ȘCOALA DOCTORAL Ă INTERDISCIPLINAR Ă Facultatea: Alimenta ție și Turism Ing. Daniela Z ĂRNOIANU TEZĂ DE DOCTORAT Conducător științific Prof. dr. ing…. [607843]

ȘCOALA DOCTORAL Ă INTERDISCIPLINAR Ă
Facultatea: Alimenta ție și Turism

Ing. Daniela Z ĂRNOIANU

TEZĂ DE DOCTORAT

Conducător științific
Prof. dr. ing. Simion POPESCU

BRAȘOV, 2019

Investe ște în oameni!
FONDUL SOCIAL EUROPEAN
Axa prioritar ă: 1 „Educa ția și formarea profesional ă în sprijinul cre șterii economice și dezvolt ării societ ății bazate pe cunoa ștere”
Domeniul major de interven ție: 1.5 „Programe doctorale și postdoctorale în sprijinul cercet ării”
Titlul proiectului: “Cre șterea atractiv ității și performan ței programelor de formare doctoral ă și postdoctoral ă pentru cercetători în științe inginere ști –
ATRACTING”
Cod Contract: POSDRU/159/1.5/S/137070
Beneficiar: Universitatea Politehnica Timi șoara
Partener : Universitatea Transilvania din Brașov

Ing. Daniela Z ĂRNOIANU

TEZĂ DE DOCTORAT
Contribu ții la cercetarea teoretic ă și experimental ă a
proceselor de epurare a apelor industriale uzate prin
sedimentare și filtrare

Contributions to theoretical and experimental
research on treatment of industrial wastewater by
sedimentation and filtration

Domeniul de doctorat: Inginerie Mecanic ă
Comisia de analiz ă a tezei:
PREȘEDINTE: Prof. dr. ing. Csatlos Carol
Decan Facultatea de Alimenta ție și Turism
Universitatea Transilvani a din Brașov

CONDU CĂTOR ȘTIINȚȚIFIC: Prof. dr. ing. Popescu Simion
Universitatea Transilvania din Bra șov

REFEREN ȚI: – Prof. dr. ing. Țenu Ioan
Universitatea de Științe Agricole și Medicin ă
Veterinar ă, Iași

– Prof. dr. ing. Voicu Gheorghe
Universitatea Politehnica, B ucurești

– Prof. dr. ing. Rus Florean
Universitatea Transilvania din Bra șov

1
CUPRINS

PREFA ȚĂ 5 5

CAP. 1. ASPECTE GENERALE PRIVIND EPURAREA APELOR
INDUSTRIALE UZATE 7 5
1.1. Surse de uzare a apelor în industrie 7
1.2. Propriet ățile de baz ă ale apelor uzate 9
1.3. Reglement ările actuale din domeniul epurării apelor uzate 11
1.4. Procedee de epurare a apelor uzate 12
1.4.1. Procedee generale de epurare 12
1.4.2. Procedee avansate de epurare 16

CAP. 2. CONSTRUC ȚIA ECHIPAMENTELOR DE SEPARARE PRIN
SEDIMENT ARE ȘI FILTRARE A IMPURIT ĂȚILORDIN APELE UZATE 20
2.1. Aspecte generale 20
2.2. Construc ția și utilizarea echipamentelor pentru separarea prin
sedimentare 21
2.2.1. Procesul de lucru al echipamentelor de separare prin
sedimentare 21
2.2.2. Construc ția și utilizarea decantoarelor 24
2.2.3. Decantoare de construc ție special ă 33
2.2.4. Concluzii privind separarea prin sedimentare 36
2.3. C onstruc ția și utilizarea echipamentelor pentru separarea prin filtrare 36
2.3.1. Procesele de lucru al echipamentelor de separare prin filtrare 36
2.3.2. Materiale filtrante folosite la construc ția filtrelor 38
2.3.3. Construc ția și utilizarea fi ltrelor tangen țiale 42
2.3.4. Regenerarea structurii mediilor filtrante 45
2.3.5. Concluzii privind separarea prin filtrare 48

CAP: 3. STADIUL ACTUAL AL CERCET ĂRILOR PRIVIND SEPARAREA
PRIN SEDIMENTARE ȘI FILTRARE. OBIECTIVELE LUCR ĂRII DE
DOCTORAT 50
3.1. Stadiul actual al cercet ărilor privind procesel e de separare prin sedimentare 50
3.2. Stadiul actual al cercet ărilor privind proceselor de separare prin filtrare 55
3.3. Obiectivele lucr ării de doctorat 62

CAP: 4. CERCE TĂRI TEORETICE PRIVIND PROCESELE DE SEPARARE
PRIN SEDIMENTARE ȘI FILTRAR A APELOR UZATE 65
4.1. Cercet ări teoretice privind procesul de epurare a apelor uzate prin
separare prin sedimentare 65
4.1.1. Considera ții generale privind procesul de sep arare prin
sedimentare 65
4.1.2. Determinarea analitic ă a vitezei de sedimentare a particulelor 69
4.1.3. Determinarea grafic ă a vitezei de sedimentare a particulelor 75
4.1.4. Influen ța deplas ării mediului asupra procesului de sedimentare 78
4.1.5. Factorii care influen țează vitezele de sedimentare 81
4.1.6. Elemente de baz ă privind dimensionarea decantoarelor 83
4.1.7. Concluzii privind cercetarea teoretic ă a procesului de
separare prin decantare 86

2
4.2. Cercet ări teoretice privin d procesele de separare prin filtrare 88
4.2.1. Aspecte generale privind procesele de separare prin filtrare 88
4.2.2. Modelarea fizic ă și matematic ă a proceselor de filtrare 90
4.2.3. Factorii care influen țează opera ția de filtrare 98
4.2.4. Concluzii privind cercetarea teoretic ă a proceselor
de separare prin filtrare 100

CAP: 5. CERCET ĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND PROCESELOR DE
SEDIMENTARE ȘI FILTRARE A APELOR INDUSTRIALE UZATE 102
5.1. Cercetarea experimental ă a proceselor de sedimenta re în decantoare
verticale 102
5.1.1. Obiectivele și metodologia cercet ării experimentale
a proceselor de decantare 102
5.1.2. Cercetarea experimental ă a sistemelor de sedimentare în
decantoare verticale . Analiza rezultatelor 104
5.2. Cercetarea experimental ă a proceselor de filtrare cu filtre tangen țiale 130
5.2.1. Obiectivele și metodologia cercet ării experimentale 130
5.2.2. Cercetarea experimental ă a sistemelor de filtrare . Analiza
rezultatelor 133

CAP. 6. CON CLUZII FINALE, CONTRIBUTII ORIGINALE SI DIRECTII
VIITOARE DE CERCETARE 149
6. 1. Concluzii privind procesele de separare a impurit ăților
din apele uzate 149
6.2. Concluzii privind cercetarea teoretic ă a proceselor de separare
prin deca ntare și filtrare 150
6.3. Concluzii privind cercetarea experimental ă a proceselor de separare
prin decantare și filtrare a apelor industriale uzate 152
6.4. Contribuții originale ale lucr ării de doctorat 154
6.5. Direcții viitoare de ce rcetare 155

BIBLIOGRAFIE 156
ANNEXE 165
Anexa 1 . Detalii constructive decantoare 166
Anexa 2 . Detalii constructive filtre tangen țiale 168

3

CONTENT

PREFACE 5

CAP. 1. GENERAL ASPECTS CONCERNING T HE TREATMENT
OF INDUSTRIAL WASTEWATER 7
1.1. Sources of industrial wastewater 7
1. 2. Fundamental properties of wastewater 9
1.3. Current wastewater treatment regulations 11
1.4. Wastewater treatment procedures 12
1.4.1. General wastewater treatment procedures 12
1.4.2. Advanced wastewater treatment procedures 16

CAP. 2. CONSTRUCTION OF SEPARATION EQUIPMENT OF iMPURITIES
FROM INDUSTRIAL WASTEWATER BY SEDIMENTATION AND
FILTRATION 20
2.1. General aspec ts 20
2.2. Construction and utilisation of equipment for separation by sedimentation 21
2.2.1. Working process of equipment for separation by sedimentation 21
2.2.2. Construction and utilisation of decanters 24
2.2.3. Special construct ions of decanters 33
2.2.4. Conclusions concerning separation by sedimentation 36
2.3. Construction and utilisation of equipment for separation by filtration 36
2. 3.1. Working process of equipment for separation by filtration 36
2.3.2. Filtr ation materials used in filter construction 38
2.3.3. Construction and utilisation of tangential flow filters 42
2.3.4. Regeneration of the structure of filtration media 45
2.3. 5. Conclusions concerning separation by filtration 48

CAP. 3. CURRENT STATE OF RESEARCH CONCERNING SEPARATION
BY SEDIMENTATION AND FILTRATION. OBJECTIVES OF THE DOCTORAL
THESIS 50
3.1. Current state of research on separation p rocesses by sedimentation 50
3. 2. Current state of research on separatio n processes by filtration 55
3.3. Objectives of the doctoral thesis 62

CAP. 4. THEORETICAL RESEARCH ON THE TREATMENT OF
INDUSTRIAL WASTEWATER BY SEDIMENTATION AND FILTRATION 65
4.1. Theoretical research concerning the wastewater treatment process
by separation by sedimentation 65
4.1.1. General considerations concerning the separation
process by sedimentation 65
4.1.2. Analytical determination of the particle sedimentation rate 69
4.1.3. Graphical determination of the particle sedim entation rate 75
4.1.4. Influence of medium displacement on the sedimentation process 78
4.1.5. Factors that influence sedimentation rates 81
4.1.6. Basic elements concerning design and dimen sioning of decanters 83
4.1.7. Conclusions of the theoreti cal research concerning separation
by sedimentation 86
4.2. Theoretical research concerning separation processes by filtration 88

4
4.2.1. General aspects concerning separation processes by filtration 88
4.2.2. Physical and mathematical modelli ng of filtration processes 90
4.2. 3. Influencing factors of the filtration process 98
4.2.4. Conclusions of the theoretical research concerning the separation
processes by filtration 100

CAP. 5. EXPERIMENTAL RESEARCH CONCERNING THE SEDIMENTA TION
AND FILTRATION PROCESSES OF INDUSTRIAL WASTEWATER 102
5.1. Experimental research on the sedimentation processes
in vertical decanters 102
5.1.1. Objectives and methodology of the experimental
research 102
5.1.2. Experimental re search of the sedimentation systems in
vertical decanters 104
5.2. Experimental research on the filtration processes using tangential
flow filters 130
5.2.1. Objectives and methodology of the experimental research 130
5.2.2. Experimental research of the filtration systems 133

CAP. 6. FINAL CONCLUSIONS, ORIGINAL CONTRIBUTIONS AND
FUTURE DIRECTIONS OF RESEARCH 149
6.1. Conclusions concerning the separation processes of impurities
from wastewater 149
6.2. Conc lusions concerning the theoretical research of the mechanical
separation processes by decanting and filtration 150
6.3. Conclusions concerning the experimental research of the separation
processes by decanting and filtration of industrial wastewater 152
6.4. Original contributions put forward by the doctoral thesis 155
6.5. Future directions of research 156

BIBLIOGRAPHY 157

ANNEXES 165
Annex 1 . Constructi ve details of vertical decanters 166
Annex 2 . Constructi ve details of tangen țial filters 168

5
PREFA ȚĂ

Din punct de vedere fizic, apele industriale uzate reprezint ă amestecuri eterogene
bifazate de tip solid – lichid formate din ap ă și impurit ăți. Epurarea apelor industriale uzate
este un proc es tehno logic care const ă în îndep ărtarea prin separare a impurit ăților și
poluan ților din ap ă, în scopul protec ției mediului înconjur ător (aer, sol, emisar etc.).
Tehnologia de epurare implică aplicarea unor trepte succesive de separare,
mecanice ( sedimen tare, filtrare), chimice și biologice, care presupun utilizarea unor
tehnici moderne și performante.

În lucrarea elaborat ă ca tez ă de doctorat s -au tratat aspectele de baz ă privind
procesele de epurare a apelor uzate, prin abordarea unor studii teoretice și experimentale
referitoare la dou ă procedee cunoscute de separare mecanic ă a impurit ăților: sedimentare
(decantarea) și filtrare. Abordarea acestei teme urmărește completarea literaturii de
specialitate din domeniu, prin oferirea unor rezultate ob ținute prin cercet ări teoretice și
experimentale, care s ă conduc ă atât la elaborarea unor tehnologii moderne cât și la
perfec ționarea p erformanțelor utilajelor și echipamentelor de separare.

Teza de doctorat elaborat ă este structurat ă în 6 capitole (ultimul r eprezint ă concluziile
finale) și cuprinde o list ă bibliografic ă cu 175 titluri cu lucr ări reprezentative publicate în
domeniu, dintre care 7 lucr ări apar țin autorului tezei.
În Cap. 1 , intitulat „ Aspecte generale privind epurarea apelor industriale uzate ” sunt
prezentate, sintetic, elemente semnificative privind s ursele de uzare și propriet ățile de baz ă ale
apelor industriale uzate . Se eviden țiază unele aspecte referitoare la reglement ările actuale pe
plan interna țional și național, privind epurarea apelo r uzate. În final se prezint ă, informativ, o
procedeele generale și specifice de epurare, precum și unele tendin țe moderne (avansate) de
epurare a apelor uzate.
În Cap. 2, intitulat „Construc ția și procesele de lucru ale echipamentelor de
separare prin sedimentare și filtrare a impurit ăților din apele uzate ” se prezint ă, sintetic,
procesele de lucru, construc ția și utilizarea echipamentelor și instala țiilor folosite pentru
separarea prin sedimentare (decantoare) și prin filtrare a impurit ăților din apel e uzate. La
elaborarea acestui capitol s -a folosit un vast material documentar existent în literatura tehnic ă
de specialitate pe plan mondial.
În Cap. 3, intitulat „Stadiul actual al cercet ărilor privind separare prin sedimentare
și filtrare. Obiectivele lucrării de doctorat ”, în prima parte se prezint ă, pe baza analizei unui
vast material informativ din literatura de specialitate, rezultatele semnificative ale cercet ărilor
teoretice și experimentale privind procesele de separare prin sedimentare și filtra re. În partea a
doua a capitolului se prezint ă, sintetizat, obiectivele generale și metodologia cercet ărilor
teoretice și experimentale ale lucr ării de doctorat.
În Cap. 4, intitulat „Cercet ări teoretice privind procesele de separare a apelor uzate
prin s edimentare și filtrare ”, în prima parte se prezint ă aspectele teoretice ale procesului de
separare prin sedimentare a impurit ăților din apelor uzate, se elaboreaz ă modelele fizice și se
matematice pentru studiul procesului de sedimentare și se prezint ă elementele semnificative
privind alegerea parametrilor de baz ă ai decantoarelor orizontale (paralelipipedice și radiale)
și verticale. În partea a doua a capitolului se elaboreaz ă modelele fizice și matematice pentru
studiul proceselor de lucru ale filtrele d e suprafa ță, modele aplicabile și la filtrele tangen țiale.
Se eviden țiază parametrii caracteristici ai proceselor de filtrare și factorii constructivi și
funcționali care influen țează opera țiile de filtrare.

6
În Cap. 5, intitulat „Cercetarea privind proc esele de separare a apelor uzate prin
sedimentare și filtrare ” se prezint ă obiectivele, m etodologia și instala țiile pilot folosite la
cercetarea experimental ă a procesului de decantare al decantoarelor verticale pentru apele
uzate provenite de la o instala ție din industria chimic ă.. Se face prelucrarea și analiza datelor
experimentale și se întocmesc grafice ilustrative care eviden țiază influen ța diferi ților
parametri constructivi și func ționali asupra performan țelor de lucru a diferitelor variante
construc tive de decantoare verticale. În partea a doua se prezint ă obiectivele, m etodologia și
instala țiile pilot folosite la cercetarea experimental ă a proceselor de filtrare a apelor uzate
provenite de la decantoare prin utilizarea filtrelor tangen țiale, în vede rea ridic ării gradului de
eficien ță a separ ării. Pe baza datelor experimentale se întocmesc grafice care ilustreaz ă
influen ța unor parametri asupra eficien ței diferitelor tipuri de filtre și de scheme de filtrare. În
final se elaboreaz ă concluzii și recom andări utile pentru dimensionarea, proiectarea și
utilizarea decantoarelor și filtrelor tangen țiale utilizate în tehnologia de epurare a apelor uzate.
În Cap. 6 , intitulat „Concluzii finale, contribu ții originale, direc ții viitoare de
cercetare”, se prezi ntă, în sintez ă, concluziile finale rezultate privind construc ția și utilizarea
echipamentelor de separare prin sedimentare (decantare) și filtrare a apelor industriale uzate
precum și concluziile semnificative rezultate din cercetarea teoretic ă și experi mental ă a
proceselor de separare prin decantare și filtrare. În final se scot în eviden ță contribu țiile
originale ale lucr ării de doctorat și se subliniaz ă direc țiile viitoare de cercetare din domeniul
epurării apelor uzate prin decantare și filtrare.
Sunt profund recunosc ătoare conduc ătorului științific, Profesor univ. dr. ing. Simion
POPESCU, membru titular al Academiei de Studii Agricole și Silvice ,,Gh. Ionescu Șisești”,
al cărui spirit academic și claritate științifică au făcut posibil ă elaborarea pre zentei lucr ări de
doctorat. Cu acest prilej îmi exprim sentimentele de gratitudine și de considera ție fa ță de
Domnia Sa, mul țumindu -i respectuos pentru valoroasa și atenta îndrumare.
Mediul intelectual din prestigioasa Universitate ,,Transilvania” din Bra șov au conferit
o not ă aparte acestui demers științific. Mul țumesc pe aceast ă cale cadrelor didactice de la
Facultatea de Alimenta ție și Turism, în mod deosebit celor din colectivul de îndrumare, prof.
univ. dr. ing. Carol Csatlos, prof. univ. dr. ing. Flor ean Rus și prof. univ. dr. ing. Liviu Gaceu,
care au fost al ături de mine și m-au sprijinit pe întreaga perioad ă a activit ății de doctorat.
Mulțumesc stima ților referen ți științifici din comisia de analiz ă a tezei de doctorat
pentru onoarea ce mi -au făcut-o recenzându -mi lucrarea.
Mulțumesc , de asemenea, Domnului dr. ing. Radu Marin, profesor onorific al
Universit ății Transilvania din Bra șov, directorul Centrului de Cercet ări pentru Materiale
Macromoleculare si Membrane (CCMMM) Bucure ști, pentru sprijinul a cordat la efectuarea
cercet ărilor experimentale privind procesele de filtrare, inițiate în cadrul unui proiect de
cercetare.
Exprim recunoștința si mulțumesc fam iliei mele pentru r ăbdarea, înțelegerea și
susținerea moral ă pe care mi le-au acordat de-a lungul perioad ei de studii la doctorat. Doresc,
în primul rând, s ă dedic a ceastă lucrare celei mai dragi ființe, mamei mele, care, cu
nețărmurită dragos te părinteas că, mi-a călăuzit primii pași în viață, mi-a oferit o educație
riguroasă, mi-a fost mereu alături și m-a susținut necondiționat în toate etapele pregătirii mele
până în momentul dispariției sale dintre noi.

Brașov, iunie 2019 ing. Daniela Z ărnoianu

7

CAP. 1. ASPECTE GENERALE PRIVIND EPURAREA APELOR
INDUSTRIALE UZATE

1.1. Surse de uzare a apelor în industrie

În func ție de destina ție și modul de utilizare, apele se împart în urm ătoarele dou ă
categorii principale: ape potabile, folosite în scopuri gospod ărești, și ape industriale, utilizate
în diferite procese din sectoarele indu striale.
Cel mai mare consumator de ap ă este sectorul industrial, urmat de iriga țiile din
agricultur ă și popula ția municipalit ăților. Apa consumat ă în sectoarele industriale reprezint ă
aproximativ un sfert din consumul total de ap ă și practic, nu exist ă aproape nici -un sector
industrial care s ă nu utilizeze cantit ăți apreciabile de ap ă. Deși unele sectoare din industrie
utilizeaz ă apă provenit ă din râuri și puțuri, o mare parte din apa folosit ă de industrie este luat ă
din aceea și surs ă din care se face ap rovizionarea cu ap ă a popula ției municipalit ăților. În
tabelul 1.1. se prezint ă volumele de ape uzate rezultate în anumite domenii și sectoare
industriale din România [101]. Se observ ă că industria chimic ă particip ă semnificativ la
poluarea apelor, pondere a acestei industrii fiind de circa trei ori mai mare decât a celorlalte
sectoare industriale la un loc.
Tab. 1.1. Volumul apelor uzate (deversate și tratate) din România [101]

După originea lor , apele reziduale, denumite generic ape uzate, pot fi ape de canal
(denumite municipale) și ape de origine industrial ă, care con țin, în general, cca. 0,05%
impurit ăți, sub forma de substan țe organice sau anorganice. De aceea, d eversare a apelor
industriale uzate în apele de suprafa ță (râuri, lacuri) poate produce p oluarea acestora.
Fenomenul de poluare a apei reprezint ă orice modificare a compozi ției sau calit ății
apei, încât apa devine mai mult sau mai pu țin adecvat ă utiliz ării. Protec ția calit ății apei
reprezint ă păstrarea și, respectiv, îmbun ătățirea caracterist icilor fizico -chimice și biologice ale
acesteia. De aceea, ap ă uzată industrial este tratat ă la standarde de calitate corespunz ătoare
apei potabile.
Domeniile de utilizare a apei Volum ape uzate,
milioane m3/an (%)
Sisteme de producere energie electrică și termică 2 593 (43 %)
Stații municipale 2 241 (37%)
Industria chimică ș i petrochimică 453 (15%)
Alte ramuri industriale 151 (5%)

8
.

Fig. 1.1. Clasificarea surselor de poluare a apei [135].

În figura 1.1 este prezentat ă o schem ă de clasificare a surselor de poluare (uzare) a
rezultate din diferite sectoare industriale. Trebuie subliniat c ă pentru majoritatea sectoarelor
industriale exist ă o cantitate semnificativ ă de poluan ți care rezult ă din activitatea specific ă
acestor sectoare, a șa cum rezult ă din tabelul 1.2 . [101].

Tab. 1.2. Surse de poluare și provenien ța agen ților poluan ți pentru apele industriale [101].

Nr.
crt. Sursa Procesul generator de
poluare Agen ții poluan ți
1 Industria minier ă Prepararea minereurilor
(metalifere și nemetalifere);
Prepararea c ărbunilor;
Flota ții;
Extrac ția și prelucrarea
minereurilor radioactive. – săruri de metale grele;
– particule în suspensie (argil ă,
praf c ărbune);
– produ și organici ca agen ți de
flotație;
– deșeuri radioactive.
2 Industria
metal urgic ă Procedee pirometalurgice; Procedee
hidrometalurgice;
Procese de r ăcire;
Procese de sp ălare. – suspensii insolubile;
– ioni de metale grele;
– fenoli și – cianuri;
– sulfa ți;
3 Industria chimic ă Apa de r ăcire, dizolvare
și reac ție din procesele – acizi și baze;
– săruri;

9
Nr.
crt. Sursa Procesul generator de
poluare Agen ții poluan ți
tehnologice de fabricare
a substan țelor organice
și anorganice – cenu șă și suspensii;
– coloran ți;
– detergen ți.
4 Industria petrolului și
petrochimic ă Extrac ția, depozitarea și transportul
țițeiului și a frac țiunilor acestuia – produse petroliere diverse;
– compu și fenolici și aromatici;
– hidrogen sulfurat;
– acizi naftenici.
5 Industria
termoenergetic ă Deversare lichide de r ăcire ale
instala țiilor și centralelor electrice – lichide calde (poluare termic ă)
6 Industria aliment ară Procese de fabricare și prelucrare a
produselor alimentare – substan țe organice;
– germeni patogeni.
7 Industria celulozei și
hârtiei Procese de fabricare și prelucrare din
celuloz ă – acizi organici;
– rășini;
– zaharuri;
– coloran ți;
-compu și cu su lf;
-suspensii;
-celuloz ă.

