SPECIALIZAREA: INGINERIA ȘI PROTECȚIA MEDIULUI ÎN AGRICULTURĂ [301823]

UNIVERSITATEA “LUCIAN BLAGA” [anonimizat]: INGINERIA ȘI PROTECȚIA MEDIULUI ÎN AGRICULTURĂ

LUCRARE DE DIPLOMĂ

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC:

Șef lucrări dr. Petronela-Bianca Pavel

ABSOLVENTĂ:

Iuliana- Sorina Adam

SIBIU, 2017

UNIVERSITATEA “LUCIAN BLAGA” [anonimizat]: [anonimizat], JUDEȚUL ALBA

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC:

Șef lucrări dr. Petronela-Bianca Pavel

ABSOLVENTĂ:

Iuliana- Sorina Adam

SIBIU, 2017

Rezumat

Epurarea apelor uzate constituie principalul mijloc de protecție a [anonimizat]: substanțele organice și nutrienții ([anonimizat]), [anonimizat], [anonimizat]. Adoptarea unor tehnologii moderne și o [anonimizat], fenomenul de poluare va putea fi trecut în rândul faptelor fără semnificații deosebite.

Lucrarea „[anonimizat], județul Alba” este structurată în două părți, o parte teoretică și una practică. Partea teoretică cuprinde 4 [anonimizat], cât și pe plan național; [anonimizat] a [anonimizat]; procesul tehnologic de epurare dar și principiile teoretice și reacțiile de bază în procesul de epurare; impactul asupra mediului și necesitatea epurării avansate și condițiile de deversare a apelor.

Partea practică este alcătuită din 3 capitole unde sunt prezentate date referitoare la stația de epurare a apelor uzate a [anonimizat], metodele de determinare a indicatorilor de calitate precum și rezultatele experimentale obținute și interpretarea acestora.

[anonimizat], [anonimizat]-uri de specialitate.

[anonimizat], [anonimizat], cât și a animalelor, ea reprezentând cea mai răspândită resursă de pe Terra. [anonimizat], prin metode care previn poluarea apelor și pe urmă prin procese mai ample de epurare. [anonimizat] a poluării apelor este epurarea apelor uzate înainte de evacuarea acestora în cadru natural. [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat] a nu afecta fauna și vegetația.

Apa are capacitatea de a [anonimizat]te mari de populație sau de către diversele înteprinderi.

Stația de epurare Cugir a fost reabilitată, extinsă și modernizată în anul 2014, deoarece vechea stație construită în anul 2006 era supraexploatată din cauza dezvoltării excesive din punct de vedere industrial a localității.

Acest studiu a fost efectuat cu scopul de a cunoaște dacă stația de epurare Cugir funcționează la un nivel corespunzător de tratare a apelor uzate, pentru ca acestea să nu pună în pericol mediul înconjurător și pentru a demonstra că lucrările de extindere și modernizare efectuate în anul 2014 au condus la o creștere a eficienței acesteia.

Prin intermediul acestei lucrări mi-am propus să evidențiez importanța necesității unei epurări avansate a apelor uzate, pentru îndepărtarea substanțelor reziduale care rămân în urma proceselor din cadrul epurării clasice, și încadrarea lor în limitele impuse de legislația în vigoare, în vederea scăderii gradului de poluare a emisarului și, în special, a mediului înconjurător.

Tema lucrării este actuală, deoarece, în prezent, din totalul apelor uzate produse de locuitori și industrie, 65% sunt deversate în emisari naturali, chiar dacă nu sunt tratate sau sunt doar parțial tratate. Totuși, se remarcă o scădere a procentului de ape uzate netratate deversate în emisari, față de perioada 2005-2006 când acestea ajungeau în râuri în procent de 80%. Deși procentul actual este destul de mare, în continuare se urmărește modernizarea stațiilor de epurare existente și eficientizarea proceselor de epurare.

Principalele obiective ale acestui studiu sunt reprezentate de caracterizarea fizico-chimică a influentului și efluentului, precum și încadrarea acestora conform legislației în vigoare și evidențierea impactului apelor uzate deversate în emisarul natural, râul Cugir.

Partea I

CAPITOLUL I.

EPURAREA APELOR REZIDUALE

1.1. Istoricul și evoluția tratării apelor uzate urbane

În ultimul timp, orașele au suferit o puternică industrializare și dezvoltare ceea ce a condus la necesitatea realizării concomitent, atât a rețelelor de canalizare, cât și a stațiilor de tratare a apelor reziduale în vederea protejării emisarilor naturali.

Primele sisteme de epurare au fost cunoscute de către englezi, în jurul anilor 1800 din necesitatea de rezolvare a problemelor epidemice din aceea perioadă. Tot în aceea perioadă s-a început și o monitorizare a consumului biochimic de oxigen.

În S.U.A, apele uzate după epurare sunt deversate tot mai puțin în emisarii naturali, acestea fiind folosite la sistemele de irigații, sunt infiltrate în sol, sunt create lacuri artificiale pentru recreere și în piscicultură. Apele uzate infiltrate în sol sau cele supuse proceselor de epurare avansate pot fi folosite și ca sursă de apă potabilă. Epurarea avansată prevede costuri destul de ridicate, dar totuși este mai ieftină decât procesul de desalinizare a apelor marine, acest procedeu fiind tot mai răspândit în țările din Africa și Arabia Saudită [7].

În momentul de față, în România se pune tot mai mult accentul pe epurarea apelor uzate provenite din diferite industrii și de la populație pentru o mai bună gospodărire a apelor și protejarea mediului înconjurător.

Fiecare oraș modern, foarte dezvoltat din punct de vedere industrial, necesită construcția unor instalații adecvate de tratare corespunzătoare a apelor uzate. Și la nivelul întreprinderilor este necesară o pre-epurare a apelor uzate înainte ca acestea să fie deversate în sistemul de canalizare. Apa uzată deversată trebuie să se situeze în limitele cerute de normele în vigoare, pentru a nu defecta aparatura din dotare a stației datorită concentrației ridicată de diferiți poluanți [6].

Un rol important în ceea ce privește epurarea apelor uzate, mai ales cele industriale, îl reprezintă recircularea maximală a acestora și valorificarea materiilor recuperabile cum ar fi: recuperarea lanolinei în urma procesului de spălare a lânii, din apa rezultată în urma fabricării celulozei se poate obține drojdie furajeră, etc. [5].

Toate procesele și procedeele de tratare a apei uzate din cadrul fazelor de epurare mecanică, biologică și chimică, sunt create cu scopul de a oferi o eficacitate ridicată în ceea ce privește îndepărtarea reziduurilor din apa uzată brută și redarea acesteia în circuitul natural conform normelor în vigoare.

1.2. Legislația europeană privind tratarea apelor uzate

Legislația la nivel european privind tratarea apelor uzate urbane este transpusă într-o directivă adoptată la data de 21 mai 1991. Titlul complet al acestei directive este Directiva 91/271/ CEE a Consiliului din 21 mai 1991 privind epurarea apelor uzate urbane și face referire la colectarea, tratarea și evacuarea apelor uzate urbane și la tratarea și evacuarea apelor uzate produse de anumite sectoare industriale [21].

Această directivă a fost îmbunătățită și completată ulterior de Directiva Comisiei 98/15/ EC în 27 februarie 1998 și reprezintă baza legală a legislației comunitare în domeniul apelor uzate.

Principalul obiectiv al acestei directive îl reprezintă protejarea mediului de consecințele negative ale deversării apelor uzate orășenești precum și a celor rezultate din industrie, în special a celor din industria alimentară.

Directiva 91/271/CEE privind tratarea apelor uzate obligă toate localitățile, cu excepția celor foarte mici, să colecteze și să trateze apele uzate.

Datorită poziționării României în bazinele hidrografice a două dintre cele mai mari surse de apă ale țării, fluviul Dunărea și Marea Neagră, a fost declarată ca zona sensibilă întregul teritoriu al țării. Această decizie s-a materializat prin faptul că aglomerările care au mai mult de 10.000 de locuitori echivalenți trebuie să asigure un echipament care să permită epurarea terțiară a apelor uzate, în special nutrienții de azot și fosfor, iar aglomerările care au mai puțin de 10.000 de locuitori echivalenți trebuie să respecte ca regulă generală, epurarea secundară sau epurarea biologică [21].

În cazul aglomerărilor care cuprind între 2000- 10.000 locuitori echivalenți sau chiar mai puțini de 2000 și sunt situate în zone mai înalte, este necesară o epurare corespunzătoare înainte de deversarea lor în apele receptoare.

Epurarea corespunzătoare se referă la orice proces și/ sau sistem de epurare a apelor uzate care după evacuarea apelor uzate permite receptorilor să întrunească obiectivele de calitate relevante și principalele cerințe ale altor Directive Europene. Aceasta se realizează prin colectarea apelor uzate într-un sistem de canalizare și transportarea acestora spre o stație de tratare a apelor uzate unde se efectuează procesul de epurare propriu- zis [8].

Măsurile de implementare ale acestei directive variază și depind de mărimea aglomerării, precum și de impactul acesteia asupra receptorilor naturali.

Pentru ca o aglomerare să fie convențională se urmărește ca aceasta să dispună de echipamente care colectează și epurează apele uzate în proporție de 98% din încărcarea organică biodegradabilă generată de respectiva aglomerare.

O altă directivă la nivel european este Directiva 91/676/ EEC privind protecția apelor împotriva poluării cauzate de nitrații proveniți din surse agricole. Această directivă are ca principale obiective reducerea poluării cu nitrați din surse agricole care au ca și efect asupra apelor diminuarea calității și eutrofizarea acestora precum și prevenirea poluării apelor cu nitrați [4].

Țările din Uniunea Europeană care au o astfel de poluare a apelor trebuie, în primul rând să o identifice, să desemneze zonele vulnerabile la poluarea cu nitrați și să stabilească programe care să controleze aplicarea de îngrășăminte pe terenurile agricole [4].

O altă sursă de poluare a apelor cu nitrați o reprezintă dejecțiile animale depozitate necorespunzător. Fiecare fermă sau locuitor care deține animale trebuie să dispună de anumite sisteme de depozitare și gospodărire a gunoiului de grajd. Aceste sisteme sunt formate din platforme betonate cu canale colectoare ale levigatului și bazine de colectare a acestuia precum și anumite soluții hidroizolante. Datorită acestor sisteme de depozitare a gunoiului de grajd, apele nu mai sunt în contact cu acesta și este diminuată astfel o poluare cu nitrați [4].

Directiva a avut un efect pozitiv asupra apelor la nivelul statelor membre, deoarece în perioada 2004- 2007 s-a observat o menținere a concentrațiilor de nitrați ajunși în apele de suprafață sau chiar o scădere a acestora în 70% dintre locațiile care au fost monitorizate. În ceea ce privește calitatea apelor subterane, s-a remarcat o îmbunătățire a acestora [4].

Directiva 91/676/ EEC încurajează statele membre să apeleze la bunele practici agricole pentru a asigura în viitor un anumit nivel de protecție pentru toate sursele de apă împotriva poluării [21].

1.3. Legislația românească privind tratarea apelor uzate

Directivele de la nivel european au fost transpuse și în legislația românească. Astfel, Directiva 91/271/CEE se află transpusă în întregime în legislația românească prin Hotărârea de Guvern nr. 188/ 28.02.2002 care se referă la aprobarea unor norme în ceea ce privește condițiile de descărcare în mediul acvatic a apelor uzate [22].

După ce România a aderat la Uniunea Europeană și aceasta și-a asumat anumite obligații stipulate în Tratatul de Aderare din punctul de vedere al calității apei, H.G 188/ 2002 a fost modificată și completată de Hotărârea de Guvern nr. 352/21.04.2005. În această hotărâre au fost incluse cerințele privind acceptarea și adaptarea la termenele de tranziție negociate pentru sistemele de colectare și stațiile de epurare, precum și statutul pe care îl are România, acela de zonă sensibilă [21].

În anul 2004 a fost adoptată Legea nr. 310/28.06.2004 care modifică și completează Legea apelor nr. 107/1996, care la rândul ei a fost modificată și completată de Legea 112/2006 și Legea 146/2010. Prevederile Directivei Cadru Apă nr. 2000/60 CE au fost transpuse în aceste legi [21].

În cadrul Hotărârii de Guvern nr. 351/2005 au fost stipulate trei anexe referitoare la normativele tehnice de aplicare a legislației (NTPA). Astfel Anexa 1 cuprinde NTPA 011 care se referă la normele tehnice în ceea ce privește colectarea și evacuarea apelor reziduale orășenești prin care sunt transpuse cerințele Directivei Cadru privind Apa. În conformitate cu anexa la NTPA 011, prin norme tehnice se înțelege planul de acțiune în care sunt stabilite, în linii mari, acțiuni, termene și atribuții pentru lucrările de implementare a Directivei. Această anexă la NTPA 011 este o componentă a H.G nr. 352/2005 și prevede termene pentru fiecare dintre lucrările de implementare.

Anexa 2 cuprinde NTPA 002, un normativ care aduce în discuție condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților și/ sau direct în stațiile de epurare, iar Anexa 3 cuprinde NTPA 001, normativ care stabilește limitele de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și urbane la evacuarea lor în emisari naturali [21].

1.4. Condițiile actuale ale nivelurilor de tratare a apelor uzate în România

În prezent, România este împărțită în 41 de județe și municipiul București. Pe teritoriul țării se află 265 de orașe și municipii, 2.686 comune și 13.092 sate. În urma recensământului din 2013, populația era de 18.683.213 locuitori, dintre care 55,2% trăiau în mediul urban și 44,8% trăiau în mediul rural.

Conform ultimelor cercetări, 644 de localități dispun de sisteme publice de colectare și tratare a apelor uzate. Dintre acestea, 265 sunt orașe și municipii și 378 sunt localități rurale. Din totalul de 16.812 km lungime a rețelei de colectare a apelor uzate, 15.738 se află în mediul urban.

În ceea ce privește alimentarea cu apă, aceasta este asigurată pentru 4.313.803 locuințe (53.2% din totalul de locuințe), 87,6% din aceste locuințe fiind situate în mediul urban și 15,1% în zona rurală. Numărul de locuințe racordat la rețeaua de canalizare din sistemul public sau privat este de 4.146.814 (51,1% din totalul de locuințe). Dintre acestea, 85,6% sunt situate în mediul urban și 12,9% în mediul rural [21].

În mediul urban, beneficiază de servicii de canalizare o populație mai mare (90%) decât în mediul rural. În satele unde trăiesc mai puțin de 2000 de locuitori, nu se realizează o colectare a apelor uzate, aceste sate bazându-se pe surse de apă potabilă subterană din zonă, care de cele mai multe ori nu sunt protejate și există riscul ca acestea să fie poluate de activitățile umane. Cu toate acestea, măsurile din planurile de management ale bazinelor hifrografice din zonă nu camuflează problemele legate de epurarea apelor reziduale și lipsa de salubritate.

