pământ este de aproximativ 1,46 miliarde km3 din care 97% în oceane și mări, 2% în calote glaciare și 1% în râuri, lacuri, pânze subterane.Apa potabilă nu trebuie să conțină organisme animale și vegetale și să satisfacă cerințe de calitate superioară privind indicatori fizico-chimici, biologici și bacteriologici.[1]
2.2. MOLECULA DE APĂ
Multe secole apa a fost considerată ca un element.
Fig.2.1. Molecula de apă [2]
În 1781, fizicianul englez H. Cavendish a arătat că apa se formează prin explozia unui amestec de hidrogen și oxigen, cu ajutorul scânteii electrice.
În 1783, Lavoisier a repetat experiența, realizând pentru prima oară sinteza cantitativă a apei. S-a stabilit atunci că 2 g de hidrogen se combină cu 16 g oxigen pentru a da 18 g apa.
În 1805, Humboldt și Gay-Lussac au arătat că apa este formată din doua volume de hidrogen și un volum de oxigen.
Apa naturală constă în amestecul speciilor de izotopi ai oxigenului: 16O, 17O, 18O, cu cei trei izotopi ai hidrogenului: 1H, 2H, 3H. Combinarea acestora genereaza 18 specii de molecule de apă.
Apa pură este întotdeauna un amestec de apă ușoară (H2O) și de cantități extrem de mici de apă grea (D2O) și apă hipergrea (T2O).[4]
2.2.1. Legături în molecula de apă
Fig. 2.2. Legături în molecula de apă [2]
După cum bine știm formula exactă a moleculei de apă este H2O (2 atomi de hidrogen sunt legați de un atom de oxigen), formula a fost înființată de italianul Stanislau Cannizzarro. Apa curată este transparentă, inodora și nu are gust. În strat subțire este incolora iar în strat mai gros albastră.
Anomalia densității apei are o mare influență asupra climei planetei și a vieții animalelor și plantelor. Când apa râurilor, a lacurilor și a mărilor scade sub 4 grade, ea nu mai cade la fund ci, fiind mai ușoarâ rămâne la suprafață și îngheață. Fiind protejate de stratul de gheață, apele mai adânci nu îngheață până la fund, ci au, sub stratul de gheață, temperatura de 4 grade la care viața poate continua.[4]
2.2.2. Stările de agregare ale apei
Corpurile se pot afla în stare solidă, lichidă sau gazoasă și pot trece dintr-o stare în alta. Când îngheață, apa se transformă în solid, iar când fierbe se transformă în vapori. Când gheața se topește, trece din stare solidă în stare lichidă, adică apă. Când apa fierbe, se transformă în gaz, adică vapori. Trecerea unui corp din strare solidă în stare lichidă și din stare lichidă în stare gazoasă se face prin încălzire, care îi furnizează energie calorică, intensificând astfel agitația moleculară.[3]
Fig. 2.3. Stările de agregare ale apei [2]
Tab. 2.1 Caracteristicile apei în funcție de starea de agregare [3]
Fig 2.4. Ciclul stărilor de agregare [2]
A. Starea solidă
Între atomii unui solid exista legături foarte puternice. Ei se afla într-o permanentă vibrație, dar pentru că sunt ținuți în retea de forțe foarte puternice, ei nu se pot mișca liber. Un caz interesant de rețea moleculară este cel al apei în stare solidă (gheața). În gheață se găsește un număr aproape dublu de legături de hidrogen decât în apa lichidă. Acest lucru este explicat de faptul că cei doi atomi de hidrogen legați covalent de oxigen formează două legături de hidrogen cu moleculele vecine. Deoarece cele două covalențe din apă au o anumită orientare (un unghi de 105°), moleculele de apă sunt orientate în cristalul de gheata după o schemă tetraedrică. Din cauza acestei așezări a moleculelor, cristalul de gheață are o structură afânată (cu goluri). Structura internă a gheții explică unele anomalii ale apei: densitatea gheții mai mică decât a apei lichide, creșterea volumului prin solidificarea (înghețarea) apei.[3]
Fig. 2.5. Molecule în stare solidă[2] Fig. 2.6. Structura cristalului de gheață [2]
B. Starea lichidă
Fig. 2.7. Molecule în stare lichidă [2]
C. Starea gazoasă
2.3. CIRCUITUL APEI ÎN NATURĂ
În natură, apa se gasește din abundență, în toate stările de agregare:
în stare lichidă (forma în care acoperă 2/3 din suprafața Pământului; sub formă de mări, oceane, râuri, fluvii, ape subterane);
în stare solidă (formează calote glaciare);
în stare gazoasă (atmosfera conține o cantitate considerabilă de apă, sub formă de vapori de apă, invizibili).[1]
Apa urmează un circuit în natură.Căldura soarelui determină evaporarea apei de suprafață. Vaporii rezultați se ridică în atmosferă. Daca în atmosfera saturată cu vapori de apă apare o scădere a temperaturii, o parte din vaporii condensați iau formă de nori, ceață, ploaie, zăpadă sau grindină.În anotimpurile calde, dar cu nopți răcoroase se depune roua, iar dacă temperatura solului este sub 0°C, se deRâurile sunt caracterizate, în general, de prezența următoarelor impurități existente în stare naturală, compoziția specifică fiind însă dependentă de natura solurilor traversate de cursul de apă, a solurilor din bazinul de recepție, a apelor uzate deversate de diferiți utilizatori și a capacității de dizolvare a gazelor din atmosferă:
Săruri dizolvate provenite din eroziunea rocilor,solului și datorită precipitațiilor;
Materii în suspensie și coloidale (argile, nisip, silice) apărute ca urmare a eroziunii, inundațiilor, schimbărilor climaterice;
Compuși organici biogeni proveniți din descompunerea materiei organice și vegetale antrenate de curgerea apei sau proprie ecosistemului;
Compuși poluanți toxici, de natură organică sau anorganică;
Detergenții;
Uleiurile și grăsimile;
Microorganismele, virusurile, protozoarele provin din deversări ale apelor uzate contaminate cu dejecții umane și animale, microorganisme proprii ecosistemului.[1]
Apele mărilor și oceanelor sunt puternic mineralizate. Mările interioare au concentrații în săruri, fie mai mari (Marea Mediterană), fie mai mici (Marea Neagră- în special NaCl) comparativ cu apele oceanelor. În cazul Mării Moarte, concentrația de săruri este atât de mare încât viata nu poate exista.Sărurile apei de mare conțin 89% cloruri, 10% sulfați, 0,2% carbonați.[2]
Principalii impurificatori prezenți în apele mărilor și oceanelor sunt:
Sărurile dizolvate în concentrație mare (pH alcalin);
Compușii organic biogenic;
Materiile în suspensie și coloidale;
Compușii poluanți toxici (în special datorită poluărilor accidentale);
Microorganisme (în numar mai redus comparativ cu celelalte surse de apă de suprafată).[1]
Totalitatea apei pe Pământ este de aproximativ 1,46 miliarde km3 din care 97% în oceane și mări, 2% în calote glaciare și 1% în râuri, lacuri, pânze subterane.Apa potabilă nu trebuie să conțină organisme animale și vegetale și să satisfacă cerințe de calitate superioară privind indicatori fizico-chimici, biologici și bacteriologici.[1]
2.2. MOLECULA DE APĂ
Multe secole apa a fost considerată ca un element.
Fig.2.1. Molecula de apă [2]
În 1781, fizicianul englez H. Cavendish a arătat că apa se formează prin explozia unui amestec de hidrogen și oxigen, cu ajutorul scânteii electrice.
În 1783, Lavoisier a repetat experiența, realizând pentru prima oară sinteza cantitativă a apei. S-a stabilit atunci că 2 g de hidrogen se combină cu 16 g oxigen pentru a da 18 g apa.
În 1805, Humboldt și Gay-Lussac au arătat că apa este formată din doua volume de hidrogen și un volum de oxigen.
Apa naturală constă în amestecul speciilor de izotopi ai oxigenului: 16O, 17O, 18O, cu cei trei izotopi ai hidrogenului: 1H, 2H, 3H. Combinarea acestora genereaza 18 specii de molecule de apă.
Apa pură este întotdeauna un amestec de apă ușoară (H2O) și de cantități extrem de mici de apă grea (D2O) și apă hipergrea (T2O).[4]
2.2.1. Legături în molecula de apă
Fig. 2.2. Legături în molecula de apă [2]
După cum bine știm formula exactă a moleculei de apă este H2O (2 atomi de hidrogen sunt legați de un atom de oxigen), formula a fost înființată de italianul Stanislau Cannizzarro. Apa curată este transparentă, inodora și nu are gust. În strat subțire este incolora iar în strat mai gros albastră.
Anomalia densității apei are o mare influență asupra climei planetei și a vieții animalelor și plantelor. Când apa râurilor, a lacurilor și a mărilor scade sub 4 grade, ea nu mai cade la fund ci, fiind mai ușoarâ rămâne la suprafață și îngheață. Fiind protejate de stratul de gheață, apele mai adânci nu îngheață până la fund, ci au, sub stratul de gheață, temperatura de 4 grade la care viața poate continua.[4]
2.2.2. Stările de agregare ale apei
Corpurile se pot afla în stare solidă, lichidă sau gazoasă și pot trece dintr-o stare în alta. Când îngheață, apa se transformă în solid, iar când fierbe se transformă în vapori. Când gheața se topește, trece din stare solidă în stare lichidă, adică apă. Când apa fierbe, se transformă în gaz, adică vapori. Trecerea unui corp din strare solidă în stare lichidă și din stare lichidă în stare gazoasă se face prin încălzire, care îi furnizează energie calorică, intensificând astfel agitația moleculară.[3]
Fig. 2.3. Stările de agregare ale apei [2]
Tab. 2.1 Caracteristicile apei în funcție de starea de agregare [3]
Fig 2.4. Ciclul stărilor de agregare [2]
A. Starea solidă
Între atomii unui solid exista legături foarte puternice. Ei se afla într-o permanentă vibrație, dar pentru că sunt ținuți în retea de forțe foarte puternice, ei nu se pot mișca liber. Un caz interesant de rețea moleculară este cel al apei în stare solidă (gheața). În gheață se găsește un număr aproape dublu de legături de hidrogen decât în apa lichidă. Acest lucru este explicat de faptul că cei doi atomi de hidrogen legați covalent de oxigen formează două legături de hidrogen cu moleculele vecine. Deoarece cele două covalențe din apă au o anumită orientare (un unghi de 105°), moleculele de apă sunt orientate în cristalul de gheata după o schemă tetraedrică. Din cauza acestei așezări a moleculelor, cristalul de gheață are o structură afânată (cu goluri). Structura internă a gheții explică unele anomalii ale apei: densitatea gheții mai mică decât a apei lichide, creșterea volumului prin solidificarea (înghețarea) apei.[3]
Fig. 2.5. Molecule în stare solidă[2] Fig. 2.6. Structura cristalului de gheață [2]
B. Starea lichidă
Fig. 2.7. Molecule în stare lichidă [2]
C. Starea gazoasă
2.3. CIRCUITUL APEI ÎN NATURĂ
În natură, apa se gasește din abundență, în toate stările de agregare:
în stare lichidă (forma în care acoperă 2/3 din suprafața Pământului; sub formă de mări, oceane, râuri, fluvii, ape subterane);
în stare solidă (formează calote glaciare);
în stare gazoasă (atmosfera conține o cantitate considerabilă de apă, sub formă de vapori de apă, invizibili).[1]
Apa urmează un circuit în natură.Căldura soarelui determină evaporarea apei de suprafață. Vaporii rezultați se ridică în atmosferă. Daca în atmosfera saturată cu vapori de apă apare o scădere a temperaturii, o parte din vaporii condensați iau formă de nori, ceață, ploaie, zăpadă sau grindină.În anotimpurile calde, dar cu nopți răcoroase se depune roua, iar dacă temperatura solului este sub 0°C, se depune bruma.
Fig. 2.9. Circuitul apei în natură [2]
Apele ajunse la nivelul solului sau cele ce rezultă din topirea zăpezilor, în parte umplu din nou lacurile, râurile, fluviile, mările și oceanele. Altă parte străbate straturile de pământ, la diferite adâncimi, formând apele freatice. Apa subterană poate reapărea la suprafață, fie prin izvoare, fie extrasă prin fântâni, puțuri sau sonde.
În cadrul acestui mare circuit natural se disting circuite secundare, dintre care, importanță deosebită prezintă circuitul biologic. Acesta constă în pătrunderea apei în organismele vii și redarea ei în circuitul natural prin respirație, transpirație și moartea organismelor. Distingem și un circuit apă-om-apă care se referă la intervenția activității omului în circuitul natural.[5]
2.4. TEHNOLOGII DE EPURARE A APELOR UZATE INDUSTRIAL
Corectarea calităților apei, pentru satisfacerea condițiilor impuse de diverse utilizări, se realizează prin procedeele de tratare.
Procesul de epurare constă în îndepărtarea din apele uzate a substanțelor toxice, a microorganismelor etc. în scopul protecției mediului înconjurător. O epurare corespunzătoare trebuie să asigure condiții favorabile dezvoltării în continuare a tuturor folosințelor (alimentări cu apă, piscicultură, agricultură etc.).[6]
Se supun epurării apele rezultate din consumul municipal, casnic și industrial.
Caracterizarea apelor uzate este necesară atât pentru aprecierea gradului de încărcare și a nocivității cât și pentru stabilirea tehnologiei de epurare .
Apele uzate conțin o serie de compuși care au acțiune vătămătoare asupra florei, faunei, asupra captărilor de ape din aval, asupra instalațiilor de transport și canalizare. În cadrul măsurilor de protecție a mediului, protecția calității apelor naturale, se urmărește respectarea valorilor limită maxime admisibile pentru deversarea apelor uzate. [3]
La început, în procesul de tratare a apei reziduale, s-au folosit tehnologii simple de conducere, și nu tehnologii de conducere automată, din următoarele motive:
procesul este foarte complex și, de aceea, este dificil de controlat și optimizat;
pompele, valvele și elementele de execuție nu sunt controlabile, adesea acestea au numai stările “deschis” sau “închis”;
tratarea apei reziduale este considerată un proces neproductiv, iar sistemele de conducere sunt destul de scumpe și, din aceste motive, de obicei, nu se folosesc asemenea sisteme avansate.
Procesul de tratare a apei reziduale are următoarele caracteristici:
volumul zilnic de apă reziduală tratată poate fi foarte mare;
existența unor perturbații foarte mari;
apa reziduală de intrare trebuie acceptată și tratată, neputând fi returnată la furnizor;
procesul este dependent de microorganisme.
Procedeele de epurare utilizate pentru diminuarea încărcării poluante a apelor uzate pot fi clasificate după mai multe criterii care țin cont și de modalitatea de colectare, deversare și epurare a acestor ape uzate. Epurarea apelor uzate, indiferent de procedeele utilizate, are ca obiective:
reținerea substanțelor poluante sau a celor care pot fi valorificate ulterior, având ca efect final obținerea apei epurate ce poate fi reintrodusă în circuitul natural, recirculată în procese tehnologice sau reutilizată în diferite alte scopuri (încărcarea acviferelor, sisteme duale de alimentare cu apă, irigații);
prelucrarea depunerilor (nămolurilor) rezultate din prelucrarea apelor.[7]
Apele uzate sunt definite în Legea Apelor ca fiind: “ape care prin utilizare li s-au modificat calitățile fizice, chimice, biologice inclusiv temperatura sau radioactivitatea; ape din precipitații sau din alte surse care fără să fi fost obiectivul unei folosiri s-au încărcat cu substanțe provenite din activitățile sociale sau economice; ape din mine sau zăcământ, sau orice alt tip de ape care au făcut obiectul unei folosiri”.[4]
Industria petrochimică este cea mai dinamică ramură a industriei chimice și a avut acest caracter de la începutul afirmării ei la capacitate industrială. Țițeiul și gazele naturale constituie principalul factor al dezvoltării industriei de sinteză datorită avantajelor oferite de calitatea acestora ca materii prime. Trebuie subliniat de asemenea faptul că accesibilitatea țițeiului și gazelor, după cel de-al doilea război mondial a făcut ca vechile resurse de materii prime și în special cărbunii folosiți să cedeze repede prioritatea. O serie de recente progrese înregistrate la scară industrială, atât în domeniul conversiei hidrocarburilor cât și al tehnicilor de separare a produșilor de reacție, s-a impus datorită exigențelor privind întrebuințarea multor produse ca intermediari de calitate condiționată. În plus sursele de țiței s-au diversificat în multe cazuri, calitatea acestora reclamă prelucrări mai complexe și mai costisitoare.
Deja se impune valorificarea tuturor subproduselor rezultate din prelucrările de mare tonaj, evitându-se astfel tehnologii speciale pentru obținerea acestora.[8]
Fig. 2.10 Schema instalației de filtrare [2]
2.5. EPURAREA MECANICĂ A APELOR UZATE
Prin epurarea mecanică se înteleg acele procedee care asigură eliminarea din apele uzate a suspensiilor solide conținute de acestea, prin procese fizice de separare cum sunt:
reținerea suspensiilor grosiere pe grătare și site;
separarea suspensiilor fine prin sedimentare în deznisipatoare și decantoare.
Sedimentarea este procesul de separare din apele uzate a particulelor solide prin depunere gravimetrică. Un alt termen pentru descrierea acestui proces este cel de limpezire și ingroșare.
În epurarea apelor uzate, sedimentarea este folosită pentru îndepărtarea atât a substanțelor solide organice cât și a celor anorganice care se depun în apă sau care au fost aduse într-o formă ca să se depună prin coagulare sau precipitare.
Procesul de separare prin sedimentare poate fi clasificat aproximativ ca desfășurându-se în patru categorii denumite: tip I, tip II, sedimentare în masă și tasare, toate depinzând de concentrația suspensiilor și de caracterul particulelor.Tipul I și II de sedimentare se referă la suspensii diluate, (tipul I la particule discrete și tipul II la materiale floculate). [9]
2.6. EPURAREA CHIMICĂ A APELOR UZATE
2.6.1. Epurarea chimică prin schimb ionic
Ca metodă de îndepărtare a ionilor anorganici din apă, schimbul ionic este un procedeu cunoscut de multă vreme și aplicat în diverse industrii. Reacțiile de schimb ionic sunt utilizate în: demineralizarea (deionizarea) apelor, dedurizarea apelor, epurarea unor ape uzate cu conținut de impurități minerale (în special ioni de metale grele), iar în ultimii ani, s-a încercat utilizarea schimbătorilor de ioni pentru îndepărtarea fosfaților, azotului amoniacal, ABS, coloranților, fenoli, pesticide clorurate și pentru reținerea materiilor organice din apele proaspete supuse apoi demineralizării, în scopul prelungirii duratei de funcționare a coloanei de deionizare.
În reținerea poluanților organici pe rașini sintetice, poate apare fie mecanismul de schimb ionic, fie adsorbția (mecanisme similare adsorbției pe cărbuni activi), dar în cele mai multe cazuri apar ambele mecanisme.
În cazul în care schimbul ionic este unicul mod de reținere a poluantului organic, cantitatea de poluant reținută poate fi calculată, iar momentul epuizării rășinii poate fi anticipat.
În cazul celui de-al doilea mecanism- adsorbția- cantitatea de poluant ce se va reține, este greu de stabilit. În stabilirea capacității de adsorbție a unei rășini, rolul principal îl are configurația compușilor organici prezenți în apă și nu greutatea moleculară a compușilor adsorbiți.