1.2. Propriet ățile de baz ă ale apelor uzate
Calitatea apei reprezint ă ansamblul propriet ăților fizice chimice, biologice și
bacteriologice, exprimate cuantificat, care permit încadrarea apei într -o anumit ă categorie și
indic ând însu șirea de a putea fi folosit ă într-un anumit scop [85]. În acest sens, pe plan
mondial au fost elaborate direc țiile de baz ă și metodologiile pentru controlul și supravegherea
mediului înconjur ător, în care sunt prev ăzute și cele legate de aprecierea calității apelor.
Conform acestora, se prevede ca aprecierea calit ății apelor s ă se fac ă pe baza a trei categorii
de parametri [131].
 parametri de baz ă: temperatura, oxigenul dizolvat, pH -ul, conductivitatea, con ținutul
de colibacili;
 parametri poluării p ersistente: mercur, cadmiu, compu și organo -halogena ți, uleiuri
minerale;
 parametri polu ării op ționale : carbon organic total, consum biochimic de oxigen,
detergen ți anionici, metale grele, arsenic, clor, sodiu, cianuri etc.
Poluarea industrial ă a apei este legat ă direct de specificul procesului tehnologic la care
se utilizeaz ă apă, astfel încât din procesele industriale rezult ă ape uzate care con țin diver și
compu și chimici sau suspensii (impurit ăți) sau rezult ă ape cu temperaturi mai ridicate decât
cele ale mediului sau ale emisarului în care sunt deversate . Principalele p ropriet ățile fizice ale
apei menționate în literatura de specialitate din domeniul polu ării apelor sunt urm ătoarele:
densitatea, turbiditatea, culoarea, mirosul și temperatura [130].

10
Densi tatea apelor uzate este proprietatea care depinde de concentra ția de impurit ăți și,
respectiv, de temperatur ă. Pentru apa pur ă densitatea are valoarea de 1,00 g/cm3 la 40 oC și
0,9982 g/cm3 la 20oC.
Turbiditatea apelor uzate este o proprietate care indic ă, sub aspect general, con ținutul
de substan țe în suspensie și este influen țată, în general, de prezen ța unor particule de argil ă,
nisip, unele substan țe organice. Acestea împr ăștie lumina și poate varia între 400 și 500 grade
în Scara silicei. În general de terminarea (aprecierea) turbidit ății se aplic ă apelor potabile și
mai pu țin apelor uzate.
Culoarea apelor uzate aflate în stare proasp ătă este g ri deschis, iar culoarea apelor
uzate în care a început fermentarea materiilor organice devine gri închis.
Miros ul apelor uzate aflate în stare proasp ătă este aproape insesizabil, ne având un
miros specific. Dac ă apa a intrat în descompunere se va sim ți mirosul hidrogenului sulfurat.
Mirosul poate s ă confere indici i asupra compu șilor organici din ap ă și, implicit, a supra sursei
de poluare.
Duritatea apelor uzate este o proprietate care scoate în eviden ță prezen ța în masa apei
a unor s ăruri solubile de metale alcalino -pământoase, în special a celor de calciu și magneziu.
Temperatura apelor uzate este o caracteristic ă care influen țează desfășurarea atât a
reacțiilor chimice, cât și a procesul de sedimentare (decantare) a particulelor solide.
Temperatura apelor uzate este, de regul ă, cu cel pu țin 2… 30C mai ridicat ă decât a apei
obișnuite. Prin urm ărirea temperaturii ap ei uzate se ob țin informa ții privind starea și
comportarea ulterioar ă a acesteia .
Alcalinitatea apelor uzate este o însu șire care depinde de pH-ul apei , care variaz ă în
funcție de natura și concentra ția substan țelor dizolvate în ap ă. Valoarea pH-ului este
determinat ă de echilibrul chimic între ionii de carbonat și bicarbonat. Pentru apele nepoluate
pH-ul este cuprins între limitele pH = 6 … 8.
Aciditatea apelor uzate este o însu șire care depinde de cantitatea de s ăruri provenite de
la acizi tari și de baz e slabe dizolvate în ap ă.
Cationii conținuți în apele uzate sunt, în principal, cei de sodiu, potasiu, calciu și
magneziu , dar pot fi și de mangan, fier, aluminiu și metale tranzi ționale.
Anionii conținuți în apele uzate sunt, în principal, halogeni, ni trați, sulfa ți, fosfa ți,
silica ți sau bora ți.
Oxigenul solubil în apele uzate este un indice care depinde atât de presiunea par țială a
oxigenului din aerul atmosferic cât și de con ținutul mineral al apei și de temperatura acesteia.

11
Pentru între ținerea vi eții este necesar ca în apele de suprafa ță oxigenul s ă fie prezent cu cel
puțin 5 mg/l.
Necesarul de oxigen biochimic (NOB) sau consumul de oxigen biochimic (COB) al
apelor uzate se definesc prin cantitatea de oxigen consumat ă de o prob ă de analiz ă de ap ă
păstrată o perioad ă de cinci zile, la o temperatur ă constant ă de 20oC. Procesul pierderii de
oxigen este generat de ac țiunea bacterian ă.
Necesarul de oxigen chimic (NOC) sau consumul chimic de oxigen (CCO) al apelor
uzate, reprezint ă cantitatea de oxige n necesar ă procesului de oxidare chimic ă a substan țelor
organice existente sub form ă de suspensii în ap ă. Indicatori NOC și CCO se determin ă prin
utilizarea dicromatului de potasiu și a acidului sulfuric. Cantitatea de oxigen echivalent
dicromatului de pot asiu consumat se consider ă că reprezint ă măsura necesarului de oxigen
chimic (NOC) al probei analizate.
Compozi ția bacteriologic ă a apelor uzate reprezint ă o însu șire esen țială folosit ă, în
special, la aprecierea calit ății apelor potabile. Aceast ă însușire poate fi utilizat ă și pentru
aprecierea gradului de contaminare cu agen ți patogeni.

1.3. Reglement ările actuale din domeniul epur ării apelor uzate

In aproape toate tarile lumii se iau masuri pentru limitarea poluării mediului în general
și în specia l a apelor. În acest sens în toate țările s -au elaborat și semnat o serie de convenții
internaționale care armonizează masurile de protec ție a mediului, prin care s ă se asigure
îmbună tățirea condițiilor de viată ale oamenilor. Problemele legate de protec ția mediului se au
în vedere mai ales datorit ă existen ței unei intense polu ări a mediului pe plan local, ca urmare a
activit ăților desf ășurate în industrie, în agricultur ă și în localit ățile populate. Aceste procese
au condus la producerea deregl ării unor ec osisteme și, implicit, la înr ăutățirea condi țiilor de
viață ale oamenilor care locuiesc în zonele supuse polu ării. În diferite țări, inclusiv în
Romania, în ultimii ani au fost luate masuri în plan legislativ, organizatoric, instituțional și
material în ve derea monitorizării calită ții factorilor de mediu. De asemenea, Romania este
angajat ă in Programul Na țiunilor Unite pentru Protec ția Mediului și are obliga ții care decurg
din Conven țiile Interna ționale pentru Mediu la care este parte. Dup ă cum se cunoa ște, pe plan
european au fost reglementate o serie de condi ții pentru țările membre, prin elaborarea
Directivelor Consiliului comunit ății Europene, nr. 91/271/CEE și nr. 91/676/CEE și a
Programului de Ac țiuni pentru Protec ția Mediului în Europa. Date fiind p roblemele deosebit
de complexe, pe care le ridic ă prezen ța poluan ților în efluen ții care sunt desc ărcați în emisarii
naturali de c ătre sta țiile de epurare, sunt necesare eforturi financiare substan țiale la nivel

12
național pentru men ținerea calită ții factori lor de mediu. Ca urmare, în acest sens au fost
impuse o serie de condi ții și măsuri reglementate prin elaborarea unei serii de Norme Tehnice
de Protec ția Apelor (NTPA) și anume, a normelor NTPA -001/2005 [158], NTPA -002/2005
[159] și NTPA 011/2005 [160].
După aderarea României la Uniunea European ă, prevederile impuse de Comisia
European ă referitoare la protec ția mediului au fost incluse în HG 210/28.02.2007, privind
modificarea și completarea unor acte normative care transpun acquis -ul comunitar în
domeniul protec ției mediului.
O analiz ă deosebit de valoroas ă și util ă privind epurarea apelor uzate în România o
reprezint ă lucrarea [161] elaborat ă în 2012 de Administra ția Na țional ă ,,Apele Române” sub
forma unei bro șuri de popularizare pentru public.

1.4. Pr ocedee de epurare a apelor uzate

1.4.1.Procedee generale de epurare

Epurarea apelor industriale uzate este una din cele mai vechi și mai complexe
preocup ări ale societ ății umane. De aceea acest domeniu a fost și este obiectul unor cercet ări
temeinice și mai aprofundate studii și cercet ări teoretice și aplicative, elaborându -se un bogat
material informativ diseminat pe plan interna țional prin publicarea unor materiale de sintez ă
sau tratate privind domeniul epur ării apelor uzate [ 7, 9, 27, 34, 46, 56, 6 1, 64, 66, 72, 91, 92,
95, 99, 131]. Pe plan na țional s -au elaborat, de asemenea, o serie de lucr ări de specialitate, sub
form ă de tratate, manuale sau studii referitoare la poluarea industrial ă a apelor și la
tehnologiile de epurare a apelor uzate [ 1, 24 , 39, 53, 54, 55, 57, 82, 83, 86, 96, 97, 98, 99,
102, 108, 117, 133, 134, 135]. Trebuie subliniat și publicarea unor lucr ări referitoare la
poluarea apei în agricultur ă [ 47, 60, 103].
După originea lor apele reziduale, denumite generic ape uzate, pot fi de canal
(denumite municipale) și de origine industrial ă și conțin, în general 0,05% impurit ăți, sub
forma de substan țe organice sau anorganice . De aceea, d eversare a apelor industriale uzate în
apele de suprafa ță (râuri, lacuri) poate produce poluarea ace stora.
O schem ă de principiu privind epurarea apelor reziduale este redat ă în figura 1.2., din
care rezult ă cele trei etape distincte de tratament prin epurare avansat ă:

13

Fig. 1.2. Schema de pr incipiu de epurare (tratare) a apelor reziduale [130]

Tratam entul primar (v. figura 1.2.) const ă din opera ții de separare mecanic ă, prin
sedimentare sau filtrare, prin care se îndep ărteaz ă particulele care dep ășesc m ărimea
coloidal ă. Trebuie men ționat c ă separarea particulelor mari se face cu gr ătare și site, iar
separarea particulelor mici se face prin sedimentare și filtrare. În cadrul tratamentului primar
se elimin ă și 40…60 % din necesarul de oxigen biochimic (NOB) . La tratamentul primar se
separ ă nămolul primar. Pentru îndep ărtarea suspensiilor mai fine se pot adăuga coagulan ți și
floculan ți pentru formarea floculilor și îndep ărtarea acestora prin sedimentare [55].
Tratamentul secundar se realizeaz ă prin eliminarea din ap ă a particulelor coloidale
sau a particulelor dizolvate în ap ă și continuarea reducerii necesarul de oxigen chimic (NOC).
Datorit ă creșterii aportului microorganismelor, care utilizeaz ă reziduurile din ap ă ca aliment,
tratamentul secundar este denumit și tratament biologic (v. fig. 1.2.).
Tratamentul ter țiar (figura 1.2.) are ca scop reutiliza rea apelor dup ă tratare în cadrul
unor procese industriale (ca ape industriale), metoda și gradul de tratament ter țiar depinzând
de tipul de reutilizare a apei . Tratamentul ter țiar poate cuprinde și alte opera ții specifice:
clorinarea, precipitarea cu agen ți chimici, spumarea și separarea spumei, adsorb ția pe c ărbune
activ.
Fermentarea n ămolului rezultat din opera țiile de epurare a apelor uzate, proces
realizat de microorganisme, conduce la reducerea num ărului de patogeni. Modul și durata în
care se realiz ează fermentarea noroiului depind în special de temperatur ă. Nămolul fermentat
este extras, iar depozitarea acestuia se face dup ă ce în prealabil a fost supus unei opera ții de
deshidratare, realizat ă prin înc ălzire sau prin separare centrifugal ă (prin cicl onare).
Tratarea (e purarea) apelor uzate are ca scop principal ob ținerea unei ape curate cu
diferite grade de purificare, care s ă fie desc ărcată în emisari sau folosit ă în alte scopuri. Ca
scop secundar epurarea apelor uzate const ă în obținerea unor rezid ii, sub form ă de nămoluri,

14
care pot fi depozitate, descompuse, prelucrate sau revalorificate în diferite moduri și scopuri.
Procesul de e purarea se realizeaz ă prin procedee complexe, prin care se îndep ărteaz ă
impurit ățile nocive sau suspensiile din ap ă, în scopul refacerii propriet ăților fizico -chimice și
biologice ale apei. Procesul de epurare propriu -zis cuprinde o serie de opera ții succesive care
pot fi grupate în dou ă categorii principale: a – opera ții destinate reținerii și/sau neutraliz ării
substan țelor nocive, și b- opera ții destinate prelucr ării sau valorific ării materialului rezultat
din prima categorie de opera ții.
În func ție de modul prin care se realizeaz ă reducerea substan țelor poluante din apele
reziduale (uzate) epurarea se poate realiza prin următoare procedee principale [7, 54 ].:
a) procedee mecanice;
b) procedee mecano – chimice;
c) procedee mecano – biologice .
Prin combinarea acestor procedee se ob ține o epurare avansat ă, efluen ții rezultan ți
putând fi refolosi ți în circuitul economic .
Procedeele de epurare mecanic ă sunt cele mai vechi procedee și au evoluat în istoria
îndelungat ă de epurare a apelor uzate și urm ăresc, în principal, realizarea urm ătoarelor
opera țiuni:
 reținerea corpurilor și suspensiilor mari, realizate in gr ătare, site și dezintegratoare;
 separarea prin flotare a gr ăsimilor și uleiurilor, realizat ă cu dispozitive de re ținere și
colectare a gr ăsimilor și uleiurilor;
 separarea prin sedimentare și filtrare a particulelor solide aflate în apa uzat ă, prin
folosirea unor insta lații de separare de diferite forme și tipuri constructive;
Procedeele de epurare mec ano-chimice se bazeaz ă pe combinarea procedeelor
mecanice de epurare cu unele procedee bazate pe ac țiunea unor substan țe chimice. Aceste
procedee urm ăresc, în principal, realizarea urm ătoarelor opera țiuni:
 epurarea mecanic ă, realizat ă prin opera țiunile specifice acestui procedeu;
 coagularea suspensiilor, realizat ă în camere de preparare și dozare a reactivilor și în
compartimente de amestec și reac ție;
 dezinfectarea apelor , realizat ă in stațiile de clorinare și bazinele de contact.
Procedeele de epurare mecano -biologice se bazeaz ă pe acțiunea combinat ă a
procedeelor mecanice și a celor biologice, având ca scop realizarea urm ătoarelor:
 epurarea mecanic ă, realizat ă prin ope rațiunile specifice acestui procedeu;

15
 epurarea natural ă în câmpuri de irigare și filtrare, realizate sub forma unor iazuri
biologice, și in bazine deschise pentru fermentare natural ă a nămolurilor;
 epurarea artificial ă folosind aerofiltre, bazine cu n ămol activ, filtre biologice,
scufundate și turn. Pentru n ămoluri se folosesc fose septice, concentratoare sau
îngroșătoare de n ămol, platforme pentru uscarea n ămolului, filtre vacuum,
incineratoare etc.
Gradul de epurare a apei uzate realizat printr -o anumit ă metod ă sau prin utilizarea
unui anumit echipament de epurare se poate aprecia folosind rela ția general ă:

100 [%]if
fCCEC (1.1.)
în care: Ci și Cf sunt concentra ția inițială și, respectiv, final ă a poluantului din apa supus ă
procesului de epurare.

1.4. 2. Procedee avansate de epurare
Obiectivele tradi ționale ale proceselor de epurare a apelor uzate au fost legate ini țial
de îndep ărtarea materiilor aflate in suspensie, realizat ă prin epurare mecanic ă, urmat ă de
reducerea substan țelor organice in treapta b iologic ă sau secundar ă. Problema a devenit mult
mai complex ă, datorit ă substan țelor reziduale existente în apele uzate, îndep ărtate extrem de
puțin sau practic neschimbate prin epurarea clasica mecano -biologica (detergen ți, fosfa ți,
compu și pe baza de azot , săruri anorganice, compu și organici persisten ți, pesticide, diver și
compu și chimici), substan țe care creeaz ă probleme deosebit de grave mediului înconjur ător.
Poluan ții caracteristici apelor uzate epurate mecano -biologic și efectele lor sunt prezentate
sintetizat în tabelul 1.3.
In scopul re ținerii acestor substan țe poluante, în ultima perioad ă au fost elaborate și
aplicate o serie de tehnologii de tratare a apelor uzate (poluate), care s ă completeze metodele
de epurare clasic ă in scopul protec ției mai e ficiente a mediului și popula ției și pentru a ob ține
apa utilizabil ă în diverse alte scopuri. Prin utilizarea acestor tehnologii, se realizeaz ă o tratare
mai eficient ă, cunoscut ă sub denumirea de epurare avansat ă.
În țările în care domeniul epur ării apelor uzate este avansat, s -a instituit un control
deosebit privind con ținutul de nutrien ți în procesul de epurare a apelor uzate, ca fiind o
măsură de refacere a proviziei de ap ă subteran ă. Nitrificarea debitelor de ap ă uzată epurat ă
este o m ăsură necesar ă pentru reducerea toxicit ății amoniacului sau mic șorarea impactului
asupra resurselor de oxigen. Astfel, începând din anii 80 aten ția speciali știlor din domeniul
poluării apelor fost îndreptat ă asupra nemetalelor, a compu șilor organici, a compu șilor

16
halogena ți, insecticidelor, pesticide lor și ierbicidelor precum și a compu șilor organici volatili.
În tabelul 1.4. sunt prezentate principalele procedee de epurare avansata a apelor uzate pentru
reducerea poluan ților reziduali .

Tab. 1.3. Poluan ții caracteristici apelor uzate epurate mecano -biologic și efectele lor [57]

Nr.
crt. Felul poluantului Efecte
1 Suspensii solide Depune ri de namol sau interacționarea cu apa
emisarului
2 Compu și organici biodegradabili Diminuarea resursele de oxigen ale emisarului
3 Nemetale, metale, compu și organici,
compu și halogena ți, pesticide, ierbicide,
insecticide Poluan ții sunt toxici pentru oa meni (cancerigeni) si
pentru mediul acvatic
4 Compu și organici volatili Poluan ții sunt toxici pentru oameni (cancerigeni)
5 Amoniac Creșterea consumului de clor, care poate fi
transformat in nitra ți , încât in procesele de epurare
se pot s ăraci resursele de oxigen; împreun ă cu
fosforul duce la dezvoltarea de culturi acvatice
parazitare, fiind toxic pentru pe ști.
6 Nitra ți Stimuleaz ă dezvoltarea algelor si a culturilor
acvatice. Pot cauza methemoglobinemia la copii
(boala albastra).
7 Fosfor Stimuleaz ă dezvoltarea algelor si a culturilor
acvatice. Interfereaz ă cu coagularea.
8 Calciu si magneziu Cresc duritatea apei si solidele totale dizolvate
9 Clorurile Imprima gust s ărat apei. Interfera cu procesele
agricole industriale.
10 Sulfa ții Acțiune catarc tică.
11 Surfactanț i Cauzeaz ă spumarea si interfereaz ă cu coagularea.

Tab. 1.4. Opera ții moderne de reducere a poluan ților reziduali p rin procedee de epurare
avansata a apelor uzate [57]
Nr.
crt. Obiectiv Procedeu Tip efluent supus tratarii
avansate
1 Reținerea suspensiilor Filtrare
micrositare EM, EBD
2 Oxidarea amoniacului Nitrificare in treapta biologic ă EBD
3 Reducerea azotului Nitrificare/denitrificare in
treapta biologic ă EM, EBD, EBND
4 Reducerea nitraților Etapa separat ă de denitrificare
in treapta biologic ă EMND si nitrificare
5 Reducerea P pe cale
biologica Reducerea P pe linia apei
Reducerea P pe linia
nămolului AUB, EM
NAR
6 Metode biologice de
reținere simultan ă a N si P Reducerea P si
nitrificare/denitrificare in
treapta biologic ă AUB, EM

17
7 Reducerea N prin metode
fizice sau chimice Stripare
Clorare la breakpoint
Schimb ători de ioni EBND
EBND si filtrare
EBND si filtr are
8 Reducerea P prin adiție
chimica Precipitare chimica cu săruri
metalice
Precipitare chimica cu var AUB, EM, EBND, EBD

AUB, EM, EBND, EBD
9 Reducerea componen ților
organici toxici si a
substan țelor organice
refractare Absorb ție pe c ărbune activ
Nămol activat – cărbune activ
praf
Oxidare chimic ă EBND si filtrare
EM

EBND si filtrare
10 Reducerea substan țelor
anorganice dizolvate Precipitare chimic ă
Schimb ători de ioni
Ultrafiltrare
Osmoza invers ă
Electrodializ ă AUB, EM, EBND, EBD
EBND si filtrare
EBN D si filtrare
EBND si filtrare
EBND, filtrare si absorb ție pe
cărbune
11 Compu și organici volatili Volatilizare si stripare cu gaz AUB, EM

NOT Ă: În tabel s -au folosit urm ătoarele nota ții: EM – efluentul treptei de epurare mecanic ă;
EBND – efluentul trep tei de epurare biologica; AUB – apa uzata bruta; AR- nămol recirculat.