Calitatea apei potabile este puternic influențată de calitatea apelor uzate evacuate. Înainte de evacuarea lor în receptorii naturali, apele uzate fie nu sunt tratate corespunzător sau sunt insuficient tratate, fie nu sunt tratate deloc. Un volum mare de apă care nu este tratată provine de la sistemele de canalizare ale localităților (mai mult de 89%), din industria chimică și petrochimică (aproximativ 3%) și din sectorul energetic (aproximativ 8%).

De o poluare cu substanțe organice semnificativă sunt răspunzătoare aglomerările urbane foarte mari, industria alimentară, agricultura și industria minieră [22].

1.4.1. Protecția apelor în România

Dezvoltarea economică excesivă din ultima perioadă precum și standardele de viață tot mai înalte ale populației au dus la solicitarea tot mai mare a resurselor de apă, ceea ce conduce în unele regiuni sau într-o anumită perioadă de timp la insuficiența acestora. Apa este repartizată neuniform, atât la nivelul planetei, cât și la nivelul țării noastre. Acest factor principal împreună cu alți factori cum ar fi poluarea însemnată a cursurilor de apă precum și gradul insuficient de regularizarea al acestora conduc la insuficiența alimentări cu apă potabilă a anumitor zone pe tot parcursul anului, în special în perioadele de secetă sau în perioadele cu temperaturi scăzute [22].

Insuficiența de apă potabilă se poate manifesta atunci când nu există apă în zonă, cât și atunci când există apă, dar aceasta nu poate fi folosită ca apă potabilă deoarece este poluată. Apa este o resursă atât de valoroasă și de aceea trebuie să o protejăm și să o folosim în mod cât mai rațional, în special, prin reducerea consumului de apă (reducerea pierderilor inutile din activitățile economice, agricultură, industrie și servicii, cât și de la locuințele individuale). Sursele de apă trebuie protejate și din punct de vedere calitativ, prin epurarea apelor reziduale [8].

Realizarea de sisteme de colectare și epurare a apelor uzate este o operațiune care necesită resurse financiare mari, dar beneficiile acestora se regăsesc în calitatea apei și a mediului acvatic precum și în creșterea valorii de utilizare a resurselor de apă. Astfel, apa epurată poate fi folosită pentru agrement, piscicultură și chiar ca și apă potabilă reducându-se astfel costurile de tratare a apei pentru utilizarea acesteia în alte scopuri [22].

1.4.2. Poluarea cauzată de apele reziduale orășenești

Apele reziduale orășenești sunt formate din ape reziduale menajere sau o combinație între apele reziduale menajere și apele reziduale rezultate din industrie și/sau apele meteorice. Aglomerările urbane produc poluarea apelor datorită anumitor factori principali.

Un prim factor este acela că nu toată populația este racordată la sistemele de colectare și epurare a apelor reziduale. Aceste sisteme de colectare și epurare a apelor reziduale, precum și alimentarea cu apă potabilă ocupă o parte importantă în îmbunătățirea calității vieții. Datorită faptului că rata de racordare a populației la sistemele de colectare și epurare a apelor reziduale este mică, evacuarea apelor reziduale menajere se face direct în râuri prin rigole și prin infiltrarea acestora în sol se produce și o poluare a pânzei freatice [21].

Un al doilea factor este acela că stațiile de epurare nu funcționează corespunzător. Deși acestea reprezintă principala modalitate de epurare a apelor contaminate, dacă ele nu funcționează la standardele normale produc o poluare a receptorilor cu nitriți, nitrați, substanțe toxice, substanțe organice, deșeuri [22].

Alt factor care contribuie la poluare apelor este din punctul de vedere al colectării deșeurilor. Datorită dezvoltării excesive a mediului urban, ar trebuie construite niște depozite ecologice de deșeuri pentru ca acestea să nu mai ajungă pe malul râurilor și al lacurilor din cauza depozitării lor necorespunzătoare.

Protecția insuficientă a resurselor de apă potabilă datorită dezvoltării mediului urban reprezintă un alt factor. În general, sursele de unde se captează apa în scopul potabilizării ei sunt surse de calitate și se află sub protecție sanitară. Astfel de surse sunt reglementate prin lege. Lipsa protecției în jurul unei surse de unde se face captarea apei poate reprezenta o amenințare în ceea ce privește calitatea acesteia [8].

Dacă apele uzate nu sunt epurate corespunzător sau nu este realizată o preepurare a acestora înainte de evacuare, acestea afectează puternic calitatea apelor de suprafață. Administrația Națională Apele Române a realizat niște date statistice pentru principalele surse de apă ale țării în perioada 2007-2011 și au estimat că volumul de apă reziduală menajeră suficient epurată care a fost evacuată în receptorii naturali a crescut cu 14,6% [22].

Din această estimare a rezultat faptul că în perioada luată în calcul, procentul apelor uzate care nu au fost epurate suficient și cele care nu au fost epurate deloc s-a diminuat, de la 77,8% în anul 2007 la 75% în anul 2011 [23].

Debitul apelor uzate și încărcarea acestora cu substanțe poluante sunt doi factori care influențează puternic impactul asupra receptorilor naturali. Poluanții apelor reziduale de la aglomerările urbane sunt de obicei: materii în suspensie, substanțe organice, detergenți, substanțe extractibile și nutrienți și au un impact extrem de mare asupra receptorului.

În România, cele 22 de aglomerări urbane mari, cu peste 150.000 de locuitori echivalenți, produc un impact mare asupra apelor de suprafață din punctul de vedere al poluării acestora cu azot, fosfor și substanțe organice [21].

CAPITOLUL II.

COMPOZIȚIA ȘI CARACTERISTICILE APELOR UZATE URBANE

Impactul pe care îl au apele uzate asupra receptorilor naturali depinde de concentrația în substanțe poluante și de compoziția acestora. Pentru a dovedi că o stație de epurare este eficientă din punctul de vedere al tratării apelor uzate, preliminar, trebuie făcute analize în ceea ce privește compoziția și caracteristicile apelor provenite de la canalizare deversate în receptori. Rețeaua de canalizare din fiecare localitate colectează, în principal, apele uzate menajere în amestec cu cele industriale, compoziția acestora variind de la localitate la localitate precum și în funcție de industriile prezente. La proiectarea stațiilor de epurare se impune să se folosească parametrii rezultați în urma analizelor de laborator în ceea ce privește compoziția apelor uzate, evitând luarea de parametrii din literatura de specialitate deoarece, aceasta tratează doar apele uzate menajere, nu și cele industriale [6].

Descărcarea apelor uzate industriale în rețeaua publică de canalizare a orașelor se face conform NTPA 002/2002 potrivit căruia, acestea trebuie să întrunească anumite condiții din punct de vedere calitativ [20].

2.1. Compoziția apelor uzate

Starea fizică clasifică materiile și substanțele poluante din apele reziduale în:

Substanțe insolubile aflate în apă sub forma unor suspensii grosiere, sedimentabile, cu diametrul particulelor de ordinal zecimilor de mm și sub formă de suspensii, emulsii și spumă;

Particule coloidale, cu diametrul de la 0,1 până la 0,01 µ, fiind formate din suspensii care au sarcină electrică negativă;

Substanțe dizolvate care se află în apă sub forma particulelor molecular împrăștiate care nu alcătuiesc o fază distinctă, sistemul devenind monofazic, adică soluție reală [5].

După natura lor, poluanții pot fi minerali, organici, bacteriologici și biologici.

Poluanții de natură minerală au ca principală sursă soluțiile sărurilor minerale, soluțiile de acizi și baze, particulele argiloase, de minereuri și de zgură, uleiurile minerale, nisipul, etc.

Cei organici pot fi de natură vegetală sau animală. Poluanții de origine vegetală au ca element chimic principal carbonul și sunt alcătuiți din: uleiuri vegetale, resturi de plante, legume și fructe, hârtie. Cei de origine animală sunt caracterizați de un conținut mare de azot și sunt regăsiți în principal în apele fecaloid-menajere, în resturile țesuturilor musculare și adipoase ale animalelor, precum și în substanțele provenite din industria piscicolă, etc [7].

Poluanții de natură bacteriologică și biologică sunt reprezentați de microorganisme de diferite specii: ciuperci de drojdie și mucegai, bacterii patogene (agenți ai dezinteriei, ai tifosului intestinal), alge mărunte și bacterii. Acești poluanți se regăsesc în apele menajere și în apele reziduale industriale provenite de la abatoare, fabrici de prelucrare a pieilor, spitale de boli infecțioase, fabrici de medicamente, etc. Acești agenți poluatori pot fi asemănați cu cei organici, dar, din cauza interacțiunii cu alți poluanți, sunt repartizați într-o categorie specială [5].

Un parametru esențial în studiul compoziției apelor uzate este reprezentat de concentrația poluanților. Această concentrație se referă la cantitatea de substanțe poluante care se găsesc într-un anumit volum de apă și care se exprimă în mg/ sau g/ sau părți per milion (ppm). Concentrațiile substanțelor poluante din apele reziduale care ajung în stațiile de epurare variază, acestea având nivele maxime dimineața și seara și nivele minime pe timpul nopții [6].

2.2. Caracteristicile apelor uzate și modul lor de determinare

2.2.1. Prelevarea probelor de apă

O probă de apă prelevată din același punct, la un anumit moment, poate prezenta caracteristici diferite, în funcție de adâncimea de la care este luată proba. Dacă proba este luată de la suprafața luciului de apă, aceasta conține materii plutitoare, iar dacă este luată din profunzime, aceasta conține materii decantabile. De aici rezultă faptul că, compoziția apei este variabilă în funcție de timp și spațiu.

Prima etapă necesară pentru determinarea caracteristicilor apelor uzate este prelevarea probelor de apă. Această etapă este deosebit de importantă pentru efectuarea analizelor de natură fizică, chimică și bacteriologică a apei, deoarece rezultatele obținute trebuie să reflecte situația reală. În funcție de sursele din care provin apele reziduale, precum și de categoriile de determinări ce urmează a fi efectuate, se stabilește momentul recoltării și periodicitatea acesteia. În momentul de față se cunosc două metode de recoltare: recoltarea instantanee sau proba unică. Acest tip de recoltare se practică atunci când variațiile calitative și cantitative ale apei sunt reduse, determinările realizându-se cu dispozitive mobile sau manual. Cea de-a doua metodă de recoltare este cea continuă sau proba medie și se practică atunci când variațiile înregistrate sunt mari iar determinările se efectuează cu ajutorul instrumentelor [7].

2.2.2. Caracteristici fizice

O primă caracteristică fizică este temperatura din cauza căreia, rezultatele reacțiilor fizice, chimice și biologice sunt puternic influențate. În general, apele reziduale menajere au o temperatură cu 2-3° C mai mare decât a celor alimentare, exceptând apele tehnologice care sunt mai calde. Temperatura se determină la locul prelevării probei prin inserarea unui termometru în apa de analizat. Citirea se face după aproximativ 10 minute. În paralel se determină și temperatura aerului [1].

Turbiditatea apelor reziduale este rezultatul particulelor aflate în suspensie și care nu sedimentează. Aceste particule sunt de dimensiuni foarte mici. Turbiditatea se măsoară în grade pe scara silicei și, în general, pentru apele reziduale aceasta este cuprinsă între 400-500 grade în scara silicei.

O altă caracteristică fizică este culoarea apelor uzate. Aceasta diferă în funcție de industria de la care provine și de momentul în care se află: dacă apa reziduală este recent pompată în stație, aceasta are culoarea gri deschis, iar dacă materiile organice aflate în apă au început procesul de fermentare, culoarea este gri închis [10].

Mirosul face parte tot din categoria caracteristicilor fizice și acesta variază în funcție de timp și procesul de fermentare. Dacă apa este proaspătă, mirosul este imperceptibil, iar dacă materiile organice au intrat în procesul de fermentare mirosul prezent este cel de „ouă clocite”. Mirosul apelor reziduale mai poate fi influențat și de proveniența acestora din diferite tipuri de industrie.

Materiile solide în suspensie și cele dizolvate, atât organice cât și minerale formează materiile solide totale. Primele dintre ele pot fi descompuse prin decantare sau în materii coloidale. Materiile solide în suspensie se găsesc în apa reziduală sub formă de sediment, la suprafață sau în masa apei. Acestea din urmă se mai numesc și materii coloidale.

Atât materiile solide dizolvate, cât și cele semidizolvate și coloidale se determină cu ajutorul unei etuve, prin evaporare la 105°C timp de 60 de minute. Ceea ce rămâne se cântărește, rezultatul obținut exprimând reziduul fix la 105°C al apei de analizat [5].

2.2.3. Caracteristici chimice

Caracteristicile chimice pot fi determinate cu ajutorul a două tipuri de analize: analize anorganice și analize organice. Din categoria celor anorganice fac parte: aciditatea, alcalinitatea, pH-ul, potențialul redox, clorurile și sulfurile, metale grele, substanțe radioactive, detergenții, nitriții și nitrații, produsele petroliere, uleiurile și grăsimile. Analize organice se fac pentru a determina: oxigenul dizolvat, consumul biochimic de oxigen, consumul chimic de oxigen, carbonul organic total, consumul total de oxigen, azotul, putrescebilitatea, stabilitatea și stabilitatea relativă [7].

O primă caracteristică chimică a apelor uzate este aciditatea. Aceasta este dată de existența în apa uzată a unor săruri, ale acizilor tari cu baze slabe, a dioxidului de carbon liber și a acizilor minerali. Se determină la ajungerea în stațiile de epurare pentru apele reziduale provenite din industrie și se exprimă în ml NaOH 0,1N folosiți la titrare.

Alcalinitatea se identifică cu ajutorul soluției de HCl de 0,1 N care neutralizează proba de apă. Aceasta arată faptul că în apa reziduală există hidroxizi, carbonați alcalini și bicarbonați.

pH-ul arată cât de puternice, în unități de pH, sunt alcalinitatea și aciditatea. Procesele biologice care au loc într-o stație de epurare sunt puternic influențate de caracterul dat de pH, adică caracter acid sau alcalin. pH-ul apelor reziduale are o valoare cuprinsă între 7,2-7,6, acestea fiind puțin alcaline. Acesta se determină prin metode colorimetrice, electrocolorimetrice, cu ajutorul hârtiei de turnesol sau cu aparate digitale [7].

Potențialul redox (rH) este dat de logaritmul cu semn schimbat al presiunii hidrogenului gazos în armonie cu hidrogenul molecular aflat în soluție. Acesta reprezintă capacitatea apei reziduale și a depunerilor de a se oxida sau a se reduce. Dacă valoarea rH este mai mică decât 15, proba de apă care se analizează este în faza de reducere prin fermentare anaerobă, iar dacă este peste 25, aceasta este în faza de oxidare aerobă [5].