Regenerarea rășinilor epuizate prin reținerea unor poluanți organici, poate fi efectuată cu diverși reactivi chimici, stabiliți în funcție de mecanismele ce au intervenit în procesul de reținere: acizi sau baze, metanol, soluții de sare, acetonă, etc.
Utilizarea rășinilor schimbătoare de ioni pentru îndepărtarea poluanților organici, este, uneori, mai eficientă decât utilizarea cărbunilor activi. De exemplu, o rășină bază puternică în forma clorură, are o capacitate de adsorbție pentru ABS mai mare decat cărbunii activi, iar rășina XAD4 a reținut mai bine pesticidele clorurate decât cărbunele activ. Deasemeni, în cazul unor ape cu coloranți ce conțin metale grele legate organic, nu pot fi utilizați cărbunii activi deoarece la regenerarea termică, metalul rămâne fixat ca un email pe suprafața cărbunelui, micșorându-i simțitor capacitatea de adsorbție. Și în această situație, utilizarea rășinilor sintetice s-a dovedit mult mai avantajoasă.[10]
2.6.2. Oxidarea chimică
În cazul prezenței în apa uzată a unor substanțe organice biorezistente, sau a unor substanțe anorganice nedorite, prin oxidarea chimică se poate realiza oxidarea lor fie la produșii finali de oxidare, fie la specii intermediare nedăunătoare.
Substanțele organice care se pot îndepărta din apa uzată prin oxidare chimica sunt: detergenții, coloranții, aldehidele, fenolii, produsele fito- farmaceutice.
Oxidarea chimică poate fi realizată în special cu oxigen, sub următoarele forme:
oxidanți care conțin oxigen activ, (ozon, apa oxigenată, radicali liberi OH, obținuți prin descărcări Corona sau prin iradiere cu izotopi radioactivi);
oxidare accelerată , cu oxigen molecular (autooxidarea), bazată pe reacția în lanț cu radicali liberi OH; drept promotori de radicali liberi s-a folosit apa oxigenată în prezența fierului bivalent.
O altă posibilitate este oxidarea catalitică (catalizatori de paladiu și nichel ) cu oxigen molecular, a substanțelor organice, după reținerea lor prin adsorbție pe suprafața unui material solid.
Oxidarea chimică a poluanților din apele uzate poate fi realizată și cu alți oxidanți decât oxigenul.
Dintre oxidanții cunoscuți, prezintă interes clorul și derivații săi, permanganatul de potasiu și ferații de sodiu sau potasiu (Na2FeO4 ; K2FeO4 ) aplicați în mediu acid.
Folosirea permanganatului de potasiu nu are perspective, din cauza oxidării incomplete.
Ferații au avantajul că, în afara acțiunii oxidante, în epurare intervine și efectul de coagulare datorat hidroxidului feric format. [1]
Oxidarea substanțelor organice din apele uzate se poate realiza și prin procese electrochimice. Descompunerea substanțelor organice din apă, în timpul electrolizei, se realizează ca urmare a reacțiilor de reducere, care au loc la catod, și a celor de oxidare, de la anod. Acest procedeu, conduce la eficiențe relativ ridicate (scăderea oxidabilitatii cu cca.80% ) însa procedeul este costisitor pentru a putea fi generalizat .
Folosirea oxidanților chimici pentru distrugerea substanțelor organice are următoarele avantaje, față de alte procedee de epurare:
pot fi aplicați atât pentru distrugerea impurităților din apele uzate, cât și din reziduurile concentrate obținute din unele faze ale proceselor de epurare;
în afara substanțelor organice, pot fi distruse și unele impurități anorganice;
nu lasă, după aplicare, reziduuri concentrate;
distrug, efectiv, organismele prezente în apă.
Aplicarea oxidării chimice comportă și o serie de dificultăți, care decurg din:
compoziția necunoscută și gama largă a compușilor prezenți;
compoziția și concentrația mereu variabilă a substanțelor organice dintr-o apă uzată.[3]
Dificultatea de identificare a componenților individuali dintr-o apa uzată, fie înainte, fie dupa oxidarea chimică, a făcut necesară, pentru aprecierea eficienței unui oxidant dat, să se urmărească doar parametrii globali.
Se consideră adecvați următorii parametri:
consumul chimic de oxigen (CCO);
concentrația oxidantului;
conținutul total de carbon;
eficiența de oxidare.
Eficiența de oxidare (E.O. ) se definește prin relația:
E.O.= [(CCO)I- (CCO)f]/ A, în care:
(CCO)I este consumul chimic de oxigen al apei înainte de tratarea cu oxidant,mg/ l;
(CCO)f este consumul chimic de oxigen al apei după oxidare, mg/ l;
A este cantitatea de oxigen echivalentă cu cantitatea de oxigen folosită, mg/ l.
Un bun oxidant trebuie să îndeplinească următoarele condiții:
să nu producă impurități secundare greu de îndepărtat;
să acționeze asupra tuturor substanțelor organice prezente;
să nu mărească sensibil conținutul de săruri minerale din apă;
să nu necesite timp de contact mare (de preferat sub trei ore);
să fie ușor de manipulat;
să oxideze eficient impuritățile la pH-ul propriu al apei de epurat.[10]
Dintre sistemele de oxidare studiate pe plan mondial, la rezultate satisfăcătoare au condus următoarele procedee:
A. Oxidarea cu apă oxigenată
Apa oxigenată (H2O2) se descompune în mediu apos, formând radicalul hidroxil (OH-) care este unul dintre cei mai puternici oxidanți cunoscuți în sistemele apoase.
Apa oxigenată, singură , nu oxidează substanțele organice din apele uzate într-un timp destul de scurt, de aceea pentru accelerarea reacției, este necesar un catalizator (ex.: o sare de fier). În cazul catalizatorului de fier, producerea radicalilor liberi OH- , prin care se realizează oxidarea, are loc la o valoare optimă a pH-ului de 3-4.
Produșii de descompunere finală a sistemelor catalitice cu apa oxigenată sunt : apa, oxigenul, și hidroxidul feric. Deci, nu se formează poluanți solubili în apele uzate; în plus, hidroxidul feric Fe(OH)3 acționează ca un floculant, care îndepărtează particulele în suspensie din apele uzate.
În complexul organic- anorganic apa uzată- substrat, pot avea loc numeroase reacții între oxidantul activ și substrat.
Rezultatele obținute la scară de laborator de către Bishop s.a. , prin folosirea unor doze stoechiometrice de apă oxigenată în amestec cu săruri ferice sau feroase, sunt următoarele:
domeniul optim de pH este 3-4;
s-a obținut reducerea cu 50-70 % a oxidabilității (CCO) efluenților menajeri epurați biologic și filtrați, precum și a celor tratați cu cărbune activ;
circa 30% din substanțele organice biorezistente au fost transformate în CO2 și apă;
eficiența de oxidare (E.O.) a variat între 50 si 70 %;
după tratament, a rămas un material organic rezidual, care este cu atât mai rezistent, cu cât cantitatea de apă oxigenată este mai mare;
îndepărtarea alchil-benzen-sulfonatului a atins proporția de 98%;
oxidabilitatea apei după epurare (CCO) a fost de 15- 30 mgO2/l în cazul unui efluent tratat biologic în prealabil, și de 5- 10 mgO2/l, în cazul unui efluent tratat în prealabil cu cărbune activ.
Cercetările efectuate au condus la concluzia că, oxidarea cu apă oxigenată a substanțelor organice biorezistente, este tehnic posibilă, însă apa oxigenată este un oxidant încă prea scump pentru a fi aplicat în practică.[1]
B. Oxidarea cu ozon
Ozonul este cunoscut ca un oxidant foarte eficace al substanțelor organice biorezistente din apă. El este un oxidant mai puternic decat clorul , prezentând și avantajul că nu dă produse secundare de reacție.
Ozonul reacționează fie ca atare, (O3), fie prin radicali liberi, (OH-), pe care îi eliberează în apă.
Acțiunea oxidantă a ozonului poate lua trei forme diferite :
oxidarea directă prin pierderea unui atom de oxigen ;
oxidarea directă prin adiția moleculei de ozon la substanța de oxidat ;
oxidarea prin efect catalitic, favorizând rolul oxidant al oxigenului ce însotește în aer ozonul.
În soluție apoasă, viteza de autodistrugere a ozonului depinde de pH, de natura și concentrația sărurilor dizolvate, și este mult favorizată de prezența ionilor hidroxil.
Pentru tratarea apelor cu ozon, sunt deosebit de interesante reacțiile de adiție și acțiunea catalitică. Numeroase substanțe, atât minerale cât și organice, sunt sensibile la acțiunea ozonului, chiar în condiții speciale de utilizare impuse ( la rece și în mediu diluat).
Printre substanțele ce pot fi distruse sau eliminate prin ionizare, se pot enumera : poluanții clasici ( fier, mangan, materii humice, proteine, aminoacizi ), compușii ce dau gust, miros și culoare, substanțe considerate în prezent micropoluanți organici ( fenoli, substanțe extractibile cu cloroform, hidrocarburi, produse fito- farmaceutice și în mod deosebit detergenții).
Oxidarea catalitică cu ozon este cea care distruge direct proteinele și aminoacizii și furnizează o explicație a proprietăților bactericide și virucide energice ale ozonului.
Efectele ozonizării pot fi diferite, în funcție de modalitățile de aplicare a ozonului în apă și de gradul de poluare a apei.
Ozonizarea este un procedeu foarte eficace, care constituie adesea singurul mod acceptabil, din punct de vedere economic, de eliminare a poluanților și micropoluanților. În practica tratării apelor, ozonul s-a utilizat sub formă de aer îmbogățit cu ozon. Aerul ozonizat se obține prin trecerea unui curent de aer perfect uscat, cu ajutorul curentului electric alternativ de frecvență joasă și de tensiune înaltă, printr-un condensator coaxial sau plan.
Uscarea avansată a aerului de alimentare se realizează fie prin răcirea aerului, fie prin utilizarea adsorbanților poroși cu suprafață specifică mare ( gel de silice sau alumină activată) . In marile instalații cu funcționare continuă, uscarea aerului se face prin ambele procedee, în doua faze consecutive.Tratamentul cu ozon constă în introducerea aerului ozonizat în apă și asigurarea transferului ozonului din faza gazoasă în faza lichidă. Transferul de masă al ozonului are loc prin difuzie la interfața lichid- aer. [10]
La cercetarile de la Water Pollution Research Laboratory s-a studiat in detaliu efectul ozonizării asupra compoziției chimice a apelor uzate, la diverse temperaturi și doze de ozon. Experimentările efectuate au condus la următoarele concluzii principale :
La cea mai mică doză de ozon utilizată (0,19 gO3/ lh) și la temperatura de 20oC, oxidabilitatea (CCO) a scăzut, în medie cu 1/2 din concentrația ozonului absorbit.
Ozonul cauzează adesea, în doze mici, o ușoară creștere a CBO-ului. CBO-ul apelor uzate din industria laptelui, tratate, nu a prezentat această creștere. Prelungirea ozonizării a avut , de obicei, ca efect o scadere a CBO-ului.
Ozonizarea a favorizat, de regula, o scădere a conținutului de suspensii pe măsura creșterii cantității de ozon absorbit. Temperatura nu a avut efect asupra reducerii conținutului de suspensii prin ozonizare.
La doze de ozon de 20 mg/ l, au fost observate reduceri ale conținutului de carbon organic până la 27 %.
Nitriții au fost oxidați la nitrați prin tratare cu ozon și a scăzut concentrația azotului organic.
Fenolii au fost îndepărtați rapid prin ozonizare.
Oxidarea detergenților nu a fost completă (până la bioxid de carbon și apă) în condițiile experimentale folosite.
Pesticidele (diclor-difenil-triclor-etan, diclor-difenil-diclor-etan) au fost rapid îndepărtate în condițiile experimentale utilizate.[11]
Oxidarea cu ozon a substanțelor organice biorezistente din apele uzate este un procedeu cu largi posibilități de utilizare la scară industrială. Aplicabilitatea acestei metode este condiționată, în principal de costul energiei electrice și realizarea unor generatori eficienți de ozon.[1]
C. Descărcările Corona
Descărcările Corona ( la frecvențe de 104 cps și tensiuni 5×104 V – foarte mari ) în vapori de apă, ar putea fi folosite ca o sursă posibilă de radicali hidroxil. Pe baza unor estimări a costului și a rezultatelor tehnice preliminare, aplicarea procesului de oxidare cu oxigen activ pare să fie promițătoare pentru îndepărtarea substanțelor organice reziduale din efluenții rezultați din alte procese de epurare avansată. Efluenții care necesită numai 10- 20 mg/ l oxigen disponibil, pot fi tratați direct prin procesul Corona.[10]
D. Iradierea cu izotopi radioactivi
O altă cale de obținere a radicalilor hidroxil în soluție apoasă, care a fost studiată, este iradierea cu radiații produse de izotopi radioactivi sau cu fascicole de electroni de energie înaltă. Evaluarile preliminare, care țin seama de costurile necesare și de problemele de protecție și manipulare, au condus la concluzia că folosirea unei surse radioactive pentru îndepărtarea substanțelor organice din apele uzate, nu constituie o metodă interesantă, în comparație cu altele posibile.[3]
E. Oxidarea accelerată cu oxigen molecular (autooxidarea)
Este o altă posibilitate de folosire a oxigenului pentru distrugerea impurităților organice din apă, care se bazează pe o reacție în lanț cu radicali liberi hidroxil, oxidantul principal fiind oxigenul molecular. Procedeul necesită studii pentru depistarea unui promotor și a unui catalizator de accelerare convenabil, stabilirea efectului inhibitorilor chimici, efectul presiunii oxigenului, temperaturii, pH-ului.[1]
F. Oxidarea catalitică cu oxigen a substanțelor adsorbite
Deși oxidarea cu oxigen molecular a substanțelor organice biorezistente din apele uzate este termodinamic posibilă, vitezele de reacție sunt de obicei prea mici pentru aplicarea în practică. Prin folosirea unor catalizatori cu paladiu sau nichel, vitezele de reacție pot fi mărite.
Eficiența oxidării poate fi mărită prin concentrarea substanțelor organice pe suprafața unor adsorbanți solizi. Dacă acești adsorbanți sunt impregnați cu catalizatori convenabili, rezultă că este posibil, teoretic, a realiza aproape simultan și adsorbția și oxidarea.[10]
G. Oxidarea cu clor sau produse cu clor activ
Este cunoscută de multă vreme folosirea clorului pentru stelirizarea apei. Atât clorul cât și produșii cu clor activ (cloramine, bioxid de clor, hipocloriți) acționează oxidant asupra substanțelor organice însă acțiunea lor oxidantă este mai puțin energică decât a oxidanților cu oxigen activ.
Clorul și bioxidul de clor oxidează multe dintre substanțele organice conținute în apele uzate, dar nu le transformă în mod obișnuit până la bioxid de carbon și apă. Reacția clorului cu substanțele organice poate produce despre molecule organice având gust și miros considerabil și se pot forma și alți produși complecși. Doza aplicată variază în funcție de conținutul de substanțe poluante, însă prin adăugarea cantităților stoechiometrice de clor nu se realizează oxidarea tuturor substanțelor organice biorezistente ci va rămâne o cantitate de clor rezidual.
Deoarece gradul de distrugere prin oxidare cu clor a substanțelor organice este mai mic decât cel realizat cu oxigen activ și pentru că produsele de oxidare cu clor pot fi foarte toxice, oxidarea cu clor și cu compuși cu clor nu constituie o metodă interesantă de îndepărtare a substanțelor organice biorezistente din apă.[4]
2.7. EPURAREA BIOLOGICĂ A APELOR UZATE
Este o epurare mai complexă, bazată pe activitatea microorganismelor care consumă poluanții din apa reziduală, aceasta fiind hrana lor, în condiții aerobe (epurare aerobă) sau anaerobe (în lipsa oxigenului). Epurarea biologică este o treaptă de finisare a epurării, poate atinge eficiențe ridicate, și se aplică, în general, în cazurile în care se impune respectarea NTPA 001/2002.[10]
Epurarea apelor uzate poate fi, în funcție de caracteristicile apei și de cerințele evacuării în emisar, mai mult sau mai puțin complexă. Apele uzate cu caracter predominant anorganic, vor fi tratate numai prin mijloace fizico-chimice (sedimentare, neutralizare, precipitare, coagulare, adsorbție pe cărbune activ, etc.); prin aceste procedee, eliminarea substanțelor conținute în apa uzată, se face prin procedee fizice și chimice. Apele uzate cu caracter predominant organic, pot fi tratate prin mijloace fizico-chimice și biologice. Metodele biologice presupun eliminarea substanțelor conținute în apa uzată prin procesele metabolice ale microorganismelor. Aplicarea procedeelor biologice se poate face numai în cazul în care substanțele organice din apele uzate pot fi metabolizate, sunt deci degradabile și nu sunt însoțite de substanțe toxice.[12]
Pentru una și aceeași apă uzată, gradul de eliminare a impurităților crește cu complexitatea proceselor folosite. Astfel, pentru epurarea apelor uzate menajere, tabelul 2.2. prezintă randamentele obținute prin diferite mijloace.[10]
Tabelul 2.2. Randamentele epurării apelor uzate menajere, prin diferite procese, exprimate în indicatorii principali [10]
S-a constatat că, metoda cea mai eficientă și cea mai economică de eliminare sau de îndepartare a substanțelor organice din apele uzate este folosirea procedeelor de epurare biologică. Aceste procedee se bazează pe reacțiile metabolice ale unor populații mixte de bacterii, ciuperci și alte microorganisme inferioare (în special protozoare). În practica epurării, aceste biocenoze se numesc biomasă.Compoziția biocenozelor și randamentul de îndepărtare a substanțelor organice depind de condițiile de mediu: compoziția apei uzate și concentrația în impurități organice , temperatura, pH, tensiunea de oxigen , condițiile de amestec , modul de exploatare.
Coexistența diferitelor specii ale biomasei este în echilibru dinamic. Frecvența diferitelor specii poate fi modificată prin factorii de mai sus. Fluctuațiile temporare ale acestor factori sunt compensate de dinamica populației de microorganisme, care are o bună abilitate de adaptare; în acest fel, calitatea efluentului variază puțin. Fac excepție intervențiile de lungă durată în condițiile de mediu, care provoacă variații considerabile ale biocenozei, ca și intoxicările acute ale organismelor datorită evacuării unor ape toxice; în aceste cazuri, efluentul "epurat" nu mai are calitatea corespunzătoare cerințelor.
Procedeele de epurare biologică utilizate în practică au la bază una din cele două grupe diferite de microorganisme : aerobe sau anaerobe. Ca procedee de alimentare a biocenozelor respective se utilizează alimentarea continuă sau alimentarea discontinuă cu apă uzată sau cu solidele separate din aceasta. Microorganismele aerobe sunt folosite în mod curent în epurarea majorității apelor uzate cu caracter predominant organic. Pentru epurarea aeroba a apelor, cele mai utilizate procedee sunt :
cu nămol activ ;
cu biofiltre ;
în iazuri de oxidare.
Deși aceste trei procedee diferă între ele cu privire la timpul de contact între microorganisme și apa uzată (timp de retenție), necesarul de oxigen, modul de utilizare a nămolului biologic, totuși, fenomenele biochimice esențiale sunt identice.[12]
2.7.1. Elemente de fiziologie bacteriană
Procesele chimice din celula vie, numite metabolism, pot fi separate în procese de disimilare (dezasimilare sau catabolism), care cuprind reacțiile producătoare de energie, și procese de asimilare sau anabolism, care cuprind reacțiile conducând la sintetizarea materialului celular nou cu ajutorul energiei eliberate în disimilare.