În func ție de procedeul de epurare avansat ă adoptat sau de combina ția de procedee
adoptat ă pe plan na țional și interna țional, s -au realizat diverse instala ții performante pentru
reținerea poluan ților reziduali [ 57, 74, 132].

a

b

18

c

d
Fig.1.3. Exemple tipice de scheme de epurare avansat ă a apelor uzate [57]:
A – cu nămol activat și filtrare; b – cu nămol activat , filtrare și cărbune activ; c – cu
nitrificare în BNA (o singura t reapta); d – cu nitrificare în BNA și denitrificare folosind
metanol

a

b

19

c

d

Fig.1.4. Exemple tipice de scheme de epurare avansat ă a apelor uzate [57]:
a – cu adi ție de s ăruri pentru reducerea fosforului; b – cu nitrificare și adiție de s ăruri
în BNA pentru reducerea fosforului și denitrificare folosind metanol; c – schema cu
îndep ărtarea biologica a fosforului pe linia apei; d – cu reducerea biologica a
azotului și fosforului și filtrare

Pornind de la considerentele men ționate mai înainte, în fig urile 1.3. și 1.4. sunt
prezentate, pentru exemplificare câteva scheme de epurare avansata a apelor uzate [57]. În
aceste scheme s -au folosit urm ătoarele nota ții: AUB –apa uzata bruta; DP- decantor primar;
BNA – bazin cu n ămol activat; DS- decantor secundar ; BNA – nitrificare in bazinul de n ămol
activat; D – bazin de decantare intermediara; DS – bazin de decantare finala; E- efluent; B-
bazin in care se realizeaz ă etapa de denitrificare; n.a.r .- nămol activ recirculat;

20

CAP. 2. CONSTRUC ȚIA ECHI PAMENTELOR DE SEPARARE PRIN
SEDIMENTARE ȘI FILTRARE A IMPURIT ĂȚILOR DIN APELE UZATE

2.1. Aspecte generale

Epurarea apelor industriale reziduale, denumite ape uzate, reprezint ă un proces
complex prin care impurit ățile (poluan ții) aflate în ap ă sunt sep arate din masa de ap ă în scopul
refacerii propriet ăților fizico -chimice ale apei pe care le -a avut înainte de utilizare. A pa
purificat ă obținută prin epurare, având diferite grade de limpezire, este desc ărcată (trimis ă) în
emisari sau folosit ă în alte scop uri (industrie, iriga ții). Reziduurile rezultate din procesul de
epurare sub form ă de precipitat (n ămol, șlam), sunt depozitate, prelucrate sau valorificate în
diferite scopuri.
Din punctul de vedere al dimensiunilor particulelor din dispersiile suspensi ilor pot fi:
grosiere, fine, tulburi și coloidale (tabelul 2.1.) [ 57, 10, 135]

Tab. 2.1 . Categorii de suspensii în func ție de dimensiunile particulelor în dispersiile
suspensiilor [ 57, 101]

Categorii de
suspensii Dimensiunile particulelor din dispersie
Suspensii
grosiere Particulele fazei disperse au dimensiunile mai mari de 100 μm
Suspensii
fine Particulele fazei disperse au dimensiuni apar ținând intervalului (50 -100) μm.
Aceste suspensii au un aspect omogen, îns ă datorit ă diametrului mic al
particulelor fazei disperse, acestea au o mi șcare dezordonat ă în masa fazei
dispersante, ca urmare a ciocnirilor repetate cu moleculele mediului de dispersie,
fenomen datorat mi șcării browniene.
Suspensii
tulburi Gradul de dispersie este foarte mare, dimensi unile particulelor fiind cuprinse în
intervalul (0,5…5) μm. In cazul acestor suspensii, datorit ă dimensiunilor mici ale
particulelor, ac țiunea de separare în acest caz nu se mai poate face prin ac țiunea
câmpului gravita țional. De aceea trebuie creat arti ficial un câmp intens de for țe
(centrifugale, electrostatic etc.), care s ă permit ă efectuarea opera ției de separare.
Suspensii
coloidale Dimensiunile particulelor sunt mai mici de 0,1 μm. Particulele cu aceste
dimensiuni se men țin în suspensie un timp nel imitat. Sedimentarea se poate realiza
numai dac ă se ac ționeaz ă cu factori de natur ă mecanic ă sau chimic ă care s ă
provoace sedimentarea.

Separarea poluan ților din apele uzate se poate realiza prin diferite metode (procedee):
metode fizico -mecanice, metode fizico -chimice, metode biochimice sau metode biologice.
Schema de principiu a procesului de separare a poluan ților din ape uzate prin procedee
mecanice (sedimentare și filtrare este redat ă în figura 2.1. ).

21

Fig. 2.1. Schema de principiu a procesului de separare a poluan ților din ape uzate

În urma opera ției de epurare (separare) mecanic ă a apei uzate, în apa limpezit ă
(purificat ă), denumit ă și apă clarificat ă sau limpede , vor r ămâne resturi de impurit ăți,
fiecare procedeu utilizat având un o anumit ă eficien ță sau randament de separare. Gradul de
separare a unei opera ții de separare este caracterizat de cantitatea de impurit ăți reținute
precum și de dimensiunea maxim ă și distribu ția dimensional ă a particulelor de impurit ăți
rămase în fluidul limpezit în urma opera ției utilizate. Trebuie men ționat c ă oricare ar fi
procedeul sau instala ția de separare, nu se va putea realiza o separare complet ă a
impurit ăților din masa de lichid. G radul de epurare a apei uzate realizat printr -o anumit ă
metod ă sau prin util izarea unui anumit echipament de epurare se poate aprecia folosind
relația general ă (1.1).
Deoarece lucrarea de doctorat are ca obiectiv principal studiul proceselor de separare
numai prin procedee mecanice de sedimentare și filtrare, în acest capitol sunt analizate,
sintetic, procesele de lucru și construc ția echipamentelor de separare prin cele dou ă
procedee.

2.2. Construc ția și utilizarea echipamentelor pentru separarea prin sedimentare

2.2.1. Procesul de lucru al echipamentelor de separare prin sedi mentare

Sedimentarea este opera ția prin care apa uzat ă, care reprezint ă un amestec bifazic de
tip solid -lichid (numit suspensie ), este supus ă separ ării în fazele sale constituente, particule
solide (impurit ăți) și masa de lichid (ap ă), sub ac țiunea câmpu lui de for țe gravita ționale.
Impurit ățile solide (sedimentele) aflate în masa de ap ă uzată se separ ă gravita țional prin
deplasarea în sens descendent, datorit ă diferen țelor dintre densit ățile impurit ăților și apei.
Opera ția de sedimentare în câmp gravita țional se nume ște decantare, iar unitatea sau

22
instala ția folosit ă pentru separare se nume ște decantor.
Mecanismul sediment ării particulelor solide de impurit ăți mecanice din masa de apă
uzată aflată în interiorul unui vas de decantare este ilustrat în figur a 2.2., iar evolu ția în timp a
grosimii straturilor caracteristice în fazele de sedimentare este prezentat ă în figura 2.3. Astfel,
pe în ălțimea H0 a vasului de sedimentare din figura 2.2, se disting patru zone [104]:
Zona I – reprezint ă stratul superior de lichid limpede sau slab tulbure, a c ărui grosime
h1 crește continuu cu o viteza vertical ă descendent ă v1;
Zona II – reprezint ă stratul cu amestec ap ă cu impurit ăți (suspensie) cu o concentra ție
egală sau apropiat ă de concentra ția ini țială, a cărui grosime h2 este descresc ătoare în timp, ca
urmare a depunerii particulelor solide de impurit ăți;
Zona III – reprezint ă stratul intermediar în care, în adâncime, concentra ția fazei solide
crește, începând de la concentra ția stratului precedent la concentra ția stra tului urm ător.
Grosimea h3 a stratului intermediar este relativ sc ăzută și rămâne aproximativ constant ă până
la dispari ția stratului de suspensie (stratul II);
Zona IV – reprezint ă stratul de particule (impurit ăți) sedimentate, care are o
concentra ție ridi cată în substan ța solid ă. Grosimea h4 a acestui strat cre ște continuu, cu o
viteza v4, pân ă în momentul în care stratul II dispare (fig. 2.3, d), dup ă care, prin tasarea
precipitatului, se mic șoreaz ă concomitent cu eliminarea lichidului din precipitat.

Fig. 2.2. Mecanismul și fazele sediment ării suspensiilor într -un vas de sedimentare

Analizând evolu ția în timp a grosimii straturilor caracteristice în fazele de sedimentare
(v. fig. 2.2.), rezult ă că, la un anumit moment, grosimea h2 a stratului din zona II devine egal ă
cu zero. Punctul în care are loc acest moment poart ă denumirea de punct de compresiune (fig.
2.3,d). La sfâr șitul opera ției de sedimentare, r ămân practic numai dou ă straturi: lichidul

23
limpede, în parte superioar ă a vasului și stratul de pr ecipitat (n ămol), mai mult sau mai pu țin
tasat, în partea inferioara (pe fundul vasului) (fig. 2.3,e).

Fig. 2.3. Fazele caracteristice ale procesului de sedimentare [104] :
a – începutul sedimentarii; b,c – faze intermediare; d – dispari ția stratului II de suspensie;
e-sfârșitul opera ției de sedimentare

Uneori, pentru o mai bun ă decantare a particulelor foarte fine de impurit ăți, se
procedeaz ă la coagularea acestora în particule mai mari (denumite flocoane ), prin folosirea
unor substan țe care produc aglome rarea particulelor fine (cu diametre de 0,3 … 0,6 mm).
Opera ția se nume ște floculare, iar flocoanele pot fi decantate prin metodele obi șnuite de
sedimentare. Procesul de coagulare (floculare) se realizeaz ă prin reac ții produse între
suspensii fine din apa uzată și o solu ție coagulant ă sau un praf coagulant [104, 135] .
Procesul de coagulare este realizat în bazine de reac ție prin amestecare timp de 5 … 30
minute între apa uzat ă și coagulant, viteza de deplasare a apei având valori suficient de mari
(0,2…0,3 m/sec), pentru ca flocoanele formate s ă fie men ținute în suspensie f ără să se
distrug ă. În calitate de coagulan ți se folosesc în mod obi șnuit s ărurile de fier (solu ție și
pudră de clorura feric ă, granule de sulfat feric și sulfat feros granule) și, într -o măsură mai
mică, sărurile de aluminiu (sulfat de aluminiu sub form ă de pudr ă, bulg ări sau pl ăci). Cu
bune rezultate se poate utiliza și varul, sub form ă hidroxid sau oxid de calciu. Alegerea
tipurilor de coagulan ți și stabilirea dozei optime se face prin t este de laborator, în func ție de
natura și cantitatea de suspensii aflate în ap ă, de debitul apelor tratate precum și de gradul de
epurare adoptat. Trebuie subliniat c ă pentru coagularea suspensiilor din apele uzate se
folosesc concomitent doi sau chiar tr ei tipuri de coagulan ți .
Cele mai utilizate bazine de reac ție utilizate pentru coagulare sunt cele
compartimentate și dotate cu turbine, care, prin mi șcarea paletelor, produc dirijarea
curentului de ap ă și, în acela și timp, o agitare medie a apei.

24

2.2.2 . Construc ția și utilizarea decantoarelor

Așa cum s -a men ționat, unitatea sau instala ția folosit ă pentru separarea prin
sedimentare (decantare) se nume ște decantor. Apa purificat ă (limpezit ă, clarificat ă)
colectat ă la partea superioar ă a bazinului decant orului se nume ște decantat sau limpede, iar
amestecul de particulele solide care se depun la partea inferioar ă (pe fundul a bazinului
decantorului) sub form ă sediment se nume ște nămol sau șlam.
Pentru realizarea func țiilor cerute de procesul de sedimentar e gravita țional ă, un
decantor este prev ăzut la intrare cu un echipament pentru alimentarea cu amestecul (apa
uzată) ce urmeaz ă a fi separat și un echipament pentru colectarea lichidului limpezit (care,
de regul ă, se scurge peste nivelul bazinului de decant are). De asemenea, decantorul mai este
prevăzut și cu un echipament pentru extragerea și evacuarea sedimentului (noroi, șlam,
nămol ) acumulat pe fundul bazinului.
Decantoarele se realizeaz ă într-o mare varietate constructiv -funcțional ă și se pot
clasifica după mai multe criterii, cele mai importante fiind urm ătoarele [101]:
a-după forma de curgere a apei în bazin, decantoarele pot fi: orizontale longitudinale,
orizontale radiale și verticale.
 decantoarele orizontale longitudinale au corpul bazinului de for mă paralelipipedic ă,
iar curgerea apei uzate, în procesul sediment ării, se realizeaz ă longitudinal, paralel
cu latura mare a bazinului;
 decantoarele orizontale radiale au corpul bazinului de forma cilindric ă, apa uzat ă
intră în bazin pe direc ție vertical ă, de jos în sus, printr -o conduct ă central ă, dup ă
care se deplaseaz ă în bazinul de sedimentare pe direc ție radial ă, de la centru spre
periferie;
 decantoarele verticale au corpul bazinului de form ă cilindrico -conic ă (cu partea
conic ă în zona inferioar ă), apa uzat ă se deplaseaz ă în bazin pe direc ție vertical ă, în
sens ascendent, contrar sensului de deplasare gravita țional ă a particulelor care se
sedimenteaz ă cu o vitez ă mai mare decât cea de circula ție a apei.
b-după poziția bazinului în raport cu nivelul s olului, decantoarele pot fi plasate la
suprafa ță solului (aparente), semiîngropate și îngropate în sol.
c-după modul de evacuarea (extragerea) n ămolului depus pe fundul bazinelor pot fi
sisteme de evacuare continu ă sau intermitent ă.
 sistemele de evacuare continu ă folosesc o mare varietate de echipamente mecanice
de raclare, colectare și eliminare a n ămolului. Cele mai utilizate echipamente sunt

25
podurile mobile (rulante) cu lame de raclare plasate la nivelul fundului bazinului,
care împing n ămolul depus în stratul de decantare de pe fundul bazinului c ătre un
spațiu mai adânc. Bazinele au o pant ă ușoară (cca. 1,0…2,0%), c ătre zona de
acumulare a n ămolului, pentru a u șura scurgerea n ămolului împins de lamele
racloare și a permite scurgerea u șoară a apei la ope rația de golire total ă (în
perioadele de revizie). În acest loc n ămolul este stocat pentru un anumit timp (timp
de reten ție) prin care se face o u șoară îngro șare. Viteza de deplasare a podului de
raclare este de 1,0…3,0 cm/s, fiind stabilit ă în așa fel înc ât lamele de raclare s ă nu
perturbe procesul efectiv de decantare, prin care s -ar putea produce o eventual ă
readucere în suspensie a particulelor din depozitele de materiale decantate. De
asemenea, evacuarea continu ă a nămolului se poate realiza și prin ut ilizarea altor
procedee: curgerea noroiului sub ac țiunea presiunii hidrostatice a apei din decantor,
aspirarea noroiului realizat ă de o instala ție de pompare (pompe de noroi) sau
evacuarea n ămolului prin sifonare în exterior.
 sistemele de evacuare intermit entă se folosesc la construc țiile de decantoare de
dimensiuni mici sau atunci când particulele solide din apa uzat ă sedimenteaz ă
relativ încet. În acest scop se face golirea periodic ă a rezervorului pentru a efectua
evacuarea manual ă a nămolului, folosind furtunuri de ap ă sub presiune. Deoarece,
în general, sedimentele compacte aluneca dificil pe fundul bazinului, în aceste
cazuri este necesar ca fundul bazinului sa aib ă pante cu înclina ții mari (450… 600).
În cele de urmeaz ă vor fi prezentate câteva const rucții reprezentative de decantoare și se
vor face unele preciz ări privind particularit ățile proceselor de lucru și domeniul de utilizare ale
acestora.
Decantoarele orizontale longitudinale sunt folosite, în g eneral, ca decantoare pri mare. La
aceste tipu ri, apa uzat ă supus ă decant ării se deplaseaz ă în bazinul decantorului pe direc ție
longitudinal ă (mișcare de piston) în regim de curgere laminar ă. Pentru realizarea func ției de
sedimentare, o unitate de decantare con ține mai multe zone cu func ții specifice, menționate (figura
2.4): zona de admisie (intrare) a apei uzate, zona de sedimentare, zona de acumulare a
sedimentelor (zona de n ămol) și zona de evacuare a apei limpezi (evacuare limpede).

26

Fig. 2.4. Schema de compartimentare a unui decantor orizonta l longitudinal

În decantorul orizontal longitudinal amestecul de ap ă cu sedimente (apa uzat ă) intr ă în
zona de admisie în regim turbulent de curgere, dup ă care se deplaseaz ă pe întreaga sec țiune
transversal ă a bazinului în mi șcare uniform ă, având aceea și vitez ă de transport în toate
punctele sec țiunii. În general, leg ătura dintre camera de distribu ție și zona de decantare se
face printr -un perete cu orificii calibrate sau prin intermediul unui deflector, care asigur ă o
curgere a apei f ără turbioane. În re alitate, în decantor apar și curen ți de convec ție datorit ă
diferen țelor de temperatur ă și a curgerilor parazitare provocate de diferen țele de densitate ale
apei între diferitele zone ale bazinului. Din zona de sedimentare, n ămolul trebuie s ă se
îndep ărteze rapid și în mod continuu și complet de pe întreaga sec țiune transversal ă a
bazinului, f ără a tulbura solu ția apoas ă, iar zona de evacuare a n ămolului trebuie s ă nu
perturbe curgerea din zona sediment ării.
Schema de principiu a construc ției unui decantor orizontal longitudinal este
prezentat ă în figura 2.5 [101]. Apa uzată (cu debitul Qi și concentra ția ini țială de impurit ăți
Ci) intră în decantor prin canalul 1 și întâlnește dispozitivul de liniștire 2. Zona de a dmisie a
apei se delimitează de compartimentul de sedimentare 8 prin p eretele semiscufundat 4.
Eventualele impurit ăți de g răsimi se separ ă prin flotare (plutire) și ajung la suprafa ța apei unde
sunt evacuate prin conducta 3. A pa limpezit ă (cu concentra ția final ă de impurit ăți Ce) este
deversată (cu debitul Qe) în canalul de colectare – evacuare 11. Spuma și materialele flotante

27
sunt colectate printr-un jg heab 10 amplasat în pozi ție tra nsversală față de direcția de curgere a
apei în bazin .

Fig. 2.5. Schema unui decantor orizontal longitudinal cu si stem de raclare n ămolului cu
lamă montat ă la un pod raclor [101]:
1 – canal de intrare a apei uzate; 2 – zonă de lini știre; 3 – antecamer ă; 4 – conduct ă
evacuare gr ăsimi; 5 – pod cu echipament raclor; 6 – lamă pentru spum ă; 7 – compartiment
depunere n ămol; 8 – zonă de sedimentare; 9 – lamă de raclare a n ămolului; 10 – jgheab
pentru colectarea materialelor flotante; 11 – canal pentru evacuarea apei limpezi.

Nămolul depus pe fundul bazinului este evacuat (extras) prin canalul din
compartimentul 7 (cu un deb it Qn și o concentra ție de impurit ăți Cn.). La cursa activ ă (CA) a
podului 5, realizat ă dinspre aval c ătre amonte, lama de raclare 9 vine în contact direct cu
suprafa ța inferioar ă a bazinului și deplaseaz ă prin împingerea n ămolul c ătre zona 7. La cursa
pasivă (CP) a podului, realizat ă dinspre amonte spre aval, lama racloare se afl ă în pozi ție
semiscufundat ă și împinge flotan ții pentru deversare în jgheabul transversal 10. Podul 5 cu
echipamentul de raclare este prev ăzut cu dou ă sisteme mecanice de antrenare acționate de
motoare electrice distincte: un motor destinat antren ării lamelor racloare, iar cel ălalt destinat
realiz ării ridic ării și coborârii lamelor racloare de nămol și a lamelor colectoare de spum ă.
Varianta exemplificat ă în figura 2.5 este utilizab ilă și la decantoarele orizontale longitudinale
la care rezult ă cantit ăți mari de spum ă, colectarea spumei realizându -se cu o lam ă 6 de form ă
dreptunghiular ă montat ă, prin intermediul unor bra țe, la cadrul podului de raclare 5.
În figura 2.6. este prezen tată construc ția unui decantor orizontal longitudinal cu dou ă
compartimente cuplate în serie, la care evacuarea stratului de n ămol de pe fundul bazinului se
face cu transportoare cu lan țuri cu raclete.

28

Fig. 2.6. Schema constructiv ă a unui decantor orizo ntal longitudinal cu dou ă compartimente
și evacuarea n ămolului cu transportoare cu lan țuri raclete

Fig. 2.7. Decantoare orizontale longitudinale cu diferite sisteme de evacuare a n ămolului: a –
cu lan ț și palete racloare; b – cu pod rulant cu palete racl oare; c -cu pod raclor

În schemele din figura 2.7. sunt exemplificate trei variante de sisteme de evacuarea
stratului de n ămol de pe fundul bazinului: cu lan ț transportor cu raclete f ără glisor (figura 2.7.
a), cu pod rulant echipat cu palete racloare (f igura 2.7. b) și cu pod raclor (figura 2.7. c). În
scheme sunt men ționate și unele detalii constructiv -funcționale.

29
Decantoarele orizontale radiale (denumite decantoare DORR, după numele
inventatorului ) sunt unit ăți de decantare care au partea superioar ă de form ă cilindric ă, iar
partea inferioar ă conic ă (figura 2.8). De la intrarea în bazinul decantorului apa uzat ă este
dirijat ă pe direc ție radial ă, de la centru spre periferie. În vederea decant ării, apa uzat ă (cu
impurit ăți) intr ă în conducta central ă 6 și, prin cap ătul superior cu form ă de pâlnie al
conductei, apa este deversat ă sub un clopot central, ajungând în zona de sedimentare 3 a
bazinului. Ca urmare a iner ției, part iculele cu dimensiuni mari și cu densitatea mare nu
reușesc să execute mișcarea de ocolire pe sub clopot și se depun direct în zona centrală 9.
După decantarea impurit ăților con ținute, a pa limpezit ă se deplaseaz ă spre partea superioar ă,
unde curge uniform pe direcția razei vectoare și ajunge în c analul colector inelar 5, amplasat
fie în bazin (cu două margini deversante), fie la periferia a cestuia. Pentru a e vita curgerile
preferențiale, prin care pro cesul de sedimentare poate fi perturbat, canalul colector 5 are d inți
orizontali (în V la 90 0) plasa ți pe marginea deversorului. Nămolul se dimentat, depus pe
fundul î nclinat (conic) al bazinului, a lunecă către compartimentul central 9 de unde, prin
acțiunea pre siunii hidrostatice, este evacuat prin conducta 7. Lamele de raclare 8 ale podului
raclor, faciliteaz ă curger ea depunerilor aderente către compartimentul central 9. Podul raclor,
de tip radial sau diametral, este montat la centru pe un suport 4, iar la periferie se sprijină pe
roți de rulare motoare care se deplaseaz ă pe calea de rulare 10 a podului, ro țile fiind antrenate
de echipamentu l de antrenare 11.

Fig.2.8. Schema unui d ecantor orizontal radial (decantor Dorr) cu pod raclor radial [101] :
1– corp bazin d ecantor; 2–conductă alimentare cu a pă uzată; 3–zonă de sedimentare;4–
supo rtul pivotului central al podului raclor; 5 –colector inelar ap ă limpede; 6 –con (pâlnie)
conduct ă de intrare ap ă uzată ; 7– conduct ă evacua re nămol; 8–lame racloare nămol; 9 –
compartiment (zon ă) depunere n ămol; 10–cale de rulare a podului raclor ; 11–echipament de
antrenare a podului de raclare

Alimentarea de cantorului tip Dorr trebuie f ăcută astfel încât s ă se realizeze o curgere
uniform ă a apei, pentru a se evita formarea turbioanelor și a curgerilor preferen țiale în spa țiul
de sedimentare. De aceea, sistemele moderne de alimentare folosesc pâlnii de aliment are care
folosesc efectul Coand ă.

30

Fig.2.9. Schema de principiu al unui decantor radial, tip Dorr [169]:
1– conduct ă admisie ap ă brută (uzat ă); 2. – deflector de uniformizare a distribu ției a apei în
bazin; 3. – jgheab cu conduct ă de evacuare ap ă decant ată; 4.– rigol ă pentru colectare corpuri
plutitoare; 5. – pod cu lame de raclare a n ămolului; 6. – conduct ă evacuare n ămol.