La fel ca și pH-ul, și prezența clorurilor și sulfurilor este perturbatoare pentru procesele biologice dacă se găsesc în cantități peste limitele admise. În apele reziduale, clorurile se găsesc sub formă de ioni de clor iar sulfurile ca sulfuri de carbon și sulfuri totale, hidrogen sulfurat.

De departe, cele mai periculoase sunt metalele grele, acestea fiind extrem de nocive pentru microorganismele care fac parte din procesul de epurare biologică și a celor care produc fermentarea nămolului în condiții anaerobe. Metalele grele se găsesc în apele reziduale provenite din diferite tipuri de industrie, cele mai importante fiind Pb, Cd, Zn, Hg, Cu, Co. Conținutul apelor reziduale în metale grele se determină cu ajutorul spectofotometrului cu absorbție atomică [10].

Procesele de epurare sunt afectate tot mai des de anumite radiații produse de niște substanțe folosite tot mai des, atât în medicină, cât și în cadrul centralelor atomice. Aceste substanțe poartă denumirea de substanțe radioactive.

O altă caracteristică din categoria analizelor anorganice sunt detergenții alcătuiți la nivel molecular din două grupări, una hidrofobă și una hidrofilă. După tipul de disociere în masa de apă aceștia pot fi:

Detergenți anionici: provin din diferitele tipuri de industrii și de la locuințe, fiind unii dintre cei mai periculoși pentru procesele de epurare. Gruparea hidrofilă acestor detergenți este de natură acidă și se dezintegrează în ionul pozitiv, cationul, și în ionul negativ, anion;

Detergenți cationici- Caracterul grupării hidrofile a acestora este bazic;

Detergenți neionici- gruparea hidrofilă a acestora nu disociază în apă [5].

Nitriții și nitrații au o concentrație mai mare după ce aceștia ajung în stație. Atunci când apa reziduală este proaspătă, aceștia au concentrații nesemnificative.

Primii dintre ei sunt rezultatul oxidării parțiale a amoniacului cu ajutorul bacteriilor nitrificatoare sau în urma reducerii nitraților cu ajutorul bacteriilor reducătoare și a temperaturii favorabile, mai ales pe timp de vară. Prezența acestora arată faptul că apa este recent pompată în stație. Nitriții care se găsesc în apele reziduale nu trebuie să depășească limita de 0,1 mg / dm³.

Nitrații indică pentru apele naturale, mai ales cele stătătoare , faptul că există procesul de eutrofizare și că acesta trebuie redus cu ajutorul procedeelor de denitrificare deoarece, produce o îmbătrânire a apei respective și afectează puternic flora și fauna. În cazul stațiilor de epurare, nitrații arată faptul că apa a fost epurată corespunzător, concentația fiind cuprinsă între 0,1-0,4 mg /dm³. Aceștia provin din diferite surse: pesticide pe bază de azot, îngrășăminte, substanțe petroliere, ș.a. [7]

O ultimă categorie de analize anorganice se fac pentru a determina produsele petroliere, uleiurile și grăsimile. Acestea se găsesc în cantități infime în apele reziduale, exceptând cele provenite din industriile care se ocupă cu extracția petrolului și prelucrarea acestuia. În cazul în care există, acestea formează un strat la suprafața apei care împiedică procesul de oxigenare a apei, stopând astfel unele procese biochimice ce au loc în cadrul bazinelor de aerare cu nămol activ, precum și procesele de fermentare ale nămolurilor [5].

În cadrul analizelor organice, acestea se fac pentru a determina substanțele organice provenite din resturi vegetale și alimentare, dejecții dar și alte substanțe de aceeași natură care ajung în rețelele de canalizare. Aceste substanțe au un impact puternic asupra apelor reziduale deoarece micșorează cantitatea de oxigen existentă în ape provocând astfel emanarea unor gaze toxice și urât mirositoare, cum ar fi indol (benzopirol) și scatol în cadrul proceselor anaerobe pentru producere de hidrogen sulfurat [10].

Oxigenul dizolvat indică gradul de poluare al apelor cu substanțe organice. El se găsește în cantități reduse în apele recent intrate în stație dar și în cele care au trecut de procesul de epurare biologică. În funcție de temperatură, presiune, cantitatea de oxigen din aer sau din apă, suprafața de contact dar și de gradul de turbulență de la suprafața apei se observă o variație a cantității de oxigen dizolvat.

Atunci când apa este curată, nepoluată, se consideră că este saturată, cantitatea de oxigen dizolvat având valoarea cuprinsă între 7,63 mg/dm³ la temperatura de 30°C, 9,17 mg/ dm³ la temperatura de 20°C și 14,23 mg/dm³ la temperatura de 0°C. Apa dizolvă oxigenul care se află în atmosferă sau cel rezultat în urma procesului de fotosinteză realizat de plantele acvatice [11].

Deficitul de oxigen reprezintă lipsa unei cantități de oxigen necesare apei pentru a ajunge la saturare și se observă în urma unei poluări precedente cu substanțe organice pentru care s-a folosit tot oxigenul dizolvat, sau o parte din el.

Oxigenul dizolvat se stabilește cu ajutorul unui compus pe bază de mangan capabil să absoarbă oxigenul existent în apă, prin metoda Winkler (STAS 6536-82). El este un indicator global și se analizează împreună cu consumul chimic și biochimic de oxigen și stabilitatea relativă a apelor reziduale [5].

Următoarea caracteristică chimică este reprezentată de consumul biochimic de oxigen. Acesta este folosit pentru a determina consumul de oxigen al bacteriilor și microorganismelor necesar descompunerii la nivel biochimic, în prezența oxigenului, a diferitelor materii organice biodegradabile, la o temperatură de 20°C în termen de 5 zile. Astfel, notația folosită este cea de .

În cazul apelor reziduale provenite din diferite industrii, acest parametru este cuprins între limite mai mari, dar în cazul apelor reziduale provenite din gospodării, acesta este cuprins între 100-400 mg/dm³.

Consumul biochimic de oxigen mai poartă denumirea de mineralizare biochimică și se realizează în două etape. O primă etapă este cea primară sau a carbonului și se realizează atunci când oxigenul este utilizat în procesul de oxidare a substanțelor organice pe bază de carbon, iar rezultatul obținut este dioxidul de carbon (CO2) care poate rămâne în soluție sau se poate emana. Pentru apele reziduale provenite din gospodării, această etapă durează 20 de zile și se desfășoară la temperatura standard de 20°C [7].

Ceea de-a doua etapă este cea secundară, sau a azotului, deoarece oxigenul se utilizează în procesul de oxidare a substanțelor organice pe bază de azot, ajungându-se în primă fază la nitriți, cum ar fi sărurile acidului azotos sau , pentru ca mai apoi să se ajungă la faza de nitrați, de exemplu: sărurile acidului azotic sau . Această etapă se desfășoară pe o perioadă mai lungă de timp, aproximativ 100 de zile, și poartă denumirea de nitrificare.

O altă analiză organică este reprezentată de consumul chimic de oxigen, cunoscută și sub denumirea de ’’oxidabilitatea apei’’ și se referă la consumul de oxigen necesar oxidării integrale a substanțelor organice sau a celor minerale, dar fără participarea bacteriilor. Oxidarea substanțelor minerale are loc la rece, pe când oxidarea celor organice are loc la cald.

În cazul apelor reziduale provenite din industrii, care conțin substanțe nocive pentru microorganisme și pentru care consumul biochimic de oxigen nu se poate determina, singurul parametru folosit pentru indicarea prezenței substanțelor organice fiind consumul chimic de oxigen (CCO) [1].

Acesta se poate determina prin două metode. Prima metodă este cea cu permanganat de potasiu și se notează cu CCO(Mn), iar cea de-a doua metodă este cea cu bicromat de potasiu sau CCO(Cr). Cea de-a doua metodă este folosită pentru apele puternic supuse fenomenului de poluare.

Carbonul organic total, notat COT, este cea de-a treia modalitate de determinare a gradului de poluare al apelor reziduale cu substanțe organice, pe lângă metodele CBO și CCO. Este cea mai exactă dintre cele trei deoarece nu ține cont de variabilele care participă la determinarea celorlalte două metode. Modalitatea de determinare a substanțelor organice constă în oxidarea acestora și transformarea lor în dioxid de carbon și apă. Dioxidul de carbon este captat printr-o soluție pe bază de hidroxid de sodiu (soluție caustică) cu o concentrație standard și apoi se măsoară dioxidul de carbon prin titrare cu ajutorul unui aparat care monitorizează carbonul, pentru a determina concentrația de materii organice care se găsesc în apele poluate [5].

Pentru a determina toate substanțele atât de natură organică, cât și anorganică, care se găsesc în apele reziduale, se folosește metoda de determinare a consumului total de oxigen (CTO). Acesta se stabilește pe baza cromatografiei în fază gazoasă. Azotul este gazul purtător care se află în stadiu mobil. În urma analizării gazelor, au loc unele reacții chimice cum ar fi:

C + => – în urma oxidării, carbonul este transformat în dioxid de carbon în proporție de 95-100 %;

2 + => 2O – hidrogenul este prefăcut în apă cu ajutorul oxigenului în proporție de 95-100%;

2 + => 2NO – azotul trivalent este convertit în acid azotic în proporție de aproximativ 95%;

+ => – ionul sulfit este transformat incomplet în sulfat în proporție de cca. 78%;

+ => – ionul de sulfură este transformat tot incomplet în sulfat în proporție de aproximativ 72% [7].

Azotul se găsește în apele reziduale ca azot organic, nitriți și nitrați, amoniac liber. Toate aceste forme ale azotului reprezintă azotul total din apa reziduală care nu a fost supusă proceselor de epurare. Amoniacul liber din apele uzate se găsește în cantități cuprinse între 15-50 mg/dm³, el fiind o consecință a descompunerii realizată de bacterii a substanțelor organice. Amoniacul liber împreună cu azotul organic reprezintă doi parametrii importanți pentru determinarea gradului de poluare de natură organică cu azot a apelor reziduale. Pentru determinarea acestor parametrii se folosesc următoarele standarde: pentru azotul total se folosește STAS 7312-83, pentru azotul amoniacal STAS 8683-70, iar pentru nitriți și nitrați se folosesc STAS 8900-71, respectiv STAS 8900/2-71 [5].

O ultimă caracteristică chimică este reprezentată de fenomene precum putrescebilitatea, stabilitatea și stabilitatea relativă a apelor reziduale. Putrescebilitatea apei are loc atunci când materiile organice care se găsesc în apele reziduale au în compoziția lor puțin oxigen și suportă o descompunere anaerobă degajând un miros neplăcut. În cadrul apelor uzate, stabilitatea reprezintă inversul putrescebilității. Stabilitatea relativă se exprimă în procente și reprezintă raportul dintre cantitatea de oxigen existent în apele reziduale și necesarul de oxigen pentru îndeplinirea primei etape, cea primară, a consumului biochimic de oxigen. Aceasta din urmă este folosită mai puțin deoarece rezultatele obținute sunt relativ, nesigure, acestea fiind diferite în funcție de natura apei uzate [7].

2.2.4. Caracteristici biologice

Alături de substanțele organice, în apele reziduale se mai găsesc și anumite specii de microorganisme care influențează pozitiv procesul de epurare prin hrănirea acestora cu materii organice. Aceste microorganisme sunt reprezentate de alge, bacterii, protozoare. Care pot fi autotrofe și heterotrofe. Cele autotrofe își iau carbonul din dioxidul de carbon, din carbonați și bicarbonați pentru sinteza glucidelor, protidelor și lipidelor și se hrănesc cu substanțe minerale.

Bacteriile heterotrofe se hrănesc cu materii organice pentru a-și asigura sursa de energie și de carbon. Saprofitele sunt unele dintre aceste bacterii care sunt foarte importante în procesul de autoepurare deoarece acestea se hrănesc cu substanțe organice moarte. Tot bacterii heterotrofe sunt și cele parazite. Acestea cresc în organismele umane și animale și sunt rar întâlnite în apele uzate. Unele dintre aceste bacterii sunt patogene, ele fiind foarte periculoase pentru organismul uman (bacteriile febrei tifoide, a tifosului intestinal, a dezinteriei, etc.) [1].

CAPITOLUL III.

PROCESUL TEHNOLOGIC DE EPURARE A APELOR REZIDUALE

3.1. Descrierea procesului tehnologic de epurare

Procesul de tratare a apelor reziduale este reprezentat de totalitatea modalităților și procedeelor de eliminare sau reducerea sub anumite limite a reziduurilor atât de origine organică, cât și minerală și bacteriologică, pentru ca acestea să nu conducă la o scădere a caracteristicilor calitative ale receptorilor naturali în care sunt evacuate.

Tehnologia epurării apelor combină mai multe mijloace care au la bază procese fizice, chimice și biologice în cadrul aceluiași procedeu sau în procedee diferite, pentru a realiza o eficiență ridicată de epurare.

În tehnologia epurării apelor reziduale sunt întâlnite următoarele etape:

Epurarea mecanică – procesele ce au loc în această etapă sunt de natură fizică;

Epurarea chimică – procesele sunt de natură fizico-chimică;

Decantare secundară – treapta I;

Epurarea biologică treapta a II-a – procesele sunt și de natură fizică dar și biochimică;

Preparare-dozare reactivi;

Prelucrarea nămolului [10].

3.1.1. Epurarea mecanică

În această etapă se rețin suspensiile grosiere cu ajurorul sitelor, grătarelor, separatoare de grăsimi și decantoare.

Grătarele rețin corpurile de dimensiuni mai mari ce plutesc la suprafața apei reziduale cum ar fi: cârpe, hârtii, cutii, fibre textile care ulterior sunt evacute și transportate spre locul de depozitare (de obicei sunt depozitate în niște containere care după umplere sunt ori incinerate ori trimise către firme care se ocupă cu colectarea deșeurilor). Uneori acestea sunt tăiate la dimensiuni mai mici (0,5-1,5 mm) cu ajutorul dezintegratoarelor mecanice montate în conducta de intrare a apelor reziduale și sunt transportate odată cu apa, trecând astfel de grătare [12].

În orice stație de epurare a apelor reziduale nu trebuie să lipsească deznisipatoarele deoarece nisipul care se găsește în ape este adus de apele pluviale și nu trebuie să ajungă mai departe în treptele avansate de epurare. Odată ajuns mai departe, acesta poate creea unele dificultăți, cum sunt:

Avarierea instalațiilor de pompare a apei;

Probleme în ceea ce privește funcționarea decantoarelor;

Micșorarea capacității rezervoarelor unde are loc fermentarea nămolurilor precum și deranjarea circulației acestora.