În ambele procese, reacțiile chimice sunt conduse în trepte succcesive, fiecare treaptă fiind catalizată de enzime specifice. Enzimele sunt catalizatori biochimici, produși de celula vie; din punct de vedere chimic, sunt proteine simple sau asociate (proteide). O serie de enzime se găsesc în mod permanent în celulă : enzimele constitutive. O deosebită importanță pentru degradarea diferitelor substanțe organice (substrate) o are categoria enzimelor adaptative sau induse. Acestea sunt produse de microorganisme numai în prezența unui substrat bine determinat. Reacțiile enzimatice, ca orice reacții chimice, sunt supuse legii acțiunii maselor, viteza reacției depinzând de concentrația produsului final. De asemenea, se poate menționa că, activitatea enzimatică este influențată de următorii factori: temperatură, pH, concentrația substratului, prezența substanțelor inhibitoare.
Fiecare enzimă are o temperatură optimă de activitate; sub această temperatură, reacția catalizată se desfașoară încet – peste aceasta poate apărea inactivarea termică a enzimei, datorită denaturării proteinei.pH-ul poate inactiva reacțiile enzimatice, în principal, din aceleași motive de denaturare a proteinelor în mediu prea acid sau prea bazic.
Inhibitorii enzimatici pot fi factori fizici (agitare mecanică violentă, ultrasunete, radiații), sau factori chimici, care denaturează proteinele, mai ales prin precipitarea acestora sau prin blocarea unor elemente componente ale enzimei. Inhibitori de acest fel sunt săruri ale metalelor grele (de exemplu Fe 3+, Hg2+ , Ag+ ,Cu2+), cianuri, acid tricloracetic, agenți oxidanți, etc.
O inhibiție importantă în procesele de epurare biologică o reprezintă inhibiția de substrat și de produs. La concentrații de substrat ridicate, unele enzime reacționează mai încet, adică viteza de reacție începe să scadă; se presupune că inhibiția de substrat este determinată prin fixarea pe proteină a mai multor molecule de substrat, ceea ce are drept consecintă stingherirea reacției. În mod asemănător, pot acționa și produsele finale în concentrații ridicate; acestea reprezintă substratul reacției în sens invers și produsul este fixat de enzimă, împiedicând astfel accesul substratului primar. În unele cazuri, produsul final acționează asupra enzimei, fixându-se într-un alt punct al moleculei proteice decât cel rezervat pentru substrat (inhibiție alosterică). Conformația proteinei se modifică în așa fel încât fixarea ulterioară a substratului devine dificilă sau chiar imposibilă. Inhibiția competitivă apare când substanța care exercita un efect inhibitor asupra unei enzime date, are structura chimică înrudită cu substratul atacat de enzimă; în acest caz, compusul inhibitor blochează suprafața enzimei.
Activitatea enzimatică a microorganismelor, ca și inhibiția acesteia, constituie ativitatea cheie în procesul degradării biologice a impurităților organice din apele uzate.
Cele mai multe enzime sunt localizate în interiorul celulei- enzime intracelulare; unele sunt eliberate în mediul exterior- enzimele extracelulare. În general, acestea din urmă catalizează reacții de hidroliză, care scindează moleculele prea mari, pentru a trece prin membrana celulară, în unități mici, capabile să pătrundă în celulă și să intre în circuitul reacțiilor metabolice (de exemplu, amilazele scindează amidonul la maltoză).[13]
Tab. 2.3. Tipuri de bacterii [14]
Tab.2.4. Tipuri de protozoare și flagelate[14]
2.7.2. Oxidarea și sinteza în procesele de epurare biologică
În interiorul celulei, unitățile materiale folosesc, pe de o parte, la obținerea energiei, prin reacțiile de disimilație, pe de alta, la obținerea materialului nou celular, prin reacțiile de asimilație. Principalul fenomen producător de energie, în cursul reacțiilor metabolice de disimilație, este formarea apei prin oxidarea biochimică a substanțelor organice. Energia degajată în acest proces (52 kcal/ mol), apreciabilă, este eliberată în etape, substratul (substanța organică), nereacționând direct cu oxigenul, ci printr-o serie de trepte intermediare. Combinarea directă a substanțelor organice cu oxigenul, deci oxidarea în sensul arderilor, ar conduce la degajarea explozivă a energiei menționate și concomitent la distrugerea celulei.
Reacțiile de disimilație sunt catalizate de enzime ale proceselor de oxido-reducere, așa-numitele enzime ale lanțului respirator. În acest lanț, oxidarea constă din transferul moleculei de hidrogen (dehidrogenare), ca și al electronilor, de la substanță (prin lanțul de acceptori), până la ultimul acceptor.
Importanța biologică a acestui lanț de sisteme de oxido-reducere constă în faptul că o parte a energiei libere este conservată sub formă de energie chimică, prin legături "macroergice" (legături prin a căror hidroliză este pusă în libertate o cantitate mare de energie, depășind 6 kcal/ mol). În lanțul respirator, purtătorul energiei chimice este adenozintrifosfatul (ATP), care se formează din adenozindifosfat ADP și fosforul neorganic. Există diferite teorii asupra modului de legare a fosforului anorganic pentru formarea ATP, nu este încă lămurit mecanismul. Conservarea energiei permite cuplarea reacțiilor de catabolism cu reacțiile de sinteză, de anabolism, consumatoare de energie.
În funcție de mediul înconjurător, în lanțul respirator, ultimul acceptor de hidrogen poate fi oxigenul, substanțe organice sau diferite substanțe anorganice care conțin oxigen în moleculă. În cazul în care reacțiile de oxido-reducere din celulă (reacțiile de respirație celulară) se fac în prezența oxigenului molecular, reacțiile sunt de aerobioza; în aceste reacții se eliberează, ca metaboliți (produși ai metabolismului), în principal CO2, H2O și produși de oxidare ai N, S. În cazul în care reacțiile de oxido-reducere se petrec în absența oxigenului molecular, ultimul acceptor de hidrogen fiind substanțele organice, acestea sunt reacții de anaerobioză sau de fermentație; în acest caz, se eliberează CO2 și alte substanțe organice ca metaboliți.[10]
Reacțiile în mediu aerob produc mult mai multă energie, decât cele din mediul anaerob, deoarece au mai multe posibilități de formare a ATP-ului, reacție cu eliberare de energie. De exemplu, oxidarea glucozei :
C6H12O6 CO2 + H2O + 680 kcal ;
În absența oxigenului molecular :
C6H12O6 2CO2 + 2 C2H5OH+ 22 kcal .
Se menționează că reacțiile de oxidare a glucozei, sus-menționate se desfășoară în trepte, complicate, fiecare treaptă fiind catalizată de enzime specifice; astfel, pentru oxidarea anaeroba a glucozei, sunt implicate 12 reacții.
Eliberarea unei cantități mai mici de energie, în reacțiile din mediul anaerob, conduce la sinteza unei cantități mai mici de material celular, deci la creșterea mai mică a suspensiei bacteriene.
De exemplu, pentru obținerea drojdiei din 100 kg zahar, se formează :
în aerobie- 27 kg substanță celulară uscată + CO2 + H2O
în anaerobie- 5 kg substanță celulară uscată + 48 kg alcool + CO2
După cum se vede, reacțiile de disimilare, de degradare a unei substanțe organice, au loc în prezența sau în absența oxigenului, în acest din urmă caz fiind necesară existența unor celule echipate cu sistemele enzimatice, pentru utilizarea altor acceptori de electroni.
În concluzie, respirația este definită, în general, ca totalitatea proceselor biochimice aerobe sau anaerobe, prin care celula eliberează energia necesară activității sale vitale. Energia poate fi eliberată prin procese de oxidare aerobă, în care intervine oxigenul molecular (acestea denumite în mod curent respirație) sau prin procese de oxidare anaerobă, în care acceptorul de hidrogen este o substanță organică, capabilă de a se reduce (fermentație). Bioxidul de carbon, metabolit comun celor două tipuri de metabolism, provine din decarboxilarea acizilor organici formați în urma fixării moleculelor de apă, în timpul reacțiilor de disimilare. Deci, oxigenul din CO2 provine din apă; numai oxigenul din H2O, produsul final al respirației aerobe, provine din aer.
În acest din urmă caz, celulele consumă oxigen pentru satisfacerea necesităților metabolice în degradarea substanțelor organice (respirație de substrat), dar și în absența aportului de de substanțe organice, pentru menținerea energiei necesare activităților vitale (respirație endogenă).[12]
Pentru cele trei clase principale de produse organice (protide, glucide, lipide), procesul general de degradare aerobă (disimilație), se face în trei faze majore. În schimb, procesele de asimilație, de sinteză a materialului celular, sunt foarte complexe și nu pot fi reprezentate în mod simplu.
Pentru obținerea materialului celular, sunt necesare următoarele elemente esențiale :
C, H, O, N, S, P, în cantități relativ mari
K, Mn, Mg, Ca, Fe, Co, Cu, Zn, Mo, în cantități mici, ultimele patru chiar în urme (oligoelemente).
Cantitățile relative ale elementelor nu sunt fixe, pentru un organism sau un grup de oganisme. Ele depind foarte mult de condițiile de creștere și pot varia considerabil pentru una și aceeași specie.Elementele din grupa a II-a sunt preluate din săruri neorganice (de asemenea S si P, parțial N) ; elementele C, H, O, parțial N, trebuie să fie prezente sub formă organică, a cărei specificitate depinde de configurația enzimatică a celulei.[10]
Tabelul nr. 2.5. rezumă funcțiile diferitelor elemente nutritive necesare creșterii și reproducerii microorganismelor.
Tabelul nr. 2.5. Funcțiile unor elemente nutritive [12]
Pentru creșterea bacteriilor, de asemenea, sunt necesare anumite substanțe (vitamine, aminoacizi, etc.), numite factori de creștere.
În cazul degradării de către bacterii a unui mediu dat (substrat), de cele mai multe ori se întâmplă ca produse ale metabolismului unei specii bacteriene să fie preluate și prelucrate de alte specii, stabilindu-se o asociație de populații bacteriene, foarte importantă pentru epurarea, cu randament crescut, a apelor uzate.
Ca o concluzie: din substanțe nutritive (substrat), în prezenta enzimelor se obține energie, material celular nou și produși de metabolism. În aceste reacții, un rol important este jucat de P, care este stocat în celulă, ca rezervă de energie.[12]
2.7.3. Creșterea bacteriană
Creșterea și multiplicarea individului bacterian, caracterizată prin predominarea proceselor de asimilare asupra celor de disimilare, sunt legate de ereditatea microorganismului ; creșterea unei populații bacteriene, în ansamblul ei, este dependentă cu precădere de condițiile de mediu. Acest din urmă fenomen, creșterea numărului de microorganisme într-un mediu, de fapt multiplicarea, este imporatnt pentru problemele de epurare și este implicat în buna funcționare a instalației în care are loc multiplicarea.
În cazul în care condițiile sunt optime, creșterea bacteriană este un proces rapid: celula se multiplică în două, procesul decurgând în continuare logaritmic, cele două celule formate simultan crescând cu aproximativ aceeaăi viteză cu care celula mamă moare. Timpul unei generații, adică perioada de timp necesară pentru ca o populație bacteriană sa-și dubleze numărul, poate fi destul de scurt, de 15-20 min. S-a calculat că in 48 de ore , o celulă ar puea da naștere la 2144 celule, cu greutatea 2×1028 t, deci de 4000 ori mai mare decât greutatea Pământului. În realitate, creșterea bacteriilor este restrânsă de scăderea substanțelor nutritive, ca și de mărirea concentrației produselor metabolice, toxice.
Dacă într-un volum limitat de soluție nutritivă sterilă se introduce un inocul, câteva bacterii cu capacitate de multiplicare, iar cultura este menținută în condiții constante, multiplicarea bacteriană va urma aceeași cale pentru toate tipurile de bacterii, reprezentată prin așa-numita curbă de creștere. Aceasta se obține prin trasarea logaritmului numărului de celule vii funcție de timp.
În general, o curbă de creștere tipică poate fi împărțită în cel puțin patru faze diferite și anume; faza de lag, faza de creștere exponențială (faza logaritmică), faza staționară (sau de echilibru) și faza de declin.
În faza de lag, celulele își adaptează echipamentul enzimatic la mediul în care se dezvoltă. Lungimea acestei faze depinde de durata unei generații, de specia bacteriană, de cantitatea inoculului și de faza de multiplicare a culturii folosită pentru însămânțare, ca și de mediul în care a fost crescută. În cazul în care mediul este schimbat, faza de lag durează mai mult, pentru a-și face apariția noile enzime, induse de noul mediu. În această fază, se face adaptarea celulelor la mediul dat sau selectarea numai a celor care au posibilități enzimatice de supraviețuire. Uneori, selectarea celulelor se face prin mutații genetice; în aceste cazuri, faza de lag poate dura mult. Deci, se poate spune că, după o schimbare calitativă a mediului de creștere (a substratului), poate surveni o reînnoire a capacității de creștere printr-un mecanism sau altul și anume: adaptarea prin sinteza enzimelor induse sau adaptarea prin mutații, în care caz are loc o selectare a unui numar mic de celule, celelalte dispărând.
Din enumerarea factorilor care influențează durata fazei de lag, se trage concluzia privind scurtarea acesteia in procesul epurarii : este preferabil ca insamantarea instalatiei sa se faca cu o cantitate suficienta de biomasa, adaptata la substantele organice existente in apa uzata sau la substante asemanatoare din punct de vedere structural.
Faza de crestere exponentiala se caracterizeaza prin multiplicarea celulelor cu viteza constanta, timpul de obtinere a unei generatii avand valoarea minima care poate fi obtinuta in conditiile date. In aceasta faza, celulele sunt mai sensibile la condiții nefavorabile decât în faza de lag. Viteza de creștere, în faza exponentială, se exprimă practic ca timpul de generare, adică timpul cerut de o populație bacteriană pentru a-și dubla numărul.
În culturi statice, faza creșterii exponențiale nu este lungă, deoarece atât concentrația substanțelor nutritive, cât și a produselor de dezasimilare sunt factori limitativi, deci ating curând niveluri care nu permit mult timp viteza maximă a biosintezei.[13]
Factorii principali care determină timpul de generare sunt : natura și concentrația compușilor chimici din mediu (substanțe nutritive, substanțe toxice), gaze (O2, CO2), temperatură, pH, presiune atmosferică, presiunea hidrostatică și în sfârșit (și nu cel mai puțin important) natura organismului.
Din experimentările făcute, se rețin, pentru epurarea apelor, următoarele :
pentru multiplicarea celulară poate fi utilizată orice concentrație a unui substrat utilizabil- mărimea multiplicării depinde însă de concentrația respectivă ;
într-un medi nutritiv complex, fiecare component al mediului, indispensabil pentru creșterea microorganismelor, poate fi un factor limitativ ;
diferitele specii de microorganisme dintr-o biocenoza mixtă nu au ca factor limitativ, în mod necesar, același component al mediului nutritiv; astfel, limitarea diferitelor substrate sau a concentrațiilor lor provoacă o selecție a indivizilor dintr-o biocenoză.
Faza staționară, care se caracterizează prin scăderea vitezei de creștere până la anularea ei. În această fază, acumularea materialelor toxice duce la moartea celulelor. Viteza dispariției și viteza de creștere a noilor celule sunt egale .
Faza de declin, care se caracterizează prin creșterea la maximum a vitezei de dispariție a celulelor vii, astfel că numărul de celule scade exponential. În unele cazuri, viteza de dispariție poate descrește din nou, ca rezultat al reutilizării de către celulele vii a substanțelor nutritive eliberate de celulele moarte.
Măsurarea creșterii suspensiei bacteriene se face prin numărarea celulelor viabile. Celulele totale pot fi măsurate turbidimetric sau prin determinarea suspensiilor uscate, respectiv volatile.[12]
2.7.4. Principii generale ale epurării biologice
În concepția și practica actuală, epurarea biologică a apelor uzate nu este o operație unică, ci o combinație de operații intercorelate, care pot diferi, în diferitele puncte ale spațiului instalației de epurare, pot avea loc cu diferite viteze în timp și pot fi efectuate de o cultură mixtă (eterogenă) de microorganisme (biomasă).
Din punct de vedere al modului de hrană, bacteriile întâlnite în epurarea biologică se împart în eterotrofe și autotrofe. Bacteriile eterotrofe descompun substanțele organice și substanțele anorganice cu azot; în absența oxigenului molecular, unele reduc azotații la azotiți, amoniac sau azot molecular și sulfații la hidrogen sulfurat.
Bacteriile autotrofe obțin energia prin fotosinteză (formele pigmentate) sau prin chemosinteză (formele nepigmentate) exclusiv din substanțe anorganice, de exemplu sulfobacteriile oxidează H2S la S sau SO42- ; bacteriile nitrifiante oxidează amoniacul la azotit (Nitroaomonas) și azotitul la azotat (Nitrobecter).
Organismele care produc oxidarea substanțelor din apele uzate, fac parte din următoarele grupe :
obligat aerobe, reacțiile de oxido-reducere (respirație) fiind efectuate numai în prezența oxigenului ;
facultativ aerobe, reacțiile fiind efectuate, fie în prezența, fie în absența oxigenului ;
obligat anaerobe, reacțiile fiind efectuate numai în absența oxigenului (fermentație); mai mult, oxigenul este toxic pentru organismele respective.[10]
De o deosebită importanță, în epurarea biologică, este transferul de impurități din apa uzată spre biomasă, prin contactul interfacial și prin fenomenul imediat următor de sorbție (adsorbție sau absorbție). Această operație este rapidă și eficientă, cu următoarele condiții :
interfața între apa uzată și biomasă să fie mare ;
gradientul de concentrație a substanțelor, care în procesul epurării biologice trebuie îndepărtate, să aibă panta abruptă;
să nu formeze la interfată, pelicule lichide, care să împiedice transferul de substanțe sau să se acumuleze substanțe nocive.