În figura 2.9 este prezentat ă schema unui decantor orizontal radial (tip Dorr) la care
intrarea apei se face prin conducta de admisi e 1 care alimenteaz ă un tub vertical central care,
la deversare în bazin, este prev ăzut cu orificii în fa ță cărora sunt plasate deflectoarele 2. Dup ă
ieșirea din deflectoare apa curge radial, de la centru c ătre periferia decantorului, cu vitez ă
descresc ătoare, pe direc ția razei vectoare, proces care favorizeaz ă decantarea impurit ăților.
După ce ajunge în zona de sedimentare, apa cu impurit ăți urcă spre partea superioar ă, proces
în care are loc sedimentarea particulelor de impurit ăți și, dup ă limpezire, este colectat ă într-o
rigola circulara 3 plasat ă pe circumferin ța superioar ă a bazinului decantorului, prev ăzută cu
un sistem reglabil de deversare. Raclarea n ămolului de pe pere ții conici ai bazinului se face cu
lame în mi șcare de rota ție, realizat ă de podul 5. Evacuarea n ămolului depus la partea
inferioar ă a bazinului se realizeaz ă prin conducta 6, cuplat ă la o pomp ă de n ămol.
Dimensiunile h, H, d sunt stabilite prin calcul de proiectare sau adoptate din norme și
standarde.
Decantoarele orizontale radiale cu volum mic au poduri racloare dispuse radial cu
grupul de a ntrenare la centru (v. figura 2.8. și figura 2.9.), iar d ecantoarele de mari
dimensiuni sunt dotate cu poduri d iametrale, echipate cu grupu ri de a ntrenare la ambele
capete (figura 2.10).

31

Fig. 2. 10. Construc ția unor decantoare orizontale radiale cu pod diametral pentru
antrenarea echipamentului de raclare a n ămolului

În literatura de specialitate [101] se recomand ă ca timpul de reten ție al apei în bazinul
de decantare s ă fie de 45…150 min, iar v iteza vertical ă de sedimentare s ă aibă valoarea de
0,1…0,4 mm/s. Viteza periferic ă a podului raclor este de 1,5…3,0 m/min, iar panta fundului
bazinului s ă fie de 6…8%. Viteza de curgere a n ămolului pe conducta de evacuare este de
1,25…1,50 m/s. Pentru unif ormizarea curgerii prin decantor se monteaz ă deversoare pe
circumferin ța acestuia.
Decantoarele verticale (figura 2.11) au partea superioar ă a bazinului de form ă
cilindric ă, iar partea inferioar ă de form ă conic ă. În procesul decant ării curgerea apei se f ace
ascendent (spre suprafa ță) în sens contrar mi șcării descendente a particulelor (spre fundul
bazinului).
Apa uzat ă pătrunde, prin conducta de alimentare 1, ajunge în partea superioar ă a tubului
central 8, dup ă care coboar ă spre partea inferioar ă sub fo rmă de pâlnie a tubului. Prin
intermediul panoului deflector 9, plasat la cap ătul inferior al tubului 8, apa este dirijat ă pe
direc ție radial ă și se ridic ă în spa țiul de sedimentare al decantorului. În procesul ridic ării apa
are o vitez ă de deplasare mai m ică decât viteza de sedimentare a particulelor de impurit ăți,
încât acestea se depun, prin sedimentare, pe fundul conic al bazinului. Apa limpezit ă
(clarificat ă) ajunge la partea superioar ă a decantorului, trece peste deversorul 2 și este
colectat ă într-un jgheab 3, de unde este preluat ă de conducta de evacuare 4. N ămolul colectat
pe fundul rezervorului este evacuat în exterior prin intermediul conductei de n ămol 7
conectat ă la o pomp ă de nămol. În figura 2.11 sunt marcate și dimensiunile de baz ă ale unui
decantor vertical, stabilite prin norme de proiectare (v. STAS 4162/1 – 89).
Zona de n ămoluri este plasat ă în partea inferioar ă, unde corpul decantorului are form ă
conic ă cu înclinarea de 45ș …60ș, în func ție de natura apei și de tratamentul aplicat. N ămolul
colectat este evacuat în exterior (cu o pomp ă de nămol) prin intermediul conducta de n ămol 7.

32

Fig. 2.11. Schema de principiu a unui decantor vertical cu panou deflector la conducta
central ă de alimentare [57]
1- conduct ă alimentare ap ă uzată; 2- deversor; 3 – jgheab colectare ap ă limpede; 4 – conduct ă
evacuare ap ă limpede; 5 – perete semiînecat; 6 -conduct ă preaplin; 7 -conduct ă evacuare
nămol; 8 -tub central; 9 -panou deflector.

Fig. 2.12. Schema de principiu și dimensiunile principale ale unui decanto r vertical amplasat
sub nivelul solului [57]:
1 – conducta de admisie a apei uzate; 2 – conducta de evacuare a apei limpezi; 3 – jgheab
pentru colectarea apei limpezi; 4 – conduct ă pentru prea -plin; 5 – conducta de evacuare
nămol; 6 – tub central de intrar e a apei în spa țiul de decantare; 7 – spațiul de decantare; 8 –
zona de colectare a n ămolului

În figura 2.12 este prezentat ă schema unui decantor vertical amplasat sub nivelul
solului, în care apa uzat ă este adus ă în spa țiul de decantare prin tubul centr al 6, alimentat la

33
partea superioar ă prin conducta de alimentare 1. Dup ă decantare, apa limpezit ă este colectat ă
în jgheabul 3 și evacuat ă prin conducta 2. Reglajele și comenzile decantorului sunt asigurate
de un sistem de robinete comandate din exterior, iar pentru control și repara ții, decantorul are
prevăzut un sistem de golire a apei. Evacuarea depunerilor de n ămol de la partea inferioar ă
conic ă a bazinului se face prin conducta 5 cuplat ă la o pomp ă de nămol. În schema din figura
2.12 sunt marcate și simbolurile pentru principalele dimensiuni constructive pentru proiectare,
prevăzute în standarde și norme de specialitate interne și interna ționale Conform
recomand ărilor din aceste norme și standarde, diametrul evaz ării de la cap ătul inferior al
tubului ce ntral d se adopt ă cu 50 % mai mare decât diametrul d1 al tubului, iar diametrul d2 al
panoului deflector este de 1,2…2,0 ori mai mare decât diametrul exterior al evaz ării.

2.2 3. Decantoare de construc ție special ă

Pentru cre șterea performan țelor func ționale s -u realizat construc ții speciale de
decantoare, printre cele mai utilizate fiind decantoarele compartimentate și decantoarele cu
flux elicoidal.
Decantorul compartimentat are o construc ție special ă, volumul cuvei fiind divizat în
mai multe compart imente cu pere ți desp ărțitori sau cu tuburi. Prin acest sistem se ob ține
creșterea semnificativ ă a suprafe ței de decantare și, implicit, a debitului de lichid supus
decant ării [101,104,135] . Înclinarea lamelelor și, respectiv, a axelor tuburilor asigur ă curgerea
nămolului în compartimentele decantorului. Prin cre șterea num ărului de compartimente sau
de tuburi se m ărește suprafa ța de sedimentare și, implicit , eficie nța sediment ării. Curgerea
apei în interiorul compartimentelor se poate efectua în echicurent (figura 2.13,b) sau în
contracurent (figura 2.13, a), diferen ța dintre variante constând în modul de introducere a apei
uzate în decantor și de evacuare din decantor a apei limpezite.
Curgerea apei în contracurent (figura 2.13. a) este mai u șor de realiz at, alimentarea cu
apă uzată făcându -se de la baza compartimentelor spre parte superioar ă, iar lichidul limpezit
iese pe la parte superioar ă.
Curgerea apei în echicurent (figura 2.13, b) se realizeaz ă prin introducerea apei uzate
pe la partea superioar ă. Apa limpezit ă acumulat ă la partea inferioar ă este dirijat ă spre partea
superioar ă până la vârful cuvei, de unde iese spre exterior.

34

a b

Fig. 2.13. Scheme de principiu a decantoarelor lamelare [135]: a – în contracurent; b – în
echicurent
F – apă uzată; L – lichid limpezit; U – sediment (n ămol)

Lungimea unui compartiment și distan ța dintre pere ții compartimentului se adopt ă, din
considerentul de a asigura ca particula solid ă, cu cel mai mic diametru, s ă vină în contact cu
peretele înclinat al com partimentului înainte ca particula s ă părăseasc ă compartimentul. Unul
dintre dezavantajele decantoarelor cu lamele este tendin ța de aderare a particulelor solide pe
suprafa ța lamelelor, care face dificil ă opera ția de cur ățare.

Fig. 2.14. Schema construc tivă a unui decantor cu compartimente lamelare:
H1-conducta de intrare ap ă uzată; H 2-conducta de ie șire ap ă limpede;
H3-conducta de evacuare n ămol

35
În cazul decantoarelor lamelare, blocurile de lamele pot fi montate in rezervoare
(cuve) cu sec țiune circul ară sau rectangular ă, având o construc ție simpl ă care asigur ă o
fiabilitate ridicat ă a sistemului de decantare. Schema constructiv ă a unui decantor industrial
cu blocuri lamelare este dat ă în figura 2.14, unde sunt înscrise și nota țiile pentru elementele
constructive men ționate în cataloagele firmei produc ătoare (firma LB). La aceste tipuri
constructive, apa uzat ă intră în decantor prin conducta H1 și dup ă decantare, în blocul lamelar,
este evacuat ă prin conducta H2. Nămolul este acumulat în partea inferio ară, de form ă conic ă,
de unde este evacuat prin conducta H3.
Decantorul cu flux elicoidal de curgere este un decantor de construc ție special ă prin
care se realizeaz ă accelerarea procesului de decantare, procedeu folosit în special la
sedimentarea apelor u zate cu conținut ridicat de impurit ăți.

Fig. 2.15. Schema unui decantor cu flux elicoidal [72]:
a-vederea de sus: b sec țiune longitudinal ă

Din punct de vedere constructiv -funcțional d ecantorul cu flux elicoidal reprezint ă, de
fapt, decantoare vertic ale cilindrice, la care alimentarea cu ap ă uzată se face în flux elicoidal,
procedeu realizat prin combinarea unor sisteme de orificii plasate în conducte și canalele
periferice, plasate și dimensionate astfel încât s ă permit ă o distribu ție cât mai uniform ă a
circula ției apei în bazinul decantorului. Canalul colector de ap ă limpezit ă este situat în zona

36
central ă sau la periferia decantorului, fapt ce conduce la realizarea unei distribu ții favorabile,
optime, a fluxului și, implicit, la evitarea scurtcircui telor la circula ția fluidului. În figura 2.15
este dat ă schema unui decantor cu flux elicoidal cu canalul colector de ap ă limpezit ă situat în
zona central ă .

2.2.4. Concluzii privind separarea prin sedimentare

 Decantarea este opera ția cu caracter hidrod inamic prin care separarea impurit ăților
mecanice solide din masa de ap ă uzată se realizeaz ă prin sedimentare în câmp
gravita țional; deplasarea particulelor solide de impurit ăți în sens descendent se
realizeaz ă datorit ă diferen ței de densitate în raport cu cea a apei apa.
 Decantoarele sunt unit ăți de separare mecanic ă prin sedimentare gravita țional ă și
reprezint ă construc ții echipate cu dispozitive pentru alimentare cu ap ă uzată,
dispozitive pentru colectarea apei limpezite (clarificat) și dispozitive pent ru extragerea
și evacuarea sedimentului acumulat la fundul bazinului (denumit nămol sau șlam).
Decantoarele se clasific ă după următoarele criterii de baz ă: a-după forma de curgere a
apei prin bazinul de decantoare: orizontale (longitudinale și radiale) și verticale; b –
după poziția bazinului de decantare în raport cu nivelul solului: la suprafa ța solului,
îngropate, semiîngropate; c-după modul de evacuare (extragere) a n ămolului depus pe
fundul bazinelor: cu evacuare continu ă și cu evacuare intermitent ă.
 Pentru intensificarea și mărirea eficien ței proceselor de decantare a apelor uzate se
utilizeaz ă: decantoare compartimentate cu pere ți înclina ți sau cu tuburi înclinate și
decantoare cu flux de curgere elicoidal.
 Pentru cre șterea eficien ței de reținere a part iculelor de impurit ăți foarte fine din apa
uzată se realizeaz ă în prealabil o aglomerare a acestora prin flocularecoagulare a
acestora, prin folosirea unor substan țe care produc aglomerarea particule fine (cu
diametre de 0,3… 0,6 mm) în particule cu dimens iuni mai mari, numite flocoane, care
devin unitatea structural ă a procesului de sedimentare..

2.3. Construc ția și utilizarea echipamentelor pentru separarea prin filtrare

2.3.1. Procesele de lucru al echipamentelor de separare prin filtrare

Filtrare a este opera ția de separare mecanic ă prin care un amestec eterogen bifazic de
tip solid -fluid (suspensie lichid ă) se separ ă în fazele constituente (particule solide și lichid),
prin re ținerea particulelor solide pe suprafa ța sau în masa unui mediu poros, p rin care poate
trece numai faza fluid ă. Particulele solide re ținute pe suprafa ța sau în masa mediului filtrant,

37
formeaz ă un strat (depozit) ce poart ă denumirea de precipitat , iar faza fluid ă (lichidul) care
a trecut prin mediul poros, poart ă denumirea de filtrat sau limpede . Unitatea (aparatul) prin
care se realizeaz ă opera ția de filtrare se nume ște element filtrant sau filtru, alc ătuit dintr -un
mediu de filtrare poros montat pe un suport mecanic de rezisten ță.

Fig. 2.16. Metode de filtrare în medii perm eabile și varia ția în timp a parametrilor de baz ă ai
procesului de filtrare [135] :
a-filtrare normal ă de suprafa ță: b-filtrare normal ă în adâncime:
c-filtrare cu curgere tangen țială

In func ție de direc ția curgerii fluidului în raport cu suprafa ța mediului poros, opera ția
de filtrare se poate realiza în dou ă moduri distincte (figura 2.16): filtrare normal ă, când
fluxul de lichid se deplaseaz ă (curge) pe o direc ție perpendicular ă pe suprafa ța mediului
filtrant, și filtrare tangen țială, când fluxul de lichid se deplaseaz ă (curge) pe o direc ție
paralel ă cu suprafa ța mediului filtrant.
Filtrarea normal ă se realizeaz ă în dou ă moduri distincte: filtrare de suprafa ță și
filtrare în adâncime.
Filtrarea de suprafa ță (figura 2.16,a) se utilizeaz ă în cazul în care diametrul
particulelor este mai mare decât diametrul porilor mediului filtrant, situa ție în care toate sau

38
aproape toate impurit ățile sunt re ținute la suprafa ța de intrare a mediului poros permeabil în
direc ția curgerii.
Filtrarea în adâncime (profunzime) (figura 2.16,b) se caracterizeaz ă prin faptul c ă
particulele fine pot s ă pătrund ă în adâncimea stratului poros permeabil, separându -se
progresiv din masa de fluid prin impactul cu un num ăr mare de obstacole întâlnite în mediul
filtrant.
Filtrarea tangen țială, denumit ă și filtrare cu curgere transversal ă, se caracterizeaz ă
prin faptul c ă direc ția de curgere a fluidului este paralel ă cu mediul permeabil (figura 2.16.c),
realizând o m ăturare (sp ălare) a suprafe ței mediului filtrant, iar lichidul filtrat se dep laseaz ă
transversal (radial) în raport cu suprafa ța cilindric ă a mediului filtrant. Datorit ă efectului de
“măturare ” și de cur ățare a suprafe ței mediului filtrant, se împiedic ă constituirea, prin
aglomerare, a unui strat de impurit ăți deasupra suprafe ței m ediului filtrant, încât se reduce
efectul de îmbâcsire și, ca urmare, se men ține mai mult timp func ționalitatea filtrului,
împiedicându -se colmatarea prematur ă a mediului filtrant.
În compara ție cu filtrarea normal ă (de suprafa ță și în adâncime), în care debitul de
lichid Q scade cu m ărirea c ăderii de presiune Δp care cre ște exponen țial în timp datorit ă
stratului de impurit ăți cu grosime crescând ă (figura 2.16.a, b), filtrarea tangen țială (figura
2.16,c) este mai avantajoas ă, datorit ă creșterii mai lente a căderii de presiune Δp și grosimii
stratului de impurit ăți și scăderii mai reduse a debitului de filtrare Q.
Opera ția de filtrare a amestecurilor eterogene solid –lichid se desf ășoară în trei etape
distincte [104, 135]:
 etapa incipient ă, în care pe supra fața materialului filtrant se re țin primele particule
solide, care în timp formeaz ă un strat de precipitat și împreun ă cu materialul filtrant
(membrana) va forma mediul filtrant. În aceast ă fază lichidul filtrat este tulbure.
 filtrarea propriu -zisă, reprez intă procesul de baz ă, când se realizeaz ă reținerea în
totalitate a fazei solide sub form ă de precipitat, iar filtratul care se ob ține este limpede.
În aceast ă fază, precipitatul are și rolul de mediu filtrant.
 curățarea materialului filtrant de depunerile de precipitat, opera ție denumit ă
decolmatare, este o opera ție realizat ă prin sp ălarea suprafe ței și a porilor materialului
filtrant.

2.3.2. Materiale filtrante folosite la construc ția filtrelor

Materialele utilizate la construirea mediilor filtrante ale filtrelor trebuie s ă aibă
caracteristici de filtrare ridicate și, în acela și timp, s ă asigure posibilitatea de a se realiza

39
regenerarea u șoară a permeabilit ății lor prin opera ția de decolmatare. De asemenea,
materialele trebuie s ă aibă o rezisten ță mecanică suficient ă pentru a rezista la solicit ările
exterioare (în special la presiunile maxime de lucru) și să fie rezistente la ac țiunea coroziv ă a
fluidului filtrat.
Pentru realizarea filtrelor se utilizeaz ă o varietate de medii și materiale filtrante.
Indiferent de natura materialului din care este realizat și de modul de confec ționare a mediului
filtrant, un element filtrant se consider ă ca fiind format din: scheletul de baz ă (suportul de
rezisten ță) și rețeaua poroas ă. Scheletul de baz ă asigur ă capacita tea materialului filtrant de a
rezista la solicit ările mecanice în timpul func ționării, iar re țeaua poroas ă asigur ă funcțiile
efective de filtrare. Mediile filtrante se pot realiza din s ite, materiale înf ășurate, materiale
poroase, materiale granulare și din membrane [104,135] . Mediile filtrante din materiale
poroase sunt cele mai utilizate, fiind eficiente la filtrarea fluidelor cu debite mari și cu o
concentra ție de impurit ăți în suspensie relativ mic ă și când în prealabil se face o separare prin
sediment are a particulelor de dimensiuni mari. La realizarea materialelor filtrante se folosesc
fibre (naturale, sintetice sau metalice), materiale minerale (ceramice, carburi, azbest etc.) sau
diverse materiale plastice sintetice.

Fig. 2.17. Variante constru ctive de elemente filtrante (cartu șe filtrante)

Materialele poroase din fibre asigur ă filtrarea adânc ă realizând fine țe de filtrare
ridicat ă (5… 10) μm, îns ă au permeabilitate mic ă și o rezisten ță mecanic ă redus ă și posibilit ăți
reduse de sp ălare (cur ățare). Elementele filtrante tangen țiale se realizeaz ă, de obicei, sub
form ă cilindric ă, materialele filtrante fiind montate pe tuburi perforate rezistente, având un
capăt deschis și cel ălalt închis și, în func ție de construc ție, lichidul poate p ătrunde prin

40
exteriorul sau prin interiorul tubului (figura 2.17). Elementele filtrante tubulare pot fi
realizate și din materiale poroase sintetice, de exemplu polipropilen ă (fig.2.18).

a b

Fig.2.18. Detalii privind elementele filtrante tubulare din propilen ă
a-capătul deschis; b -capătul închis

Medii filtrante din materiale înf ășurate sunt realizate, de obicei, prin înf ășurarea unor
sârme (în 1…3 straturi) pe suporturi de form ă cilindric ă (tubular ă) cu perfora ții. Prin
modificarea dimensiunii sec țiunii și a pasului de înf ășurare a sârmei și a num ărului de straturi
se pot ob ține înf ășurări permeabile de grosime mic ă și cu dimensiuni variabile ale porilor,
care asigur ă o permeabilitate ridicat ă, cu fine țe de filtrare controlabil ă, având caracteristici
filtrante uniforme pe toat ă supra fața permeabil ă și o rezisten ță hidraulic ă scăzută. În scopul
îmbun ătățirii propriet ăților filtrante, în general înf ășurarea se realizeaz ă din dou ă straturi.
Sistemele filtrante cu s ite asigur ă grade de fine țe de filtrare cuprinse, în general, în
interva lul 15…150 μm. Sitele sunt realizate din tabl ă perforat ă cu orificii de diverse forme și
dimensiuni, sau din țesături de sârme metalice (o țel inox, alam ă, nichel, cupru etc.) cu ochiuri
de diferite dimensiuni.
Medii filtrante din membrane au o utilizare d in ce în ce mai mare, fiind realizate
următoarele tipuri: membrane pentru microfiltrare (MF), care au pori de dimensiuni mari și
rețin particulele de dimensiuni mari , și membrane pentru ultrafiltrare (UF ), cu pori mai mici,
care pot re ține și bacterii și macromolecule solubile. Membranele pot fi ob ținute și din
materiale ceramice microporoase, care au stabilitate termic ă și o rezisten ță chimic ă ridicat ă și
sunt utilizate, în special, la microfiltrare. De asemenea, membranele pot fi ob ținute și din
pulberi de oțel inoxidabil sinterizate, care au o porozitate foarte fin ă.

41
Propriet ățile și indicii principali ai filtrelor sunt urm ătorii: permeabilitatea,
capacitatea de filtrare, fine țea de filtrare (absolut ă, relativ ă și nominal ă), și eficien ța filtr ării
[104, 105].
Permeabilitatea este proprietatea materialului filtrant de a permite trecerea unui lichid,
sub ac țiunea diferen ței de presiune dintre fe țele mediului, fiind determinat ă de porozitatea
deschis ă intercomunicant ă a materialului poros.
Capacitatea de f iltrare este proprietatea unui material filtrant definit ă prin capacitatea
de a re ține particulele cu dimensiuni mai mari decât o valoare prestabilit ă pentru fine țea de
filtrare x (μm). Capacitatea de filtrare se exprim ă analitic prin factorul capacit ății de filtrare
βx, definit prin raportul dintre num ărul de particule care dep ășesc o anumit ă dimensiune Nx
aflate înainte de filtru și num ărul de particule r ămase dup ă filtru care dep ășesc aceea și
dimensiune. Capacitatea de filtrare se exprim ă prin rela ția cu noscut ă [104]:

βx = Nx (amomte)/ N x(aval) (2.1)
Aceast ă caracteristic ă se determin ă prin testul trecerilor multiple (multi -pass filter test) și a
fost introdus în standardele ISO 4572 – 1981 (v. cap. 3).
Finețea de filtrare absolut ă este un indic e caracterizat de m ărimea ceea mai mare a
diametrului particulelor sferice de impurit ăți care trec prin filtru și, respectiv de dimensiunea
minim ă a diametrului particulelor re ținute de filtru.
Finețea de filtrare relativ ă este proprietatea cea mai impor tantă a unui element de
filtrare și este definit ă de dimensiunea minim ă a particulelor re ținute de c ătre elementul
filtrant în propor ție de 95… 98 %.
Finețea de filtrare nominal ă este definit ă de dimensiunea x (µm) a particulelor pentru
care factorul capa cității de filtrare βx are valoarea conven țional ă βx = 2 (indicat ă de
produc ătorul filtrului).
Eficien ța filtr ării (Ex) exprim ă capacitatea unui element filtrant de a re ține un
impurificat artificial, având o concentra ție stabilit ă, în condi ții de încerca re experimental ă
precizate. Valoarea eficien ței filtr ării Ex se determin ă cu rela ția cunoscut ă [104]:

 10011 % 



xxE (2.2)
Eficien ței filtr ării Ex se determin ă, de asemenea, prin aplicarea metodei testului
trecerilor multiple, care este singurul acce ptat prin normele ISO utilizate la evaluarea
capacit ății de filtrare (v. cap. 3).