Uleiurile, grăsimile și substanțele ușoare care plutesc la suprafața apei sunt îndepărtate cu ajutorul separatoarelor de grăsimi. Acestea sunt poziționate după decantoare sau după deznisipatoare [13].

În cadrul decantoarelor se depun, aproape în totalitate, materiile aflate în suspensie în apele reziduale.

3.1.2. Epurarea chimică

Procesele care se produc în această etapă sunt de natură fizico-chimică și au loc în bazinul de amestec și în decantorul primar. Reactivii folosiți în această etapă sunt sulfatul feros, clorura ferică, sulfatul feric, oxidul și hirdoxidul de calciu. Aceștia sunt dozați cu ajutorul pompelor de dozare și introduși în bazinul de amestec unde se barbotează aer. Apa amestecată cu nămol ajunge în decantorul primar, dotat cu o camera centrală unde au loc reacțiile și un pod raclor manipulat electric. De pe radierul decantorului se colectează nămolul primar care este transportat în stația de pompare a nămolului chimic, pentru ca mai apoi acesta să fie reintrodus cu ajutorul pompelor în bazinul de amestec sau să fie scos din circuit ca nămol în exces și trimis la îngroșătoarele de nămol [10].

3.1.3. Decantarea secundară – treapta I

După preepurarea biologică a apelor, acestea sunt pompate în decantorul secundar – treapta I. Acesta este dotat cu pod raclor, care are un sistem rapid de evacuare a nămolului depus. Acest nămol poate fi recirculat și adus din nou în bazinul de amestec, sau evacuat ca nămol primar excedentar în îngroșătoarele de nămol. Apa supusă decantării este pompată mai departe în cuvele de aerare unde are loc etapa de epurare biologică treapta a II-a [12].

3.1.4. Epurarea biologică – treapta a II-a

Această etapă este alcătuită din: cuvele de aerare, cuvele de refacere a nămolului și decantoare secundare treapta a II-a.

Cuvele de aerare și cele de refacere a nămolului sunt necesare pentru oxidarea biochimică prelungită cu ajutorul aerării în prezența nămolului activ și a substanțelor nutritive pe bază de azot și fosfor. Există trei cuve de aerare și fiecare este împărțită în cinci compartimente pentru a facilita mișcarea apei în interiorul cuvelor. Ultimul compartiment este folosit pentru definitivarea procesului de oxidare biochimică.

După parcurgerea cuvelor de aerare, apa este transportată în căminele de evacuare și apoi în decantoarele secundare treapta a II-a. Aerarea se realizează cu ajutorul turbinelor de aerare cu cilindri verticali care oferă ocazia de a inversa turbinele în concordanță cu cantitatea de oxigen dizolvată în apă. În cuvele de refacere a nămolului este recirculat nămolul rezultat în urma decantării din treapta a II-a. Acestea sunt și ele dotate cu turbine de aerare, iar nămolul de aici este transportat, împreună cu apa, printr-o conductă longitudinală spre primul sector al cuvelor de aerare [6].

3.1.5. Preparare- dozare reactivi

Principalii reactivi folosiți în procesul de epurare sunt sulfatul feros, fosfatul de sodiu, amoniacul sau apele amoniacale și laptele de var.

Sulfatul feros se ditribuie în două bazine care sunt rezistente la acțiunea acidului și care sunt dotate cu dispozitive de amestecare pentru dizolvarea reactivului. Concentrația acestui reactiv este de 20%, iar dozarea lui se face cu ajutorul pompelor echipate cu piston direct în bazinul de amestec.

Fosfatul de sodiu are o concentrație de 10% și se dizolvă în apă cu ajutorul dispozitivelor de amestecare ale bazinelor. Reactivul este dozat și introdus în a II-a treaptă de epurare biologică cu ajutorul pompelor de dozare.

Apele amoniacale sunt mai des folosite decât amoniacul. Acestea au o concentrație de 25% și sunt depozitate în bazine mari de 10 m³. În treapta I și treapta a II-a de epurare biologică, acestea sunt dozate cu ajutorul pompelor.

Laptele de var este folosit cu o concentrație de 10% CaO și este depozitat în bazine cu rezistență la acțiunea acidului și dotate cu agitatoare. Dozarea se face cu ajutorul pompelor la bazinul de amestec [10].

3.1.6. Prelucrarea nămolului

În urma proceselor de epurare chimică și biologică rezultă nămolul. Acesta este supus unor procese de îngroșare, stabilizare și deshidratare.

În procesul de îngroșare a nămolului rezultat în urma treptelor de epurare se reduce umiditatea acestuia, pentru prelucrarea unor volume mai mici, cu până la 20%.

Stabilizarea nămolurilor poate fi aerobă sau anaerobă. Aceasta se referă la fermentarea substanței organice cu sau fără eliminare de supernatant și producție de biogaz.

Deshidratarea reprezintă o serie de procedee fizice de separare a părții lichide (supernatantul) de cea solidă prin reducerea umidității. Se realizează și o reducere a volumului de nămol prin separarea și eliminarea supernatantului [7].

3.2. Principii teoretice și reacții de bază ale procesului de epurare

Îmbinarea celor trei procese de epurare a apelor reziduale, cea mecanică, cea chimică și cea biologică, a fost realizată cu scopul reducerii impurităților din apa uzată pentru reducerea poluării și menținerea calității cursurilor de apă, conform normelor în vigoare [11].

Prima treaptă, cea de epurare mecanică a fost inclusă în procesul tehnologic de epurare a apelor reziduale pentru reținerea și împiedicarea corpurilor de dimensiuni mari care ar putea afecta procesele de epurare viitoare sau care datorită acțiunii abrazive ar putea avea efecte negative asupra apelor [10].

Cea de-a doua etapa este cea de epurare chimică prin care, cu ajutorul reactivilor pentru coagulare și floculare sunt eliminate substanțele organice și are loc reducerea consumului biochimic de oxigen cu aproximativ 20-30%, pentru a nu încărca în exces nămolul activ cu substanță organică. Reactivii chimici folosiți în procesul de coagulare-floculare sunt sulfatul feros clorurat și apa de var. Acești reactivi au propietatea de a forma ioni comuni cu substanța organică din apă și de a se aduna în flocoane mai mari care favorizează decantarea. Îndepărtarea acestor flocoane este necesară întrucât acestea pot opri procesele de oxidare biochimică prin blocarea relațiilor de schimb la nivel metabolic a biocenozei [3].

pH-ul cu care apa intră în stație este foarte variabil. Este necesară o corecție a acestuia astfel încât, în urma procesului de epurare mecano-chimică, acesta să dețină valori cuprinse în intervalul 6,5-8,5 pentru ca microorganismele să funcționeze la un nivel optim. Corecția pH-ului se face cu soluții de cu concentrație de 98% sau cu NaOH de 40% în bazinul destinat corectării acestuia. Cu această corecție se protejează construcțiile, conductele și alte instalații de acțiunea distrugătoare a apelor uzate [10].

În cadrul etapei de epurare biologică are loc definitivarea întregului proces de epurare. Această etapă a fost introdusă în procesul tehnologic deoarece substanțele organice din apele uzate erau îndepărtate doar parțial în urma epurării chimice. Procesul de epurare biologică constă în degradarea substanțelor organice cu ajutorul microorganismelor. Acestea acționează în prezența oxigenului dizolvat prin transformarea acestor compuși organici în compuși mai puțin poluanți sau nepoluanți [9].

În prezent, epurarea biologică depinde în foarte mare măsură de caracteristicile apei și de condițiile de evacuare alea acesteia într-un emisar natural.

Substanțele organice se degradează în urma proceselor chimice și sunt reprezentate în

Fig.1.

Substanța organică se oxidează treptat, enzimele specifice catalizând fiecare treaptă. În procesul de oxidare are loc trecerea moleculară a hidrogenului de la substanță la un acceptor (oxigenul în acest caz). Procesele ce au loc de-a lungul formării și distrugerii nămolului se pot scrie cu ajutorul următoarei formule chimice:

n+ O+

În urma acestor reacții se formează de obicei și O iar ca și produs secundar de reacție se produce un nou strat celular care are capacitatea de a degrada alte molecule organice [10].

CAPITOLUL IV.

EVACUAREA APELOR UZATE ÎN EMISARI NATURALI

4.1. Condiții de deversare a apelor reziduale în emisari

Conform Normelor Tehnice de Protecție a Apelor, apa emisarului în aval de gura de evacuare a apei epurate trebuie să îndeplinească anumite condiții pentru a nu afecta flora, fauna și alte folosințe.

4.1.1. Categorii de calitate

Acestea sunt puternic influențate de întrebuințarea pe care o are apa emisarului, sau o porțiune a acestuia, după ce este evacută apa epurată. Sunt menționate trei categorii de calitate a apelor conform STAS 4706 [7].

Prima categorie este alcătuită din ape care sunt destinate pentru alimentarea cu apă potabilă a gospodăriilor precum și a unor fabrici din industria alimentară sau a unor ferme agrozootehnice dacă există procese care impun folosirea apei potabile, a amenajărilor piscicole salmonicole și a unor ștranduri organizate.

Cea de-a doua categorie cuprinde ape destinate pentru piscicultură, cu excepția salmoniculturii, atât a celor din împrejurimile cursurilor de apă, cât și a celor special amenajate. Această categorie de ape mai este folosită și pentru agrement.

Categoria a treia cuprinde ape folosite pentru irigații și pentru unele procese tehnologice din industrie [7].

4.1.2. Condiții de calitate

După evacuarea apelor epurate în emisar, conform STAS 4706, acesta trebuie să îndeplinească anumite condiții din punctul de vedere al caracteristicilor fizice, chimice, bacteriologice și nu în ultimul rând, organoleptice. Pentru a se încadra în cele trei categorii menționate mai sus, apa trebuie să nu depășească anumite valori maxime admise pentru fiecare din aceste caracteristici [7].

În momentul evacuării apelor reziduale în emisari, acestea trebuie să îndeplinească cerințele conform STAS 4706 pentru a se încadra în cea de-a treia categorie. Odată evacuată, apa uzată trebuie să se dilueze cu ceea a emisarului pe o distanță relativ scurtă pentru a nu se creea porțiuni doar de apă epurată.

Cele mai importante condiții de calitate pe care trebuie să le îndeplinească cursurile de apă sunt cele legate de consumul biochimic de oxigen precum și oxigenul dizolvat. Acestea se află în strânsă legătură cu procesele biologice ce au loc în apă, cel mai important fiind cel de autoepurare. În Tabelul 1. sunt redate valorile limită ale celor doi parametri [7].

Tabelul 1. Valorile limită pentru în apele de suprafață [7]

După ce apa epurată din stație este evacuată și are loc diluția, pH-ul pe care îl are emisarul trebuie să se încadreze între 6,5 și 9,0.

4.2. Necesitatea epurării avansate a apelor reziduale

Epurarea avansată se aplică după procesul de oxidare din punct de vedere biologic a materiilor organice și se referă la epurarea care completează celelalte trepte de epurare pentru a îmbunătății calitatea efluentului. Aceasta cuprinde procese cum sunt: clorarea, adsorbția, precipitarea chimică, oxidarea chimică, osmoza inversă, desalinizare [3].

Epurarea clasică cuprinde două trepte – prima treaptă, cea primară se mai numește și epurare mecanică, iar cea de-a doua treaptă este cea secundară sau biologică – și are ca și obiectiv principal înlăturarea materiilor și materialelor aflate în suspensie din apa reziduală. În urma proceselor de epurare clasică, apele uzate sunt la fel de încărcate de materii reziduale deoarece acestea sunt prea puternice pentru a putea fi înlăturate. De cele mai multe ori, acestea rămân neschimbate în urma trecerii lor prin toate procesele de epurare clasice și dau naștere unor mari probleme pentru mediul înconjurător [3].

Pentru îmbunătățirea calității efluentului și protejarea mediului cu toate resursele de care acesta dispune, precum și protejarea omului și a sănătății acestuia, s-a adăugat un proces de epurare numit epurare avansată/terțiară/de finisare care vine în completarea celui de epurare clasică.

Odată cu dezvoltarea economică excesivă, precum și a tehnologiilor în domeniul epurării apelor reziduale, s-au impus valori limită tot mai riguroase în ceea ce privește eliminarea materiilor organice, a suspensiilor, a compușilor toxici și a nutrienților, valori care numai prin intermediul epurării clasice nu au putut fi respectate [12].

În cazul în care emisarul natural în care sunt evacuate apele epurate este și o sursă de apă potabilă pentru gospodăriile din aval, condițiile impuse de standardele de calitate sunt deosebit de exigente.

4.3. Impactul deversării apelor epurate mecano-biologic în emisari naturali

În prezent, în România, cele mai multe stații posedă doar trepte de epurare mecanică și epurare biologică. În etapa de epurare mecanică se împiedică trecerea mai departe a grăsimilor și a materiilor în suspensie și a celor decantabile, iar în etapa de epurare biologică, se elimină parțial materiile organice dizolvate sau în fază coloidală. Din păcate, există și anumite categorii de substanțe care sunt rezistente și nu pot fi îndepărtate. Aceste substanțe sunt diferitele pesticide utilizate în agricultură, germenii patogeni, compuși ai azotului și fosforului, dar și un șir de substanțe care nu sunt biodegradabile care ajung odată cu apa epurată în emisarii naturali. Unele dintre aceste substanțe reprezintă o importantă sursă de hrană pentru numeroase plante din mediul acvatic și pentru alge [7].

Un grad de periculozitate ridicat îl constituie atunci când apele emisarului natural sunt folosite ca sursă de apă potabilă. Evacuarea efluentului care nu este epurat în totalitate conduce la o poluare a emisarului și la o însumare a substanțelor poluante care pot avea un efect nociv asupra populației care consumă aceea apă potabilă.

Aceste substanțe amintite anterior care rămân în urma procesului de epurare pot afecta și chiar distruge echilibrul ecologic, dar pot avea și un impact, pe lângă faptul că afecteză sănătatea umană, de natură economică și tehnologică [3].

Pentru sănătatea umană, aceste substanțe sunt extrem de periculoase. Amoniacul sub formă de gaz afectează mai ales copiii și adolescenții prin încetinirea creșterii și dezvoltării acestora, având un efect letal. De departe cei mai amenințători pentru organismul uman sunt azotiții deoarece produc cancerul gastric și afectează și fauna din mediul acvatic. Mai puțin periculoși sunt azotații, deoarece pentru adulți prezența lor este aproape insesizabilă, dar în rândul copiilor nou-născuți declanșează așa-numita boală albastră sau methemoglobinemia [7].