Calitatea contactului dintre impuritățile asimilabile și biomasa terbuie păstrată prin procesele de oxidare a substanței organice și de sinteză a noilor celule.[12]
În procesul epurării apelor uzate, substanțele organice se determină global, direct, prin determinarea C organic, sau, indirect, prin determinarea consumului chimic de oxigen (CCO) cu ajutorul permanganatului de potasiu sau al bicromatului de potasiu. Cea mai eficientă exprimare este prin carbon organic total (COT), care nu este folosit ca test de rutină, din cauza aparaturii implicate; astfel, pentru apele uzate rămâne în vigoare exprimarea substanțelor organice totale ca CCO-Cr. CCO determinat prin metoda cu bicromat de potasiu are avantajul reproductibilității analitice satisfacătoare (deviere standard de 8%) ; de asemenea, se consideră că scăderea CCO în timpul trecerii prin instalația de epurare, arată ce proporție a substanțelor oragnice oxidabile îndepărtate se datorează acțiunii biologice . Din aceste motive, testul CCO se bucură de suficientă încredere pentru măsurarea, în linii mari, a eficienței de epurare a unei instalații ; totuși, nu este adecvat în cazurile în care este necesară o dirijare mai strânsă a procesului de epurare, cu atât mai mult cu cât sunt multe discuții privind relația între materialul oxidabil în condiții de temperatură înaltă și de aciditate puternică (condițiile metodei de laborator) pe de o parte și între materialul oxidabil de către microorganisme în împrejurări fiziologice, pe de alta parte.[10]
Pentru substanțele organice asimilabile este încă valabilă exprimarea ca CBO5, deși în cazul apelor uzate industriale există multe inconveniențe. Testul CBO5, determinat prin metoda diluției, este folosit în aceeași măsură ca și CCO. În ultima vreme, acestui indicator, pe baza căruia se dimensionează instalatiile de epurare biologică, i se aduc numeroase critici, din care reies carențele testului: cea mai evidentă dificultate o reprezintă timpul de experimentare și de obținere a rezultatelor; comparându-se condițiile de oxidare a substanțelor organice în testul CBO5, și în instalatia de epurare biologică, de exemplu cu nămol activ, se observă diferențe însemnate (tabelul 2.6.).[12]
Tabelul nr. 2.6. Condițiile de oxidare a substanțelor organice în testul CBO și în instalația cu nămol activ [12]
Se încearcă înlocuirea CBO5 cu alte noțiuni, de exemplu cu tratabilitatea biologică a apei uzate, dar nu există încă formulari cantitative care să satisfacă.[10]
În principal, procesul de epurare biologică are loc astfel: substanțele asimilabile (exprimate ca CBO5), concentrate la suprafața biomasei sunt adsorbite ; substanțele adsorbite sunt descompuse de către exoenzimele celulelor vii, unitățile mici care pătrund în celulă sufera procesul de metabolizare (asimilație și dezasimilație), se formează noi celule; produsele finale ale descompunerii (CO2, H2O, azotați, alți metaboliți), sunt eliberate în mediu. Adsorbția este treapta determinantă a vitezei procesului.În epurarea biologică a apelor, concomitent cu eliminarea substanțelor organice dizolvate, se obține și creșterea culturii bacteriene sub formă de material celular sedimentabil, insolubil și produse reziduale, unele ușor de îndepărtat,(ca de exemplu CO2, CH4), altele care rămân solubilizate în apă.
Pentru microorganismele care epurează apele uzate se aproximează creșterea cantității de substanță nouă, sintetizată, la 40- 60 % din cantitatea de substantă organică asimilabilă existentă în apa- deci factorul de conversie este 0,4- 0,6.[12]
Diferitele substanțe organice conduc la următoarele valori ale factorului de conversie :
glucide : 0,65- 0,85 ;
alcooli : 0,52- 0,66 ;
aminoacizi : 0,32- 0,68 ;
acizi organici : 0,10- 0,60.
Se apreciază că, pentru apele uzate cu impurități organice ușor asimilabile, se poate calcula un randament de formare a biomasei de 0,5 g (exprimate ca substanțe volatile) pentru 1g de CBO5.[10]
Aplicând la epurarea apelor elementele de fizologie bacteriană, se subliniază următoarele principii :
viteza proceselor de îndepărtare a substanțelor organice depinde de creșterea biomasei și de viteza de consumare a substratului ;
produșii finali ai degradării, care influențeaza compoziția efluentului, depind numai de metabolismul intern al microorganismelor ;
substanțele care nu pot fi metabolizate, nici adsorbite pe biomasă, traversează instalațiile de epurare făra a fi modificate, cantitativ.
Rezultatul final al procesului de degradare a substanțelor organice este determinat de :
timpul de reacție între substrat și biomasa în bazinele de reacție ;
tipul și viteza reacțiilor ;
concentrația substratului și a biomasei în fiecare moment al reacției.
Timpul de reacție poate fi liber ales conform datelor tehnice; celelalte două mărimi determinate sunt reciproc dependente. Rezultatul total provine din interacțiunea tuturor acestor trei mărimi.
În procesele biologice aerobe, majoritatea proceselor curente în epurarea apelor uzate, un factor care, de asemenea, condiționează creșterea biomasei este bună aprovizionare cu oxigen (aer) sau, mai degrabă, bună difuzie a oxigenului in biomasă.
La suprafața biomasei, procesul de difuzie a oxigenului are viteză mare, dar descrește rapid, în interiorul biomasei. De aceea, în cazul unei aerări insuficiente, în interiorul masei celulare au loc fenomene anaerobe cu producere de gaze, de intermediari cu miros neplăcut și care pot distruge natura adezivă și coezivă a masei.În procesul de epurare biologică, în afară de aportul substanțelor organice asimilabile, trebuie ținut seama de existența mineralelor esențiale, în principal de aportul de azot și fosfor. După datele din literatură, minimul de minerale nutritive raportate la CBO5 este CBO5 : N : P= 150 : 5 : 1 și maximul este : 90 : 5 : 1.
O bună epurare biologică conduce la un efluent stabilizat, în care azotul este oxidat la azotat.
Epurarea biologică este efectuată de către o populație mixtă. Rolul principal îl au bacteriile. O mare parte din acestea secretă o masă gelatinoasă, zoogleală (dupa numele bacteriei secretoare caracteristică, Zoogleea ramigera) cu rol de protecție împotriva atacului protozoarelor sau a acțiunii nocive a unor substanțe chimice, de stocare a rezervei de hrană, ca și de promovare a transferului de oxigen. În strânsă asociere cu bacteriile sunt protozoarele (ciliate, flagelate), metazoarele (rotiferi, nematode), ciuperci. Aceste asociații (biocenoze), deși formate din aproximativ aceleași organisme, au un caracter specific fiecăruia din principalele procedee de epurare biologică: cu nămol activ, biofiltru sau iaz de oxidare.[12]
Protozoarele, fiind organisme predatoare, contribuie la epurarea apelor, mai ales prin menținerea unui echilibru în dezvoltarea bacteriilor, jucând astfel un rol de seamă în limpezirea apei epurate. Datorită faptului că apariția protozoarelor și a metazoarelor în biomasa activă, constituie o dovadă a unor condiții bune de viată aerobă, aceste organisme au devenit indicatori de epurare.
Înainte ca o apa uzată să sufere procesul de epurare biologică, ea trebuie să treacă printr-o formă preliminară de tratament: epurare primară. Scopul acesteia este de a îndepărta materiile în suspensie și, uneori de a diminua concentrațiie prea mari de substanțe organice dizolvate.[10]
Instalațiile de epurare primară sunt, în general: grătare, site, deznisipatoare, decantoare primare.
1.Grătarele și sitele- au drept scop îndepărtarea particulelor mai mari (grosiere) de substanțe în suspensie; CBO5-ul apei uzate nu este scăzut semnificativ, rămân încă suficiente suspensii, dar procesul împiedică înfundarea echipamentului de epurare, înlatură acumularea depunerilor neplăcute și interceptează materiile plutitoare nedorite.
2.Deznisipatoarele, bazine de sedimentare pentru particule grele, cu viteză mare de depunere, lasă să treacă suspensiile solide organice mai ușoare. Sunt instalații foarte importante în protejarea unor echipamente, ca de exemplu pompe și în prevenirea acumulării solidelor minerale în instalațiile de epurare biologică.
3.Decantoarele primare au drept scop reducerea conținutului substanțelor sedimentabile în instalațiile de epurare biologică, prevenind astfel formarea depozitelor de nămol. În general, la un timp de decantare de 2 ore, se poate îndeparta cca. 35 % CBO5 și 60% suspensii. Această operație este necesară în cazul folosirii procedeului biofiltrelor, pentru a împiedica colmatarea materialului filtrant.[4]
Pricipalele procedee de epurare biologică sunt:
A. Epurarea biologică cu nămol activ
Dacă apa uzată menajeră are o apă uzată organică cu calități similare sunt aerate un timp, se formează flocoane brune, care sedimentează în momentul întreruperii aerării.
Privit la microscop, un flocon prezintă o structură complicată, caracterizată printr-o masă gelatinoasă secretată de microorganisme (masă zoogleală) în care sunt cuprinse foarte numeroase bacterii și substanțe inerte; printre flocoane trăiesc protozoare și unele metazoare. Floconul este unitatea structurală a nămolului activ; ca structură, flocoanele de nămol activ variază, în funcție de condițiile de mediu, de la flocoane dense, formate din îngrămădiri de bacterii, la flocoane formate dintr-o împâslitură de bacterii filamentoase și ciuperci. Datorită interacțiunii între diferitele organisme existente în flocon (metaboliții eliberați de o specie bacteriană sunt prelucrați de altele, conducând la o epurare înaintată a apelor uzate ), nămolul activ este privit ca un tot unitar.
Fluxul tehnologic dintr-o instalație convențională cu nămol activ constă în următoarele trepte:
amestecarea nămolului activ cu apa uzată ;
aerarea și agitarea acestei suspensii în timpul prescris ;
separarea nămolului activ de apa epurată (efluent) și reîntoarcerea unei parți din nămolul sedimentat în bazinul de aerare.
Influentul (apa uzată brută sau suferind tratare primară) intra în bazinul de aerare unde substanța organică este atacată și stabilizată de către nămolul activ. Prin aceasta, se produce creșterea biomasei, astfel că nămolul trebuie îndepărtat din sistem, după separarea de apa epurată (afluent).
Pentru ca o apă uzată tratabilă biologic să fie epurată în condiții bune, este necesar, pe de o parte, ca instalația să fie concepută și construită în mod adecvat, iar pe de alta, să fie asigurată o exploatare rațională și un control eficient al funcționării.[12]
B. Epurarea biologică cu ajutorul biofiltrelor
Diferența de bază între epurarea biologică cu ajutorul biofiltrelor și procesul cu nămol activ, în ceea ce privește structura ecologică, este ca biofiltrul utilizează o succesiune de comunități biologice stabilite la diferite niveluri în interiorul filtrului și asociate cu diferite grade de epurare, pe când floconul de nămol activ are aceeași comunitate biologică la timpul dat, acesta fiind asociată cu echilibrul între influentul brut și efluentul purificat.
În biofiltru, interrelațiile și activitățile diferiților membri ai comunității bilogice sunt aceleași, ca și în cazul nămolului activ, deși sunt limitate la dimensiunile stratificărilor.
Biofiltrul este un filtru de înălțime ce poate varia între 1 și 3,5 metri, umplut cu material brut, rugos, dur, impermeabil, peste care este distribuită apa uzată, în contracurent cu aerul. Pe materialul de umplutură se formează o peliculă biologică răspunzătoare de reacțiile necesare îndepărtării substanțelor organice. La partea inferioară, biofiltrul este prevăzut cu un sistem de drenaj, pentru îndepărtarea apei tratate și cu sisteme de ventilație.Ca și în cazul procedeului cu nămol activ, principala funcție a biofiltrului este de a prelua, din apa uzată, impuritățile organice, existente sub formă de solide dizolvate sau fin divizate și de a le oxida biologic, pentru a forma compuși stabili eliberați în apa tratată.[12]
Trăsăturile esențiale necesare ale procesului de oxidare biochimică a substanțelor organice cu ajutorul biofiltrelor sunt :
o suprafață adecvată a materialului de umplutură, pentru a permite creșterea peliculei biologice; raportul suprafață/volum al acestui material trebuie să fie mare;
oxigen, pentru a exista condiții aerobe ;
tratabilitatea biologică a apei uzate.
Randamentele uzuale de îndepărtare a substanțelor organice exprimate ca CBO5, sunt, în cazul biofiltrelor, în jur de 80%. Îndepartarea CBO5 depinde, în principal, de apa uzată și de temperatura de funcționare a biofiltrului.
Apa uzată intervine prin cantitate și calitate. În general, cu cât debitul este mai mare, cu atât eficiența este mai scăzută. Calitatea apei poate interveni negativ prin substanțe toxice pentru microorganisme ca: cianuri, cupru, crom, mercur și alte metale grele, alți inhibitori organici ai reacțiilor vitale.
Temperatura crescută (până la aproximativ 40ºC ) favorizează îndepărtarea CBO5, datorită activității crescute a microorganismelor.
În general, biofiltrele sunt folosite pentru ape uzate ușor tratabile și cu concentrație relativ scăzută în substanțe organice.[10]
C. Metode de epurare cu filtrare prin medii poroase
În cazul suprafețelor mari trebuie avută în vedere și protecția împotriva inundațiilor și asigurarea evacuării apelor mari din ploile torențiale căzute pe suprafața filtrantă.
Aceste tehnici necesită în prealabil o bună epurare mecanică a apelor uzate. De aceea, la aceste capacități, utilizarea fosei septice nu mai este rentabilă. Din acest motiv, la intrarea apei în stația de epurare se prevede un grătar pentru reținerea plutitorilor de dimensiuni mari (hârtii, flacoane din material plastic și altele asemenea). Totodată trebuie asigurată și tratarea cât mai bună a nămolului. Cel mai adecvat acestui scop este decantorul etajat, denumit după inventatorul său decantor IMHOFF. Depinzând de mărimea stației, se utilizează până la 4 unități grupate în baterie.
Decantorul etajat (IMHOFF) se numește astfel datorită compartimentării speciale. În compartimentul superior se produce decantarea apei, iar în cel inferior depozitarea și fermentarea nămolului. Compartimentul de decantare amplasat la partea centrală are forma unui jgheab simplu sau dublu (la debite mai mari), de formă dreptunghiulară (în unele cazuri circulară), cu radierul înclinat, și este prevăzut cu o fantă îngustă pe toată lungimea, prin care nămolul decantat trece în compartimentul inferior. La intrarea și ieșirea apei din jgheab se prevăd pereți semiscufundați. Compartimentul de fermentare a nămolului are radierul cu pereții înclinați și se dimensionează în funcție de numărul de locuitori, temperatura apei, tipul canalizării și soluția tehnologică de epurare. Aflat sub un strat gros de apă, sub acțiunea bacteriilor nămolul intră în fermentare anaerobă criofilă, cu producere de biogaz.(anaerob înseamnă condiții cu lipsă de oxigen, iar criofil se referă la faptul că, fermentarea se desfășoară la temperatura apei uzate din bazin, de 5-15 ºC, fără încălzire). Biogazul este un amestec de gaze, în proporție de cca. 60 % metan (CH4), cca. 39 % bioxid de carbon (CO2), în rest hidrogen (H2), hidrogen sulfurat (H2S) și altele. Din cauza metanului, fosele septice și decantoarele cu etaj reprezintă pericol de explozie! Hidrogenul sulfurat cauzează mirosul înțepător de ouă clocite. Cu o bună întreținere însă, ca și la fosa septică, acest miros este abia perceptibil. Ca și în cazul fosei septice, și aici se formează o crustă pe suprafața apei deasupra spațiului de fermentare, ce trebuie spartă în permanență pentru asigurarea evacuării libere a gazelor produse. Astăzi nu se mai prevede captarea biogazului, deoarece nu este rentabilă. Nămolul fermentat trebuie evacuat odată sau de două ori pe an. În acest scop se prevede o conductă din fontă sau oțel inoxidabil cu Dn 200 mm, controlat de un robinet amplasat într-unul din cele două compartimente ale căminului de evacuare. Nămolul se evacuează în compartimentul de vidanjare prin metoda hidraulică, adică sub presiunea apei din decantor, iar de aici este preluat de autovidanjor.Din punct de vedere constructiv, decantorul etajat este un bazin etanș din beton armat cu secțiunea transversală cilindrică sau pătrată, cu partea inferioară tronconică sau piramidală. De obicei nu se acoperă, iar în cazul acoperirii trebuie luate măsuri speciale.
În metoda de epurare cu filtrare prin medii poroase se pot distinge următoarele trei soluții:
epurare prin infiltrație-percolație;
epurare prin metoda spațiului radicular de tip vertical;
epurare prin metoda spațiului radicular de tip orizontal;
Denumirea în limba engleză a ultimelor două soluții însemnă mai exact “zone umede construite”, terminologie preluată în Europa din practica SUA.
C.1. Epurare prin infiltrație-percolație.Aceste soluții asigură o bună epurare biologică a apelor uzate. Utilizarea lor este limitată la câteva sute de litri, cu cifra mai mare pentru cele orizontale și mai mică pentru cele verticale.
Se deosebesc două tipuri (variante):
orizontale
– verticale
În varianta orizontală, cu suprafața liberă, deschisă, apa uzată este distribuită pe suprafața paturilor filtrante cât mai uniform, cu ajutorul unei rețele de conducte amplasate aerian. Pe durata traversării stratului filtrant, apa uzată este epurată de microorganismele aerobe fixate pe pelicula de biofilm aderentă particulelor de nisip și este colectată la partea inferioară printr-o rețea de drenuri. Suprafața totală se împarte în cel puțin trei paturi, alimentate alternativ, ceea ce îmbunătățește eficiența. Alimentarea se face în reprize, la un interval determinat prin calcul. Suprafața necesară este în jur de 1,5 m2/l. Se subliniază că, suprafețele indicate reprezintă valori nete, la care se adaugă întotdeauna suprafața necesară pentru compartimentare, de protecție și eventual îndiguire, precum și pentru amplasarea după caz, a instalațiilor de preepurare și a clădirii de serviciu. În valori relative, aceste suprafețe suplimentare sunt cu atât mai mici, cu cât suprafața netă este mai mare, fiind deci invers dar nu liniar proporționale.
Varianta verticală se realizează de obicei subteran, filtrul fiind acoperit cu un strat de pământ. Apa uzată se introduce la partea superioară printr-un dren de infiltrare, iar apa epurată se colectează la partea inferioară tot cu un dren. Suprafața specifică necesară este orientativ 3,5 m2/l.
În ambele variante, dacă eliminarea bacteriilor patogene nu este cel mai important criteriu, atunci este suficientă o grosime a stratului filtrant de numai 80 cm. Pentru îndepărtarea inclusiv a bacteriilor patogene, grosimea stratului filtrant de nisip se determină prin dimensionare în funcție de încărcarea hidraulică și gradul de reducere dorit. Este necesară o bună izolare a filtrelor de terenul natural.
Dacă acesta este impermeabil, nu este nevoie de soluții suplimentare de impermeabilizare, acestea fiind însă inevitabile și obligatorii în terenuri permeabile.
C.2.Epurarea prin metoda spațiului radicular de tip vertical.În această soluție se poate epura apa uzată brută, nedecantată, dar această variantă necesită o analiză atentă. Și în acest caz se utilizează mai multe compartimente. Apa uzată brută se distribuie alternativ cât mai uniform pe suprafață cu ajutorul unei rețele de conducte amplasate aerian. Doza de alimentare se determină astfel încât, să se obțină în primele momente un luciu de apă pe toată suprafața filtrului, ceea ce va asigura o infiltrare uniformă în toată masa acestuia. Aceasta este cheia obținerii unei eficiențe maxime și de durată.Rareori se utilizează doar o singură treaptă. De cele mai multe ori, suprafața totală se împarte între cele două trepte de filtre verticale, adoptând cca. 60%, adică 1,2 m2/l pentru prima treaptă, respectiv 40 % pentru a doua treaptă.
Corpul filtrant se alcătuiește în multistrat. Deoarece în literatura de specialitate indicațiile privind numărul straturilor, grosimea și granulometria acestora este mult diferită, aici se vor da doar indicații orientative. În cazul adoptării a trei straturi, în stratul superior se utilizează nisip grosier, urmat de un strat intermediar din pietriș mic, iar la bază un strat din pietriș mare. În acest strat se înglobează și drenul de colectare prevăzut la capătul amonte cu un tub de aerisire (ventilație).
Această metodă se recomandă în general până la o capacitate de cca. 2000 l, dar uneori (în special în cazul unui amplasament cu pantă mare), poate fi realizat în condiții economice avantajoase și până la capacități de 4000 l. Această metodă poate asigura o eficiență de reținere a suspensiilor și a fosforului mai mică, însă prezintă o bună capacitate de nitrificare. În funcție de necesități, această metodă poate asigura o bună capacitate de eliminare a bacteriilor patogene.