42
2.3.3. Construc ția și utilizarea filtrelor tangen țiale

Deoarece la cercetarea experimental ă din cadrul lucr ării de doctorat s -au utilizat
filtre cu curgere tangen țială (v. cap.5), în cele ce urmeaz ă vor fi prezentate o serie de aspecte
constructive și func ționale ale acestor tipuri de filtre.
Schema constructiv -funcțional ă a unui filtru tangen țial cu un singur element
filtrant este dat ă în figura 2.19. Apa uzat ă (murdar ă) intr ă în corpul filtrului prin conducta din
partea superioar ă stânga și se deplaseaz ă pe suprafa ța cilindric ă exterioar ă a stratului filtrant.
Prin trecerea pe direc ție transversal ă (radial ă) prin stratul filtrant cilindric, lichidul filtrat
ajunge în in teriorul tubului perforat, dup ă care este evacuat prin conducta de ie șire din partea
superioar ă dreapta. Materialul filtrant permeabil este fixat pe un suport metalic cilindric, sub
form ă de țeavă perforat ă sau sub form ă de gr ătar. La partea inferioar ă a corpului filtrului se
găsește un orificiu de golire (evacuare) a depunerilor de impurit ăți filtrate (precipitat, n ămol)
acumulate în camera de filtrare, prev ăzută cu dop filetat (pentru închidere -deschidere la
efectuarea golirii prin sp ălare hidraulic ă a impurit ăților).

Fig. 2.19. Schema constructiv -funcțional ă a unui filtru tangen țial cu un singur element
filtrant

În figura 2.20 este prezentat ă (în sec țiune longitudinal ă) construc ția unui element
filtrant tangen țial, cu mediul filtrant din sit ă inox 4, plasat ă pe exteriorul unui tub (suport)
perforat 3, având cap ătul 2 închis și cap ătul 1 deschis.

43

Fig. 2.20. Secțiune longitudinal ă printr -un element filtrant cu sit ă inox:
1-capat deschis; 2 -capat închis; 3 -tub din tabl ă perforata; 4 -sita inox; 5 -inel de etan șare O

Fig. 2.21. Sec țiune longitudinal ă printr -un filtru tangen țial cu un element filtrant cu
sită inox:
1- flanșă capăt deschis; 2 -corp filtru; 3 -inel O; 4 -capăt deschis; 5 -element ghidaj; 6 –
flanșă capăt închis; 7 -element filtrant; 8 -capăt închis;
A-orificiu intrare ap ă uzată; B-ieșire nămol ( șlam); C -orificiu ie șire ap ă filtrat ă

44
Construc ția unui filtru tangen țial cu un element filtrant de tipul celui din figura
2.20 este prezentat ă (în sec țiune longitudinal ă) în figura 2.21. Apa uzat ă întră în filtru prin
conducta A, p ătrunde în interiorul elementului filtrant 2 și dup ă trecere prin sita elementului
filtrant 7 ajunge, în stare filtrat ă, în interiorul tubului de unde, în stare filtrat ă, este evacuat ă
prin orificiul C. Impurit ățile rămân depuse în exteriorul elementului filtrant de unde sunt
evacuate periodic, prin sp ălare hidraulic ă, prin orificiul B.
În scopul cre șterii capacit ății de filtrare a sistemelor se folosesc filtre formate din
mai multe elemente filtrante montate (cuplate) în paralel (figura 2.22) [104], cu capetele
deschise montate pe o plac ă fixată în corpul (carcasa) filtrului Apa uzat ă intră în filtru prin
racordul de la partea inferioar ă a carcasei filtrului, traverseaz ă materialul poros al tuburilor
filtrante, p ătrunde în interi orul tuburilor (cuplate în paralel) dup ă care apa filtrat ă (limpede)
este colectat ă la partea superioar ă (sub capac) și este condus ă prin conducta de ie șire.
Impurit ățile, re ținute de materialul filtrant pe suprafa ța exterioar ă a tuburilor filtrante, sunt
evacuate prin sp ălare hidraulic ă.

Fig. 2.22. Construc ția unui filtru tangen țial cu mai multe elemente filtrante cuplate în paralel

În figura 2.23 este prezentat ă, în sec țiune longitudinal ă, un filtru cu șapte elemente
filtrante cuplate în paralel, co nstruc ția acestuia fiind similar ă cu cea a filtrului utilizat la
cercet ările experimentale în sta ții pilot (v. cap. 5.2).

45

Fig. 2.23. Sec țiune longitudinal ă printr -un filtru cu șapte elemente cuplate în serie:
1-corp filtru; 2 -capac superior; 3 -element fi ltrant,4 -capac inferior;
A-intrare ape uzate; B – conduct ă ieșire ap ă filtrat ă; C- conduct ă ieșire impurit ăți la
spălarea (decolmatare) filtrului; D -racord pentru cuplare la circuitul de sp ălare filtru

2.3.4. Regenerarea structurii mediilor filtrante

Când pe suprafa ța elementului filtrant se depune un strat semnificativ de
precipitat, elementul filtrant ajunge la un grad ridicat de colmatare, încât rezisten ța hidraulic ă
a mediului filtrant cre ște. Ca urmare, diferen ța de presiune dintre conducta de intra re și cea
ieșire a fluidului din filtru, dep ășește o anumit ă valoare prestabilit ă (de obicei diferen ța de
presiune admis ă între conductele de intrare și ieșire din filtru este de 2,0 bar). Deoarece acest
proces de colmatare duce la sc ăderea eficien ței proc esului de filtrare, este necesar ă
îndep ărtarea depunerilor de impurit ăți (precipitat) din materialul filtrant, prin cur ățarea
acestora. Cur ățarea filtrelor de precipitatul depus se poate realiza utilizând procedee
hidraulice (prin sp ălare) sau procedee mec anice. Procesul de cur ățare se poate realiza
utilizând procedee manuale, semiautomate sau automate ( autocur ățire).
Curățarea pe cale hidraulic ă se realizeaz ă prin sp ălarea precipitatului prin
introducere în circuitul de filtrare a unui lichid (ap ă) de sp ălare sub presiune care antreneaz ă
particulele de precipitat depuse pe mediul filtrant, urmat ă de evacuarea în exterior a apei
încărcată cu impurit ăți [94, 104, 135]. Procesul de sp ălare se poate realiza prin dou ă procedee
distincte: în echicurent, când lic hidul de sp ălare se deplaseaz ă în masa stratului filtrant în

46
acela și sens cu filtratul, și în contracurent , când lichidul de sp ălare se deplaseaz ă în sens
invers celui de circula ție a filtratului. În cazul sp ălării în echicurent, filtratul r ămas în porii
precipitatului este dislocat treptat de c ătre lichidul de sp ălare încât concentra ția apei de sp ălare
în filtrat scade rapid c ătre zero. În cazul sp ălării în contracurent, concentra ția lichidului de
spălare este mai mic ă la început, decât în cazul sp ălării în echicurent, fapt ce face c ă opera ția
de sp ălare s ă dureze un timp mai îndelungat. Datorit ă faptului c ă pe suprafa ța precipitatului va
persista o cantitate rezidual ă de filtrat, concentra ția final ă a apei de sp ălare nu poate atinge
valoarea zero. Pentru c ontrolul și comanda procesului de decolmatare prin sp ălare hidraulic ă
filtrele sunt prev ăzute cu senzori pentru controlul c ăderii de presiune (manometre diferen țiale)
și elemente de comand ă a ventilelor (robinetelor) conductelor, a șa cum rezult ă din figura 2.24.

Fig. 2.24. Filtru tangen țial cu un singur element filtrant echipat cu senzori de m ăsurare a
căderii de presiune și elemente de comand ă a robinetelor pentru sp ălare hidraulic ă

În figura 2.25 sunt prezentate, pentru exemplificare, câteva variante constructive de
filtre prev ăzute cu manometre, pentru m ăsurarea c ăderii de presiune dintre intrarea și ieșirea
lichidului pe filtru, precum și cu elemente de comand ă a robinetelor (ventilelor) conductelor,
în vederea comenzii evacu ării automate a depuneri lor de impurit ăți acumulate în filtre în
procesul de filtrare.

47

Fig. 2.25. Variante constructive de filtre tangen țiale prev ăzute cu manometre diferen țiale
pentru m ăsurarea c ăderii de presiune și cu elemente de comand ă a evacu ării depunerilor
prin sp ălare hidraulic ă

Curățarea filtrelor pe cale mecanic ă se poate realiza prin diferite procedee. În
figura 2.26 este prezentat ă schema constructiv -funcțional ă a unui filtru tangen țial la care
evacuarea depunerilor se realizeaz ă cu un dispozitiv rotativ cu lame de raclare a sitelor
montate pe un arbore ac ționat de un motor electric (prin reductorul plasat la cap ătul exterior al
arborelui). Cuplarea sistemului de cur ățare se face prin semnalul dat de un manometru
diferen țial, moment în care se opre ște circuitul de filtrare (prin închiderea valvelor acestuia) și
se deschide circuitul de sp ălare ( prin deschiderea valvelor acestuia). Evacuarea impurit ăților
rezultate din cur ățarea sitei filtrului este realizat ă printr -un circuit hidraulic de sp ălare.

Fig. 2.26. S chema constructiv -funcțional ă a unui filtru tangen țial cu raclare mecanic ă a
depunerilor și evacuare hidraulic ă prin sp ălare invers ă

48
În figura 2.27 este prezentat un filtru cu site metalice echipat cu sistem de cur ățare.
Prin conducta de admisie apa uza tă intră în corpul filtrului și parcurge elementul filtrant
dinspre interior spre exterior. Impurit ățile mecanice rezultate prin filtrare se acumuleaz ă pe
suprafa ța unei site fine plasat ă la interiorul sitei exterioare brute, care constituie și suportul de
rezisten ță al elementului filtrant. Pentru eliminarea impurit ăților depuse pe suprafa ța sitei,
filtrul este prev ăzut cu un sistem de aspirare a impurit ăților prin vacuumul transmis prin mai
multe duze cuplate la sursa de vacuum. Duzele de vacuum (de aspir ație) sunt montate pe un
ax deplasabil axial (mi șcare realizat ă de un reductor melcat ac ționat de un motor electric),
încât acestea au o mi șcare pe o traiectorie spiral ă. Motorul electric de antrenare a arborelui cu
duze este comandat automat la apari ția unei valori prestabilite a difere nței de presiunii dintre
intrarea și ieșirea apei din filtru, care scoate în eviden ță starea de colmatare (murd ărire) a
elementului filtrant. Concomitent cu ac ționarea motorului se comand ă și deschiderea valvei
de evacuare ( spălare) hidraulic ă în circuit invers a impurit ăților, realizându -se astfel sp ălarea
și evacuarea lichidului de sp ălare prin conducta situat ă la partea inferioar ă a carcasei filtrului
(procesul de sp ălarea are loc într -un ciclu de cca. 15 secunde).

Fig. 2.27. Construc ția unui filtru tangen țial cu evacuarea depunerilor cu un echipament de
aspira ție comandat de un manometru diferen țial, format din duze de aspira ție montate pe un
ax ac ționat de un motor electric

2.3.5. Concluzii privind separarea prin f iltrare

 Filtrarea este opera ția cu caracter hidrodinamic prin care se realizeaz ă separarea unui
amestec eterogen bifazat de tip solid -lichid în fazele constituente (particule solide și
lichid), prin re ținerea particulelor solide pe suprafa ța sau în masa u nui mediu filtrant
prin care poate trece numai faza lichid ă.

49
 Particulele solide re ținute pe suprafa ța mediului filtrant, formeaz ă un strat (depozit) ce
poart ă denumirea de precipitat , iar faza fluid ă (lichidul) care a trecut prin mediul
poros, poart ă denum irea de filtrat .
 În func ție de direc ția curgerii fluidului în raport cu suprafa ța mediului filtrant procesul
de filtrare se poate realiza prin curgere pe direc ție normal ă, perpendicular pe suprafa ța
mediului filtrant (filtrare de suprafa ță sau în adâncime ), și prin curgere pe direc ție
tangen țială la suprafa ța mediului filtrant ( curgere în curent transversal).
 Mediile filtrante se pot realiza în diferite variante: cu s ite, din materiale înf ășurate, din
materiale poroase și sub forma unor membrane .
 La filt rele tangen țiale materialele filtrante se monteaz ă pe supor ți cilindrici, având
forma a unor țevi perforate, iar lichidul poate p ătrunde transversal (radial) prin
exteriorul sau interiorul tubului filtrant. Din punct de vedere constructiv, filtrele
tangen țiale pot fi realizate cu un singur element de filtrare sau mai multe elemente de
filtrare conectate în paralel (pentru cre ștere capacit ății de filtrare).
 Principalele propriet ăți ale filtrelor sunt : permeabilitatea, fine țea de filtrare ( absolut ă,
relativ ă, nominal ă), capacitatea de filtrare și eficien ța filtr ării, propriet ăți care se
determin ă după metodologii stabilite prin norme și standarde interna ționale.
 Îndep ărtarea depunerilor de impurit ăți (precipitat) de pe suprafa ța materialului filtrant
(curățarea sau decolmatarea filtrelor) se poate realiza prin metode hidraulice (în
echicurent sau în contracurent) sau prin metode mecanice, comandate manual,
semiautomat sau automat ( autocur ățire).

50

CAP. 3. STADIUL ACTUAL AL CERCET ĂRILOR PRIVIND SE PARAREA
PRIN SEDIMENTARE ȘI FILTRARE. OBIECTIVELE LUCR ĂRII DE
DOCTORAT

3.1. Stadiul actual al cercet ărilor asupra proceselor de separare prin sedimentare

Inventarea decantorului Dorr în 1905 [31] poate fi privit ă ca punctul de plecare al erei
moderne de cercetare a proceselor de sedimentare gravita țional ă (decantare) a impurit ăților
amestecate cu lichide, denumite generic suspensii . Dezvoltarea tehnologiei de separare prin
sedimentare a f ăcut progrese însemnate în primele dou ă decenii ale secolului 20, iar în
următoarele dou ă decenii s -au intensificat preocup ările pentru perfec ționarea metodelor de
proiectare a decantoarelor și pentru extinderea tehnologi ei de decantare a suspensiilor.
Concomitent cu dezvoltarea constructiv ă a decantoarelor, pe plan inter național s -au
făcut numeroase studii și cercet ări teoretice în acest domeniu și s-au intensificat eforturile de a
modela fizic și matematic procesul sediment ării, prin extinderea ecua ției Stokes sau prin
dezvoltarea unor postulate și ecuații empirice [30, 31, 32]. În acest sens, procesul de separare
prin sedimentare, atât sub form ă discontinu ă, cât și sub form ă continu ă, a fost considerat ca un
proces de propagare a varia ției concentra ției particulelor dinspre partea superioar ă înspre
partea inferioar ă a vasului de decantare, ca rezultat al mi șcării descendente a particulelor
solide aflate în suspensie . Prin studii teoretice și experimentale detaliate și laborioase, a u fost
stabilite ecua ții care descriu fenomenele asociate proceselor de decantare discontin uă a unor
particule solide rigide form ă sferic ă rigide pentru a fi astfel în concordan ță cu teoria lui Kynch
[69].
Primele încerc ări de formulare a unei teorii de sedimentare, care s ă relaționeze
propriet ățile macroscopice cu propriet ățile microscopice ale particulelor solide ale
suspensiilor, au condus la dezvoltarea unor teorii cinematice de sedimentare care țin seama de
modul de propagare a undelor de sedimentare în suspensie . În acest fel, amestecul dintre
lichid și impurit ăți s-a considerat ca un mediu continuu, încât procesul de sedimentare a fost
modelat matematic prin ecua țiile continuit ății fazei solide .
În studiile teoretice ale procesului de sedimentare se consider ă, ipotetic, c ă apele uzate
sunt amestecuri polidisperse, formate dintr -un material solid divizat fin într-un fluid (ap ă),
particulele având forma unor sfere rigide cu diferite dimensiuni și densit ăți. [17,18,30,
31,153]. La realizarea studiului se consider ă că sunt îndeplinite următoarele ipoteze
simplificatoare :

51
a) particulele solide su nt mici în raport cu vasul care le con ține și au aceea și densitate ,
dimensiune și form ă;
b) particulele și lichidul sunt incompresibile; c) nu exist ă nici un transfer de mas ă
între faza solid ă și lichid ;
c) gravita ția este singurul câmp de for țe care ac ționeaz ă asupra particulelor solide; d)
particulele și lichidul sunt con ținute într -un vas impermeabil cu pere ți fără frecare .
Modelarea fizic ă și matematic ă, a proceselor de sedimentare gravita țional ă prin
decantare a amestecurilor bifazate solid -lichid, s -a realizat prin metode care au la baz ă
utilizarea a trei modele de cercetare distincte: modele experimentale, modele teoretice și
modele numerice [19,20,30, 41, 69,152].
Modelele experimentale s-au bazat pe observa ții și determin ări experimentale în
labor ator, pe baza c ărora s -au stabilit o serie de coeficien ți și s-au elaborat diferite corela ții
empirice dintre parametrii func ționali și constructivi ai decantoarelor. Aceste modele
experimentale empirice au utilitate direct ă pentru cerin țele practice ale i ndustriei, dar, în
acela și timp, con țin și un num ăr apreciabil de limit ări, deoarece corela țiile ob ținute nu
reușesc, în general, s ă estimeze cu suficient ă precizie situa țiile reale existente în sistemele
originale din care au fost ob ținute. De asemenea, c orela țiile empirice ob ținute din cercet ările
experimentale nu pot fi aplicate cu certitudine pentru o gam ă mai extins ă de configura ții
geometrice și de condi ții de func ționare ale decantoarelor reale, care difer ă, mai mult sau mai
puțin, de cele pentru car e s-au ob ținut datele experimentale. Pe de alt ă parte, modul de curgere
a lichidelor în decantoare și num ărul mare de variabile implicate la studiul curgerii limiteaz ă
aplicabilitatea teoriei analizei dimensionale în studiul separ ării prin decantare [123, 125, 129,
137].
Modelele matematice teoretice reprezint ă o abordare bazat ă pe comportarea
hidrodinamic ă a particulelor solide de impurit ăți aflate în curentul de fluid și a constituit
obiectul a numeroase cercet ări [3,4,14,15,30,31]. Pentru elaborarea mod elelor matematice se
impune o rezolvare exact ă a ecua țiilor de conservare (mas ă și impuls), prin utilizarea
corespunz ătoare a unor condi ții limit ă [15,19,20]. Pentru aplicarea bilan țului de mas ă se
utilizeaz ă ecuația continuit ății, iar pentru conservarea i mpulsului se folosesc ecua țiile Navier –
Stokes. Aceste ecua ții reprezint ă de fapt ecua ții diferen țiale par țiale neliniare, a c ăror
rezolvare se realizeaz ă prin utilizarea metodel or de calcul din hidrodinamic ă, denumite
Computational Fluid Dynamics (CFD) [60 , 151,152].
Modelele numerice au fost introduse în cercetarea teoretic ă în anii 80, odat ă cu
creșterea performan țelor calculatoarelor personale (PC) și au la baz ă modelarea computerizat ă

52
a interac țiunii sistemelor solide cu mediile fluide. Comportarea sis temelor în medii fluide se
simuleaz ă prin ecua țiile matematice, care descriu procesele fizice produse prin aceste
interac țiuni, iar pentru rezolvare se utilizeaz ă metodele de calcul din hidrodinamic ă,
Computational Fluid Dynamics (CFD) [36,37,43,60]. Dator ită dezvolt ării rapide a tehnicii
moderne de calcul, în ultimii ani sunt utilizate programe CFD specializate, care pot avea o
aplicabilitate nelimitat ă în dezvoltarea și optimizarea performan țelor decantoarelor.
Descrierea matematic ă a modelelor fenomenolo gice, utilizate în teoria amestecurilor, a fost
acceptat ă și dezvoltat ă pe plan interna țional în lucr ările de cercetare a proceselor de
sedimentare gravimetric ă [20,21,22, 30,31,36,37]. Datorit ă neliniarit ății func ției sediment ării
amestecurilor dintre flu id și impurit ățile solide, soluțiile ecua țiilor diferen țiale care descriu
aceste func ții sunt discontinue . Deoarece, în general, aceste solu ții matematice nu sunt unice,
a fost necesar folosirea unui criteriu de selec ție suplimentar bazat pe principiul ent ropic
[30,31].

Fig. 3.1. Moduri de sedimentare (MS-1…MS -3) descrise de func ția densitate -flux f bk(Φ) cu un
singur punct de inflexiune [30]

Pentru func țiile densitate -flux cu cel mult dou ă puncte de inflexiune s -au ob ținut
soluții care sunt calitativ d iferite, reprezentând diferite moduri fizice de sedimentare . O
analiz ă matematic ă riguroas ă și detaliat ă a dus la ob ținerea a șapte solu ții matematice diferite,

53
respectiv la un set complet de șapte moduri de sedimentare MS -1… MS -7, prezentate grafic
în fig urile 3.1 și 3.2. [30.,31]
În graficul din figura 3.1 func țiile densitate –flux au singur punct de inflexiune și
descriu trei moduri de sedimentare. MS -1… MS -3 (prezentate în variantele a, b și c). În
graficul din figura 3.2. func țiile densitate –flux au două puncte de inflexiune și, ca urmare,
sunt posibile, patru moduri suplimentare de sedimentare MS -4…MS -7 (prezentate în
variantele a, b, c și d). Este evident, c ă și la modul de sedimentare MS -1 (v. fig. 3.1,a) este
posibil s ă existe, de asemenea, dou ă puncte de inflexiune.