Asupra mediului înconjurător, substanțele care nu pot fi reținute în cadrul proceselor de epurare clasică au efecte negative. Un prim efect negativ este procesul de eutrofizare, acesta fiind provocat de compuși ai azotului și fosforului, sursa ideală de hrană pentru microplancton și alge care conduce la supradezvoltarea acestora. Eutrofizarea se produce mai ales în cazul lacurilor și a râurilor care au o curgere lentă.

Tot în cazul lacurilor și al râurilor cu o curgere lentă se întâlnește și consumul de oxigen dizolvat, un alt efect negativ. Datorită nămolului care se depune pe fundul lacurilor și al râurilor și intră în procesul de fermentare în absența oxigenului (anaerobă) deoarece în profunzime, conținutul de oxigen este puțin, se degajă mirosuri deranjante.

Pentru fauna piscicolă, alternanța pH-ului este nocivă deoarece modifică starea de echilibru ionic din apa emisarilor.

Și asupra peisajului aceste substanțe au un efect negativ deoarece modifică culoarea cursului de apă și, odată cu ea, aduce și alte consecințe [3].

Nu în ultimul rând, apele epurate mecano-biologic care încă mai conțin substanțe poluante și sunt evacuate în emisari au un efect negativ și din punct de vedere tehnico- economic deoarece: necesită un cost mult mai mare pentru realizarea procesului de potabilizare a apei care este mult mai complicat; datorită uleiurilor eterice care sunt adăugate în ape și care dau un gust deranjant, apele sunt mai greu de tratat în procesul de potabilizare. Și transportul naval și turismul sunt afectate din cauza procesului de eutrofizare pentru ca împiedică activitățile ce au legătură cu navigația și cu agrementul [9].

Partea a II-a

CAPITOLUL V.

PREZENTAREA STAȚIEI DE EPURARE A ORAȘULUI CUGIR

5.1. Amplasarea în zonă a stației de epurare Cugir

Stația de epurare apă uzată este situată în nordul orașului Cugir, în zona de luncă a râului Cugir, pe malul stâng al acestuia, la aproximativ 200 m de râu (Fig. 2). Accesul în stație se face pe un drum paralel cu DJ 704. Evacuarea apelor epurate se face în râul Cugir, prin intermediul unei conducte Dn 600 cu descărcare directă.

A fost înființată în anul 2014 fiind construită în locul vechii stații de epurare a orașului. În prezent, stația de epurare este construită pentru 30.000 de locuitori echivalenți. Investiția a făcut parte din proiectul ce viza extinderea și reabilitarea harnașamentului de apă și apă uzată din județul Alba [18].

5.1.2. Date generale privind caracteristicile mediului din zona stației de epurare

Caracteristici geologice. Amplasamentul este situat în Depresiunea Transilvaniei, care reprezintă o regiune cu origine tectonică, formată ca urmare a scufundării structurilor geologice care alcătuiesc Carpații în planul unui sistem de falii profunde.

Stația de epurare a orașului Cugir este localizată în culoarul Orăștie, în sectorul de dezvoltare- pe o grosime de ordinul sutelor de metri – a depozitelor tortoriene (larg dezvoltate în Depresiunea Transilvaniei ca efect al diastrofismului). Fiind poziționată în culoarul Râului Cugir, până la adâncime de cca. 4-5 m sunt identificate depozite aluvionare de luncă ale râului Cugir (predominant roci psefitice, parțial roci psamitice și, în partea superioară – pe primii 0,5…1,0 m, în unele locații – roci fine, argiloase-prăfoase) [18].

Caracteristici hidrografice. Din punct de vedere hidrografic, stația de epurare Cugir este situată în bazinul hidrografic al râului Cugir, care în zonă are un traseu al cursului de la sud la nord. Cursurile de apă din această zonă și stratele acvifere freatice sunt tributare râului Cugir, afluent de stânga al râului Mureș.

Râul Cugir este alimentat din sud dinspre munții Șureanu de numeroși afluenți. La sud de orașul Cugir, se găsește confluența dintre râul Cugir (Râul Mare) și principalul afluent al acestuia, Râul Mic. Perimetrul stației este situat pe malul stâng al râului Cugir, la o distanță de cca. 0,2 km vest de acesta [18].

Conform studiului de inundabilitate elaborat pentru amplasamentul stației de epurare, râul Cugir are următoarele debite caracteristice și nivele corespunzătoare acestora în secțiunea de interes:

cu probabilitate anuală de depășire de 10% = 124mc/s; Cota (Z) = 276,89 m

cu probabilitate anuală de depășire de 5% = 181 mc/s; Cota (Z) = 277,08 m

cu probabilitatea anuală de depășire de 2% = 264 mc/s; Cota (Z) = 277,31 m

În concluziile Proiectului tehnic preliminar al stației de epurare Cugir se precizează că amplasamentul stației este neinundabil la cota corespunzătoare debitului cu probabilitate anuală de depășire de 2% [16].

Caracteristici geotehnice – Stratificație. Conform lucrărilor de foraj și de laborator din cadrul raportului geotehnic s-a determinat următoarea stratificație generală în zona stației de epurare:

0,0 + 0,3-0,5 (max. 2,5) m sol vegetal, care în mai multe amplasamente au fost înlocuite cu umpluturi;

0,3-0,5(2,5) + 3,7-3,9(max. 5,9) m depozite aluvionare grosiere, care uneori în partea inferioară au strate semicoezive;

3,7-3,9(5,9) + > 15,5 m roca de bază marnoasă (argiloasă), care prezintă uneori zone de alterare mai mult sau mai puțin intense [18].

Caracteristici fizico-mecanice. Caracteristicile fizico-mecanice ale terenului de fundare prezintă diferențe considerabile nu numai pe verticală (variații explicabile prin succesiunea formațiunilor având vârste, grade de consolidare și caracteristici litologice diferite), dar și în plan. Din acest motiv și din considerente de amplasare a obiectelor, zona de interes a fost separată în trei sectoare: vestic, central-estică și cea corespunzătoare colectorului de evacuare și gurii de vărsare.

Conform celor prezentate anterior, stratificația în zona studiată este constituită, în principal din: sol vegetal/umpluturi, aluvionarul grosier de luncă și roca de bază marnoasă (argiloasă). Aceasta prezintă unele particularități pentru fiecare dintre cele trei sectoare, așa cum sunt prezentate sintetic în continuare.

Caracteristicile geotehnice ale aluvionarului grosier sunt, în general, favorabile și corespund condițiilor de fundare pentru majoritatea obiectelor fundate. O excepție se semnalează pentru intercalația semicoezivă din baza aluvionarului, constituită din argilă nisipoasă, reprezentativă pentru perimetrul nordic al sectorului vestic la incintei [18].

În cadrul rocii de bază marnoasă se delimitează, în proporții echilibrate, zone sau intervale în care roca prezintă un grad redus de alterare și caracteristici geotehnice favorabile pentru fundare, precum și zone sau intervale în care roca de bază are un grad mai accentuat de alterare, cu compresibilitate medie, care în unele situații ar putea necesita îmbunătățirea naturii terenului de fundare (prin perne de balast, etc.).

S-a propus ca fundarea obiectelor să se facă direct după așternerea unui strat de balast compactat, cu grosimea de 2 m, destinat uniformizării condițiilor de fundare [18].

Apa subterană a fost întâlnită în toate forajele pe durata efectuării operațiunilor de săpare, fiind înmagazinată în cadrul depozitelor aluvionare grosiere de luncă. În incinta stației aceasta a fost stabilizată la adâncimi de 1,1 + 2,2 m, corespunzătoare unor cote de cca. 275,0 + 275,9 m, iar în forajul executat la gura de vărsare s-a stabilizat la adâncimea de 1,72 m, corespunzătoare unei cote de 274,52 m. Acviferul are grosimi medii de 1,5 + 2,5 (4,0) m [16].

În cadrul studiului de inundabilitate s-a determinat că nivelul apelor râului Cugir, corespunzător debitelor cu probabilitate anuală de depășire de 2%, este situat la cota 277,31 m, pentru 5% la cota de 277,08 m, iar pentru 10% la cota de 276,89 m. Aceste nivele se pot transmite în acviferul interceptat și în incinta stației de epurare.

Trebuie luate în considerare posibilități de oscilare sezoniere în limite relativ largi, de cca. 1,5…2,5 m, având în vedere proximitatea văii râului Cugir (care se află în legătură hidraulică directă cu acviferul freatic) și tipul reliefului care favorizează posibilitatea unor creșteri bruște ale nivelului apei în condițiile unor precipitații abundente și a unor viituri majore [18].

Conductivitățile hidraulice ale stratului acvifer au valori de 50+100 m/zi.

Prezența apei subterane determină efectuarea de lucrări de sprijinire și evacuare a apelor din săpături pe parcursul execuției lucrărilor.

Agresivitatea apei. Conform analizelor de laborator efectuate pe 5 probe de apă prelevate din foraje, au rezultat următoarele tipuri de agresivitate:

Față de betoane probele prezintă agresivitate slab-foarte slab carbonică, general acidă slabă;

Față de metale proba prezintă agresivitate medie-puternică;

Conform NE 012-1/2007, apa se încadrează în clasa XA1 (agresivitate chimică slabă).

Caracteristici geofizice. Seismicitate – conform SR 111/1-93, zona Cugir face parte din macrozona cu intensitatea seismică 6 (MSK). Conform P 100-1/2006 ,, Cod de proiectare seismică- Partea I- Prevederi de proiectare pentru clădiri’’, pentru cutremure având intervalul mediu de recurență IMR=100 ani, amplasamentul se situează în zona cu valori ale perioadei de control a spectrului de răspuns de Tc= 0,7 sec., valoarea de vârf a accelerației terenului agricol fiind de 0,08 g.

Adâncimea de îngheț. Conform STAS 6054-77- ,,Teren de fundare. Adâncimi maxime de îngheț’’, adâncimea maximă de îngheț în zona Cugir este de 0,9 m [18].

5.1.3 Date privind canalizarea orășenească

Stația de epurare a fost proiectată pentru 30.000 locuitori echivalenți și are următoarele criterii de proiectare [17]:

Tabelul 2. Debite caracteristice

5.1.4 Structura organizatorică a stației

RAS SAS

Fig. 3. Schema bloc a stației de epurare Cugir [17]:

5.2. Date privind procesul tehnologic de epurare

Stația de epurare este configurată într-o schema tehnologică de tip mecano-biologic avansat cu aerare extinsă, reducerea nutrienților și prelucrarea nămolului prin îngroșare-deshidratare înainte de depozitare.

Stația de epurare este dimensionată pentru un debit de aproximativ 163 l/s și are în componență următoarele trepte:

Treapta mecanică alcătuită din camera de admisie, grătare rare și deznisipator;

Treapta biologică alcătuită din două bazine de aerare și un decantor secundar;

Linia nămolului compusă din stația de pompare nămol și paturile de uscare.

De asemenea, în incinta stației de epurare se află amplasate și o stație de pompare apă industrială [17].

5.2.1. Descrierea fluxului tehnologic de epurare

În cadrul stației de epurare Cugir, treapta mecanică se reduce la linia degrosisoare care va realiza următoarele procese principale:

Reținerea materiilor grosiere, în grătarele rare și dese;

Reținerea substanțelor extractibile cu solvenți organici (grăsimi și uleiuri), realizată în zona separatoarelor de grăsimi;

Îndepărtarea în proporție de cel puțin 95% a nisipului cu dimensiunea grăuntelui de 0,2 mm, realizată în zona deznisipatoarelor.

Obiectele componente ale treptei mecanice sunt următoarele:

cameră de admisie și stație de recepție reziduuri transportate de la fose septice;

grătare rare;

stație de pompare apă uzată;

instalație compactă de degrosisare cuprinzând:

grătare dese (parte integrantă a instalației compacte de degrosisare);

deznisipator-separator de grăsimi (parte integrantă a instalației compacte de degrosisare);

suflante;

măsură debit influent și stație prelevare probe [18].

Camera de admisie și stație de recepție reziduuri transportate de la fosele septice

Cele două colectoare principale din beton se află într-un singur cămin, în amonte de camera de admisie. Aceste două colectoare au diametrele de Dn 1000-tub din beton și tub din PVC cu diametrul de D600. Pe colectorul Dn 1000 mm este construit un cămin interceptor, deoarece acesta are radierul mai coborât [16].

Din căminul interceptor apa uzată intră în camera de admisie a stației de epurare gravitațional, printr-un colector din PAFSIN Dn 600mm.

Reziduurile provenite de la fose septice sunt transportate cu autocisterne și descărcate în stația automată de recepție amplasată în apropierea camerei de admisie. Această stație este racordată la camera de admisie. Pentru a ține evidența calității și cantității apei aduse din fosele septice, stația este echipată cu o stație automată de prelevare probe și senzori pentru măsurarea pH-ului și conductivității electrice.

Tot în camera de admisie va fi adusă și apa provenită de la stația de pompare apă industrială existentă [17].

Grătare rare și stație de pompare

Grătarele reprezintă prima unitate de proces la intrarea în stația de epurare. Ele au rolul de a reține corpurile mari, grosiere, din influentul stației de epurare, pentru a evita deteriorarea echipamentelor (pompe, vane), înfundarea conductelor sau chiar reducerea eficienței procesului de epurare.

Debitul pentru care s-au dimensionat grătarele este debitul uzat orar maxim pe timp de ploaie, 847 m³/h.

Există două unități de grătare rare automate (Fig. 4), cu distanța între bare de 60 mm și grosimea barelor de 10 mm, amplasate în două canale cu secțiunea transversal de formă dreptunghiulară, având lățimea de 0,6 m [18].

Pentru micșorarea volumului de rețineri de pe grătare, acestea vor fi presate în instalații speciale. Deoarece reținerile de pe grătare conțin substanțe organice este necesară spălarea lor. Reținerile spălate și compactate sunt descărcate într-un container care va fi preluat de un camion special cu platformă. Cantitatea maximă zilnică de rețineri estimate a fi colectată de pe grătare, cu o umiditate de 80%, este de 308 kg/zi.

Stația de pompare (Fig. 5) permite operarea neîntreruptă în condiții de siguranță a stației de epurare precum și deversarea apelor uzate tratate în râul Cugir la un nivel corespunzător celui cu probabilitatea de depășire anuală de 2% [18].

Instalația compactă pentru degrosisare apei uzate și instalații auxiliare

Apa uzată este pompată prin intermediul stației de pompare în două instalații compacte degrosisoare, amplasate subteran. Fiecare instalație are următoarele componente:

grătar des cu unitatea integrată de deshidratare și compactare a materiilor reținute (Fig.6);

compartiment deznisipator-separator de grăsimi longitudinal aerat;

clasificator de nisip cu funcție de spălare și deshidratare.

Grătarul des are rolul de a îndepărta corpurile cu dimensiune mai mare de 5 mm.