Metoda poate fi utilizată avantajos în toate cazurile cu variație sezonieră mare a populației (cabane, campinguri).
C.3. Epurarea prin metoda spațiului radicular de tip orizontal.În această metodă grosimea umpluturii filtrante este mai redusă și practic saturată în permanență. Apa uzată decantată se introduce în mod distribuit la un capăt, în zona superioară a stratului filtrant, iar apa epurată se colectează la capătul opus, printr-un dren transversal așezat la partea inferioară a patului. Tubul de evacuare de la capătul aval este prevăzut cu posibilitatea de reglaj al nivelului apei în patul filtrant, prin diverse soluții tehnice. Un reglaj potrivit debitelor influente, condițiilor atmosferice și sezoniere este cheia unei funcționării la parametrii optimi.
Suprafața netă se recomandă între 5-10 m2/l, în funcție de încărcarea organică și eficiența de epurare dorită, care se determină prin calcul. Este indicat împărțirea suprafeței în mai multe unități legate în paralel, ceea ce asigură o exploatare flexibilă și mai sigură. Raportul laturilor este un alt parametru important și se recomandă o valoare maximă de 1:3.
Umplutura este zonificată și în această metodă. Astfel, la intrare și la ieșire se prevede o umplutură din pietriș mare – bolovăniș mic, iar în zona de epurare activă din nisip grosier – pietriș mic. Adâncimea patului filtrant se alege de obiei în jurul valorilor de 40-60 cm.
Metoda se poate adapta foarte bine unei mari palete de capacități, de la gospodării individuale până la câteva mii de litri. La capacități mari însă trebuie asigurat un control hidraulic foarte sigur. Cu această metodă se poate obține o eficiență de reducere a suspensiilor mai mare, o epurare biologică totală, cu o nitrificare limitată, dar cu o denitrificare foarte bună. Capacitatea acestei metode de reținere a fosforului este mai mare, însă multe observații arată că, în anumite condiții, aceasta se diminuează și chiar se poate anula în timp.
În ambele metode de epurare cu utilizarea spațiului radicular, se pot folosi o mare varietate de plante macrofite care cresc repede, își dezvoltă rădăcini puternic penetrante și bogat ramificate, suportă bine lungi perioade secetoase și inundarea periodică. Astfel pot fi utilizate papura, rogozul, mana de apă mare, iarba albă și trestia. Cea mai răspândită este însă trestia, ceea ce o face de preferat altor specii. Dintre metodele de plantare cel mai des utilizate sunt cele cu folosirea rizomilor cu muguri sau prin transplantarea plantelor mature cu balotul de rădăcini. Desimea de plantare recomandată este între 4-8 rădăcini (plante)/m2.
Ca la orice sistem biologic, și aici este nevoie de realizarea unui echilibru care necesită timp pentru acomodarea plantelor și microorganismelor la noile condiții hidrobiologice. De aceea, la punerea în funcțiune, prima umplere se realizează cu apă și nu cu apă uzată. Apa uzată se va introduce treptat, numai după ce plantele s-au acomodat. Perioada de stabilizare recomandată dinaintea introducerii apei uzate diferă în Europa și SUA. În practica țărilor europene, perioada de tranziție recomandată corespunde unei perioade de vegetație complete, adică un an, pe când în SUA aceasta este de doar câteva săptămâni sau luni. Atingerea parametrilor de epurare de asemenea necesită o perioadă mult mai lungă în comparație cu metodele intensive, deoarece este strâns legată de masa de rădăcini, respectiv densitatea plantelor. În funcție de condițiile locale, plantele utilizate și de perspicacitatea în exploatare, răspândirea deasă pe toată suprafața filtrelor necesită o perioadă între 3 luni-2 ani. Atât în această perioadă, cât și în cea următoare, trebuie acordată o atenție deosebită supravegherii și întreținerii plantației. Aceasta trebuie secerată o dată sau de două ori pe an, iar masa vegetală secerată trebuie îndepărtată. În exploatare este nevoie și de rărirea din când în când a vegetației prea abundente, pentru a facilita stabilirea păsărilor și altor vietăți.[15]
D. Epurarea în iazuri biologice (de oxidare)
Iazurile biologice pot fi definite ca bazine puțin adânci, care folosesc procesele naturale de îndepărtare din apele uzate a materiei organice și a microorganismelor sub controlul parțial al omului. Un iaz biologic poate avea funcțiune multiplă: ca instalație unică de tratat a apelor uzate, ca instalație de tratare secundară sau tertiară, ca rezervor de egalizare, ca bazin de sedimentare suplimentară.[10]
După procesul biologic care predomină în iaz se pot distinge :
iazuri anaerobe, cu fermentare metanică predominantă, întreg volumul bazinului fiind în stare de anaerobie. O variantă a acestui tip este iazul anaerob cu strat aerob la suprafața, în care stratul superficial este, periodic, în stare de aerobie, restul volumului fiind anaerob ;
iazuri facultative anaerobe-aerobe, în care au loc concomitent procese de oxidare anaerobă, oxidare aerobă și de fotosinteză în diferite proporții. Oxigenul necesar proceselor aerobe este furnizat de alge, prin fotosinteză și este produs numai până la adâncimea la care pătrund razele solare. La fundul iazului, depunerile de material organic sunt stabilizate prin fenomene de anaerobie ;
iazuri aerobe de mare eficiență sau de mare încărcare, în care oxidarea și fotosinteza sunt în echilibru, realizând o stabilizare aerobă completă.
Când într-un iaz biologic se descarcă continuu un debit de ape uzate, o parte din substanțele organice intră în lichidul din iaz iar cealaltă parte se depune la fundul iazului sub formă de nămol.În iazuri anaerobe și facultativ aerobe, substanțele organice din lichid sunt descompuse de către bacterii parțial la CO2, NH3, fosfat și alți compuși.În cazul în care oxigenul este disponibil, nămolul este descompus de către bacterii aerobe, cu formarea unora din compușii de mai sus; dacă este disponibil puțin oxigen sau nu exista deloc, nămolul suferă descompunere anaeroba, eliberând gaze, în funcție de tipul de descompunere (metan, bioxid de carbon, amoniac, hidrogen sulfurat, hidrogen, etc.) și compuși solubili (acizi organici, etc.) care încarcă lichidul din iaz cu substanțe organice.
Când lumina solara și elementele nutritive sunt disponibile, iar timpul și temperatura sunt favorabile, în iaz se dezvoltă de obicei alge verzi. Acestea folosesc pentru necesitățile lor vitale substanțele anorganice nutritive care rezultă din descompunerea bacteriană și pun în libertate oxigen, care la rândul lui poate servi pentru oxidarea de către bacterii a substanțelor organice dizolvate.
Oxidarea aerobă descompune cel mai bine substanțele din iazuri, evitându-se neplăcerile cauzate de miros, caracteristice oxidării anaerobe. Este cunoscut că, acolo unde iazurile de oxidare au fost proiectate în mod corespunzător și au fost populate cu organisme adecvate, apele uzate sunt transformate în efluenți corespunzători calitativ.[12]
CAPITOLUL 3
STUDIU DE LABORATOR PRIVIND CALITATEA APEI UZATE
EPURATE LA S.C. ELECTROMECANICA S.A.
3.1. GENERALITĂȚI
S.C Electromecanica Ploiesti S.A. are ca principală activitate producția echipamentelor complexe cu destinație militară și civilă. De asemenea, urmărește obținerea unei capacități maxime de producție utilizând resurse umane cu un înalt nivel de pregătire profesională.
S.C. "ELECTROMECANICA PLOIESTI" S.A. oferă o gamă largă de produse și servicii, rezultată din adaptarea permanentă la cererile clienților.
Activează în următoarele domenii:
dezvoltarea și producția complexelor antiaeriene;
dezvoltarea și producția rachetelor aer-aer;
dezvoltarea, producția și modernizarea rachetelor aer-sol;
modernizarea rachetelor antitanc;
dezvoltarea și producția țintelor și a sistemelor de siguranță pentru trageri în poligon;
dezvoltarea și producția surselor de energie (acumulatori Zn-Ag și baterii termochimice);
dezvoltarea și producția rachetei antigrindină;
reparații complexe de rachete antiaeriene.[16]
3.2. PRINCIPALII POLUATORI
Însă datorită suprafeței mari pe care o deține, societatea a permis dezvoltarea unui parc industrial unde își desfășoară activitatea următoarele societăți:
S.C. M.D.V. – T.M. PROD S.R.L.
Producție dulciuri: serbet, jeleuri, bomboane fondante.
S.C. ATCHIM S.R.L.
Producție fluide de răcire, lichide de spălare, răciere și ungere, protecție și conservare, uleiuri industriale și uleiuri pentru prelucrări mecanice.
S.C. IR COLOURS S.R.L.
Producție lacuri, vopsele și grunduri lavabile, pigmenți, materiale și decorațiuni interioare.
S.C. ELETTRA COMMUNICATIONS S.A.
Produce echipamente de telecomunicații (tip centrale telefonice, multiplexoare, radiorelee ) de uz special.
S.C. CRISCO SERV S.R.L
Oferă servicii de reciclare și reprelucrare a materiilor plastice , de reciclare a hârtiei precum și de producerea de:
Pungi și saci, din polietilenă (PE);
Pungi și saci, din polietilenă de înaltă densitate (HDPE);
Pungi și saci, din polietilenă de joasă densitate (LDPE);
Pungi și saci, din film de polipropilenă (PP);
Pungi și saci, din plastic,termosudabile;
Pungi și saci, din plastic,cu fund încrucișat;
Pungi și saci, din plastic,cu fund rotund;
Pungi și saci, din plastic,cu fund bloc;
Saci din plastic pentru depozitarea hainelor;
Saci,pungi pentru transport;
Saci pentru rufe;
Saci pentru îngrășeminte;
Pungi din plastic pentru eșantioane de substanțe poluante;
Saci din plastic pentru tratament în autoclave;
Plicuri,învelitori din plastic pentru expedieri poștale.
S.C. PIRITEX S.A.
În momentul de față firma este falimentară și nu se mai ocupă de producție ci doar de activitățile economice, de activitățile de servicii de transport și întreținere auto precum și de comerțul cu covoare, carpete, gresie, faianță și adezivi.[ ]
3.3.CARACTERISTICI TEHNICE ALE STAȚIEI DE EPURARE
Stația de epurare este dimensionată pentru a prelua și epura următoarele debite de ape uzate:
Ape menajere – maxim 2,6 l/s
– mediu 2,4 l/s
– minim 2,3 l/s
Ape industriale – maxim 5,5 l/s
– mediu 5,2 l/s
– minim 4,6 l/s.
Stația de epurare este construită în două trepte – mecanică și biologică, cuprinzând următoarele construcții hidrotehnice:
Grătar și denisipator- bazin semiîngropat, bicompartimentat, cu o lungime interioară a denisipatorului de 6,5m. Cele două compartimente au lățime de 0,6 m și adâncimea de 1,3 m și sunt despărțite de un perete de beton armat cu lățimea de 0,2 m. Dirijarea apei uzate în cele două compartimente se face cu stăvilare din lemn dispuse pe rame metalice. Decantarea particulelor în suspensie se face într-o bașă cu dimensiunile de 800x500mm. Radierul cu o pantă de 4% spre bază este prevazut cu două conducte din oțel cu Dn= 200 mm, care permit golirea denisipatorului . Curățirea denisipatorului se face manual , cu unelte obișnuite.
Separatorul de grăsimi – construcție din beton armat cu lungimea de 8,17 m, lățimea de 4,04 m și adâncimea de 2,5 m. Contrucția este prevăzută cu doi pereți de divizare longitudinală, iar la radier se află un canal acoperit cu plăci Arcuda prin care se distribuie aerul în masa lichidului. Aerul este adus printr-o conductă de oțel Ø 2’’, în care sunt practicate găuri de 0,5 mm; aerul comprimat este produs cu un compresor mobil de capacitate redusă.
Evacuarea grăsimilor se realizeaza prin ridicarea nivelului apei în separator și închiderea vanelor stăvilare din aval. Prin jgheabul periferic, grăsimile sunt colectate într-un cămin de vizitare. De aici sunt vidanjate periodic și depozitate pe platformele de namol.
Debitmetrul- construcție din beton armat de tip Parshall; în prezent, canalul nu este echipat cu debitmetru.
Decantoare primare- sunt construite cu etaj, pentru 2×5000 locuitori, executate din beton armat monolit. Construcția este alcătuită dintr-o cuvă cilindrică din beton armat, prevăzută la partea inferioară cu radier conic. La partea superioară, decantorul este prevăzut cu jgheaburi de decantare, ce îndeplinesc și funcția de decantoare orizontale. Apele trec în spațiul de fermentare prin fantele longitudinale de la partea inferioară a jgheaburilor. Admisia apelor în decantor se face printr-o conductă cu Dn=200 mm. Ieșirile sunt prevăzute cu deversoare metalice.
Bazin de aerare cu nămol activ- realizează epurarea biologică a apelor uzate prin oxidarea materiilor organice. Construcția are dimensiunile:7,9×16,2×3,35m, bicompartimentată, echipată cu 3+3 aeratoare mecanice cu Ø 1000 mm. Accesul apei în bazin se face printr-o conductă cu Dn = 400 mm, iar ca nivelul apei în bazin să fie constant, iesirea apei se realizează prin două conducte cu Dn = 250 mm prevăzute cu vane racordate într-o conductă cu Dn = 400 mm. Aceasta deversează apele în decantorul secundar.
Decantoarele secundare – două construcții de tip vertical circular cu diametrul de 9 m și radierul conic cu o înclinare de 45°. Accesul apei în decantor se realizează printr-un tub central cu Dn = 500 mm, iar colectarea apei decantate se face printr-un jgheab periferic cu secțiunea 400×300 mm, prevăzut cu panta 1%. De la jgheabul colector, apa decantată este preluată de o conductă Dn =400 mm și condusă la bazinul de contact cu clor. Decantoarele sunt dotate cu tub Socolov pentru evacuarea hidraulică a nămolului.
Stația de pompe pentru nămol este echipată cu 1+1 pompe tip EPEG 65 cu următoarele caracteristici: Q= 40 mc/h, H= 22mCA, P= 7,5 KW. Pompele sunt prevăzute cu dispozitive automate pentru oprirea-pornirea lor precum și pentru semnalizarea optică și acustică a nivelului nămolului. De asemenea, pentru vehicularea apelor uzate, stația este prevăzută cu 2 pompe EPEG 100, cu următoarele caracteristici: Q= 100 mc/h, H= 22mCA, P= 17,5 KW. Pornirea-oprirea pompelor se face automat, funcție de nivelul apei din stație.
Platforma de nămol- nămolul rezultat din fermentare în decantoarele primare este depozitat pe 6 platforme de deshidratare cu dimensiunile 35×20 m. Platformele sunt despărțite prin garduri de beton prefabricat, pe coama fiecăruia fiind pozate conducte cu Dn=150 mm pentru distribuția nămolului. Platformele sunt prevăzute cu strat de dren realizat din piatră de ciur și nisip. Apele se infiltrează în paturi, atât prin tuburile de drenaj, cât și gravitațional, după care sunt conduse în denisipator, reintrând în circuitul apei uzate.
Bazin de contact clor- este realizat din beton armat prevăzut cu pereți și cana, în scopul realizării unui amestec cât mai bun între apă și clor. Din bazinul de contact, apa este condusă printr-o conductă cu Dn=300 mm la colectorul comun ce deversează apele în canalul deschis Leaot. Colectorul comun preia atât apele din stația de epurare, cât și pe cele pluviale, având Dn= 800 mm și L= 800 m.
Stația de clorinare- în prezent, clorinarea apei se face cu clor gazos. Stația a fost prevăzută cu 1+1 butelii de clor, având capacitatea de 450 l. Transportul apei clorinate până la bazinul de contact se realizează printr-o conductă de PVC cu diametrul de 30 mm. În scopul protecției față de emanațiile de clor, a fost prevăzută o rețea interioară de apă din țeavă de oțel, în care sunt practicate găuri de 1 mm și pe care se află un ventil de deschidere amplasat în exteriorul clădirii.
Laborator de analize fizico-chimice- amplasat în clădirea administrativă. Are în dotare aparatură și reactivi necesari efectuării analizelor parametrilor chimici ai apei uzate, la intrarea și ieșirea din stația de epurare.
Rețeaua de ape pluviale- este construită cu tuburi din beton cu diametre cuprinse între 200 și 2000 mm, cu o lungime de cca. 5000 m. Pe timp de ploaie, de pe suprafața betonată a societății și a clădirilor, se colectează un debit pluvial de 1450 l/s, în funcție de intensitatea ploii. Canalul Leaot are o capacitate de transport care admite descarcărea unui debit de 500 l/s, din acest motiv, în cazul unei ploi mai însemnate, este necesar ca diferența de debit să fie înmagazinată; astfel, apa pluvială este dirijată către un bazin de retenîie de 2500 mc prin intermediul unui canal cu Dn =1000 mm. Bazinul de retenție este betonat, prevăzut cu rampă de acces auto, care permite intervenția utilajelor de curățire. În imediata vecinătate a bazinului de retenție este amplasat deversorul de ape pluviale, care asigură reținerea în bazin a unui debit de apă suficient pentru a deversa în canal maxim 500 l/s. după încetarea ploii, apa acumulată în bazinul de retenție este evacuată cu ajutorul a 2+1 pompe Brates cu următoarele caracteristici: Q= 500 mc/h, H= 22mCA, P= 75 KW.
Apele pluviale, cât și cele rezultate din stația de epurare, sunt deversate în emisar printr-un colector comun din tuburi de beton cu Dn = 800 mm si L= 800 m.
Prezentarea caracteristicilor tehnice ale statiei de epurare este completată cu următoarele figuri:
Fig. 3.1. Plan de situație al stației de epurare
Fig. 3.2. Fluxul tehnologic al stației de epurare
3.4. PARTEA EXPERIMENTALĂ
În partea ce urmează s-a realizat o comparație între caracteristicile apei uzate ce intră in stația de epurare și apa epurată ce iese din stație. În acest sens au fost făcute o serie de analize ale parametrilor chimici cu aparatură și reactivi HANNA,pH-metru Burette 24 și oxitip timp de 3 luni, săptămânal.
Primele 3 determinări au fost efectuate cu aparatură HANNA HI 83000.
3.4.1. Determinarea amoniacului
Specificații:
Range: 0.00-10.00 mg/l;
Rezoluția: 0.01 mg/l;
Exactitate: ±0.05 mg/l, ±5% din citire;
Deviația tipică EMC: ±0.01 mg/l;
Sursa de lumină: lampă Tungsten cu bandă scurtă de interferență;
Metoda: Nessler.Reacția dintre amoniacul din apă și reactiv produce o colorație galbenă a apei.
Tab. 3.1. Reactivi necesari
Procedura de măsurare:
Selectați numărul programului corespunzător amoniacului pe LCD secundar prin apăsarea PROGRAM▲sau▼;
Umpleți recipientul cu 10 ml de apă nereacționată și reașezați capacul;
Plasați recipientul în dispozitiv și asigurați-vă că semnul de pe capac este poziționat sigur în făgaș;
Apăsați ZERO și ″SIP″ va licări pe diplay;
Așteptați câteva secunde iar pe ecran va apărea ″-0.0-″. Acum aparatul este adus la zero și gata de măsurători;
Scoateți recipientul;
Adăugați 4 picături din primul reactiv. Reașezați capacul și agitați soluția;
Adăugați 4 picături din al doilea reactiv. Reașezați capacul și agitați soluția;
Reintroduce-ți recipientul în interiorul aparatului;
Apăsați TIMER iar pe ecran va apărea numerotarea inversă a timpului măsurătorii, sau alternativ așteptați 3 minute și 30 de secunde și apăsați READ DIRECT. În ambele cazuri ″SIP″ va licări la sfârșitul măsurătorii înainte de afișare.