Fig. 3.2. Moduri de sedimentare (MS-4…MS -7) descrise de func ția densitate -flux f bk(Φ) cu
două puncte de inflexiune [30]

54
Referitor la calculul vitezelor de sedimentare gravita țional ă a particulelor de
impurit ăți din fluide, au fost dezvoltate o varietate de modele fizice și matematice, din care au
fost elaborate diferite rela ții de calcul, ilustrate de numeroase lucr ări de specialitate publicate
[13,14,19,33, 49,67,104,125,132,135]. Cercet ările teoretice au fost completate cu multe
cercet ări experimentale, iar rezultatele acestor cercet ări laborioase au scos în eviden ță că, în
condi ții reale, la sedimentare, deplasarea particulelor în masa de lichid are un caracter
complex, care depinde de o multitudine de factori, fapt ce face difici lă determinarea pe cale
teoretic ă a vitezelor de sedimentare. De aceea, pentru determinarea vitezelor reale de
sedimentare, se utilizeaz ă o serie de rela ții de calcul care țin seama și de rezultatele
cercet ărilor experimentale ob ținute în laborator, în ins talații pilot sau chiar în instala ții
industriale. De exemplu, s -a stabilit c ă în cazul apelor uzate care con țin particule mecanice
concentrate cu dimensiuni mari (d > 50 m), pentru determinarea vitezei reale de sedimentare
vsr se poate folosi o rela ție aproximativ ă de forma: [104,135]:
vsr = v st.εn (3.1)
în care: vst este viteza de sedimentare teoretic ă a particulei individuale în domeniul laminar de
curgere (Stockes); ε- concentra ția volumic ă a amestecului dintre ap ă și particule din amestecul
analizat; n- exponent adimensional, a cărei valoare depinde de criteriul de similitudine
Reinolds (num ărul Reinolds) Re. Pe baza datelor experimentale a rezultat c ă exponentul n are
următoarele valori: n = 4,65, pentru Re < 0,2 și n = 2,4, pentru Re> 500.
Cercet ările experimentale au sos în eviden ță că vâscozitatea dinamic ă a mediului
influen țează coeficientul de rezisten ță hidrodinamic ă a mediului la deplasarea particulelor în
procesul sediment ării și modific ă viteza teoretic ă de sedimentare . De asemenea, s-a constatat
că viteza de sedimentare este încetinit ă (frânat ă) datorit ă influen ței particulelor vecine aflate
în mi șcare. Viteza real ă de sedimentare depinde și de forma geometric ă (neregulat ă) a
particulelor, de concentra ția volumic ă a particulelor afl ate în masa de lichid, de viteza de
mișcare (transport) a mediului lichid. Pentru a se ține seama în mod global de aceste influen țe,
majoritatea cercet ătorilor recomand ă, ca în calculele preliminare folosite la proiectarea
decantoarelor s ă se considere c ă valoarea vitezei reale de sedimentare vsr a particulelor este
egală cu jum ătate din viteza teoretic ă de sedimentare vst, adică:

vsr = 0,5.v st (3.2)

55
3.2. Stadiul actual al cercet ărilor asupra proceselor separare prin filtrare

Filtrarea este una din cele mai vechi și mai utilizate metode de separare mecanic ă a
particulelor solide din amestecurile solid -lichid, constituind obiectul unor cercet ări teoretice
laborioase, experimentale și aplicative, efectuate pe plan interna țional. C ercetarea teoretică a
proceselor de filtrare s -a bazat pe elaborarea unor modele fizice și matematice de diferite
complexit ăți, care descriu procesul de separare mecanic ă prin filtrare [35, 42, 80, 94, 104,
121,125,126, 127, 138,139,153] .
În func ție de direc ția curgerii fluidului în raport cu suprafa ța mediului poros a șa cum
s-a subliniat în cap.2, procesul de filtrare se poate realiza în trei modele fizice distincte
(fig.3.3): a-filtrare de suprafa ță; b-filtrare de adâncime; c -filtrare cu curgere transversal ă
(filtrare tangen țială) [126, 127] .

a b c

d
Fig. 3.3. Scheme de principiu ale principalelor metode de filtrare în func ție de direc ția
curgerii fluidului în raport cu suprafa ța mediului poros [126, 127]:
a-filtrare de suprafa ță; b-filtrare de adâncime; c -filtrare transversal ă (filtrare tangen țială);
d- domenii de dimensiuni ale particulelor re ținute prin cele trei procedee de filtrare

În figura 3.3, a,b și c sunt prezentate schemele de principiu a celor tei modele fizice de
filtrare, iar în figura 3.3, d sunt menționate domeniile de utilizare în raport cu dimensiunile
particulelor. În cele ce urmeaz ă vor fi caracterizate, succint, metodele de filtrare modelate
fizic în figura 3.3.

56
Filtrarea de suprafa ța (figura 3.3,a) este cea mai utilizat ă metod ă de filtrare,
cercetarea teoretic ă a procesului de filtrare de suprafa ță fiind bazat ă pe modelarea matematic ă
realizat ă pe baza ecuațiilor diferen țiale elaborate de Darcy și Kozeny –Carman, ecua ții care
descriu varia ția căderii de presiune produse la trecerea lichidului prin stratul de precipitat
(denumit în literatura de specialitate „turt ă” ) depus pe suportul filtrului [94, 126,127].
Deoarece cele mai multe straturi de precipitat sunt compresibile , porozitatea acestora
scade treptat și, ca urmare, cre ște rezisten ța hidraulic ă cu creșterea presiunii . De aceea,
evaluarea experimental ă a procesului de filtrare de suprafa ță, a scos în eviden ță că rezultatele
experimentale difer ă adesea de cele ob ținute din rezolvarea (integrarea) ecua țiilor diferen țiale
din modelele mate matice . Pentru exemplificare, în figura 3.4 sunt prezentate curbele de
varia ție presiunii hidraulice pL și a presiunii în masa stratului de precipitat pS în func ție de
grosimea h a stratului de precipitat format pe mediul de filtrare, pe dou ă tipuri de str aturi de
precipitat, a și b (stratul a este mai compresibil ă decât stratul b).

Fig. 3.4. Dependen ța presiunii lichidului p L și a presiunea p S în masa stratului de precipitat
cu în ălțimea h (stratul a este mai compresibil decât stratul b) [94].

Filtrare a în adâncime (v. figura 3.3,b) se caracterizeaz ă prin faptul c ă particulele fine
pot p ătrunde în adâncimea stratului poros permeabil, separându -se progresiv, din masa de
fluid, prin impactul cu un num ăr mare de obstacole din mediul filtrant.
Filtrarea cu curgere transversal ă (Cross – Flow Filtration, denumit ă și filtrare
tangen țială (Tangen țial Flow), (figura 3.3,c) este o filtrare dinamic ă la care acumularea unui

57
strat de precipitat pe suprafa ța mediului de filtrare este împiedicat ă de fluxul tangen țial
(paralel) la suprafa ța filtrului . Lichidul limpede traverseaz ă mediul de filtrare ( în principal o
membran ă), fluxul de curent care trece peste mediului filtrant având o vitez ă linear ă cuprins ă
în intervalul la 1,0…6,0m/s . Limitarea grosimii stratului de pre cipitat pe suprafa ța membranei
permite filtrarea particulelor foarte fine , care altfel ar forma un strat cu rezisten ță hidraulic ă
deosebit de ridicat ă. Acțiunea de forfecare a stratului de pe suprafa ța membranei filtrului
limiteaz ă procesul de depunere a p articulelor re ținute, ca urmare a cre șterii for țelor de ridicare
în raport cu for țele de aderen ță la membran ă. Studiul filtr ării dinamice prin curgere
tangen țială a constituit obiectul a numeroase studii și lucr ări de cercetare [32,
35,42,80,94,116,126,127 ,138,139].

Fig. 3.5. For țele și efectele aplicate asupra unei particule în procesul de filtrare tangen țială:
FA- forța de adeziune a particulei la suprafa ța membranei; F D- forța hidrodinamic ă de
antrenare a particulei de c ătre fluxul de lichid la deplasa rea pe direc ție tangen țială; FF- forța
de frecare cu suprafa ța materialului aflat pe membran ă; FL- forța de ridicare (ascensional ă);
FY- forța de convec ție; B r- mișcare Browniana [94],

În cazul filtrării cu curgere tangen țială, în starea de echilibru part iculele sunt
transportate pe membran ă prin convec ție, departe de suprafa ța membranei datorit ă forțelor
hidrodinamice de ridicare produse ca urmare a fluxului paralel ( forțele FY și FL din fig. 4.15 )
[94]. Pentru particule sub o anumit ă mărime, for ța de rid icare FL devine mai mic ă decât cea de
convec ție FY, adică FL<FY, încât particulele se depun pe membran ă. Dup ă depunere pe
membran ă, particulele sunt re ținute de c ătre forțele de adeziune (for țe van der Vaals) FA și, ca
urmare, aceste particule nu pot fi m ăturate u șor. În starea de echilibru exist ă o egalitate între
forța de ridicare (ascensional ă) FL și forța de convec ție (de aderen ță) FY, stare produs ă la un
anumit flux de lichid, denumit, adesea, flux critic .
Tehnologia de filtrare prin membrane este un p roces ingineresc inovator și de
perspectiv ă și se poate aplica la separarea prin filtrare a majorit ăți fluidelor întâlnite în diferite
ramuri industriale și este tratat ă pe larg în literatura de specialitate [10, 23, 40, 65,73,94, 104,

58
111, 115, 118, 136, 138, 139]. Cele mai folosite tehnologii de filtrare prin membran ă sunt
ultrafiltrarea și microfiltrarea, prin care se separ ă particulele apar ținând unei game largi de
mărimi, de la 0,1 la 10 μm. Membranele se execut ă în diferite configura ții (module), plat e,
tubulare sau spiralate, și se folosesc în func ție de felul lichidului (amestecului) supus filtr ării
cât și de condi țiile de lucru.
În literatura consacrat ă teoriei filtr ării prin membrane se men ționeaz ă că se disting trei
moduri de filtrare prin membr ane: filtrare prin agitare, filtrare f ără agitare și filtrare prin flux
încruci șat [10,23,94,136}. La metoda de filtrare f ără agitare, solu ția supus ă filtrării este
trimis ă sub presiune, f ără a se agita lichidul, iar la filtrarea prin agitare aceast ă opera ție se face
pe cale mecanic ă. În cazul metodei filtr ării cu flux încruci șat, cea mai utilizat ă în prezent în
aplica ții practice, solu ția supus ă filtrării se pompeaz ă în sistemul de filtrare pentru a curge pe
suprafa ța membranei montat ă pe un filtru tangen țial.
În multe ramuri industriale pentru filtrarea tangen țială se folosesc ca medii de filtrare
membranele, metod ă prin care lichidul supus filtr ării trece prin mediul de filtrare și
concentratul ( respectiv reținutul ), având o concentra ție mai mare comparat iv ale
componentelor respinse, este evacuat din filtru. Limitarea depunerii particulelor și
macromoleculelor pe suprafa ța unei membrane de filtrare permite filtrarea suspensiilor foarte
fine, care altfel ar forma straturi (depozite) cu rezistent ă hidrauli că mare . În func ție de
mărimea particulelor re ținute la filtrarea cu curgere transversal ă (filtrare tangen țială) prin
membrane se poate face distinc ție între microfiltrare , ultrafiltrare și nanofiltrare . Tehnologia
de filtrare prin membrane, care este un p roces inovator și de perspectiv ă, se poate aplica la
filtrarea majorit ății amestecurilor de lichide cu impurit ăți, întâlnite în diferite sectoare
industriale [10, 23, 40, 65, 73, 94, 104, 111 ,115, 118, 136, 138, 139]. Ca și în cazul oric ărui
alt proces de separare mecanic ă, studiul teoretic al proceselor de separare prin membrane
presupune modelarea fizic ă a acestora și elaborarea modelelor matematice, pe baza unor
relații matematice cantitative, care leag ă propriet ățile amestecurilor eterogene de
performan țele de separare ale membranelor. Teoriile fizice care guverneaz ă modelele de
filtrare prin membrane descriu în primul rând efectul fenomenelor de concentrare a polariz ării
stratului de material separat la suprafa ța membranei. Diferi ți autori au formulat un mecani sm
alternativ pentru filtrarea cu flux încruci șat a particulelor solide mai mari bazat pe fenomenul
spălării sau eroziunii stratului polarizat prin dispersii în curgere tangen țială [19,94]. În acest
sens, pentru studiul procesului de filtrare prin membrane au fost dezvoltate trei modele
teoretice particulare: modelul sp ălării, modelul spargerii turbulente și modelul for țelor de
frecare.

59
Modelul sp ălării se bazeaz ă pe analogia curgerii solu ției prin filtrul de sediment și a
trecerii curentului de lichid înc ărcat de sediment peste un strat stabil de sediment.
Modelul spargerii turbulente se bazeaz ă pe fenomenul de reantrenare a particulelor
dintr -un strat de sediment și apari ția unor spargeri turbulente, care are loc în substratul
laminar și îndep ărtarea stra tul depus pe o mic ă suprafa ță a peretelui.

Fig. 3.6. For țele exterioare care ac ționeaz ă și planul vitezelor de deplasare la rostogolirea
unei particule sferice pe suprafa ța membranei [10].

Modelul for ței de frecare este folosit frecvent în studiile priv ind filtrarea încruci șată și
se bazeaz ă pe for ța (figura 3.6) indus ă de fluxul convectiv înspre membran ă și forța
xF
indus ă de curgerea încruci șată [10]. În figura 3.6 se prezint ă situa ția idealizat ă din punct
de vedere hidrodinamic, în care curgerea fluxului de lichid se face în jurul unei particule
sferice, fluxul filtratului p ătrunzând în membran ă în direc ție perpendicular ă iar cel al
concentratului circulând cu o vitez ă linear ă paralel ă cu membrana. Viteza medie a particulei
paral elă cu membrana este dat ă la distan ța dp/2 (în care dp este diametrul particulei). Pentru un
profil dat de viteze, valoarea medie a vitezei perpendiculare pe suprafa ța membranei este
aceea și atât pentru particulele mici, cât și pentru cele mari, îns ă vitez a medie paralel ă cu
suprafa ța membranei cre ște odat ă cu m ărimea diametrului dp al particulelor. Ca o consecin ță a
ipotezelor utilizate a rezultat concluzia că particulele mari aflate în fluxul de lichid care curge
paralel cu membrana se deplaseaz ă cu o vit eză mai mic ă decât particulele mici. Aceast ă
constatare s -a observat și în realitate pe cale experimental ă.
În studiul teoretic și experimental al proceselor de filtrare, o aten ție deosebit ă a fost
acordat ă propriet ăților de baz ă ale elementelor filtrante (filtrele), cele mai importante fiind:
permeabilitatea, fine țea de filtrare, capacitatea de filtrare și eficien ța filtr ării.
Permeabilitatea este o însu șire determinat ă de porozitatea mediului filtrant și este
caracterizat ă de coeficien ții de permeabilitat e vâscoas ă și de permeabilitate iner țială
Coeficientul de permeabilitate vâscoas ă se define ște prin m ărimea debitului unui fluid de
vâscozitate unitar ă (1 N·s/m2) care trece printr -o unitate de suprafa ță a mediului filtrant (1 m2)
yF

60
la o c ădere de presiune egală cu unitatea (1 N/m2).
Coeficientul de permeabilitate iner țială se define ște prin m ărimea debitului unui fluid
cu densitate unitar ă (1 kg/m3) care trece printr -o unitate de suprafa ță a mediului filtrant (1 m2)
la o c ădere de presiune egal ă cu unitate a (1 N/m2).
Pentru determinarea experimental ă a permeabilit ății materialelor filtrante, pe plan
interna țional s -au dezvoltat și aplicat diferite metodologii și instala ții (v. standard SR ISO –
4022) [135]. Una din metodologiile utilizate const ă în determinar ea curbei de varia ție a
debitului de fluid prin elementul filtrant în func ție de c ăderea de presiune Q = f(Δ p) , curb ă
denumit ă caracteristica hidraulic ă a filtrului, folosind standuri experimentale de tipul celui
prezentat în schema din figura 3. 7, la car e proba (materialul filtrant) 1 supus test ării este fixat ă
în elementul de prindere 2.

Fig. 3. 7. Schema standului pentru determinarea experimental ă a permeabilit ății materialelor
filtrante [135] :
1 – materialul filtrant analizat; 2 – dispozitiv fixare p robă; S – sursa de presiune pentru
fluid; R – robinet; M – senzor presiune (manometru); MD – manometru diferen țial; RP –
regulator de presiune fluid; DR – drosel pentru reglare debit fluid; T – termometru; R m –
senzor debit (rotametru)

Debitul de lichid car e traverseaz ă proba se m ăsoară cu senzorul de debit (rotametrul)
Rm, iar c ăderea de presiune pe filtru Δp (a cărei valoare este reglat ă prin regulatorul de
presiune RP și droselul DR) se m ăsoară cu manometrul diferen țial MD. Pe baza curbei debit –
cădere de presiune ( Q = f(Δ p) obținute se determin ă valoarea coeficientului de permeabilitate
a materialul filtrant analizat .
Pentru determinarea experimental ă a fineței de filtrare, realizate de materialele filtrant,
s-au realizat diferite instala ții experimentale (standuri de testare), o variant ă concret ă fiind
prezentat ă în schema din figura 3.8. Pentru determinare se folose ște un lichid martor, cu
impurit ăți de compozi ție granulometric ă cunoscut ă, care este introdus în vasul martor 3. Sub
acțiunea presiunii real izată de sursa de aer comprimat S (reglat ă cu regulatorul RP) lichidul
din vasul martor 3 traverseaz ă materialul filtrant 1 (fixat în dispozitivul) 2, fiind colectat în

61
vasul 4. Din analiza comparativ ă a probelor de lichid prelevate în vasele 3 și 4, se de termin ă
finețea de filtrare utilizând metodologia stabilit ă în standardele interna ționale. Din analiza
probelor se determin ă, de asemenea, și capacitatea de filtrare și eficien ța filtr ării pentru
materialul filtrant testat.

Fig. 3.8 Schema standului pent ru determinarea experimental ă a propriet ăților de filtrare ale
materialelor filtrante [135] .
1 – materialul filtrant supus analizei; 2 – dispozitiv de fixare a materialului filtrant testat ; 3 –
vas cu lichid martor; 4 – vas colectare pentru lichidul fil trat; S – sursă de aer comprimat;
R1,R2,, R3, R4 – robinete; F –filtru de aer; RP – regulator presiune aer; M 1, M 2, M 3 – senzori
de presiune (manometre)

Fig. 3.9. Schema standului pentru determinarea experimental ă a propriet ăților de filtrare ale
mater ialelor filtrante la depresiune constant ă [135] :
1- materialul filtrant supus analizei ; 2- dispozitiv de fixare a materialului filtrant testat;
3,5,6 -vase (rezervoare); 4 -agitator; 7 – rezervor tampon pentru vid; R 1, R2 – Robinete; M –
manometru; DR – drosel pentru reglare debit; P v- pomp ă de vid.

În figura 3.9 este prezentat ă schema unei alte variante de instala ție experimental ă
(stand) pentru determinarea fineței de filtrare, capacit ății de filtrare și eficien ței filtr ării, în

62
cazul filtr ării în vid . O ase menea instala ție de testare func ționeaz ă la o depresiune constant ă și
se asigur ă curgerea în regim laminar a lichidului care trece prin proba de material filtrant.
Lichidul din vasul martor 3 are o anumit ă concentra ție și o reparti ție granulometric ă
cunosc ută a impurit ăților și, prin utilizarea unui agitator mecanic 4, se men ține omogenitatea
amestecului lichidului martor. Pentru realizarea test ării, lichidul din vasul 3 trece prin
materialul filtrant testat 1, fixat în dispozitivul de prindere 2 , proces re alizat sub ac țiunea
depresiunii generate de pompa de vid Pv. Depresiunea este reglat ă la valoarea necesar ă prin
intermediul droselului DR și este controlat ă cu vacuummetrul M. Realizarea depresiunii
vidului f ără pulsa ții este asigurat ă de rezervorul amorti zor 7.
Fluidul care traverseaz ă materialul filtrant 1 ajunge în rezervorul 5 și colectat în vasul 6.
Impurit ățile rămase în probele de lichid filtrat prelevate din vasul 6 sunt supuse unei analize
granulometrice. Prin utilizarea metodologiei din normele și standardele din domeniu [104,
135], se determin ă următoarele propriet ăți ale materialului filtrant testat: finețea de filtrare,
capacitatea de filtrare precum și clasa în care se încadreaz ă elementul filtrant.

3.3. Obiectivele lucr ării de doctorat

3.3.1. Obiectivul general al lucr ării de doctorat

Obiectivul general al lucr ării de doctorat îl constituie realizarea unei cercet ări teoretice
și experimentale a proceselor de epurare apelor industriale uzate prin separarea mecanic ă a
impurit ăților solide folosind dou ă procedee distincte: sedimentare gravita țional ă (decantare) și
filtrare. Pentru realizarea obiectivului sunt parcurse urm ătoarele etape principale:
 analiza stadiului actual pe plan interna țional privind tehnologiile, echipamentele și
instala țiile folosite pentru epurarea mecanic ă prin sedimentare și filtrare;
 analiza stadiului actual pe plan interna țional privind rezultatele studiilor și cercet ărilor
teoretice și experimentale asupra proceselor de epurare mecanic ă prin sedimentare
gravita țională și filtrare a apelor uzate;
 cercetarea experimental ă pe instala ții pilot a proceselor de separare mecanic ă a
impurit ăților solide din apele uzate prin folosirea a dou ă procedee : sedimentare
gravita țional ă (decantare) și filtrare.
Scopul final al lucr ării îl constituie aprofundarea cercet ărilor din domeniu precum și
conceperea și/sau modernizarea u nor instala ții și echipamente de epurare mecanic ă prin
decantare și filtrare a apelor uzate, care s ă aibă o eficiență de separare ridicată.

63
3.3.2. Obiectivel e și metodologia cercet ărilor teoretice

Obiectivele cercet ării teoretice a proceselor de separare prin sedimentare :
 modelarea fizic ă și matematic ă a proceselor de separare prin sedimentare a
particulelor (impurit ăților) mecanice din apele uzate;
 elabor area unei metodologii pentru dimensionarea echipamentelor de separare
prin sedimentare(decantoarelor).
Obiectivele cercet ării teoretice ale proceselor de separare prin filtrare:
 modelarea fizic ă și elaborarea modelelor matematice ale proceselor de separa re
prin filtrare a particulelor (impurit ăților) mecanice din apele uzate;
 rezolvarea ecua țiilor modelelor matematice pentru studiul parametrilor
hidraulici (rezisten țe hidraulice, c ăderi de presiune, debite) ai mediilor de
filtrare folosite la separarea me canic ă a apelor uzate.

3.3.3. Obiectivele și metodologia cercet ărilor experimentale

3.3.3.1 Obiectivele și metodologia cercet ărilor experimentale a proceselor de
separare prin sedimentare

Obiectivul cercet ărilor experimentale const ă în analiza compara tivă a performan țelor
funcționale pentru dou ă tipuri constructive de decantoare verticale:
a) decantoare f ără echipament suplimentar de evacuare mecanic ă interioar ă, prin raclare, a
depunerilor de n ămol ( șlam), în trei variante constructive:
 cu intrare tan gențială a apei uzate și ieșirea liber ă a apei limpezi;
 cu intrare tangen țială a apei uzate și ieșirea apei limpezi cu prag deversor ;
 cu intrarea apei uzate prin tub central și ieșirea apei limpezi cu prag deversor.
b) decantor echipat cu dispozitiv de ev acuare mecanic ă, prin raclare, a depunerilor de n ămol
(șlam), realizate în doua variante constructive:
 cu intrare tangen țiala a apei uzate și ieșirea liber ă a apei limpezi;
 cu intrare tangen țială a apei uzate și ieșirea apei limpezi cu prag deversor.
Metod ologia cercet ării experimentale a constat în parcurgerea urm ătoarelor etape:
 determinarea experimental ă, prin m ăsurători, a varia ției în timp a valorilor
concentra țiilor de impurit ăți la intrarea și ieșirea din decantoare;
 întocmirea graficelor de varia ție în timp a concentra ției de impurit ăți la intrarea și
ieșirea din decantoare;

64
 analiza comparativ ă a eficien ței de separare prin sedimentare la variantele de
decantoare analizate.

3.3.3.2. Obiectivele și metodologia cercet ărilor experimentale a proceselor de
separare prin filtrare

Cercetarea experimental ă are ca scop principal analiza influen ței diferi ților factori
constructivi și func ționali asupra eficien ței procesului de separare cu aplica ție la filtrele
tangen țiale montate în dou ă variante de sisteme (instala ții) de filtrare: a) cu dou ă filtre cuplate
în serie; b) cu patru filtre cuplate în serie.
Obiectivele cercet ării experimentale au constat în urm ătoarele :
 analiza evolu ției în timp a concentra ției de impurit ăți din ap ă la ieșirile din filtre;
 analiza evolu ției în timp a presiunii apei la intr ările si ie șirile din filtre și a căderilor de
presiune pe filtre;
 analiza evolu ției în timp a g radul de reten ție a impurit ăților pe filtre, pe grupe filtre și pe
ansamblul instala țiilor de filtrare;
 întocmire a graficelor de varia ție în timp a presiunii apei la intr ările și ieșirile din filtre și
a pierderilor de presiune pe filtre la variantele de sisteme de filtrare analizate;
 întocmirea graficelor de varia ție în timp a eficien ței de separare (gradul de reten ție) la
filtrare pentru variantele de sisteme de filtrare analizate.
Metodologia cercet ării experimentale a constat în urm ătoarele:
 determinarea experimental ă, prin m ăsurători, a valorilor concentra țiilor de impurit ăți în
apă la intrarea și ieșirea din filtre la variantele de sisteme de filtrare analizate;;
 determinarea experimental ă, prin m ăsurători, a valorilor debitului de alimentare a
sistemelor de filtrare analizate;
 determinarea experimental ă, prin m ăsurători, a presiunii apei la intr ările si ieșirile din
filtre și a pierderilor de presiune pe filtre la variantele de sisteme de filtrare analizate; .
 întocmirea graficelor de varia ție în timp a concentra ției suspensiilor la variantele de
sisteme de filtrare analizate.