În deznisipator (Fig. 7) se va reține din apa uzată nisipul cu diametrul granulelor mai mare de 0,2 mm cu o eficiență de 95%. Extragerea nisipului sedimentat se va face cu ajutorul unui transportor orizontal elicoidal amplasat în clasificatorul de nisip. Materialul este simultan spălat pentru îndepărtarea peliculei organice și deshidratat gravitațional înainte de descărcarea în containere. Consistența nisipului deshidratat va atinge minimum 85% substanță uscată.

Aerul insuflat în instalația compactă de degrosisare (Fig. 8) este asigurat de 2 suflante. Acestea sunt parte componentă a instalațiilor compacte de degrosisare [18].

Măsurarea debitului influent și stația automată de prelevare a probelor din influent

Măsurarea debitului este necesară pentru evidența cantităților de apă ce se tratează la un moment dat sau într-un anumit interval de timp, precum și pentru a dirija corespunzător procesele tehnologice. Debitul este măsurat cu ajutorul unui debitmetru electromagnetic (Fig. 9) amplasat între stația de degrosisare și reactorul biologic.

Stația de prelevare probe (Fig. 10) este amplasată în aval de căminul debitmetrului unde sunt montați și senzori pentru măsurarea pH-ului, temperaturii și a turbidității [16].

În treapta biologică se realizează îndepărtarea substanțelor organice biodegradabile a azotului și a fosforului și cuprinde următoarele:

camera de distribuție și reactoare biologice, unitate preparare-dozare reactivi pentru precipitarea fosforului;

stație de pompare nămol activat;

cameră de distribuție la decantoarele secundare;

decantoare secundare;

măsură debit efluent și stație prelevare probe;

stație suflante;

conductă de descărcare efluent și gură de vărsare.

Camera de distribuție la reactoarele biologice

Apa tratată preliminar va gravita către camera de distribuție a reactoarelor biologice (Fig. 11) unde va fi amestecată cu debitul de nămol activat recirculat și supernatantul recirculat. Această cameră este concepută cu praguri deversoare care asigură distribuirea egală a debitului la reactoarele biologice. Pentru izolarea fiecărei linii de reactor în parte, camera de distribuție este echipată cu vane de perete [17].

Unitatea de preparare-dozare reactivi pentru precipitarea fosforului

Reactivul de precipitare a fosfatului este Fe 40%. Unitatea este amplasată în incinta stației de degrosisare. Debitul de dozare poate fi ajustat automat în funcție de cantitatea fosforului redus biologic. Capacitatea instalației de dozare a fost dimensionată pentru situația reducerii cantității totale de fosfor numai prin precipitare (fără aport Bio-P). Această unitate este prevăzută cu două pompe de dozare [17].

Reactorul biologic (Fig. 12) reprezintă principala unitate de proces a treptei biologice. Fiecare din cele două bazine este din beton armat, de formă ovoidală compartimentat și echipat astfel încât să întrețină eficient reacțiile biochimice de reducere a compușilor de carbon, fosfor și azot. În amonte de bazinul ovoidal este prevăzut un compartiment anaerob unde este introdus nămolul activat recirculat cu scopul intensificării metabolismului bacteriilor specializate în reținerea extinsă a fosfatului la revenirea în zonele aerate. În bazine există câte un mixer care asigură circulația apei și menținerea flocoanelor în suspensie [17].

Compartimentul ovoidal susține procesul de nitrificare-denitrificare simultană cu stabilizarea nămolului. Tot aici are loc precipitarea simultană a fosforului cu clorura ferică.

Stația de suflante – sunt prevăzute pentru furnizarea aerului necesar către reactoarele biologice. Cantitatea de aer insuflat variază în funcție de valoarea măsurată în reactoarele biologice a principalilor indicatori, oxigen dizolvat, azot amoniacal și nitrat. Stația are 2 suflante în funcțiune și una de rezervă.

Camera de distribuție la decantoarele secundare (Fig. 13) este concepută cu praguri deversoare care se pot regla din punct de vedere al înalțimii pentru a asigura distribuirea uniformă a debitului către decantoarele secundare [18].

Decantoarele secundare (Fig. 14) sunt unitățile de proces care asigură sedimentarea flocoanelor de nămol activat, formate în reactoarele biologice astfel încât apa limpezită să corespundă calității cerute din punct de vedere al MTS și . Acestea sunt bazine de tip longitudinal care asigură sedimentarea în curent a flocoanelor.

Nămolul activat format pe radier este radat cu un pod mobil cu circulație ciclică în lungul bazinului. Acesta va împinge spre bașa din capătul amonte nămolul activat care va curge gravitațional și continuu în stația de nămol activat [17].

Stația de pompare nămol activat este prevăzută cu pompe pentru nămolul activat de recirculare și pompe pentru evacuarea nămolului în exces. Nămolul activat de recirculare este pompat spre camera de distribuție a reactoarelor, iar nămolul în exces spre îngroșătorul gravitațional de nămol.

Măsurarea debitului efluent se realizează cu un debitmetru electromagnetic amplasat într-un cămin la ieșirea din stația de epurare. Tot în acel cămin se află și stația de prelevare automată a probelor (Fig. 15) [17].

Colectorul de evacuare a apei epurate în râul Cugir are o lungime de 165 m.

Gura de evacuare nu constituie un obstacol pentru albia râului și nu produce nici o modificare a nivelului de inundații.

Linia de prelucrare a nămolului

Îngroșător de nămol gravitational. Concentrarea nămolului are rolul de a reduce umiditatea, respectiv volumul de nămol, prin sedimentare, cu producere de supernatant.

Îngroșătorul de nămol este un bazin prevăzut cu sistem de amestecare periferic, un dispozitiv de îndepărtare a spumei și un deversor circular fix pentru evacuarea supernatantului [17].

Stația pentru deshidratarea nămolului. Deshidratarea mecanică a nămolului îngroșat se realizează cu decantoare centrifugale (centrifuge- Fig. 16) care asigură, în final, un nămol cu consistența de minimum 30%. Echipamentul de deshidratare este compus din: pompe de nămol ce preiau nămolul din îngroșător, decantoare centrifugale, instalații de preparare-dozare polimer, transportor ce preia nămolul rezultat de la cele două centrifuge.

După evacuarea nămolului de la centrifuge, acesta este depozitat pe o platformă betonată (Fig. 17) [17].

5.2.2. Caracterizarea fizico-chimică a influentului și a efluentului conform NTPA 001/2002

Tabelul 3. Caracterizarea fizico-chimică a influentului și efluentului conform NTPA 001

Sursa: Proiect tehnic preliminar al stației de epurare Cugir

Tabelul 4. Gradul de epurare necesar

Sursa: Proiect tehnic preliminar al stației de epurare Cugir

CAPITOLUL VI.

CARACTERIZAREA FIZICO-CHIMICĂ A APELOR UZATE – STUDIU DE CAZ STAȚIA DE EPURARE CUGIR, JUDEȚUL ALBA

Apele uzate rezultate în urma diferitelor activități industriale și de menaj, au o compoziție complexă și diversă, ca urmare a provenienței lor.

Diversitatea de poluanți care se găsesc în aceste ape, precum și modificarea continuă a conținutului acestora, îngreunează uneori procesul de epurare.

Indicatorii de calitate ai apelor uzate pe care i-am urmărit în acest capitol sunt temperatura, pH-ul, CCO-Cr, , materiile totale în suspensie, reziduul fix, concentrația de amoniac, azotați și azotiți, fosforul total și detergenții anionici.

6.1. Determinarea temperaturii

Pentru a determina temperatura, am făcut măsurătorile la fața locului, în scopul evitării posibilelor abateri de la situația reală care poate interveni în timpul manipulării probelor, urmărind instrucțiunile STAS 6324-61. Pentru aceste măsurători am respectat următoarele precizări:

măsurarea am făcut-o în recipientul de prelevare;

pentru măsurare am folosit termometru digital;

înainte de măsurare, am clătit termometrul de câteva ori cu apa din proba care urma să fie măsurată.

Măsurătoarea propriu-zisă am realizat-o prin imersarea termometrului în proba de apă și citirea după aproximativ 20 de secunde. Am efectuat trei citiri (n=3) pe proba prelevată, pentru ca în final să existe o valoare medie a acestui parametru [2].

Tabelul 5. Valorile obținute în urma determinării temperaturii în timp (n=3)

Așa cum se observă în Tabelul 5, valorile obținute experimental pentru parametrul temperatură, se încadrează atât în valoarea maximă admisă de NTPA 001/2002- privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și orășenești la evacuarea în receptorii naturali, precum și în valoarea maximă admisă de A.G.A. Temperatura prezintă o importanță majoră în viața microorganismelor care se găsesc în apa uzată supusă procesului de epurare deoarece influențează activitatea acestora [19].

6.2. Determinarea pH-ului

Cea mai precisă metodă de măsurare a pH-ului este metoda electrometrică. Am efectuat determinările folosind pH-metrul Hanna Instruments (Fig. 19), cu o precizie de 0,01 unități pH (SR ISO 10523/1997).

Metoda electrometrică se bazează pe măsurarea forței electromotoare a unei celule electrometrice care este alcătuită din probă, un electrod de sticlă și un electrod de referință.

pH-ul se poate modifică repede datorită proceselor fizici și biologice ce au loc în proba de apă. De aceea este recomandat să se măsoare pH-ul într-un interval de timp cât mai scurt de la prelevarea probei de apă. Respectând aceste condiții, am masurat pH-ul în laborator, într-un interval de 15 minute de la prelevarea probei, evitând astfel orice schimbarea de temperatură și schimb gazos cu atmosfera [2].

Primul pas în măsurarea pH-ului a fost să etalonez aparatul folosind soluție etalon neutră, deoarece măsurătorile le-am făcut în domeniul neutru. Apoi am spălat electrodul cu apă distilată, l-am șters cu un șervețel pentru a se usca și a nu influența rezultatul și apoi l-am imersat în probă astfel încât să nu atingă pereții vasului. Am agitat soluția și am așteptat să se stabilizeze valoarea pH-ului (Fig. 20), după care am citit valoarea finală [2].

Tabelul 6. Valorile medii obținute în urma determinării pH-ului în cele 8 luni de monitorizare (n=3)

Conform Tabelului 6, valorile pH-ului pentru influent în cele opt luni de monitorizare se încadrează în limitele admise de NTPA 002/2002 – privind condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților și direct în stațiile de epurare [20]. De asemenea, și valoarea pH-ului eflentului se încadrează atât în limitele admise de NTPA 001/2002, cât și în limitele maxime admise de A.G.A [19].

6.3. Determinarea suspensiilor totale

Suspensiile totale reprezintă totalitatea substanțelor insolubile din apă, care pot persista mai mult sau mai puțin timp în suspensie, în funcție de greutatea particulei și care se pot separa prin filtrare, centrifugare sau sedimentare. Particulele foarte ușoare sau substanțele în stare coloidală se mențin practic indefinite în suspensie, găsindu-se într-o continuă mișcare în apă.

Determinarea conținutului total de materii în suspensie (MTS), presupune separarea acestora prin filtrare sau centrifugare, urmată de uscarea și cântărirea reziduului până la masă constantă.

Am măsurat 100 de ml apă de analizat pe care am filtrat-o prin hârtie de filtru. Apoi am pus proba de apă într-o capsulă de porțelan. Am introdus capsula cu proba în etuvă pentru 2 ore la 105° C. După cele 2 ore, am scos capsula și am lăsat-o, pentru 30 de minute, la răcire, în exsicator, apoi am cântărit-o la balanța analitică. Analog am lucrat și pentru cea de-a doua probă cu apă nefiltrată [2]. Rezultatele obținute sunt prezentate în Tabelul 7.

Tabelul 7. Valorile medii obținute pentru materiile totale în suspensie (MTS)

Așa cum se observă din Tabelul 7, valorile obținute pentru influent la parametrul MTS se încadrează în limitele admise de NTPA 002/2002. Tot în acest tabel se poate observa că și concentrația MTS pentru efluent se încadrează în limitele maxime admise de NTPA 001/2002 și de către A.G.A.

6.4. Determinarea regimului de oxigen

6.4.1. Determinarea

Consumul biochimic de oxigen (Biochemical Oxygen Demand- BOD) este un test efectuat la temperatura de 20°C într-un mediu controlat. Durata testului este de 5 zile, acesta măsurând cantitatea de oxigen consumată de bacteriile ce oxidează materia organică într-un eșantion de apă.

Transfer de oxigen la eșantion. Am măsurat un volum de 420 de ml apă de analizat și le-am introdus în fiecare dintre cele șase sticle (în trei dintre ele am pus probă de apă din efluent, iar în celelalte trei, probă din influent). Am pus dopurile la sticle fixându-le cu unsoare de ventil, am adăugat pudră de hidroxid de litiu la fiecare gură de etanșare apoi am fixat sticlele pe instrument și le-am conectat prin capace și tuburi, de senzorii de presiune ai instrumentului. Am selectat intervalul de lucru 0-35 mg/l [14].

Bacteriile folosesc oxigen pentru a oxida materia organică din sticlele eșantionate. Aerul din sticlă, de deasupra eșantionului conține 21% oxigen și completează oxigenul folosit de bacterii. În timpul perioadei de testare, am folosit barele de amestecare care s-au rotit permanent în interiorul fiecarei sticle. Agitarea aceasta are rolul de a ajută transferul de oxigen din aer în eșantion și ajută la stimularea condițiilor naturale [2].

Funcția senzor de presiune. Am închis etanș aparatul BODTrak pentru a nu permite schimbărilor de presiune atmosferică externă să afecteze citirea . Senzorii de presiune au monitorizat presiunea aerului din cadrul sticlelor eșantion, iar când presiunea aerului a scăzut, schimbarea presiunii a fost schimbată în mg/l [14].

Îndepărtarea dioxidului de carbon

Dioxidul de carbon este produs când microorganismele oxidează material organic din eșantion. trebuie să fie îndepărtat din sistem, pentru ca diferența de presiune măsurată să fie proporțională doar cu cantitatea de folosit. Pentru aceasta am folosit cristale de LiOH, pe care le-am introdus în garnitura de etanșare a fiecărei sticle eșantionate înainte de testare, acestea având rolul de a îndepărta [2].

După fixarea eșantioanelor în aparatul BODTrack, le-am introdus în refrigerator, la temperatura de 20°C, timp de 5 zile.

După trecerea celor cinci zile, testul se încheie automat, aparatul afișând pe ecran evoluția concentrației de de-a lungul perioadei de testare, sub forma unor curbe (fig. 27). Dacă testul s-a desfășurat corect, display-ul va afișa o curbă similară cu Curba A (fig. 27). Dacă nu apare o astfel de curbă, una sau mai multe din următoarele probleme e posibil să fi avut loc: scurgerea sticlei, decalaj în timp, cerere mare de oxigen, sau nitrificare. Pentru a evita acest lucru am lucrat cu maximă atenție și am aplicat principiul repetiției, astfel că pentru fiecare probă (influent, efluent) am folosit trei sticle [14].