Aparatul va arăta direct pe ecran concentrația în mg/l de NH3-N;
Pentru a converti citirea în mg/l de amoniac înmulțiți cu un factor de 1.216
Tab. 3.2. Rezultate
Fig. 3.3. Valorile concentrației amoniacului în apă
3.4.2. Determinarea cuprului
Specificații:
Range: 0.00-5.00 mg/l;
Rezoluția: 0.01 mg/l;
Exactitate: ±0.02 mg/l, ±4% din citire;
Deviația tipică EMC: ±0.01 mg/l;
Sursa de lumină: lampă Tungsten cu bandă scurtă de interferență;
Metoda: Adaptare a metodei EPA( US Environmental Protection Agency). Reacția dintre cuprul din apă și reactiv cauzează o tulburare a apei.
Tab. 3.3 Reactivi necesari
Procedura de măsurare:
Selectați numărul programului corespunzător amoniacului pe LCD secundar prin apăsarea PROGRAM▲sau▼;
Umpleți recipientul cu 10 ml de apă nereacționată și reașezați capacul;
Plasați recipientul în dispozitiv și asigurați-vă că semnul de pe capac este poziționat sigur în făgaș;
Apăsați ZERO și ″SIP″ va licări pe diplay;
Așteptați câteva secunde iar pe ecran va apărea ″-0.0-″.Acum aparatul este adus la zero și gata de măsurători;
Scoateți recipientul;
Adăugați conținutul unui pachet de reactiv. Reașezați capacul și agitați soluția timp de 15 secunde;
Reintroduce-ți recipientul în interiorul aparatului;
Apăsați TIMER iar pe ecran va apărea numerotarea inversă a timpului măsurătorii, sau alternativ așteptați 45de secunde și apăsați READ DIRECT. În ambele cazuri ″SIP″ va licări la sfârșitul măsurătorii înainte de afișare;
Aparatul va arăta direct pe ecran concentrația în mg/l de cupru;
Tab. 3.4. Rezultate
Fig. 3.4. Valorile concentrației cuprului în apă
3.4.3. Determinarea nitraților
Specificații:
Range: 0.00-30.00 mg/l;
Rezoluția: 0.01 mg/l;
Exactitate: ±0.05 mg/l, ±10% din citire;
Deviația tipică EMC: ±0.01 mg/l;
Sursa de lumină: lampă Tungsten cu bandă scurtă de interferență;
Metoda: Reacția dintre nitrații din apă și reactiv cauzează o tulburare a apei.
Tab. 3.5. Reactivi necesari
Procedura de măsurare:
Selectați numărul programului corespunzător amoniacului pe LCD secundar prin apăsarea PROGRAM▲sau▼;
Umpleți recipientul cu 6 ml de apă nereacționată și reașezați capacul;
Plasați recipientul în dispozitiv și asigurați-vă că semnul de pe capac este poziționat sigur în făgaș;
Apăsați ZERO și ″SIP″ va licări pe diplay;
Așteptați câteva secunde iar pe ecran va apărea ″-0.0-″.Acum aparatul este adus la zero și gata de măsurători;
Scoateți recipientul; Adăugați conținutul unui pachet de reactiv.
Reașezați capacul imediat și agitați puternic soluția timp de 10 secunde mișcând recipientul în sus și în jos. Continuați să agitați răsucind ușor recipientul timp de 50 de secunde, timp în care aveți grijă să nu formați bule de aer;
Reintroduce-ți recipientul în interiorul aparatului;
Apăsați TIMER iar pe ecran va apărea numerotarea inversă a timpului măsurătorii,sau alternativ așteptati 4 minute și 30 de secunde și apăsați READ DIRECT. În ambele cazuri ″SIP″ va licări la sfârșitul măsurătorii înainte de afișare;
Aparatul va arăta direct pe ecran concentrația în mg/l de nitrați-azot (NO3–N);
Pentru a converti citirea în mg/l de nitrați înmulțiți cu un factor de 4.43
Tab. 3.6. Rezultate
Fig. 3.5. Valorile concentrației nitraților în apă
Următoarele determinări au fost efectuate cu aparatură HANNA HI 98360.
3.4.4. Determinarea materiilor în suspensie
Procedura de măsurare:
Apăsați butonul ON/OFF pentru a porni aparatul. La pornire pe ecran va apărea valoarea temperaturii de referință pentru câteva secunde;
Introduce-ți sonda în soluția ce urmează a fi analizată. Perforațiile din sondă trebuie să fie complet acoperite cu apă. Mișca-ți proba în mod repetat pentru a înlătura bulele ce s-au putut forma în interiorul sondei;
Apăsați butonul RANGE până când TDS va apărea pe ecran;
Așteptați până când citirea se stabilizează. În partea de sus a ecranului va apărea valoarea materiilor în suspensie, în timp ce temperatura va fi indicată în partea de jos a ecranului.
Tab. 3.7. Rezultate
Fig.3.6. Valorile concentrației materiilor în suspensie apă
3.4.5. Determinarea clorurii de sodiu
Procedura de măsurare:
Apăsați butonul ON/OFF pentru a porni aparatul. La pornire pe ecran va apărea valoarea temperaturii de referință pentru câteva secunde;
Introduce-ți sonda în soluția ce urmează a fi analizată. Perforațiile din sondă trebuie să fie complet acoperite cu apă. Mișca-ți proba în mod repetat pentru a înlătura bulele ce s-au putut forma în interiorul sondei;
Apăsați butonul RANGE până când NaCl va apărea pe ecran;
Așteptați până când citirea se stabilizează. În partea de sus a ecranului va apărea valoarea materiilor în suspensie, în timp ce temperatura va fi indicată în partea de jos a ecranului.
Tab. 3.8. Rezultate
Fig. 3.7 Valorile concentrației clorurilor din apă
3.4.6. Determinarea concentrației ionilor de hidrogen
ph-ul a fost determinat cu ajutorul pH-metrului Burette 24.
Procedura de măsurare:
Se introduce apă în fiolă;
Se pozitionează fiola în făgaș;
Se ponește măsurarea;
Pe ecran este afișată valoarea ph-ului.
Tab. 3.9. Rezultate
Fig. 3.8. Valorile pH-ului apei
3.4.7.Determinarea consumului biochimic de oxigen la 5 zile
Procedura de măsurare:
Se umplu recipientele cu apă;
Se poziționează recipientele în agitatoare cu capacele fixate;
Se introduc recipientele în frigider sub agitare continuă;
După 5 zile se citesc rezultatele.(ATENȚIE Frigiderul se deschide după cel puțin 24 ore).
Tab. 3.10. Rezultate
Fig. 3.9. Valorile CBO5-ului apei
3.4.8. Determinarea necesarului de oxigen
Fig.3.10. Schema instalației
Procedura de măsurare:
Se introduce o cantitate de 500 ml apă uzată în coloana de sticlă;
Se barbotează aer 200 l/h,400 l/h,etc.;
Se citește cantitatea oxigenului din apă la fiecare modificare a debitului de aer;
Tab. 3.11. Rezultate
Fig. 3.11. Variația cantității de O2 din apă
3.5. INCERTITUDINEA DE MĂSURARE PENTRU DETERMINAREA CONȚINUTULUI DE NITRIȚI
3.5.1 Principiul analizei
Reacția ionilor de nitriți prezenți în probă, la pH 1.9, cu reactivul 4-amino benzen sulfonamidă, în prezența acidului ortofosforic pentru a forma o sare de diazoniu, ce formează un complex de culoare roșie cu N (1-naftil ) – etilen-diamină diclorhidrat. Se măsoară absorbanța la 540 nm.
3.5.2. Procedura de măsurare
1. Materialul de referință-Soluție etalon Merck de 1000 mg/l NO2-.
Prin diluări succesive se prepară soluția etalon de 1 mg/l NO2- din soluția etalon Merk și apoi, soluțiile de: 0.01 ; 0.02 ; 0.03 ; 0.04 ; 0.05 ; 0.06 ; 0.07 ; 0.08 ; 0.09 ; 0.10 mg/l NO2-, necesare pentru trasarea curbei de etalonare.
2. Se măsoară concentrația probei de analizat și concentrația probei martor.
3. Rezultatul obtinut pentru proba de analizat se corecteaza cu cel obtinut pentru proba martor.
3.5.3. Identificarea surselor de incertitudine
Sursele de incertitudine la determinarea conținutului de nitriți pe o probă de apă, se consideră a fi data de următoarele faze :
incertitudinea de prelevare a probei și reprezentativitatea ei;
incertituni datorate aparaturii folosite la prepararea soluțiilor, a cântăririi substanțelor solide și a purității acestora certificate de producator;
incertitudini datorate măsurarii volumelor ;
incertitudini datorate executării măsuratorii ;
incertitudine datorată aproximării sau rotunjirii valorilor în calcule.
3.5.4. Măsurarea
În determinare se folosesc trei etape :
trasarea curbei de etalonare;
determinarea conținutului de nitriți pe o probă martor;
determinarea conținutului de nitriți pe proba de analizat.
Deci concentrația C NO2- a unei probe este funcție de:
volumul probei martor;
volumul probei de analizat;
concentrația ionului de dozat în proba martor și în proba de analizat oferite de curba de etalonare.
3.5.5. formula de calcul
C(NO2-) = {C(,,P’’) – C(,,0’’)}
în care :
C(NO2-) = rezultatul final în mg/l NO2-;
C(,,P’’) = concentrația probei de analizat citită față de apa distilată fără reactivi;
C(,,0’’) = concentrația citită pentru apa distilată cu reactivi față de apa distilată
fără reactivi.
unde:
C(,,P’’) = (A proba-a)/b
C(,,0’’) = (A martor -a)/b
Aproba= absorbanța probei;
Amartor=absorbanța probei martor;
a-ordonata la origine;
b=panta dreptei de etalonare.
3.5.6. Analiza surselor de incertitudine
1. Incertitudini datorate măsurării la spectrofotometrul DR 2800
Se aplică pentru proba de apă, referință și etaloane pentru tot domeniul de repetabilitate / reproductibilitate garantat de fabricantul echipamentului și certificat prin etalonare metrologică.
Incertitudinea de măsurare la spectrofotometru este data de :
eroarea de spectrofotometrare dată de certificatul de etalonare – de liniaritate absorbanta;
eroare de calcule și trasare curba de etalonare cuntificată prin abaterea standard reziduală și coeficientul de regresie – R2;
incertitudine de citire a valorilor absorbanței pe afisaj (cu trei zecimale);
eroare de măsurare cu spectrofotometrul la altă temperatură decât 20ºC;
schimbarea în timp a parametrilor de funcționare a spectrofotometrului datoriă factorilor perturbatori : variația tensiunii, frecvenței curentului electric de alimentare, depunerea de praf pe lămpi, oglinzi, componente, șocuri și trepidații mecanice, neorizontalitatea și stabilitatea aparatului.
2. Incertitudini datorate echipamentelor de măsurare volumetrică din sticlă
Echipamentele pentru prepararea soluțiilor etalon de amoniu precum și cele folosite la măsurarea probei de apă de analizat sunt :
pipetă gradată de 1 ml – pentru etalonul de 0.01 și 0,02 mg/l NO2- și prepararea soluției etalon de concentrație 1mg/l NO2-;
pipetă gradată de 5 ml – pentru celelate etaloane ;
pipeta gradată de 10 ml – pentru a scoate din fiecare balon cotat 10 ml standard ;
balon cotat de 50 ml – pentru preparare 10 etaloane de concentrații diferite între 0 ÷ 0,1 mg/l, pentru probă, proba martor ;
balon cotat de 1000 ml – pentru prepararea soluției etalon 1mg/l NO2-.
Măsurarea volumetrică este afectată de următoarele incertitudini :
incertitudinea de etalonare a volumului intern certificat al balonului cotat ;
variația de umplere a sticlăriei la semn, sau descărcare la cota pipete gradate – datorită aproximării operatorului ;
temperaturile de utilizare a vaselor din sticlă , care diferă de temperatura la care volumul a fost etalonat –20ºC.
3. Incertitudine la prepararea probei
La prepararea probei de apă pot apare incertitudini datorită :
corecției incomplete a culorii;
formării incomplete a complexului roșu;
purității neconforme și a reactivității slabe a reactivilor utilizați.
OBS : prin respectarea tuturor indicațiilor standardului de preparare a probei și a reactivilor, se consideră că formarea complexului absorbant se realizează în proporție de 100%, și nu afectează incertitudinea analizei.
4. Incertitudine dată de puritatea substanței de referință – etalon Merck
Puritatea/concentrația etalonului și incertitudinea acestuia sunt precizate de producător în buletinele de analiză și certificatele de calitate însoțitoare.
5. Incertitudini de trunchere a valorilor luate în calcul
Se evaluează în funcție de ultima cifră sau zecimală semnificativă a valorilor numerice introduse în calcule și considerând distribuție dreptunghiulară a erorilor.
6. Incertitudine de eșantionare a probei de lucru în laborator
Deoarece sursa de apă este neomogena în fiecare moment iar procesul de tratare este dinamic, proba de apă este relativ neomogenă, valorile parametrilor analizați fiind exacți pentru un volum mic de apă și numai la momentul prelevării.
Factorii care influențează eșantionarea probei în laborator sunt :
neomogenitatea probei de apă în timp, datorită fenomenelor de turbiditate, sedimentare a particolelor, interferenței culorii;
temperatura apei prelevate, care poate fi diferită de 20ºC;
curățarea vaselor de eșantionare.
Acest tip de incertitudine, nu poate fi cuantificat.
3.5.7. Tabel centralizator
Pentru un exemplu în care s-a obținut pentru proba martor valoarea de 0,003 mg/l NO2- iar pentru proba valoarea de 0,048 mg/l NO2-.
Tab. 3.12.
Pentru proba martor
Tab.3.13.
Incertitudinea rezultatului se compune din incertitudinea probei și incertitudinea probei martor.
U2(F) = U 2(proba) + U 2(proba martor)
U2(F) = 0.0018 2 + 0.00122 mg/l NO2-
U(final) = 0.0022 mg/l NO2-
care conduce la o incertitudine standard extinsă de 0.0044 mg/l NO2-, cu un interval de încredere de 95%.
Deci pentru acest exemplu avem un rezultat de 0.045 ± de 0.004 mg/l NO2-
Incertitudinea reprezintă ~ 9 % din rezultat.
Ponderea cea mai mare în incertitudinea relativă totală fiind incertitudinea probei martor datorată citirii pe curba de etalonare.
3.5.8. Variația incertitudinii pe domeniul de lucru
De la limita de cuantificare incertitudinea standard extinsă rămâne aproximativ constantă pe domeniul de concentrație 0,007÷0,1 mg/l NO2- aproximativ ± 0,004 mg/l NO2.
CAPITOLUL 4
REDIMENSIONAREA TEHNOLOGICĂ A SISTEMULUI DE AERARE DIN TREAPTA BIOLOGICĂ
În prezent, în bazinele de aerare cu nămol activ, aerul este introdus cu ajutorul a 3+3 aeratoare mecanice acționate electric Ø 1000, așa cum s-a prezentat mai sus. Datorită perioadei mari de timp de funcționare (peste 20 ani), acestea au suferit uzura, atât fizică (ele sporesc poluarea datorită pierderilor de ulei), cât și morală, funcționarea lor ineficientă ducând, uneori, la tratarea necorespunzătoare a apelor uzate în treapta biologică a stației de epurare. În plus, începând cu anul 2006, stația de epurare preia și apele uzate deversate de societățile din Parcul Industrial Ploiești, din a căror activitate rezultă ape uzate industriale și menajere cu o încărcare cu poluanți mult mai mare calitativ și cantitativ decăt cea pentru care a fost proiectată stația de epurare.
Din aceste considerente, s-a decis înlocuirea sistemului de aerare existent, cu un sistem de aerare cu bule fine.
Cunoscând:
Debitul de influent Q = 300 m3/zi;
L0= 212 mg/l- concentrația CBO5 în influent;
Lt= 25 mg/l- concentrația CBO5 în efluent;
Concentrația de amoniac:
20 mg/l din influent
40 mg/l din aminele convertite în amoniac în timpul tratării
Temperatura de calcul : 30C, precum și datele din tabelul 4.1.
S-a calculat capacitatea de oxigenare zilnică (cantitatea de oxigen necesară zilnic), astfel:
Se calculează timpul de staționare în bazin:
t= (L0 – Lt) ·24h/x·K·Lt, (1)
unde: xv – masa solidelor flotabile, mg/ l; xv = 1000 mg /l
K- constanta vitezei de reacție; K = 0,0067 h-1(aleasă)
t=(212 – 25) · 24/ 1000·0,0067·15 = 26,8 h
Se calculează volumul bazinului folosind mărimile debit și timp de staționare:
V= Q ·t/ 24 = 300 ·26,8 / 24= 335 m3 (2)
Se calculează necesarul de oxigen :
NO2 = a · SR+1,14 · b · x· Xv + 0,48 ·( NR +K0) (3)
Unde: a- fracția de substrat utilizată pentru sinteză ; se alege a= 0,4
SR – kg CBO5 îndepărtată zilnic;
SR = Q· (L0 – Lt) = 300 m3/zi (212 – 25)mg/ l = 56,1 kg/zi
b- constanta de viteză endogenă; b= 0,2
x- fracția de oxidare a suspensiilor volatile; x = 0,25
Xv – masa totală a suspensiilor flotabile solide sedimentate zilnic;
Xv = xv · Q· 1,564
unde: xv = 1000 mg/ l- masa de solide flotabile
1,564- coeficient
Xv = 1000· 300 · 1,564· 10-3 = 469,2 kg/zi
Cantitatea de amoniac îndepărtată zilnic NR
NR = (20+40)mg/l · 300 m3/zi · 1,564 = 28,152 kg / zi
K0 – factor de oxidare directă – presupus K0 =0
Înlocuind în relația de calcul, se obține:
NO2= 0,4 · 56,1 +1,14 · 0,2 · 0,25· 469,2 + 0,48 · 28,152 = 62,7 kg O2/zi = 2,61 kg O2/h
Se face corecția standard
NO2= NO20 · [( β · E · cs -cr )]/ 9,17 · 1,024(T-20) ·α (4)
unde:NO2- necesar de oxigen, transferat în condiții de proiectare;
NO20- oxigen transferat în condiții standard (20°C, 1 atm);
β – raportul dintre concentrația de saturație a oxigenului în apa uzată, față de apa potabilă de aceeași temperatură (de exemplu 0,9);
E- factor de corecție a înălțimii ( la nivelul mării, E = 1), conform Tab. 4.2.
Tabelul 4.2. Valori ale factorului de corecție E, în funcție de nivelul apei în bazin
cs – concentrația de saturație a oxigenului în condițiile de proiectare, la temperatura de calcul (30C);
cr = D – concentrația reziduală, în mg/l, în condițiile de proiectare (deficitul de oxigen, în condițiile date);
T (C)- temperatura în condițiile de proiectare;
1,024(T-20)- factor de corecție a temperaturii, conform Tabelului 4.3.
Tabelul 4.3. Valori ale factorului de corecție a temperaturii
α – raportul vitezelor de transfer al oxigenului în apa uzată și apa potabilă (trebuie măsurat sau presupus: presupunem α = 0,8.