65

CAP. 4. CERCET ĂRI TEORETICE PRIVIND PROCESUL DE SEPARARE
PRIN SEDIMENTARE ȘI FILTRARE

4.1. Cercet ări teoretice privind procesul de separare prin sedimentare
4.1.1. Considera ții generale privind procesul de separare prin sedimentare

Așa cum s -a mai men ționat la cap. 2 (v. subcap. 2.1), apele uzate industrial, denumite
obișnuit "ape industriale", reprezint ă, din punct de vedere fizic, amestecuri eterogene bifazate
de tip solid – lichid formate din ap ă și impurit ăți. Impurit ățile solide se separ ă gravita țional din
masa de ap ă uzată prin sedimentare sau decantare . Sub ac țiunea greut ății proprii particulele
solide se depun pe fundul vasului de sedimentare ( decantor ), formând un amestec solid –
lichid mai mult sau mai pu țin concentrat, care poart ă denumirea de precipitat sau, în mod
obișnuit de nămol sau șlam. Apa limpezit ă, clarificat ă, rămâne la partea superioar ă și este
numit ă decantat sau limpede.
Concentra ția C a unui amestec ap ă-impurit ăți, denumit în tehnic ă și suspensie,
reprezint ă cantitatea de impurit ăți (particule), e xprimate în unit ăți de masa, pe unitatea de
volum a amestecului (în mg/l). Un decantor cuprinde trei zone distincte: o zon ă de limpezire
(clarificare), o zon ă de sedimentare și o zon ă de compactare a sedimentelor, cele trei zone
rămân sta ționare .

Fig. 4. 1. Schema circula ției fluxurilor de materiale în cazul unui decantor

Schema circula ției fluxurilor de materiale în cazul unui decantor este prezentat ă
schematizat în figura 4.1. Decantorul este alimentat cu ap ă uzată un debit Q0 (cu densitatea ρ0
cu conc entra ția masic ă de impurit ăți C0) iar pe la partea inferioar ă se extrage precipitatul
(nămol, șlam) cu un debit Q2 (cu densitatea ρ2 cu concentra ția masic ă de impurit ăți C2).

66
Lichidul limpezit cu un debitul Q1 (cu densitatea ρ1 și concentra ția masic ă de im purit ăți C1) se
colecteaz ă la partea superioar ă.
Schema circula ției fluxurilor de materiale în cazul unui decantor este prezentat ă
intuitiv în figura 4.1, în baza c ăreia se stabile ște ecua ția de bilan ț total și bilan ț parțial.
Ecua ția de bilan ț total se refer ă la cantit ățile de material care intr ă și părăsesc sistemul
(decantorul) și se exprim ă prin rela ția:
Q0.ρ0 = Q 1.ρ1 +Q 2.ρ2 (4.1)
în care:
Q0, Q1 și Q2sunt debitele volumice ale amestecului de ap ă cu suspensii, a apei decantate
(limpezi) și, respectiv, a precipitatului (n ămolului);
ρ0, ρ1și ρ2 – densit ățile amestecului de ap ă cu suspensii (apa uzat ă), a apei limpezi și, respectiv,
a precipitatului (n ămolului).
Ecua ția de bilan ț parțial se aplic ă pentru eviden țierea cantit ăților de particule sol ide
(impurit ăți) aflate în fluxurile de materiale ale sistemului supus separ ării și se exprim ă prin
relația:
Q0.ρ0.C0= Q 1.ρ1. C1+Q 2.ρ2.C2 (4.2)
în care C0, C 1 și C2 sunt concentra țiile (în mg/l) ale particulelor solide din amestecul supus
decant ării (apa uzat ă), din apa limpede (apa decantat ă) și, respectiv, din precipitat (n ămol).
Dacă se consider ă, ipotetic, c ă apa limpezit ă nu con ține particule solide, adic ă
decantorul asigur ă un randament de re ținere total ă a particulelor din apa uzat ă adică C1 =0,
ecuația de bilan ț total este dat ă de rela ția:

0 0 2 2Q C Q C   (4.3)
iar ecua ția de bilan ț parțial ob ține forma:
Q0.ρ0.C0= Q 2.ρ2.C2 (4.4)
Debitul volumic de ap ă limpede (decantat ă) Q 1 în func ție de debitul volumic Q 0 al
amestecului de ap ă uzată supus ă decant ării se ob ține din rela ția (4.4):
Q2 = Q0.ρ0.C0 / ρ2.C2 (4.5)
Înlocuind rela ția (4.5) în ecua ția de bilan ț parțial (4.2) se ob ține rela ția de calcul a
debitului volumic al apei decantate Q1 în func ție de debitul volumic Q0 al apei uzate,
exprimat ă sub forma:
00
10
121CQQC
   

(4.6)
Din expresiile (4.4), (4.5) și (4.6) se ob ține rela ția între debitele volumice ale apei
decantate Q1 și al precipitatului Q2, adică

67

0 22
12
1 0 21C CQQCC
    
 (4.7)
Deoarece precipitatul se prezint ă sub forma unui n ămol, caracterizat de o anumit ă
umiditate u (exprimat ă în %), concentra ția masic ă în particule solide a precipitatului se
determin ă cu rela ția:
C2 = (1-u)/100 (4.8)
Umiditatea u (în %) a precipitatului este definit ă prin raportul dintre masa fazei fluide
din precipitat (n ămol) și masa total ă precipitatului și se determin ă experimental prin analize
de laborator.
Eficien ța separ ării realizat ă de un decantor se apreciaz ă prin coeficientul procentual de
reținere a impurit ăților din apa uzat ă E (în %), în func ție de concentra ția masic ă inițială C0 și
concentra ția final ă C1, definit prin rela ția:

0 1 0
11100 1 100 [%] C C CECC      
 (4.9)
Valoarea coeficientului de separare E depinde de tipul decantorului și de instala țiile
care-l echipeaz ă și, în general, are valori cuprinse între limitele E = 35…65 %.
Studiile din literatura de specialitate referitoare la procesele de sedimentare au fost
realizate la început pe cale experimental ă, în laborator. Astfel dac ă într-un cilindru transparent
se introduce o suspensie (amestec de ap ă cu particule de impurit ăți) înt r-o anumit ă cantitate B
(fig. 4.2,a) se observ ă, că particulele cu dimensiuni mai mari sedimenteaz ă rapid pe fundul
cilindrului și dup ă un timp t0 apare o suprafa ța de separare ( interfa ța I) (fig. 4.2, b) între
lichidul limpede ( sau aproape limpede) A și zona inferioar ă B unde concentra ția suspensiei
este uniform ă. Suprafa ța de separare se deplaseaz ă în jos cu o vitez ă constant ă vs, caracterizat ă
de tangenta la curba de varia ție in raport cu timpul t a înălțimii interfe ței 1 (fig.4.3). În
continuare, inte rfața I se deplaseaz ă în jos cu vitez ă constant ă de sedimentare (v. por țiunea
liniar ă a curbei de sedimentare din fig. 4.3) dup ă care viteza de sedimentare scade iar
straturile de particule solide precipitate se tasea ză ca urmare a elimin ării fazei lichid e dintre
particulele sedimentate , iar pe fundul vasului iar curba de sedimentare din fig. 4.3 se apropie
asimptotic de axa timpului t. În vas apare o zona de compactare (zona D) cu în ălțimea Hu (fig.
4.2,c) unde concentra ția de particule solide este, de as emenea, uniform ă. La frontiera acestei
zone cu zona C se formeaz ă interfa ța 2 (fig. 4.2,b) care avanseaz ă în sens ascendent cu o
vitez ă constant ă, deoarece dh/dt =0 (v. fig. 4.3).

68

Fig.4.2. Etapele procesului de sedimentare static ă [91]:
A-zona cu lichid limpede sau slab tulbure ; B-zona de suspensie cu concentra ție constant ă
uniform ă; C- zona de tranzi ție (cu concentra ție variabil ă); d-zona de comprimare
(compactare) a sedimentelor

Fig. 4.3.Curba de sedimentare static ă

Între zona dintre interfe țe și zona de compactare D se găsește zona de tranzi ție (zona
C), unde viteza de sedimentare a particulelor solide scade din cauza cre șterii vâscozit ății și a
densit ății suspensiei, concentra ția modificându -se gradual intre zona dintre interfe țe sau zona
de com pactare D. La un moment dat, numit moment critic t=t c , zona de compactare D și
zonele dintre interfe țele 1 și 2 fuzioneaz ă între ele iar zona de tranzi ție dispare (figura 4.2.c).
In acest moment, mediul cu particulele solide are o concentra ție uniform ă cc, denumit ă
concentra ția critic ă. Viteza de sedimentare în momentul critic tc corespunde unei valori ale
vitezei vc determinat ă de panta tangentei în punctul C la curba de sedimentare, unde vc< v s (v.

69
figura 4.3.). În continuare apare faza de compactare (figura 4.2.d), când se atinge concentra ția
finală c1.

4.1.2. Determinarea analitic ă a vitezei de sedimentare a particulelor

În situa ția în care concentra ția volumic ă de particule solide din suspensia unui fluid
staționar este mic ă (sub 10%), se poate con sidera c ă mișcarea particulelor are loc liber, f ără
ca acestea s ă interac ționeze între ele, condi ții asigurate în situa ția în care distan ța dintre dou ă
particule vecine dep ășește dublul diametrului acestora, situa ție corespunz ătoare unor suspensii
diluate. În cazul mediilor fluide cu vâscozitate sc ăzută, mișcarea particulelor solide cu
dimensiuni și mase mari nu este influen țată de for țele de frecare dintre particulele și mediu,
este neglijabil ă, reprezentând aproximativ 0,05…0,1 % din greutatea particule i, încât for ța de
frecare nu modific ă esențial caracterul deplas ării particulelor în mediul fluid înconjur ător.
Studiul teoretic asupra procesului de sedimentare se poate realiza pe baza unor modele
fizice și matematice simplificate, la care particulele d e sedimente (impurit ăți) se consider ă
izolate, de form ă sferic ă iar la deplasarea lor în lichid nu se ia în considerare influen ța
prezen ței, în vecin ătate, a altor particule și, de asemenea, se neglijeaz ă și influen ța pere ților
vasului și a mi șcării browni ene [13,14, 49,104, 135].

a b

Fig. 4.4. Schema for țelor care ac ționeaz ă la sedimentarea unei particule de form ă sferic ă:
a-schema for țelor care ac ționeaz ă asupra particulei; b -diagrama echilibrului for țelor

Parametrul esen țial al procesului de d ecantare îl reprezint ă viteza de sedimentare a
particulelor, care este m ărimea hidrodinamic ă de baz ă folosit ă la proiectarea echipamentelor
de sedimentare a sistemelor eterogene bifazice solid -lichid. Pentru determinarea prin calcul a
vitezei teoretice de sedimentare vs a particulelor solide de impurit ăți se consider ă un model

70
fizic simplificat al mi șcării pe vertical ă a unei particule solide de forma sferic ă (fig.4.4), cu
volumul V, diametrul d și densitatea materialului p, într -un mediu fluid cu densitat ea m și
vâscozitatea dinamic ă m. Particula se deplaseaz ă sub ac țiunea câmpului de forțe
gravita ționale (accelera ția gravita ției g).
În mi șcare descendent ă a particulei în masa de lichid (v. fig. 4.4) asupra acesteia forțe
forța de greutate G =m.g = V.ρp.g (orientat ă în jos ), forța Arhimedic ă Fa =V.ρ m. g (orientat ă
în sus ), și forța de rezistent ă la frecare vâscoas ă Ff, care se opune deplas ării particulei .
Forța de rezisten ță la frecare vâscoas ă Ff, denumit ă rezisten ță hidrodinamic ă, se
determin ă cu relația cunoscut ă din mecanica fluidelor [5, 13, 33, 49, 104, 135]:

AvFm f 22 (4.10)
în care:
ξ este c oeficientul de rezisten ță hidrodinamic ă, care reprezint ă un coeficient
adimensional care caracterizeaz ă rezisten ță la frecare vâscoas ă a suprafe ței particul ei
cu fluidul;
ρm- densitatea lichidului, în kg/m3;
v – viteza de deplasare a particulei în raport cu mediul, în m/s;
A – aria proiec ției suprafe ței secțiunii particulei pe un plan perpendic ular pe direc ția de
mișcare, în m2.
Ecuația de ec hilibru al fo rțelor care ac ționeaz ă asupra particulei în mi șcare
descendent ă este dat ă de rela ția:

G= F a+ F f (4.11)

Ținând seama relațiile (4.10) și (4.11) rezult ă expresia generalizat ă a vitezei de
teoretice de sedimentare v s a particule în mediul lichid sub ac țiunea câmpului gravita țional :

mm p
SAVgv
2 (4.12)

Dacă se consider ă că particula are o form ă sferic ă, volumul V și aria sec țiunii sferei A
în relația de mai sus se înlocuiesc, în func ție de diametrul particulei d. Deoarece raportul
dintre volum și secțiunea t ransversal ă a unei sfere este : V/A=2d/3, rezult ă că viteza teoretic ă

71
de sedimentare vs, pentru particulele de form ă sferic ă, poate fi exprimat ă prin rela ția
particular ă:

mm p
S dgv
34 (4.13)
care mai poate fi scris ă și sub forma:

mS dgv
34 (4.14)
în care diferen ța Δρ =(ρ p – ρm) = ρa este densitatea aparent ă a particulei .
După cum se cunoa ște din mecanica fluidelor [5,29, 30,77,93], regimul de deplasare a
unei particule solide într -un mediu fluid este studiat prin aplicarea criteriului de similitudine
Reynolds , definit numărul Reynolds Re , determinat cu rela ția cunoscut ă:

dvRe (4.15)
în care:
d este diametrul particulei, în m;
v-viteza de deplasare a particulei în mediu, în m/s;
ѵ-vâscozitatea cinematic ă a fluidului (mediului), în m2/s.
Vâscozitatea cinematic ă ѵ a fluidului dat ă de rela ția cunoscut ă din mecanica fluidelor:
ѵ =ɳm/ ρm
în care:
ɳm – este vâscozitatea dinamic ă a mediului (fluidului), în N s/m2;
ρm – densitatea mediului fluid, în kg/m3.
Așa cum rezult ă din rela țiile (4.13) și (4.14), viteza d e sedimentare vs a unei particule
individuale solide care se deplaseaz ă într-un mediu lichid depinde de natura particulelor (prin
valoarea densit ății particulei solid ρp), de dimensiunea și forma particulei (caracterizat ă de
coeficientul adimensional de re zisten ță la frecarea vâscoas ă a particulei cu fluidul ξ) , de
diferen ța dintre densitatea particulei ρp și a lichidului ρm), de vâscozitatea cinematic ă a
fluidului ѵ. Trebuie men ționat c ă influen ță asupra vitezei de sedimentare o are și temperatura
amestecu lui fluidului cu particule (suspensie) care provoac ă modificarea densit ății și a
vâscozit ății lichidului.
După cum se cunoa ște din mecanica fluidelor [29, 30, 49, 62, 77, 93,104], exist ă trei
regimuri tipice de curgere a fluidelor în func ție de valoarea numărului Reynolds Re : regimul
laminar (Stokes), regimul intermediar (Allen) și regimul turbulent (Newton).

72

Fig. 4.5. Dependen ța coeficientului de rezisten ță hidrodinamic ă  de criteriul Re,
Ref ,
pentru cele trei regimuri tipice de sedimentare: laminar (Sto kes), intermediar (Allen) și
turbulent (Newton) [104, 135]

Din cercet ările experimentale și de analiz ă dimensional ă din dinamica fluidelor s -a
constatat c ă exist ă o dependen ța a valorii coeficientului de rezisten ță vâscoas ă (rezisten ță
hidrodinamic ă)  în funcție de regimul de curgere a fluidului, caracterizat de numărul
Reynolds Re, dependen ță exprimat ă prin func ția
Ref . Un calcul mai exact al
dependen ței
Ref , pentru cele trei regimuri tipice de curgere men ționate se poate
realiza folosind diagrama experiment ală, trasat ă în sc ări logaritmice, prezentat ă în figura 4.5.
Din diagrama din figura 4.5 se observ ă că pentru cele trei regimuri tipice de sedimentare,
laminar (Stokes), intermediar (Allen) și turbulent (Newton)), coeficientul de rezisten ță
hidrodinamic ă ξ are varia ții diferite, fapt pentru care și expresiile de calcul ale vitezei de
sedimentare a particulei în procesele de sedimentare sunt diferite. De aceea. în cele ce
urmeaz ă va fi analizat ă dependen ța
Ref , pentru cele trei regimuri tipice de sedimentare
menționate (reprezentate grafic în figura 4.5) .
Regimul de sedimentare laminar (Stokes ) corespunde primei por țiuni a diagramei
cuprins în intervalul 0 < Re 1. Dac ă d ˂ 0,085 mm și Re ˂ 1, curba
Ref are o varia ție
liniar ă și se aproximeaz ă printr -o dreapt ă descris ă prin rela ția:

Re24 (4.16)
Valoarea Re =2 se consider ă ca limita superioar ă a curgerii laminare.

73
Dacă se are în vedere calculul coeficientului de rezisten ță hidrodinamic ă
 pentru
regimul laminar dat de expresia (4.16) și ținând seama de rela ția (4.14) se ob ține expresia de
calcul a vitezei de sedimentare vs în func ție de num ărul Re pentru regimul de sedimentare
laminar , exprimat ă prin rela ția:

mm p
S dgv Re2434 (4.17)
Prin înlocuirea criteriului de similitudine Reynolds dat de rela ția (4.15) în rela ția (4.17)
se ob ține rela ția de calcul a vitezei de sedimentare vs în regim laminar care are forma:

mm p
S dgv
2
181 (4.18)
Relația (4.18) este cunoscut ă în mecanica fluidelor și sub denumirea de Legea lui Stokes.
Dacă se noteaz ă cu Sp, raportul dintre densitatea part iculei ρp și densitatea mediului ρm,
raport denumit și densitate relativ ă,
mp
pS , ecua ția lui Stokes (4.18) ob ține forma:
2
118dSgvp S 
(4.19)

Din rela ția (4.18) se observ ă că în cazul regimului laminar de sedimentare, viteza de
sedimentare vs este propor țional ă cu pătratul diametrului particulelor d care se sedimenteaz ă și
invers propor țional ă cu valoarea vâscozit ății cinematice ѵ a lichidului în care are loc
sedimentarea.
Dacă în rela ția (4.11) se înlocuie ște expresia coeficientului de rezistenta
 cu cea
dată de re lația (4.16), se ob ține rela ția analitic ă de calcul a for ței de rezisten ță hidrodinamic ă a
mediului Ff la deplasarea în regim laminar a particulelor sferice (cu diametrul d):

m f dv F 3 (4.20)
Regimul de sedimentare intermediar (Allen) corespunde porțiunii a doua a diagramei
din figura 4.5 (intervalul 1 < Re  103). În literatura de specialitate se men ționeaz ă că pentru
cazurile când diametrele particulelor sunt cuprinse între limitele d = 0,85… 1,0 mm valorile
coeficientul de rezisten ță hidrodinamic ă
 se pot determina pe baza unor rela ții aproximative
de calcul
Ref stabilite de diferi ți autori și men ționate în tabelul 4.1. Cea mai utilizat ă
relație este cea stabilit ă de Rich, exprimat ă sub forma:

74

6,0Re5.18 (4.21)

Tab. 4.1. Valorile coeficientului de hidr odinamic ă  în func ție de num ărul Re pentru regimul
intermediar de curgere [72]

Autor Rela ția de calcul pentru

Rich
60,0Re5,18
Hatch
50,0Re14
Allen
50,0Re65,12
Fair – Geyer – Okun
34,0
Re3
Re24
Schiller -Newman
 687,0Re14,01Re12
Golgstein
3 2Re2048071Re128019Re163
Re12

Dacă în rela ția (4.14) se înlocuiesc coeficientul de reziste nță hidrodinamic ă  și
criteriul Reynolds cu rela țiile corespondente regimului de curgere intermediar (Allen) se
obține expresia de calcul a vitezei de sedimentare:

mm p s
S ddv gv


6,0
5,1834

sau

714,0
143,1
43,0714,0
152,0



mm p
S dgv
 (4.22)

Din rela ția (4.22) rezult ă că la regimul de curgere intermediar (Al len) se manifest ă o
diminuare a influen ței pe care o au diametrul particulei d și vâscozitatea cinematic ă a
mediului asupra vitezei de sedimentare comparativ cu curgerea laminar ă.
Regimul de sedimentare turbulent (Newton) corespunde ultimei por țiuni a dia gramei
din figura 4.5, cuprins in intervalul 103< Re  105. În acest interval valoarea coeficientul de
rezisten ță hidrodinamic ă  se consider ă constant, încât func ția
Ref se aproximeaz ă
printr -o dreapt ă orizontal ă, dată de rela ția [104]

75
 = 0,44 … 0,45. (4.23)
Dacă în rela ția (4.13) se introduce valoarea coeficientului de rezistent ă menționat,
adică  = 0,44…0,45, se ob ține valoarea vitezei de sedimentare pentru regimul turbulent de
sedimentare dat ă de rela ția:

mm p
S dg v7,1 (4.24)
Aceast ă relație este cun oscut ă în literatura de specialitate ca ecua ția Newton.
Ținând seama de densitate expresia densit ății relative a materialului particulei, dat ă de
relația
mp
pS , rela ția (4.24) de calcul a vitezei de sedimentare v are forma:

1 .. 7,1  p p S S dg V  (4.25)

Analizând prin compa rație rela țiile de calcul ale vitezei de sedimentate ale vitezelor
pentru fiecare regim de curgere analizat se constat ă ca în regimul turbulent (Newton) viteza
de sedimentare este propor țional ă cu rădăcina p ătrată a diametrului d al particulelor, adic ă
influența diametrului particulelor este diminuat ă.