În urma citirii rezultatelor afișate de BODTrack, am obținut următoarele concentrații ale , concentrații medii detaliate în tabelul 8.

Tabelul 8. Valorile medii obținute în urma determinării în perioada de monitorizare (n=3)

Parametrul CBO5 oferă informații privind încărcătura apei cu substanțe organice biodegradabile, fiind deosebit de important pentru a stabili gradul de poluare al apei. Valorile concentrațiilor consumului biochimic de oxigen pentru influent sunt, în general, mai mici decât valoarea maximă admisă de NTPA 002/2002, excepție făcând lunile ianuarie- aprilie- mai 2017 când concentrația determinată în laborator s-a situat peste această limită impusă [20].

În ceea ce privește efluentul, concentrația CBO5 se încadrează în limitele maxime admise de NTPA 001/2002 și de A.G.A, ceea ce demonstrează eficiența stației de epurare [19].

6.4.2. Determinarea oxidabilității

Determinarea oxidabilității constă în stabilirea cantității de substanță oxidantă consumată pentru oxidarea substanțelor organice conținute într-un anumit volum de apă și exprimată în echivalenți gram oxigen. În funcție de oxidantul utilizat, se disting metodele de determinare a consumului chimic de oxigen (și valorile): CCO-Mn, respectiv CCO-Cr [2].

Metoda CCO-Cr

Metoda CCO-Cr se folosește pentru a afla consumul chimic de oxigen, prin oxidarea în mediul acid (). Acest oxidant este mai puternic, oxidând până la 60-70% din substanțele organice, inclusiv cele nebiodegradabile, față de KMn, care oxidează doar 30-40% din substanțele oxidabile [2].

Principiul metodei

Substanțele organice din apă sunt oxidate de în mediul acid () la cald, iar excesul de este titrat cu sare Mohr în prezență de feroină ca indicator.

Reactivi necesari

soluție 0,25 N: am dizolvat în 100 ml apă bidistilată, 1,2259g uscat în prealabil timp de 2 ore la 105°C;

Sare Mohr soluție 0,12 M: am cântărit 47 g de reactiv, am dizolvat în apă distilată, am adăugat 20 ml și am adus la balon de 1 l cu apă distilată;

Soluție + : am dizolvat 10 g sulfat de argint în 35 ml apă distilată și am adăugat în mai multe reprize 965 ml acid sulfuric. Întreg amestecul l-am lăsat 2 zile pentru dizolvare;

Feroină soluție indicator: am amestecat 1,485 g orto-fenantrolină monohidrat cu 0,695g sulfat feros și am dizolvat în 100 ml apă distilată [2].

Mod de lucru

am introdus – 2 ml probă de analizat;

– 1 ml bicromat de potasiu 0,25 N;

– 3 ml soluție + .

am încălzit la fierbere timp de 2 ore soluțiile în dispozitivul de agitare apoi le-am lăsat să se răcească la temperatura camerei;

am titrat cu sare Mohr [sulfat dublu de fier și amoniu Fe((N)*6O 0,25 N, în prezență de feroină, până la viraj roșu.

în paralel am lucrat cu o probă martor, în condiții identice [2].

Mod de calcul

Am folosit formula:

CCO-Cr (mg /l)= (V-)

unde:

V- volumul soluției de sare Mohr folosit la titrarea martorului (ml);

– volumul soluției de sare Mohr folosit la titrarea probei (ml);

N- normalitatea sării Mohr

Tabelul 9. Valorile medii obținute în urma determinării CCO-Cr (mg/l)

Valorile obținute experimental pentru CCO-Cr, în cele opt luni de monitorizare pentru influent variază între 218.3-352.28 mg O2/l, ceea ce face ca acestea să se încadreze în limita maximă admisă de NTPA 002/2002 și anume 500 mg O2/l. Pentru efluent valorile se încadrează între 23.86- 42.07 mg O2/l, acestea situându-se sub 125 mg O2/l, limită maximă admisă atât de NTPA 001/2002 cât și de A.G.A [19].

6.5. Indicatori privind gradul de mineralizare

6.5.1. Reziduul fix

Reziduul fix (totalitatea substanțelor solide minerale și organice aflate în apă) se determină gravimetric, prin evaporarea apei (la 105°C), până la masă constantă a vasului. Reziduul mineral sau cenușa reprezintă cantitatea de săruri minerale, exprimate în mg/l din apă. Se determină prin calcinare la 550°C a probei care a servit la determinarea reziduului fix. În aceste condiții substanțele de natură organică se descompun și reziduul va conține numai substanțe anorganice nevolatile [2].

Tabelul 10. Valorile medii ale reziduului total (mineral și organic)

În ceea ce privește indicatorul reziduul fix, de menționat că aceasta nu se normează pentru influent. În Tabelul 10 se poate observa că valorile reziduului fix pentru efluent nu depășesc valorile maxime admise de NTPA 001/2002 și nici pe cele impuse de A.G.A, acestea situându-se cu mult sub valoarea maximă admisă [19].

6.6. Determinarea regimului de nutrienți

6.6.1. Determinarea ionului amoniu

Pentru determinarea ionului amoniu am folosit Fotomultiparametrul Hanna C 205 din dotarea laboratorului din cadrul Facultății Științe Agricole, Industrie Alimentară și Protecția Mediului din Sibiu. Ca sursă de lumină am folosit lampa de tungsten cu filtru îngust de interferență, la lungimea de undă de 420 nm. Metoda folosită este o adaptare a metodei ASTM – Manualul Apelor și Tehnologiei Mediului – metoda Nessler. Reacția dintre ammoniac și reactivi conduce la nuanțarea în galben a soluției. Am folosit reactivii specifici ai aparatului pentru determinarea amoniacului [2].

Etapele aplicării metodei au fost următoarele:

am introdus un volum de 10 ml apă de analizat în cuva aparatului;

am introdus cuva în soclul aparatului, asigurându-mă că aceasta este curată și nu prezintă zgârieturi;

am apăsat tasta zero, iar display-ul aparatului a indicat ,,SIP” preț de câteva secunde;

în momentul în care display-ul a indicat ,,-0.0-“, aparatul era gata pentru măsurătoare;

am adăugat cei doi reactivi, conform indicațiilor manualului de folosire al fotomultiparametrului;

după trecerea celor 3’30’’ dispay-ul aparatului a indicat direct concentrația N-N.

Pentru a transforma N-N în N- am înmulțit coeficientul cu 1,285 [2].

Valorile obținute pentru cele două probe sunt prezentate în tabelul 11.

Tabelul 11. Valorile obținute în urma determinării N- (mg/l)

Conform Tabelului 11 se poate observa că valorile N-NH4+ pentru influent se încadrează, în general, în limitele impuse de NTPA 002/2002, cu excepția lunilor octombrie-decembrie 2016 și ianuarie-martie-aprilie-mai 2017, când aceasta depășește limitele impuse [20].

Concentrația N-NH4+ pentru efluent se încadrează în limitele impuse de NTPA 001/2002 dar, în lunile decembrie 2016, februarie și aprilie 2017 acestea depășesc limita maximă admisă de către A.G.A [19].

6.6.2. Determinare azotiților

Pentru a determina concentrația N- am folosit Spectofotometrul Boeco S22 UV/VIS. Azotiții reacționează cu acidul sulfanilic în mediu puternic acid, formând compuși de diazoniu, care apoi se cuplează la pH= 2.0 – 2.5 cu α- naftilamină, rezultând un colorant azoic, roșu purpuriu, colorimetrabil la λ= 520 nm (STAS 3048/2-77) [2].

Reactivi necesari

acid sulfanilic, soluție: am dizolvat 1,6 g acid sulfanilic (acid 4-amino-benzensulfonic) în 100 ml acid acetic 30%;

clorhidrat de α-naftilamină: am dizolvat 0,60 g clorhidrat de α-naftilamină în puțină apă bidistilată la care am adăugat 1 ml HCl (d= 1,19) și apoi am diluat până la 100 ml cu apă bidistilată. Soluția a fost păstrată la rece și filtrată înainte de folosire.

Soluții etalon pentru azotiți:

Soluție etalon de rezervă: am cântărit la balanța analitică 0,15 g azotit de sodiu și am dizolvat în apă bidistilată, apoi soluția am trecut-o într-un balon cotat de 100 ml și am adus-o la semn cu apă bidistilată. Am agitat soluția pentru omogenizare, după care am adăugat 1 ml de chloroform, apoi am pus-o la rece. Soluția astfel realizată este stabilă maxim o săptămână.

1 ml soluție etalon de rezervă conține 1 mg NO2-

Soluție etalon I, de lucru: am măsurat 1 ml soluție etalon de rezervă și am trecut-o într-un balon cotat de 100 ml, după care am adus la semn cu apă bidistilată. Am agitat soluția pentru omogenizare și, după ce am adăugat 1 ml cloroform, am păstrat la rece. Soluția este stabilă maxim o săptămână.

1 ml soluție etalon I de lucru conține 0,01 mg NO2-

Într-o eprubetă am introdus 10 ml apă de analizat. Am adăugat 0,5 ml acid sulfanilic și am agitat bine. Am adăugat apoi 0,5 ml soluție de clorhidrat de α-naftilamină. Proba am lăsat-o să stea la întuneric timp de 30 minute, pentru dezvoltarea culorii.

După dezvoltarea culorii, am trecut probele în cuve și am citit extincția culorii acestora la λ= 520 nm, cu ajutorul aparatului fotospectometru Boeco S22 UV/VIS (Fig. 38) [2].

Tabelul 12. Valorile obținute în urma determinării N-NO2- de-a lungul perioadei de monitorizare.

Azotiții prezintă un efect toxic asupra viețuitoarelor acvatice de aceea este important ca aceștia să ajungă în emisar într-o concentrație cât mai mică. Conform rezultatelor prezentate în Tabelul 12 se poate observa că pentru influent valoarea N-NO2- nu se normează. Pentru efluent, se observă că valorile concentrației de azotiți se încadrează atât în limitele maxime admise de NTPA 001/2002, cât și în cele admise de A.G.A [19].

6.6.3. Determinarea azotaților

Pentru determinarea azotaților am folosit Fotomultiparametrul Hanna C205 și am lucrat pe domeniul de concentrație 0,0-30 mg/l, existând o acuratețe a rezultatelor de 0,5 mg/l, 10% citire (conform manualului de utilizare al aparatului Hanna C205). Ca și sursă de lumină aparatul folosește lampa de tungsten cu filtru pentru banda de interferență cu lungimea de undă de 525 nm. Metoda folosită este o adaptare după Metoda de Reducere a Cadmiului. Reacția dintre NO3- și reactivul specific care conține acid sulfanilic și pudră de mercur, duce la o colorație galben- portocalie a probei de analizat [2].

Etapele metodei:

am introdus un volum de 6 ml apă de analizat în cuva aparatului;

am introdus cuva în soclul aparatului, asigurându-mă că aceasta este curată și nu prezintă zgârieturi;

am apăsat tasta zero, iar display-ul aparatului a indicat ,, SIP’’ preț de câteva secunde;

în momentul în care aparatul a indicat ,,-0.0-’’, aparatul este gata pentru măsurătoare;

am adăugat reactivul conform indicațiilor manualului de folosire al fotomultiparametrului și am apăsat tasta ,, READ”;

după trecerea celor 4’30” aparatul a afișat pe display concentrația NO3- mg/l.

Tabelul 13. Valorile obținute în urma determinării N-NO3- (mg/l)

Azotații reprezintă nutrienții principali ai plantelor acvatice, care la rândul lor sunt consumate de viețuitoarele ce alcătuiesc fauna acvatică. În aceste condiții, azotații trebuie să fie într-o cantitate suficientă pentru susținerea vieții, dar să nu depășească o anumită concentrație, deoarece devin toxici. Astfel se poate observa că, pentru influent nu se normează concentrația de azotați iar, pentru efluent, valorile obținute în urma analizelor din laborator se se încadrează atât în limitele maxime admise de NTPA 001/2002, cât și de către A.G.A [19].

6.6.4. Determinarea fosforului total

Un alt nutrient cu rol esențial în funcționarea ecosistemelor este fosforul. În apele de suprafață, fosforul se găsește sub formă de fosfor organic, de PO43- dizolvat și de fosfor fixat pe particule aluvionare. Fosforul este mai puțin mobil decât azotul. Fosforul direct asimilabil de către vegetația acvatică se găsește sub formă de fosfați (PO43-). După moartea organismelor fitoplanctonice, 20-25% din fosforul total este eliberat sub formă anorganică, iar 30-40% sub forma organică [2].

Concentrația fosforului în apă depinde de concentrația substanțelor organice, de temperatura și intensitatea activității bacteriene. Apele uzate încărcate cu substanțe organice cresc nivelul fosforului, mărind riscul de eutrofizare. Există două surse antropice majore de fosfor: apele uzate menajere încărcate cu detergenți și substanțe organice (ape fecaloide) și dejecțiile animaliere de la fermele zootehnice [4].

Rezultatele obținute sunt prezentate în Tabelul 14:

Tabelul 14. Valorile obținute în urma determinării fosforului total (n=3)

În urma analizelor efectuate în laborator, se poate observa în Tabelul 14 faptul că nivelul concentrației de fosfor pentru influent este situat sub limita maximă admisă de NTPA 002/2002, cu excepția lunii ianuarie 2017, când valoarea concentrației de fosfor a fost de 8.63 mg/l. Pentru efluent, se observă că valoarea concentrației de fosfor total se încadrează în limitele maxime admise de NTPA 001/2002 și de către A.G.A [19].

6.7. Determinarea detergenților anionici

Detergenții sunt substanțe tensioactive care apar în apă numai datorită poluării. Structura lor moleculară cuprinde două grupări: una hidrofobă și una hidrofilă.

După modelul de disociere în apă, detergenții pot fi:

anionici: gruparea hidrofilă are caracter acid, proprietățile tensioactive fiind conferite de anionul rezultat în urma hidrolizei;

cationici: gruparea hidrofilă, tensioactivă, are caracter bazic;

amfolitici: gruparea hidrofilă are caracter mixt, acid și bazic;

neionici, care nu disociază în apă.

Efectele toxice ale detergenților se pot manifesta direct, în special asupra vegetației și faunei acvatice, sau indirect, prin potențarea acțiunii nocive a altor substanțe toxice [2].

Principiul dozării

Detergenții anionici formează cu albastrul de metilen, în mediu acid, un complex albastru, solubil în cloroform, colorimetrabil.