Înlocuind în relația (4), se obține:
NO20= NO2 / [( β · E · cs -cr )]/ 9,17 · 1,024(T-20) ·α
NO20 = 2,61/{ [( 0,9 · 0,908 ·7,63 -2 )]/ 9,17} · 1,268 ·0,8
NO20 = 5, 577 kg O2/h
Se ia un coeficient de siguranță de 15%.
NO20 sig= 5, 577· 1,15 = 6,42 kg O2/h = 154,08 kg O2/zi
Sistemele actuale de aerare cele mai performante sunt cu bule fine AS – ASE (figura 4.1.)
Figura 4.1. Sistemul de aerare cu bule fine AS-ASE
Sistemul ASE constă din tuburi de susținere pe care sunt montate aeratoare cu membrane perforate, din cauciuc special. Membrana distribuie bule fine de aer; în lipsa presiunii aerului din tuburi, porii membranei sunt închiși, împiedicând intrarea apei în sistem. Acest sistem poate fi utilizat și în procese cu funcționare intermitentă. Sistemul este dotat cu o armătura de purjare, pentru eliminarea apei condensate din aerul comprimat. La tipul standard, solicitat, tuburile de susținere cu aeratoare, sunt echilibrate în ceea ce privește forța ascensională din apă și amplasate fără a fi ancorate pe fundul bazinului.
Principalul avantaj al acestor aeratoare îl constituie instalarea ușoară în bazinele de aerare fără a întrerupe funcționarea stației de epurare și fără a fi necesară golirea bazinului. Sistemul permite scoaterea manuală a tuburilor de către max. 2 persoane pentru verificare sau reparare, cu stația de epurare în funcțiune. Singura componentă care se uzează dupa o durată mai lungă de funcționare, sunt membranele perforate, care pot fi schimbate ușor. Alte avantaje sunt:
-capacitate mare de oxigenare;
-debit variabil al fluxului de aer pe aerator Qvz,e = 1,5-8 m3/h.buc;
-aeratorul are o pierdere redusă de presiune;
-reglarea separată a debitului de aer se poate face în orice punct al bazinului;
-tuburile pot fi ușor înlocuite în funcție de măsurătorile efectuate în rezervor ;
-sistemul este foarte rezistent la colmatare;
-sistemul este realizat din materiale rezistente (PVC, polipropilenă, polietilenă, cauciuc special, oțel inoxidabil).
Sistemul de aerare se va monta într-un singur bazin de aerare. Deoarece debitul de influent este variabil, cel de-al doilea bazin de aerare se utilizează ca bazin tampon, pentru uniformizarea debitului; din bazinul tampon, cu o pompă se transvazează apa în bazinul de aerare, astel încât să se asigure un debit constant de 300 m3/zi .
Tab.4.4. Parametrii calculați ai sistemului de aerare în bazin
Tab. 4.5. Tabelul cu amplasarea sistemului de aerare cu bule fine în bazin
Amplasarea sistemului de aerare în bazin se face conform desenului din figura3.12.
Sursa de aer: Suflante
Tipul suflantei: BAH 6/10
Parametrii suflantei
Debitul de intrare (Qs) : 90 [m3/h]
Debitul de ieșire (Qv): 72,5 [m3/h]
Puterea consumată a suflantei (Pe): 1,259 [kW]
Turația suflantei: 4347 [1/min]
Nivelul de zgomot (fără carcasă./cu carcasă) 92/ 81 [dB]
Motorul: 90L-2
Puterea nominală a motorului: 2,2 [kW]
Turația nominală a motorului: 2880 [1/min]
Se recomandă utilizarea a 4 suflante.
Figura 4. 2. Amplasarea sistemului de aerare în bazin
CAPITOLUL 5
CALCULUL ECONOMIC AL INVESTIȚIEI PROPUSE
5.1. DOTAREA CU UN SISTEM DE AERARE CU BULE FINE AS-ASE
Investiția propusă constă în dotarea unuia din cele două bazine de aerare, existente, ale Stației de Epurare ape, cu un sistem de aerare cu bule fine AS-ASE.
Cel de-al doilea bazin de aerare, propus a fi transformat în bazin tampon, pentru uniformizarea debitului de admisie a apei în bazinul de aerare, va fi dotat cu o pompă tip EPEG 50, cu următoarele caracteristici: debit Q = 12,5 mc/ora, H = 22 mCA, puterea motorului 7,5 KW.
Costul total al investiției propuse este alcătuit din:
A. Costul materialelor/ echipamentelor achiziționate:
A.1. Costul sistemului de aerare = 9820 EURO, care cuprinde:
-costul instalației propriu-zise;
-cheltuielile de livrare și transport (gratuit);
-costul conductei de intrare la aeratoare, cu robinet de închidere cu filet interior G 1” pentru prinderea la racordul de pe țeava de distribuție a aerului comprimat;
-costul sistemului complet de elemente pentru fixarea aeratoarelor pe fundul bazinului;
A.2. Costul suflantelor = 4 buc x 3290 EURO/ buc = 13160 EURO, care au următoarea dotare:
-agregat tip BAH 6/10;
-motor electric Siemens 2,2 KW;
-carcasă antifonică pentru interior;
-suport cu amortizor de zgomot
-amortizor și filtru de aspirație;
-clapetă de reținere;
-ventil de siguranță ;
-supapă de sens, compensator;
-indicator de colmatare a filtrului;
-indicator de presiune;
-documentație tehnică completă.
A.3. Costul țevilor de distribuție a aerului de la suflante la aeratoare = 120 m x 12 EURO/m= 1440 EURO.
A.4. Costul Panoului de comandă și control = 6000 EURO.
A.5. Costul pompei tip EPEG 50 pentru dotarea bazinului tampon = 1200 EURO.
A.6. Costul conductei de admisie/ refulare a pompei = 235 EURO.
Totalul costurilor materialelor/ echipamentelor achiziționate este:
A = 9820 + 13160 + 1440 + 6000 + 1200 + 235= 31855 EURO
B. Costul cu manopera consumată cu:
B.1. Montajul sistemului de aerare în bazin = 2000 EURO;
B.2. Montajul suflantelor = 550 EURO/ buc x 4 buc = 2200 EURO;
B.3. Montajul panoului de comandă = 800 EURO;
B.4. Montajul pompei și conductelor aferente = 500 EURO.
Totalul costurilor cu manopera :
B = 2000 + 2200 + 800 + 500 = 5500 EURO
Costul total al investiției propuse este : 31855 + 5500 = 37355 EURO
Pentru varianta propusă de retehnologizare a bazinului de aerare al Stației de Epurare, se poate solicita o finanțare nerambursabilă de maxim 30% (respectiv 11207 EURO), de la Administrația Fondului de Mediu, pe baza unei Cereri de Finanțare întocmită conform prevederilor Manualului de Operare al A.F.M., în sesiunea de depunere a solicitărilor.
5.2. ÎNLOCUIREA STAȚIEI DE EPURARE EXISTENTE
Cu ajutorul programului CW 25 a fost realizată o simulare care permite calcularea costurilor de investiție în cazul în care se dorește înlocuirea stației de epurare a apelor uzate.
Etapele simulării cu un astfel de program sunt prezentate în figurile următoare:
Fig. 5.1 Costul total al investiției propuse
CAPITOLUL 6
CONCLUZII
În lucrarea de față s-a studiat posibilitatea îmbunătățirii performanțelor treptei de epurare biologică existentă în Stația de Epurare ape uzate a S.C. Electromecanica Ploiești S.A. Având caracteristicile tehnice ale sistemului analizat, au fost căutate soluțiile cele mai ieftine și ușor de realizat din punct de vedere constructiv.
S-a impus un studiu de laborator pentru a putea evidenția caracteristicile apei uzate înainte și după epurare, caracteristici care au constituit și baza de date pentru etapa de redimensionare tehnologică a sistemului studiat.
Au fost studiați următorii indicatori de calitate ai apelor uzate, la intrarea și ieșirea din stația de epurare: Amoniac(NH3); Cupru(Cu); Nitrați(NO3-); Materii în suspensie; pH; CBO5. Analizele au fost efectuate săptămânal, pe o perioadă de trei luni (12 săptămâni).
Din studiul de laborator s-a observat că, la anumiți indicatori de calitate, au fost înregistrate, uneori, valori mai mari la ieșire decât la intrarea în stația de epurare, pe probe prelevate la o diferență de timp între intrare și ieșire egală cu timpul de staționare, încercând, în acest fel, să se prindă la ieșire aceeași apă cu cea de la intrare.
Un astfel de exemplu îl reprezintă analiza indicatorului de calitate “materii în suspensie” la care, în săptămânile 7 și 12 s-au înregistrat valori (cu puțin ) mai mari în efluent, decât în influent.
Indicatorul la care s-au înregistrat frecvent, depășiri față de valorile autorizate la deversarea în emisar, este Consum biochimic de oxigen la 5 zile (CBO5 ), și anume, din cele 12 determinări efectuate în perioada de studiu, la 5 s-au înregistrat depășiri; și la acest indicator, în săptămâna a opta s-a determinat o valoare mai mare a sa în efluent decât în influent.
Aceste rezultate denotă o aerare insuficientă, neexistând condițiile desfășurării în condiții optime a proceselor biologice aerobe de oxidare și sinteză. Dimpotrivă, în anumite perioade de timp, în zona bazinelor de aerare s-a putut detecta un miros greu, specific proceselor de fermentare anaerobe.
De asemenea, rezultatele studiului de laborator au fost folosite la calculul de dimensionare a bazinului de aerare; necesarul de oxigen s-a calculat folosind valorile cele mai mari ale încărcării cu poluanți ale influentului, (CBO5 = 212 mg O2/l , valoare din influent din săptămâna 1).
Un alt considerent care impune schimbarea sistemului de aerare existent din treapta biologică, îl constituie uzura fizică și morală pe care acesta o are, datorită perioadei de funcționare de peste 20 de ani. S-a observat direct și s-a și determinat prin analizele efectuate, o încărcare mărită cu materii în suspensie în efluent, față de influent (în săptămâna 7), din cauza pierderilor de ulei de la motoarele agitatoarelor, defecțiune care nu mai poate fi remediată.
Folosind datele tehnice cunoscute, a fost redimensonat sistemul de aerare din treapta biologică a Stației de Epurare, conform metodologiei existente în literatura de specialitate, obținându-se o capacitate de oxigenare operațională de 154,08 kg O2/zi.
Pentru dimensiunile bazinului existent (21m x 7mx 3m), la debitul de 300 mc/zi apă uzată, s-a ales un sistem de aerare cu bule fine AS-ASE, dimensionat pe un numar total de 84 aeratoare dispuse pe 12 tuburi (7 aeratoare/ tub). Sistemul de aerare se montează numai în unul din bazinele de aerare; cel de-al doilea bazin existent, se amenajează ca bazin tampon din care să se transvazeze apa uzată în bazinul de aerare, astfel încât să se asigure un debit constant de 300 mc/zi (12,5 mc/ora).
Calculul economic efectuat pentru investiția propusă a dus la un cost total de 37355 EURO.
CAPITOLUL 7
NORME DE TEHNICA SECURITĂȚII MUNCII, P.S.I., EXPLOATARE ȘI ÎNTREȚINERE A STAȚIEI DE EPURARE
7.1. NORME DE TEHNICA SECURITĂȚII MUNCII ȘI P.S.I.
Protecția muncii reprezintă un ansamblu de activități instituționale, având ca scop asigurarea celor mai bune condiții în desfășurarea procesului de muncă, apărarea vieții, a integrității corporale și sănătății salariaților și a altor persoane.
Performanțele funcționale ale utilajelor și instalațiilor din industrie, pot fi asigurate printr-un regim rațional de exploatare și întreținere, desfășurat în concordanță cu particularitățile constructiv-funcționale ale acestora.
Securitatea muncii trebuie organizată în toate aceste activități prin dotare cu mijloace de prevenire și de combatere a condițiilor care creează accidente umane și tehnice.
În acest scop, trebuie respectate următoarele prescripții de tehnica securității muncii:
toate construcțiile hidrotehnice supraterane deschise, trebuie să fie înconjurate cu balustrade metalice;
intrarea în cămine, decantoare, camere vane, tunele de conducte, camere de distribuție, se va face numai după verificarea scărilor de acces;
accesul în cămine, rezervoare, decantoare, etc., este interzis persoanelor neinstruite;
coborârea în bazine pentru verificarea construcțiilor și instalațiilor se va face numai dupa golirea completă a acestora, iar personalul va fi dotat cu echipament individual de protecție adecvat operației;
suprafețele frecventate noaptea vor fi iluminate corespunzător, astfel încât să se distingă inscripțiile de pe cadranele aparatelor de măsură și control, culorile convenționale în care sunt vopsite conductele, situația capacelor și a chepengurilor, scările de acces, tăblițele avertizoare, etc.;
toate suprafețele pe care se circulă (pardoseli, platforme, pasarele, podețe) vor fi menținute în stare permanentă de curățenie;
toate locurile de muncă unde există pericol de electrocutare, intoxicare, sufocare, cădere de la înălțime, vor fi marcate cu tăblițe avertizoare, iar unde este necesar, spațiul necesar va fi împrejmuit;
pentru situațiile de întrerupere temporară a energiei electrice, se vor folosi lanterne sau lămpi portabile cu baterii sau acumulatori;
fiecare loc de muncă va avea afișate instrucțiuni referitoare la funcționarea instalațiilor și măsuri de securitatea muncii, după specificul activității desfășurate;
sunt interzise orice modificări ale proceselor tehnologice sau instalațiilor, fără avizul prealabil al conducerii și proiectantului de specialitate;
vor fi prelucrate și respectate Normele specifice de protecția muncii prevăzute în Ordinul Ministerului Muncii și Protecției Sociale
La proiectarea unei instalații, trebuie să se aiba în vedere, în planul general de proiectare, specificarea unor măsuri corespunzătoare de prevenire a incendiilor, precum:
asigurarea unei întrețineri raționale a instalației, corespunzător tipului constructiv și complexității acesteia;
sesizarea imediată a oricăror perturbări funcționale sau defecțiuni în timpul funcționării, localizarea lor cât mai rapidă, înlăturarea promptă a cauzelor și a consecințelor acestora.
7.2. NORME DE EXPLOATARE ȘI ÎNTREȚINERE A STAȚIEI DE EPURARE
Prin exploatare se înțelege, în general, totalitatea lucrărilor de valorificare funcțională a utilajelor și instalațiilor, pentru asigurarea funcționării acestora în condițiile unei siguranțe depline și ale unor minime cheltuieli de întreținere și reparație.
Întreținerea reprezintă totalitatea lucrărilor aplicate continuu sau periodic asupra utilajelor (instalațiilor) având ca obiective: menținerea stării funcționale a utilajului, evitarea întreruperilor de producție datorate defecțiunilor și avariilor, reducerea timpilor neproductivi, limitarea la minim a cheltuielilor de întreținere și reparație etc.
În ansamblu, exploatarea și întreținerea utilajelor și instalațiilor îmbracă aspecte de conducere și supraveghere a funcționării și a tuturor factorilor ce o condiționează și de întreținere permanentă și eficientă a utilajului, ținându-se cont de toate aspectele anterioare luate în discuție.
Pentru orice tip de utilaj /instalație, incidentele funcționale posibile în timpul funcționării se pot grupa- convențional în:
perturbări funcționale (abateri de la valorile nominale ale parametrilor de lucru, funcționare cu șocuri, zgomote sau vibrații anormale, întreruperi ale funcționării etc.);
defecțiuni (uzuri anormale, precoce) ale pieselor și subansamblelor componente;
avarii (distrugeri) parțiale sau totale ale utilajului (instalației).
Aspectele prezentate mai sus permit elaborarea unor elemente fundamentale privind exploatarea rațională a utilajelor. Aceste elemente stau la baza întocmirii instrucțiunilor de exploatare și întreținere pentru fiecare tip de utilaj/ instalație.Pentru stația de epurare, se impune respectarea NORMELOR DE EXPLOATARE specifice în fiecare perioadă, după cum urmează :
-Exploatarea în perioadele cu debite medii (normale) :
întreținerea permanentă a instalației de epurare și evacuare apă, în condiții tehnice corespunzătoare, în scopul minimizării pierderilor de apă ;
să se întrețină malurile și albia în amonte și aval de evacuare, pe o distanță de 100 m.
– Exploatarea în perioadele cu ape mari- pentru a evita supraîncărcarea canalului emisar (Leaot), diferența de debit pluvial este înmagazinată în bazinul de retenție de 2500 mc. După încetarea ploii, apa înmagazinată în bazin este evacuată cu ajutorul pompelor în canalul Leaot.
– Exploatarea în perioadele de îngheț- se impun măsuri de prevenire a staționării apei în rețeaua de canalizare și evacuare a apei, astfel :
personalul de exploatare este obligat să mențină deschise drumurile de acces la punctele de lucru ;
curățirea căminelor de vizitare pe rețeaua de canalizare ;
pe perioada de iarnă, barele grătarului de la denisipatorul stației de epurare vor fi curățate de gheață ;
se va împiedica formarea gheței în tubul de distribuție și jgheabul de colectare a apei de la decantoarele secundare ;
depozitarea nămolului pe platforme se va face după curățirea prealabilă a zăpezii ;
în situația formării de poduri de gheață în construcțiile hidrotehnice ale stației de epurare, se va proceda la spargerea acestora ;
în cazul blocării canalului colector comun, se va interveni imediat pentru deblocarea acestuia.
-Exploatarea în perioadele cu ape mici- se face fără a se impune măsuri speciale.
măsuri de remediere a lucrărilor după viituri și scurgeri de ghețuri- se impune intervenția imediată în sensul opririi intrării și ieșirii apei în și din stația de epurare, cât și deblocarea colectorului comun și a canalului Leaot. De asemenea se vor inventaria pagubele provocate și se vor raporta la R.A. Apele Române și A.P.M. Prahova și se va acționa imediat pentru remedierea acestora ;
condiții speciale de exploatare în cazul provocării unei poluări accidentale :
se va interveni imediat pentru depistarea cauzelor și îndepărtarea acestora ;
se va acționa urgent la îndepărtarea efectelor produse ;
în cazul defectării recipienților de clor gazos din stația de clorinare, se va proceda imediat la oprirea clorinării. Până la remedierea defecțiunilor, clorinarea apei se va realiza cu var cloros, în decantoarele Imhoff.
7.3. PREVEDERI REFERITOARE LA ÎNTREȚINERE ȘI REPARAȚII
REȚEAUA DE CANALIZARE- echipa de întreținere trebuie să execute următoarele operațiuni :
parcurge zilnic rețelele de canalizare, înlăturând defectele constatate ;
verifică existența capacelor la căminele de vizitare și starea lor ;
constată eventualele infiltrații de ape subterane ;
constată existența surpărilor de teren de pe traseul rețelei de canalizare ;
constată starea depunerilor de pe canale și din caminele de vizitare, în vederea curățirii lor.
STAȚIA DE EPURARE-Pentru o bună exploatare a instalațiilor și construcțiilor hidrotehnice din cadrul stației de epurare, este necesar ca personalul de exploatare să cunoască temeinic procesul de epurare, schema tehnologică și parametrii funcționali. Controlul stării de funcționare presupune inspecția zilnică a tuturor instalațiilor și construcțiilor stației, în urma căreia se procedează, după caz, la :
curățirea periodică a grătarului și denisipatorului ;
evacuarea periodică a grăsimilor din separatorul de grăsimi ;
îndepărtarea periodică a corpurilor plutitoare din decantoarele primare ;
urmărirea zilnică a calității nămolului fermentat, pentru a evita producerea fermentării acide ;
determinarea zilnică a cantității de namol activ prin citirea volumului de nămol depus în 30 min la 1 litru de apă luată ca probă din bazinul de aerare ;
îndepărtarea periodică a vegetației de pe platformele de deshidratare a nămolului ;
supravegherea și controlul permanent al etanșeității instalației de clorinare.