Mod de lucru

Am luat două probe de câte 50 de ml apă de analizat, atât din influent cât și din efluent, și i-am introdus în pâlnii de separare de 250 ml. Am adăugat în fiecare probă 5 ml de soluție tampon de fosfat disodic, 2.5 ml soluție neutră de albastru de metilen și 7.5 ml cloroform. Apoi am agitat bine timp de 1 minut și am lăsat să se separe straturile [2]. Rezultatele le-am citit la aparatul Boeco S22 UV/VIS și sunt prezentate în tabelul 15.

Tabelul 15. Valorile obținute în urma determinării detergenților anionici (mg/l)

Conform Tabelului 15, rezultatele obținute în urma analizelor de laborator pentru influent se încadrează în limitele admise de NTPA 002/2002. La fel, și cele obținute pentru efluent, se încadrează în limitele maxime admise de NTPA 001/2002 și de către A.G.A, ceea ce sugerează că nu există pericolul poluării apei râului Cugir cu detergenți.

CAPITOLUL VII.

INTERPRETAREA REZULTATELOR

În urma determinărilor parametrilor fizico-chimici de calitate a apei efectuate în laborator, am centralizat toate rezultatele obținute pentru influent (Tabelul 16) și pentru efluent (Tabelul 17) și le-am comparat spre încadrare în limitele maxime admise cu Normativele în vigoare, după cum urmează:

pentru efluent s-a urmărit încadrarea valorilor în maximele admise de NTPA 001/2002- privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și orășenești la evacuarea în receptorii naturali și valorile maxime admise de Autorizația de Gospodărire a Apelor (A.G.A) Nr. AB 32/Feb/2014;

pentru influent s-a urmărit încadrarea valorilor în maximele admise de NTPA 002/2002 – privind condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților și direct în stațiile de epurare.

Tabelul 16. Rezultatele obținute pentru influent și limitele maxime admise de NTPA 002/2002

Tabelul 17. Rezultatele obținute pentru efluent și limitele maxime admise de NTPA 001/2002 și de Autorizația de Gospodărire a Apelor Nr. AB 32/Feb/2014

Zona orașului Cugir este una moderat populată, dar cu factor de poluare ridicat datorită fabricilor din localitate care activează în domeniul industriei alimentare, industria constructoare de mașini și cea metalurgică, astfel că am considerat necesară studierea impactului deversării apei uzate urbane în emisarul natural, râul Cugir. În acest sens am monitorizat timp de opt luni cei mai importanți parametrii fizico-chimici, atât ai apei uzate brute, cât și a apei uzate epurate, pentru a cunoaște eficiența stației de epurare și a vedea ce impact are apa uzată epurată asupra emisarului natural.

Valorile obținute experimental le-am comparat cu valorile maxime admise de Normativul 001 din 2002 privind limitele de încărcare a apelor uzate orășenești care urmează să fie deversate într-un receptor natural și cu valorile maxime admise de Normativul 002 din 2002 care prevede condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare și direct în stațiile de epurare.

Temperatura apei: Variațiile acesteia (Fig. 18) se explică prin directa dependență față de variațiile temperaturii atmosferice sezonire. Astfel în lunile de iarnă, se observă o scădere a valorii temperaturii față de lunile de toamnă și primăvară. Deși în lunile martie și aprilie ar fi trebuit să existe o creștere accentuată a valorii temperaturii, acest lucru nu s-a întâmplat datorită temperaturilor atmosferice scăzute din primăvara anului 2017. Se observă astfel că valorile parametrului fizic, temperatura, se încadrează în limitele maxime admise de NTPA 001/2002 și de către A.G.A.

pH-ul: Valoriile pH-ului (Fig. 21) înregistrate pentru influent, sunt cuprinse între 7.53-7.90 încadrându-se astfel în intervalul 6,5-8,5 normat de NTPA 002/2002. Și în cazul efluentului, valorile pH-ului se încadrează în limitele impuse de NTPA 001/2002 și de A.G.A, fiind cuprinse între 6.91-7.62.

MTS: În Fig. 22, pentru influent se observă o concentrație ridicată de materii în suspensie în luna aprilie a anului 2017, datorită unui grad de poluare mai ridicat cu suspensii insolubile decât de obicei și datorită precipitațiilor abundente. Totuși, valorile MTS se încadrează în limitele maxime admise de NTPA 002/2002.Pentru efluent, se observă că și acesta se încadrează în limita impusă de NTPA 001/2002 și de către A.G.A, de maxim 35 mg/l materii în suspensie pentru apele evacuate din stație.

CBO5 (Fig. 28) oferă informații privind încărcătura biologică a apei. Valoarea cea mai mare pentru influent a fost de 387.58 mg O2/l înregistrată în luna mai 2017, urmată în ordine descrescătoare de luna aprilie a aceluiași an, când concentrația acestui parametru a atins o valoare de 338.32 mg O2/l și de luna ianuarie când CBO5 a avut o valoare de 316.11 mg O2/l . În general, valorile obținute în urma analizelor de laborator se încadrează în maximele impuse de NTPA 002/2002, cu excepția lunilor precizate anterior. De asemenea, valorile CBO5 obținute în urma analizelor pentru probele din efluent, se încadrează în valorile admise de NTPA 001/2002 și în cele impuse de A.G.A, maximul obținut fiind de 6.23 mg O2/l obținut în luna mai 2017.

CCO-Cr (Fig. 33) exprimă consumul chimic de oxigen, prin oxidarea în mediul acid (). Pentru influent, valoarea cea mai ridicată, de 352.28 mg O2/l este înregistrată în luna octombire 2016, iar cea mai mică (218.30 mg O2/l) în luna decembrie a aceluiași an. În ansamblu, atât din Tabelul 16, cât și din Fig. 33, se poate observa că valorile acestui parametru se situează sub valorile impuse de NTPA 002/2002. Pentru efluent, valoarea cea mai mare a fost înregistrată în luna decembrie 2016 (42.07 mg O2/l), iar cea mai mică în luna aprilie 2017 (23.86 mg O2/l). Cu toate acestea, apele evacuate se încadrează în limitele NTPA 001/2002 și A.G.A (125 mg O2/l) în ceea ce privește concentrația CCO-Cr.

Rezultatele experimentale obținute pentru reziduu fix (Fig. 36), pe toată perioada de monitorizare, pe proba de analizat din influent, nu au o valoare foarte mare, cea mai mică fiind de 430 mg/l și a fost înregistrată în luna octombrie 2016, iar cea mai mare, în luna decembrie a aceluiași an (600 mg/l). Cu toate acestea, valorile reziduului fix nu se normează. Pentru efluent, valoarea cea mai mică a reziduului fix a fost obținută în luna mai 2017 (319 mg/l), iar cea mai mare, în luna aprilie a aceluiași an (401 mg/l). Totuși, rezultatele experimentale se încadrează atât în limitele impuse de NTPA 001/2002 unde valoarea este de 2000 mg/l, cât și în cele impuse de A.G.A, unde limita maximă este de 1000 mg/l.

Conținutul în N-NH4 (mg/l) (Fig. 37) determinat pe probele de apă prelevate din influent este cuprins în intervalul 24.63-41.70 mg/l. Limita maximă admisă de NTPA 002/2002 pentru acest parametru este de 30 mg/l. Conform Fig. 37 și a Tabelului 16, se observă că rezultatele obținute experimental în cele mai multe luni (octombrie 2016, decembrie 2016, ianuarie 2017, martie 2017, aprilie 2017, mai 2017) depășesc această limită, excepție făcând doar lunile noiembrie 2016 și februatie 2017, când valorile se încadrează în maximul impus. Valorile probelor de apă prelevate din efluent sunt cuprinse între 0.61-1.58 încadrându-se astfel în limitele impuse de NTPA 001/2002. În ceea ce privește limita impusă de A.G.A, aceasta este de doar 1 mg/l, ceea ce face ca lunile decembrie 2016, februarie 2017 și aprilie 2017, când valoarea obținută depășește acest prag, să nu se încadreze în aceste limite.

Valorile N-NO2 (Fig.39) pentru influent nu se normează, iar pentru efluent s-au situat sub valorile maxime normate de NTPA 001/2002 (1 mg/l) și cele impuse de A.G.A.

Nici valorile parametrului N-NO3 (Fig. 40) pentru influent nu se normează, iar cele obținute pentru efluent s-au situat sub valorile maxime normate de NTPA 001/2002 și cele impuse de A.G.A.

Pentru fosforul total (Fig. 42) se observă că, pe toată durata de monitorizare a acestuia, rezultatele experimentale obținute pentru proba prelevată din efluent s-au încadrat în limitee impuse de NTPA 002/2002, cu excepția lunii ianuarie 2017 când acesta a avut o valoare de 8.63 mg/l, depășind astfel limita impusă (5 mg/l). Pentru efluent valorile determinate se încadrează atât în valorile normate de NTPA 001/2002, cât și în cele impuse de A.G.A.

Detergenții (Fig. 43) monitorizați în aceste opt luni de studiu atât pentru influent, cât și pentru efluent se situează sub limitele normate de NTPA 002/2002 (25 mg/l), NTPA 001/2002 (0.5 mg/l) și de către A.G.A (1 mg/l), cu toate că firmele din localitate folosesc o cantitate mare de detergenți folosiți la spălarea echipamentelor.

CONCLUZII

În urma analizelor efectuate în cele 8 luni de monitorizare se poate observa că, o stație de epurare a apelor uzate orășenești este extrem de utilă pentru un oraș în care industria este într-o continuă dezvoltare.

Cu toate că în unele luni, influentul avea în compoziția sa o concentrație mult prea mare de poluanți, cu ajutorul proceselor de tratare din cadrul stației de epurare, acestea au fost diminuate pentru a se încadra în limitele impuse de NTPA 001/2002, care vizează condițiile de calitate în ceea ce privește apele evacuate.

Stația de epurare a funcționat în parametrii optimi, cu toate că, pe parcursul lunilor de iarnă (decembrie, ianuarie, februarie) s-au înregistrat temperaturi extrem de scăzute și apa din cadrul reactoarelor biologice, unde microorganismele își desfășoară activitatea avea temperaturi uneori negative. Viața microorganismelor este puternic influențată de temperatura apei deoarece sub limita de 5-8° C activitatea acestora încetează, fiind imposibilă astfel o epurare biologică corespunzătoare a apei uzate. De asemenea, și în lunile de primăvara, când s-a înregistrat un regim de precipitații mai ridicat, stația a funcționat la capacitatea optimă la care a fost proiectată.

În urma proceselor de epurare care au loc în stație, precum și în urma analizelor efectuate pe parametrii monitorizați în stație, se poate observa faptul că, activitatea stației de epurare are un impact pozitiv asupra mediului înconjurător, dar în special asupra emisarului, deoarece concentrațiile de poluanți din apa evacuată se încadrează în limitele impuse de legislația în vigoare.

Fiind tratată corespunzător și odată ajunsă în emisar, între efluent și apa receptorului natural se creează o diluție pe distanțe relativ scurte, ceea ce conduce la scăderea gradului de poluare a emisarului și la o dezvoltare normală a vegetației și faunei acvatice.

În concluzie, apele uzate devarsate în râul Cugir de către Stația de epurare Cugir, județul Alba, corespund normelor impuse de NTPA 001/2002, ceea ce dovedește faptul că nu prezintă nici un pericol pentru mediul înconjurător și pentru sănătatea umană.

BIBLIOGRAFIE

ANDRONE, I., Epurarea apelor uzate industriale, vol. II, Ed. Tehnică, București, 1989

BARBU, C.H., PAVEL, P.B., Hidrochimie, Îndrumar de laborator, 2015

BOTNARIUC, N. VADINEANU A., Ecologie, Ed. Didactică și Pedagogică, București, 1982

Codul de bune practici agricole pentru protecția apelor împotriva poluării cu nitrați din surse agricole, Controlul integrat al poluării cu nutrienți, Ministerul Mediului, Apelor și Pădurilor, 2015

DIMA, M., Epurarea apelor uzate urbane, Ed. Tehnopress, Iași 2005

DIMA, M., Proiectarea stațiilor de epurare, Lito I.P. Iași, 1981

IONESCU, Gh. C-tin., Sisteme de epurare a apelor uzate, Ed, Matrix Rom, București, 2010

NEGULESCU, M., Protecția calității apelor, Ed. Tehnică, București, 1982

NEGULESCU, M., SECARĂ, E., Exploatarea stațiilor de epurare a apelor uzate orășenești, Ed. Agrotehnică, București, 1977

OPREAN L., Apa- resursa fundamentală a dezvoltării durabile, Metode și tehnici neconvenționale de epurare și tratare a apei, Volumul I, Ed. Academiei Române, București, 2012

POPA, D., Raport de cercetare- Cercetări experimentale privind monitorizarea gradului de poluare a apelor uzate, conducător științific, prof. dr. biol. Letiția Oprean, USAMV, Cluj- Napoca, 2009

ROJANSCHI, V., OGNEAN, T., Cartea operatorului din stații de epurare a apelor uzate, Ed. Tehnică, București, 1997

STOIANOVICI, Ș., ROBESCU, D., Procedee și echipamente mecanice pentru tratarea și epurarea apei, Ed. Tehnică, București, 1982

Manual de utilizare BOD Track, Hach Company, 1995-1998

Manual de utilizare Hanna C 205

*** Instrucțiuni tehnice Stație de epurare Cugir

*** Manualul de operare al stației de epurare Cugir

*** Proiect tehnic preliminar al stației de epurare Cugir

*** Normativ din 28 februarie 2002 privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și orășenești la evacuarea în receptorii naturali, NTPA 001/2002.

*** Normativ din 28 februarie 2002 privind conditiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților și direct în stațiile de epurare, NTPA-002/2002, Publicat în Monitorul Oficial, Partea I nr. 187 din 20 martie 2002, https://pierderideapa.files.wordpress.com/2015/07/ntpa-002-28-02-2002.pdf

***WASTEnet – O rețea informatională pentru zona Mării Negre de promovare a sistemelor integrate naturale de tratare a Apelor Uzate, Studiu de evaluare a sistemelor naturale de tratare pentru managementul apelor uzate din comunitățile rurale, Programul Operațional Comun Bazinul Mării Negre 2007-2013, https://eco-tiras.org/docs/2015/WASTE-net_1%20var.pdf

***Situația în România a apelor uzate urbane și a nămolului provenit din stațiile de epurare – broșură pentru public, http://www.rowater.ro/test/brosura-ape-uzate-pentru-public-2012.pdf

***Proiectul de reglementare tehnică "Normativ privind proiectarea, execuția și exploatarea sistemelor de alimentare cu apă și canalizare a localităților. Indicativ NP 133–2011”, http://www.mdrap.ro/userfiles/consultari_publice/24_04_13/act_09.pdf