ÎNTREȚINEREA GENERALĂ -a stației de epurare constă în efectuarea următoarelor operații :
inspecția preventivă- verificarea zilnică a tuturor părților instalațiilor și construcțiilor componente ce se pot vizita în timpul funcționării, pentru a constata defecțiunile existente și a stabili cauzele care ar putea duce la defecțiuni de exploatare ;
revizia preventivă- se referă la toate părțile instalațiilor și construcțiilor asigurată de un maistru și doi muncitori, care execută și micile reparații necesare ;
reparații curente- sunt de scurtă durată, nu depasesc 10 ore și prin natura lor, nu conduc la întreruperea imediată a funcționării stației; se folosesc piesele de rezervă din dotare ;
reparațiile medii- sunt planificate, cu durată de 30-50 ore, executate de persoane din afara stației, cu piese aprovizionate din timp ;
reparațiile capitale- sunt planificate, se execută cu personal de specialitate, în cadrul atelierelor de specialitate.
MATERIALE, ECHIPAMENTE ȘI UTILAJE ÎN REZERVĂ
Este necesară o rezervă de materiale și piese de schimb pentru intervenții, alcătuita din: vane, robineți, tronsoane de conducte, diverse piese de schimb corespunzătoare utilajelor și echipamentelor din dotare, depozitate în incinta societății, în cadrul magaziei de materiale. Tot aici sunt depozitate sculele și dispozitivele de curățire: sfere de fier, perii, răzuitoare, scafă, ancore, etc. [17]
=== INCHEIERE ===
BIBLIOGRAFIE
TEODOSIU C. “TEHNOLOGIA APEI POTABILE ȘI INDUSTRIALE”, Editura Matrix Rom, București, 2001;
http://www.energyplus.utm.md/index.php?option=com_docman&task=cat_view&gid=44&lang=ro
IONESCU, T., CONSTANTINESCU, Ș., BOLTUȘ-CODREANU, M., MOȚOC, M. “APE INDUSTRIALE ȘI REZIDUALE ”, Editura Tehnică, București, 1964;
GURAN C. “CHIMIE ANORGANICĂ.STRUCTURA ATOMULUI.LEGĂTURA CHIMICĂ”, Vol I, Editura Asab,București, 2008;
BRAN F. “ECOLOGIE GENERALĂ ȘI PROTECȚIA MEDIULUI”, Editura A.S.E., Bucuresti, 2000;
NEGULESCU, M. GH., ANTONIU, R., DUMITRESCU V., GAFIȚEANU M. “EPURAREA APELOR UZATE INDUSTRIALE ”, Editura Tehnică, București, 1968;
PEAVY, H., ROWE, D., ENVIRONMMENTAL ENGINEERING, McGraw-Hill International Editions, New York, 1985, ISBN 0-07-100231-6;
SUCIU Gh. “PETROCHIMIE,ENERGIE,PETROL” Editura Științifică și Enciclopedică, București, 1980;
ROJANSCHI V., BRAN F., DIACONU G., “PROTECȚIA ȘI INGINERIA MEDIULUI ”, Editura Economică, Bucuresti, 2002;
IANCULESCU O., IONESCU GH., RACOVIȚEANU R. “EPURAREA APELOR UZATE ” Editura Matrix Rom, București, 2001;
MUNAGINGHE, M., ENVIRONMENTAL ECONOMICS AND SUSTAINABLE DEVELOPMENT, The World Bank Washington DC, 1993;
SIMONESCU C.M. “EPURAREA BIOLOGICĂ A APELOR UZATE ” Editura Matrix Rom, București, 2000;
ERNST MAYR “DE LA BACTERII LA OM ” Editura Humanitas, București, 2008;
http://www.lenntech.com/waste_water.htm
RUSU G, ROJANSCHI V “FILTRAREA ÎN TEHNICA TRATĂRII ȘI EPURĂRII APELOR”, Editura Tehnică, Bucuresti, 1980;
http://www.elmec.ro/
*** M.O: nr. 187, partea I, 20.03.2002, H.G. nr. 188/28.02.2002, pentru aprobarea unor norme privind condițiile de descărcare în mediul acvatic a apelor uzate-modificată și completată cu H.G: 352/2005 (M.O. nr. 398,partea I,11.05.2005).
“PROTECȚIA MEDIULUI-LEGISLAȚIE”, Editura Lumina Lex, București,2006.
ANEXE
LEGISLAȚIA ÎN VIGOARE PRIVIND PROTECȚIA MEDIULUI
Legea nr. 265/2006-Legea Protecției Mediului;
Ordinul nr. 709/1999 al Ministrului Apelor, Pădurilor și Protecției Mediului privind conținutul avizului de mediu pentru privatizare;
Legea nr. 84/2006 pentru aprobarea și completarea Ordonanței de Urgență nr. 152/2005 privind prevenirea, reducerea și controlul integrat al poluării;
Hotărârea de Guvern nr. 918/2002 privind stabilirea procedurii-cadru pentru evaluarea impactului asupra mediului și aprobarea listei proiectelor publice sau private supuse acestei proceduri, modificat prin Hotărârea de Guvern nr.1705/2004;
Ordinul nr. 818/2003 al Ministrului Apelor și Protecției Mediului pentru aprobarea Procedurii de emitere a autorizației integrate de mediu, modificat prin Ordinul 1158/2005;
Ordinul nr. 876/2004 al Ministrului Mediului și Gospodăririi Apelor pentru aprobarea Procedurii de autorizare a activităților cu impact semnificativ asupra mediului;
Ordinul nr. 863/2002 al Ministrului Apelor și Protecției Mediului privind aprobarea ghidurilor metodologice aplicabile etapelor procedurii-cadru de evaluare a impactului asupra mediului;
Ordinul nr. 860/2002 al Ministrului Apelor și Protecției Mediului pentru aprobarea Procedurii de evaluare a impactului asupra mediului și de emitere a acordului de mediu, modificat prin Ordinul nr. 1037/2005 al Ministrului Mediului și Gospodăririi Apelor;
Hotărârea de Guvern nr.645/07.07.2005 privind aprobarea Strategiei Naționale a României privind schimbările climatice;
Legea nr. 3/02.02.2001 pentru ratificarea Protocolului de la Kyoto asupra schimbărilor climatice;
Hotărârea de Guvern nr. 1877/22.12.2005 pentru aprobarea Planului național de acțiune privind schimbările climatice (PNASC);
Hotărârea de Guvern. nr.780/14.06.2006 privind stabilirea schemei de comercializare a certificatelor de emisii de gaze cu efect de seră;
Hotărârea de Guvern nr.459/2005 privind reorganizarea și funcționarea Agenției Naționale pentru Protecția Mediului;
Hotărârea de Guvern nr.1076/2004 (transpune Directiva nr. 2001/42/CE) privind stabilirea procedurii de realizare a evaluării de mediu pentru planuri și programe;
Legea Apelor nr.112/2006;
Legea nr. 311/2004 privind calitatea apei potabile;
Hotărârea de Guvern nr. 459/2002 Norme de calitate pentru apa din zonele naturale amenajate pentru îmbăiere;
Hotărârea de Guvern nr. 352/2005 pentru aprobarea unor norme privind descărcarea în mediul acvatic a apelor uzate;
Legea nr. 360/2003 privind regimul substanțelor și preparatelor periculoase;
Hotărârea de Guvern nr. 95/2003 privind controlul asupra pericolului de accidente majore în care sunt prezente substanțe periculoase;
Legea nr. 426/2001 Legea deșeurilor modificată de OUG 61/2006;
Hotărârea de Guvern nr. 1470/2004 privind aprobarea Planului Național de Gestionare a Deșeurilor ;
Hotărârea de Guvern nr.1057/2001 privind regimul bateriilor și acumulatorilor ce conțin substanțe periculoase;
Hotărârea de Guvern nr.1159/2003 privind gestionarea uleiurilor uzate;
Hotărârea de Guvern nr. 349/2005 privind depozitarea deșeurilor;
Hotărârea de Guvern nr.268/2005 privind incinerarea deșeurilor;
Hotărârea de Guvern nr. 899/2004 privind gestionarea ambalajelor și deșeurilor de ambalaje;
Hotărârea de Guvern nr. 856/2002 privind evidența gestiunii deșeurilor;
Hotărârea de Guvern nr. 738/2004 privind Planul național de acțiune în domeniul protecției atmosferei;
Legea nr. 655/2001 (transpune Directiva nr. 96/62/CEE) pentru aprobarea Ordonanței de Urgență a Guvernului nr. 243/2000 privind protecția atmosferei;
Ordinul nr. 592/2002 Normativ privind valorilor limită și de prag;
Hotărârea de Guvern nr. 586/2004 sistem de evaluare și gestionare integrată a calității aerului;
Hotărârea de Guvern nr.543/2004 privind elaborarea și aplicarea planurilor și programelor de gestionare a calității aerului;
Hotărârea de Guvern 878/2005 privind accesul publicului la informația de mediu;
Ordinul 1182/2002 Ministrului Apelor și Protecției Mediului privind Metodologia de gestionare și furnizare a informației privind mediul ;
Legea nr. 544/2001 privind liberul acces la informațiile de interes public.[18]
UNIVERSITATEA PETROL-GAZE DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA DE TEHNOLOGIA PETROLULUI ȘI PETROCHIMIE
SPECIALIZAREA:INGINERIA ȘI PROTECȚIA MEDIULUI ÎN INDUSTRIE
PROIECT DE DIPLOMĂ
Conducător proiect:
Șef lucr. Dr. Ing. Casen Panaitescu
Absolvent:
Andreea Boștină
PLOIEȘTI
2009
UNIVERSITATEA PETROL-GAZE DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA DE TEHNOLOGIA PETROLULUI ȘI PETROCHIMIE
CATEDRA: INGINERIE CHIMICĂ ȘI PETROCHIMICĂ
Aprobat pentru susținere,
Șef catedră:
Prof. Dr. Ing. Florin Oprea
PROIECT DE DIPLOMĂ
TEMA: Studiu privind performanțele procesului de epurare biologică în stația de epurare S.C. Electromecanica S.A.
Conducător proiect:
Șef lucr. Dr. Ing. Casen Panaitescu
Declar pe propria răspundere că am elaborat
personal lucrarea de licență și nu am folosit
alte materiale documentare în afara celor
prezentate la capitolul “Bibliografie”.
Absolvent:
Andreea Boștină
PLOIEȘTI
2009
UNIVERSITATEA PETROL-GAZE DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA DE TEHNOLOGIA PETROLULUI ȘI PETROCHIMIE
CATEDRA: INGINERIE CHIMICĂ ȘI PETROCHIMICĂ
SPECIALIZAREA: INGINERIA ȘI PROTECȚIA MEDIULUI ÎN INDUSTRIE
Aprobat,
Șef de catedră:
Prof. Dr. Ing. Florin Oprea
DATELE INIȚIALE PENTRU LUCRAREA DE LICENȚĂ
Lucrarea de licență a fost dată studentului: Boștină C.C. Liliana Andreea
1.Tema lucrarii de licență: Studiu privind performanțele procesului de epurare biologică în stația de epurare S.C. Electromecanica S.A.
2.Tema a fost primită la data: 6.10.2008
3.Termenul pentru predarea lucrării de licență este: 19.06.2009
4.Elementele inițiale pentru lucrarea de licență sunt: Date din literatura și date tehnologice culese de la stația de epurare a S.C. Electromecanica S.A.
5.Enumerarea problemelor care vor fi dezvoltate:
6.Enumerarea materialului grafic,cu indicarea precisă a desenelor obligatorii:
7.Indicarea părților din proiect care necesită consultatrea altor cadre didactice:
Conducător proiect: Absolvent:
Șef lucr. Dr. Ing. Casen Panaitescu Andreea Boștină
Semnătura: Semnătura:
Studiu privind performanțele procesului de epurare biologică în stația de epurare S.C. Electromecanica S.A.
Autor: Boștină Andreea
În lucrarea de față s-a studiat posibilitatea îmbunătățirii performanțelor treptei de epurare biologică existentă în stația de epurare ape uzate a S.C. Electromecanica Ploiești S.A.
În acest sens au fost făcute o serie de analize ale următorilor indicatori de calitate ai apelor uzate, la intrarea și ieșirea din stația de epurare: Amoniac (NH3); Cupru (Cu); Nitrați (NO3-); Materii în suspensie; pH; CBO5. Analizele au fost efectuate săptămânal, pe o perioadă de trei luni (12 săptămâni), cu aparatură și reactivi HANNA, pH-metru Burette 24 și OxiTop.
Din studiul de laborator s-a observat că, la anumiți indicatori de calitate, au fost înregistrate, uneori, valori mai mari la ieșire decât valorile maxime admise.
Aceste valori denotă o aerare insuficientă, neexistând condițiile desfășurării în condiții optime a proceselor biologice aerobe de oxidare și sinteză.
Astfel s-a propus montarea unui sistem de aerare de tip AS-ASE în unul din bazinele de aerare existent. S-a analizat economic investiția propusă ce a dus la un cost total de 37355 EURO.
Research for performance of biological puryfication process in the puryfication station of S.C. ELECTROMECANICA S.A.
In the attend study it was investigate the possiblity of amelioration performance degree of biological puryfication actual in the puryfication station of S.C. ELECTROMECANICA S.A.
In that direction it was made a batch of analyses of the next quality indicators of waste water, at the entrance and exit from the puryfication station : Ammonia, cooper, nitrates, pending substances, pH, CBO5. The analyses it was make weekly, to a period of three months (12 weeks), with equipment and reagents HANNA, pH-metter Burette 24 and OxiTop.
From the lab study it was observed that, at such quality indicators, were registered, some times biger values at the exit than the maximum permissible values.
This values denotes that the aeration is not sufficient, not existing the conditions of an optimal deployment process.
So it was proposed the mounting of an aeration sistem type AS-ASE into one of existing aeration pond. The investment proposed was economical analysed and put to a cost off 37355 Euro.
CUPRINS
1. INTRODUCERE……………………………………………………………………………………………………………………..3
2. ASPECTE TEORETICE ALE FENOMENELOR ȘI PROCESELOR DE TRATARE A APELORUZATE INDUSTRIALE……………………………………………………………………………………………….4
2.1. CLASIFICAREA APELOR…………………………………………………………………………………………………..4
2.2. MOLECULA DE APĂ…………………………………………………………………………………………………………..6
2.2.1. LEGĂTURI ÎN MOLECULA DE APĂ……………………………………………………………………………….6
2.2.2. STĂRILE DE AGREGARE ALE APEI………………………………………………………………………………7
2.3. CIRCUITUL APEI ÎN NATURĂ…………………………………………………………………………………………10
2.4. TEHNOLOGII DE EPURARE A APELOR UZATE INDUSTRIAL…………………………………….11
2.5. EPURAREA MECANICĂ A APELOR UZATE…………………………………………………………………..14
2.6. EPURAREA CHIMICĂ A APELOR UZATE………………………………………………………………………14
2.6.1. EPURAREA CHIMICĂ PRIN SCHIMB IONIC……………………………………………………………….14
2.6.2. OXIDAREA CHIMICĂ…………………………………………………………………………………………………….15
2.7. EPURAREA BIOLOGICĂ A APELOR UZATE…………………………………………………………………21
2.7.1. ELEMENTE DE FIZIOLOGIE BACTERIANĂ……………………………………………………………….22
2.7.2. OXIDAREA ȘI SITEZA ÎN PROCESELE DE EPURARE BIOLOGICĂ…………………………..24
2.7.3. CREȘTEREA BACTERIANĂ………………………………………………………………………………………….27
2.7.4. PRINCIPII GENERALE ALE EPURĂRII BIOLOGICE…………………………………………………..29
3. STUDIU DE LABORATOR PRIVIND CALITATEA APEI UZATE EPURATE LA
S.C. ELECTROMECANICA S.A……………………………………………………………………………………………….41
3.1. GENERALITĂȚI………………………………………………………………………………………………………………..41
3.2. PRINCIPALII POLUATORI……………………………………………………………………………………………….41
3.3. CARACTERISTICI TEHNICE ALE STAȚIEI DE EPURARE…………………………………………..42
3.4. PARTEA EXPERIMENTALĂ…………………………………………………………………………………………….47
3.4.1. DETERMINAREA AMONIACULUI………………………………………………………………………………..47
3.4.2. DETERMINAREA CUPRULUI………………………………………………………………………………………..48
3.4.3. DETERMINAREA NITRAȚILOR……………………………………………………………………………………50
3.4.4. DETERMINAREA MATERIILOR ÎN SUSPENSIE………………………………………………………….52
3.4.5. DETERMINAREA CLORURII DE SODIU………………………………………………………………………53
3.4.6. DETERMINAREA CONCENTRAȚIEI IONILOR DE HIDROGEN…………………………………54
3.4.7. DETERMINAREA CONSUMULUI BIOCHIMIC DE OXIGEN LA 5 ZILE……………………..55
3.4.8. DETERMINAREA NECESARULUI DE OXIGEN…………………………………………………………..56
3.5. INCERTITUDINEA DE MĂSURARE PENTRU DETERMINAREA CONȚINUTULUI DE NITRIȚI……………………….…………………………………………………………………………………………………..57
3.5.1. PRINCIPIUL ANALIZEI………………………………………………………………………………………………….57
3.5.2. PROCEDURA DE MĂSURARE………………………………………………………………………………………57
3.5.3. IDENTIFICAREA SURSELOR DE INCERTITUDINE…………………………………………………..58
3.5.4. MĂSURAREA………………………………………………………………………………………………………………….58
3.5.5. FORMULA DE CALCUL…………………………………………………………………………………………………58
3.5.6. ANALIZA SURSELOR DE INCERTITUDINE…………………………………………………………………59
3.5.7. TABEL CENTRALIZATOR…………………………………………………………………………………………….70
3.5.8. VARIAȚIA INCERTITUDINII PE DOMENIUL DE LUCRU……………………………………………62
4. REDIMENSIONAREA TEHNOLOGICĂ A SISTEMULUI DE AERARE DIN TREAPTA BIOLOGICĂ……………………………………………………………………………………………………………………………..63
5. CALCULUL ECONOMIC AL INVESTIȚIEI PROPUSE………………………………………………………69
5.1. DOTAREA CU UN SISTEM DE AERARE CU BULE FINE AS ASE…………………………………69
5.2. ÎNLOCUIREA STAȚIEI DE EPURARE EXISTENTE………………………………………………………..70
6. CONCLUZII…………………………………………………………………………………………………………………………..73
7. NORME DE TEHNICA SECURITĂȚII MUNCII, P.S.I., EXPLOATARE ȘI ÎNTREȚINERE A STAȚIEI DE EPURARE……………………………………………………………………………………………………………74
7.1. NORME DE TEHNICA SECURITĂȚII MUNCII ȘI P.S.I…………………………………………………..74
7.2. NORME DE EXPLOATARE ȘI ÎNTREȚINERE A STAȚIEI DE EPURARE……………………..75
7.3. PREVEDERI REFERITOARE LA ÎNTREȚINERE ȘI REPARAȚII…………………………………..76
REFERINȚE BIBLIOGRAFICE
ANEXE
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Studiu Privind Performantele Procesului de Epurare Biologica In Statia de Euparare (ID: 161348)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.