4.1.3. Determinarea grafic ă a vitezei de sedimentare a particulelor
Pentru un calcul practic și rapid al parametrilor care caracterizeaz ă procesul de
sedimentare în literatura de specialitate [72], sunt p rezentate și metode grafice de determinare
a vitezelor de sedimentare a particulelor în diferite condi ții. În acest scop s -au întocmit grafice
(nomograme sau abace.) de forma celor date în figurile 4.6 și 4.7, care au la baz ă și date
experimentale. Asemene a grafice au o utilitate practic ă direct ă, deoarece permit o analiz ă
direct ă a comport ării la sedimentare a diferitelor categorii de amestecuri de ap ă cu impurit ăți,
care, în acela și timp, țin seama și de influen ța temperaturii lichidului asupra proceselor de
sedimentare.
La baza acestei metode stau model ările grafice a varia ției unor parametri caracteristici
X1 și X2, defini ți prin urm ătoarelor rela ții.
 parametrul X1 al diametrul d al particulei, exprimat prin rela ția:

13
11 21.S gSX K d dv  
 (4.26)
în care

76

31
2 11

vSgKp
unde:
S=ρp /ρ reprezint ă densitatea relativ ă a particulelor solide (definit ă prin raportul dintre
densitatea particulelor ρp sși densitatea mediului fluid (ap ă) ρ
ѵ – vîscozitatea cinematic ă a fluidului;
d – diametrul particulei solide;
 parametrul X2 al vitezei d e sedimentare v s a particulei, determinat prin rela ția:
2 132 1SS
SVVXKg S v
  
(4.27)
în care K2=
311v Sgp , iar vs este viteza de sedimentare
În graficul din figura 4.6 sunt reprezentate curbele de varia ția parametrilor K 1 , date
de rela ția:
31
2 11

vSgKp , și curbele de varia ție a parametril or K 2 , calc ulat cu rela ția:
K2=
311v Sgp , în func ție de densitatea relativ ă a particulei Sp , pentru temperaturi ale
apei Ta cuprinse în limitele 6 0C și 20 0C.

Fig. 4.6. Grafic pentru determinarea vitezei de sedimentare a particulelor sferice într -un
mediu fluid static conform rela ției intermediare Vs=K 2X2 [72]

77

În graficul din figura 4.7 este prezentat, în coordonate logaritmice, varia ția
parametrului X 2, dat de rela ția X2=V s/K2 , în func ție de parametrul X 1, dat de rela țiaX1 =K 1.d .

Fig. 4. 7. Grafic (nomogram ă) pentru determinarea vitezei de sedimentare a particulelor
sferice într -un mediu fluid static conform rela ției intermediare Vs=K 2X2 [72]

În baza graficului din figura 4.9 rezult ă că, dac ă se cunosc caracteristicile particulelor
din suspensie (diametrul d, densitatea particulei
p și densitatea relativ ă Sp) și cele ale
fluidului (densitatea apei ρ, temperatura apei Ta), se ob țin valorile parametrilor K1 și,
respectiv, K2. Deoarece valoarea parametrului X1 se determin ă cu rela ția X1 = K 1.d, se obțin
valorile parametrului X2 ; utilizând graficul din figura 4.10 se determin ă vitezele de
sedimentare vs folosind rela ția vs = K 2.X1.
Pentru exemplificare se consider ă cazul sediment ării unei particule sferice discrete cu
diametrul d = 0,01 mm și densi tatea relativ ă Sp =1,01, la o temperatur ă a apei Ta =10°C. Din
graficul din figura 4.9 se ob țin valorile : K 1 = 38,5; K2 = 0,505. Ca urmare, prin calcul rezult ă
X1= K1d = 38,5. 0,01 = 0,385. Valoarea ob ținută X1 = 0,385 se introduce în graficul din figura
4.10 în baza c ăruia se determin ă valoarea X2 = 0,0075. Rezult ă că viteza de sedimentare a
particulelor are valoarea vS = X2 K2 = 0,0075.0,505 = 0,0037 cm/s.

78
4.1.4. Influen ța deplas ării mediului asupra procesului de sedimentare

În ra ționamentele teoreti ce făcute anterior s -a considerat c ă mediul fluid cu impurit ăți
(particule în suspensie) este în repaus macroscopic, În condi ții reale de sedimentare din
decantoarele longitudinale mediul (apa cu impurit ăți) intr ă în vasul de sedimentare cu un debit
consta nt Q încât se deplaseaz ă pe direc ție orizontal ă cu viteza constant ă vm, pe o direc ție
perpendicular ă în raport cu direc ția mi șcării de sedimentare a particulelor . Ca urmare, o
particul ă solid ă aflată in suspensie execut ă o mi șcare rezultant ă din combinarea celor dou ă
mișcări distincte (figura 4.8): o mi șcare de transport pe orizontal ă, provocat ă de mi șcarea
mediului cu viteza constant ă vm, și de mi șcarea de sedimentare pe vertical ă cu viteza constant ă
vs, provocat ă de câmpul gravita țional. Ca urmare, orice particul ă în suspensie prezent ă în
lichidul în mi șcare se va deplasa în func ție de rezultanta celor dou ă viteze componente: viteza
orizontal ă de transport vm, și viteza proprie de sedimentare vs.

Fig. 4.8. Schema deplas ării particulelor discrete la sedim entare cu circula ția mediului pe
direc ție orizontal ă transversal ă

În baza asem ănării între triunghiurile formate de c ătre componentele vitezei absolute
va, respectiv vm și vs), și dimensiunile decantorulu i, respectiv lungimea L și înălțimea H, se
obține rela ția:

m
sv L
vH (4.28)
Timpul (durata) ts necesar pentru depunerea pe fundul bazinului a unei particule care
se deplaseaz ă pe vertical ă, sub ac țiunea câmpului gravita țional, cu viteza de sedimentare vs pe
înălțimea H a bazinului , este dat de rela ția:

79

ssvHt (4.29)
Rezult ă că durata de sedimentare ts este cu atât mai mare cu cât grosimea stratului de fluid H
din bazin este mai mare, iar viteza de sedimentare vs este mai mica.
Spațiul l parcurs de particul ă în lungul bazinului în timpul în care acea sta ajunge la
fundul bazinului se determina din rela ția:
l = v m. t,
în care vm este viteza de deplasare a mediului.
Dacă se consider ă că bazinul are lungimea util ă L rezult ă că timpul necesar pentru
deplasarea fluidului pe direc ție longitudinal ă în perime trul bazinului este dat de rela ția:

mvLt0 (4.30)
Deoarece o particul ă în mi șcare descendent ă se consider ă că s-a sedimentat numai în
momentul în care intr ă în contact cu stratul de sedimente de pe fundului bazinului, rezult ă că
pentru realizarea unei se diment ări complete a particulelor din suspensie este necesar ca timpul
efectiv t0 în care fluidul se afl ă în bazin s ă fie mai mare sau cel pu țin egal cu timpul de
sedimentare ts al particulei, Ținând seama de rela țiile (4.28) și (4.29) se ob ține condi ția de
realizare a procesului de sedimentare, exprimat ă prin rela țiile:

s mvH
vL (4.31)
sau

HL
vv
sm . (4.32)
În general se cunosc dimensiunile L și H ale bazinului de sedimentare și valoarea
vitezei de sedimentare vs pentru un anumit tip de suspensie (determinat ă pe baza unor
cercet ări teoretice sau experimentale). De aceea, utilizând formula (4.32) se ob ține formula de
calcul a valorii limit ă a vitezei de deplasare a mediului vm, exprimat ă prin rela ția:

HLv vs m . (4.33)
Relația (4.33) sc oate în eviden ță faptul c ă prin reducerea în ălțimii H a stratului de fluid
din bazinul de decantare se poate mari viteza vm de deplasare a mediului. Înălțimea H a
stratului de fluid nu poate fi redus ă însă sub o anumit ă limit ă, deoarece se poate ajunge la
situa ția în care separarea particulelor aflate în suspensie s ă se fac ă incomplet, curentul de fluid
antrenând o parte din particulele depuse pe fundul bazinului.

80
Dacă se consider ă că bazinul are o form ă paralelipipedic ă, cu dimensiunile L x B x H,
(debitul volumic de lichid care trece prin sec țiunea bazinului este dat de rela ția:

mvHlQ (4.34)
și ținând seama de rela ția (4.28), aceasta poate fi scris ă sub forma:

s s vAvlLQ  (4.35)
în care A este aria suprafe ței libere a lichidului în bazin, dat ă de rela ția: A=L.l.
Rezult ă că debitul volumic de lichid ce trebuie limpezit nu este limitat de grosimea H
a stratului de suspensie, ci numai de aria A a suprafe ței libere a fluidului. Deci în cazul a dou ă
bazine de sedimentare de volum echivalent, bazinul cu suprafa ța libera mai mare va avea o
capacitate de sedimentare mai mare.
Dacă se are în vedere rela ția general ă de calcul a vitezei de sedimentare
sv dată de
relația (4.13) și ținând seama c ă
LHvvm s , se ob ține valoarea limit ă a vitezei de deplasare a
mediului vm în bazinul cu dimensiunile L și H va fi dat ă de rela ția:

mm p
m dg
HLv
34 (4.36)
In ra ționamentele f ăcute mai înainte s -a considerat c ă procesul de sedimentare a unei
particule este finalizat în momentul în care particula ajunge în contact cu stratul de sediment
(nămol) af lat pe fundul vasului. Exist ă însă posibilitatea ca dup ă contactul cu stratul de
material depus particula s ă se mai deplaseze pe orizontal ă sub ac țiunea unei for țe
hidrodinamice F generat ă de curentul de lichid care se deplaseaz ă pe orizontal ă (figura 4.9 ).

Fig. 4.9. For țele exterioare care ac ționeaz ă din partea mediului în mi șcare asupra unei
particule sedimentate aflate pe suprafa ța stratului de noroi(n ămol) [104]

Pentru ca deplasare a pe orizontală aparticulei să nu aib ă loc este necesar ca for ța de
frecare Ff dintre particul ă și fundul bazinului (la începutul sediment ării) sau cu stratul de
sediment deja depus (dup ă începerea sediment ării efective) s ă fie mai mare decât for ța de

81
rezisten ță hidrodinamic ă F cu care mediul (în mi șcare) ac ționeaz ă asupr a particulei. For ța de
frecare Ff este dat ă de produsul dintre greutatea aparent ă a particulei Gap , dată de for ța de
greutate G=mg diminuat ă cu for ța arhimedic ă Fa și coeficientul de frecare f al particulei cu
stratul de sediment. Din echilibrul for țelor din figura 4.9 rezult ă relația pentru îndeplinirea
condi ției ca particula s ă nu fie antrenat ă orizontal de curentul de lichid:

mm
m pvA fg V   22 (4.37)
în care:
ρp -este densitatea particulei de material ;
ρm – densitatea mediului (lichidului) ;
A – aria proiec ției particulei pe o suprafa ță perpendicular ă pe direc ția de mi șcare a
mediului;
f – este coeficientul de frecare dintre particul ă și fundul bazinului sau dintre particul ă și
stratul de sediment (noroi, n ămol) depus anterior;

– coeficientul de rezisten ță la frecare hidrodinamic ă a particulei cu mediul;
vm – viteza de deplasare (de transport) a mediului.
Ținând seama de expresia (4.37) se ob ține rela ția pentru calculul valorii vitezei vm a
apei uzate (cu impurit ăți) în lungul bazinul de sedimentare, astfel încât particulele de
impurit ăți să nu fie antrenat ă de mediu. În cazul unei particule de form ă sferic ă cu diametrul
d, viteza limit ă a mediului pe direc ție longitudinal ă vm din bazinul de sedimentare pentru ca
particula s ă nu fie antrenat ă orizontal de cur entul de lichid se determin ă cu rela ția:

mm p
m dgfv
34 (4.38)

Din rela ția (4.33) rezult ă că pentru anumite particule (caracterizate de diametrul mediu
d și densitatea ρp) viteza de deplasare (viteza longitudinal ă) a mediului supus sediment ării este
limitat ă de coeficientul de frecare ξ dintre particule și mediu și coeficientul de frecare f dintre
particule si suprafa ța noroiului (sedimentului) de pe fundul bazinului.

4.1.5. Factorii care influen țează vitezele de sedimentare

Pe baza cercet ărilor experiment ale s -a constatat c ă valoarea real ă a vitezei de
sedimentare este mai sc ăzută decât cea a vitezei teoretice calculat ă pentru sedimentarea
izolat ă individual ă a particulei [13, 22, 33, 73, 104, 135]. Astfel, în condi ții reale în masa

82
apelor uzate supuse sed iment ării gravita ționale sunt dispersate un mare num ăr de particule
încât densitatea și vâscozitatea fluidului sunt mai mari decât a apei curate. Ca urmare, în
procesul sediment ării frecarea particulelor în mi șcare în raport cu mediul este mai mare
datorit ă interac țiunilor dintre particule, astfel încât și vâscozitatea suspensiei este mai mare
decât a lichidului. În plus, în mi șcarea lor descendent ă particulele mici sunt antrenate de c ătre
particulele mai mari, astfel încât mi șcarea lor se accelereaz ă.
Unul din cei mai importan ți factori de influen ță asupra vitezelor reale de sedimentare îl
reprezint ă forma geometric ă a particulelor. A șa cum s -a men ționat la determinarea vitezelor
teoretice de sedimentare ale particulelor solide din lichide s -a considerat, i potetic, c ă aceste
particule au o form ă sferic ă regulat ă. În realitate particulele au forme geometrice neregulate,
încât viteza real ă de sedimentare este mai mic ă decât cea teoretic ă stabilit ă pentru particulele
de form ă sferic ă. În studiile din dinamica f luidelor configura ția geometric ă a particulelor de
form ă neregulat ă este caracterizat ă de factorul de form ă (de sfericitate) ψ care este definit ca
raportul dintre aria sec țiunii unei particule sferice ipotetice Asf, echivalent ă ca volum cu
volumul particu lei reale, și aria total ă a particulei reale, calculat cu rela ția [104]:

.psf
AA
(4.39)
Ca urmare, viteza teoretic ă de sedimentare a particulelor cu form ă neregulat ă, este mai
mică decât cea a particulelor sferice și se calculeaz ă cu rela ția:

s sxv v (4.40)
Valoarea factorului ψ pentru diferite forme de corpuri geometrice este prezentat ă în
tabelul 4.2

Tab. 4.2. Valoarea factorului de form ă ψ pentru diferite corpuri geometrice [104]
Forma corpului geometric Factorul de form ă ψ
Sfera 1
Octoedru 0,847
Cub 0,806
Prism ă :a x a x a
a x 2a x 2a
a x 2a x 3a 0,767
0,761
0,725
Cilindru: h=d
h=1,5d
h=5d
h=10d 0,874
0,860
0,691
0,580

83
4.1.6. Elemente de baz ă privind proiectarea decantoarelor

Așa cum s -a arătat, opera țiile de sedimentare a apelor indus triale uzate se realizeaz ă in
bazinele decantoarelor, realizate dup ă principiul prezentat schematic în schema din figura 4.1.
Bazinele (vasele) de sedimentare sunt alimentate cu apa industrial ă uzată. După modul de
curgere a apei prin vasul (cuva, bazin) d e sedimentare, decantoarele pot fi orizontale
(longitudinale și radiale) și verticale (v. cap.2). În cele ce urmeaz ă sunt prezentate, succint,
elementele de calcul pentru dimensionarea (proiectarea) pentru cele trei tipuri constructive de
bază de decantoar e: decantoare orizontale longitudinale, decantoare orizontale radiale
(Dorr) și decantoare verticale.
Decantoarele orizontale longitudinale au bazinul de form ă paralelipipedic ă iar
curgerea apei uzate se face pe direc ție orizontal ă, paralel cu latura m are a bazinului,
perpendicular pe direc ția de mi șcare de sedimentare gravita țional ă a particulelor. A șa cum s -a
arătat în figura 4.8, o particul ă supus ă sediment ării execut ă o mi șcare compus ă cu viteza
absolut ă va, rezultat ă din combinarea mi șcării de tran sport pe direc ție orizontal ă egală cu
viteza de deplasare a mediului (viteza vm) și a mi șcării de sedimentare a particulei în câmpul
gravita țional, pe direc ție vertical ă (viteza v s).
Dimensionarea decantorului orizontal longitudinal const ă în stabilirea volumului Vd
necesar procesului de decantare pentru tipul concret de ap ă uzată și stabilirea dimensiunilor
geometrice necesare realiz ării acestui volum (lungimea L, înălțimea H și lățimea, B).
Volumul Vd necesar unui decantor se determin ă în func ție de debitul de alimentare al
apei uzate și timpul de sedimentare necesar, utilizând rela ția:

Vd=Qc.td (4.41)

unde: Qc-este debitul de calcul (impus) pentru decantorul ce urmeaz ă a fi proiecta iar td-este
durata (timpul) de decantare pentru apa uzat ă în condi ții date.
Durata (timpul) de decantare td are o valoare stabilit ă experimental, valorile concrete
ale acestui timp depinzând de caracteristicile apelor uzate ce se sedimenteaz ă, fiind indicate în
literatura de specialitate [57]. Astfel în STAS 4162 se indic ă, informativ, o valoare td = 1,5 h
pentru apele uzate cu un conținut ridicat de impurit ăți, cu peste 200 mg/l și td = 1,0 h – pentru
apele care con țin cantit ăți mai mici de impurit ăți (cazul decantoarelor secundare).
Un parametru importan t necesar la dimensionarea geometric ă a unui decantor
longitudinal îl reprezint ă aria suprafe ței orizontale , adică aria suprafe ței libere a lichidului în
bazin Ao, care se determin ă cu rela ția:

84

Ao =Q c/vs (4.42)
în care vs este viteza real ă de sed imentare a particulelor.
Valoarea vitezei de sedimentare reale vs (denumit ă, în practic ă, încărcare superficial ă)
se determin ă experimental sau se adopt ă din literatura de specialitate în func ție de
concentra ția (în mg/l) a apei uzate sedimentabile și de valoarea eficien ței dorite (în %) pentru
reducerea procentului de suspensii (v. STAS 4162) [57]).
Un alt parametru important necesar la dimensionarea unui decantor îl reprezint ă aria
secțiunii transversale a decantorului At, care se determin ă cu rela ția:
At =Q c/vm (4.43)
în care vm este viteza de curgere a apei în planul orizontal al decantorului. În cazul
decantoarelor primare aceast ă vitez ă nu trebuie s ă depășească valoarea vm =10 mm/s [57].
Înălțimea medie util ă Hu a decantorului rezult ă din pr odusul dintre viteza real ă de
sedimentare a particulelor vs și timpul necesar pentru decantarea apei td și se determin ă cu
relația:
Hu= v s.ts (4.44)
Lungimea util ă a decantorului L se determin ă din produsul dintre viteza de deplasare a
apei în pla n orizontal și durata de sta ționare adoptat ă td a apei în decantor, fiind dat ă de
relația:
L =vm. td (4.45)
Lățimea util ă totală B a decantorului se calculeaz ă în func ție de aria sec țiunii
orizontale Ao , dată de rela ția (4.42), și lungimea L a decantorului, utilizând rela ția:
B = A 0/L =n.b 1 (4.46)
în care n este num ărul de compartimente ale decantorului iar b1 este l ățimea util ă a unui
compartiment.
Decantoarele orizontale radiale , cunoscute sub denumirea de decantoare Dorr, au
secțiunea o rizontal ă de form ă circular ă, traiectoriile apei uzate și a sedimentelor în decantor
fiind reprezentate în figura 2.9 din cap. 2. Intrarea apei uzate în decantor se face în flux
ascendent axial -simetric, printr -un tub central care la deversare în spa țiul de sedimentare este
prevăzut cu orificii și deflectoare. Dup ă ieșirea din deflectoare a pa curge radial, de la centru
către periferia decantorului, pe direc ția razei vectoare.
Dimensionarea decantoarelor orizontale radiale const ă în stabilirea volumului
decantorului Vd, aria suprafe ței orizontale Ao și înălțimea util ă Hu.
Volumul util al decantorului Vd se calculeaz ă cu rela ția (4.41) adic ă:

85
Vd=Q c.td
în care Qc este debitul de calcul, iar td este timpul necesar pentru decantarea suspensiilor.
Aria sec țiunii orizontale a bazinului decantorului A0 se determin ă cu formula:
A0 =Q c/ vs = π (D2-d12)/4 (4.47)
în care
D-este diametrul mare (exterior) al decantorului;
d1-diametrul tubului central prin care este introdus ă apa în bazinul decantorului:
vs-viteza real ă de sedimentare a particulelor, adoptat ă pentru condi țiile concrete de
concentra ție și de eficien ță dorit ă (v. tabele, STAS 4162) [57]).
Înălțimea util ă a decantorului respectiv în ălțimea în zona de sedimentare a acestuia se
determin ă cu rela ția:
Huvs.. td (4.48)
Trebuie men ționat c ă viteza real ă de sedimentare vs și timpul td necesar pentru
decantarea suspensiilor se adopt ă din STAS 4162 pentru condi țiile concrete de concentra ție și
de eficien ță dorit ă [57].
Decantoarele verticale sunt unități de decantare la care corpul bazinului are form ă
cilindro -conic ă, schema constructiv -funcțional ă a unui decantor vertical fiind prezentat ă în
figura 2.11 din cap. 2, iar schema decantorului vertical folosit la cercetarea experimental ă este
prezenta tă în figura 5.4 din cap. 5.
La decantoarele verticale, apa uzat ă supus ă sediment ării este introdus ă într-un tub
central, coboar ă spre partea inferioar ă a tubului unde, printr -un un panou deflector, este
dirijat ă pe direc ție radial ă în spa țiul de sediment are. Dup ă intrarea în bazin, apa uzat ă se
deplaseaz ă pe direc ție vertical ă, în sens contrar mi șcării particulelor de impurit ăți care se
deplaseaz ă gravita țional spre fundul conic al bazinului, unde sedimenteaz ă. Pentru realizarea
sediment ării este necesar ca viteza ascendent ă a apei pe direc ție vertical ă să fie mai mic ă
decât viteza de sedimentare static ă a particulelor solide vs .
Dimensionarea decantoarelor verticale const ă în stabilirea elementelor constructive de
bază ale acestora, respectiv determinar ea volumului decantorului Vd, aria suprafe ței orizontale
Ao. și a în ălțimii medii Hm.
Ca și în cazul decantoarelor orizontale radiale, volumul util al decantorului Vd se
calculeaz ă cu rela ția (4.28) adic ă:
Vd=Q c.td (4.49)
în care: Qc este debitu l de calcul, iar td este timpul necesar pentru decantarea suspensiilor.

86
Secțiunea orizontal ă bazinului decantorului A0 se determin ă cu formula:
A0 =Q c/u = π (D2-d12)/4 (4.50)
în care :
D-este diametrul mare (exterior) al decantorului ( Dmax = 7,0 m [57]);
d1-diametrul tubului central prin care este introdus ă apa în bazinul decantorului:
u – viteza ascensional ă (pe vertical ă) a apei ;
Din datele experimentale din literatura de specialitate se recomanda ca viteza
ascensional ă a apei u în bazinul decan torului s ă aibă valoarea u = 0,7 mm / s [57].
Aria sec țiunii orizontale a tubului central Atc se determin ă cu rela ția:
Atc= Q c/vi = πd 12//4 (4.51)
unde vtc este viteza descendent ă a apei în tubul central (se recomand ă cca. 100 mm/s) [57].
Din consi derente de între ținere și din motive constructive, în ălțimea decantorului
vertical H0 nu trebuie s ă depășească 4,0 m dar trebuie s ă respecte condi ția [57]:
H0/(D-d1)˃0,8, (4.52)
în care : D este diametrul bazinului decantorului ; d1-diametrul tubului central .
Înălțimea zonei utile a decantorului vertical se determin ă cu rela ția:
Hu = u. t d (4.53)
Lungimea pe vertical ă a tubului central Ht trebuie s ă fie mai mic ă decât în ălțimea
zonei utile Hu a decantorului și se recomand ă să aibă valoarea: Ht = 0,8. H u. [57].
Partea inferioar ă de form ă tronconic ă a decantorului trebuie s ă aibă o înclinare mai
mare de 450 pentru a asigura curgerea u șoară a nămolului sub propria greutate.
Ca și celelalte tipuri, decantoarele verticale trebuie sa respecte anumi te dimensiuni și
parametri func ționali prev ăzute in STAS 4162/1 – 89.

4.1.7. Concluzii privind cercetarea teoretic ă a procesului de separare prin
decantare

 În stare de repaus impurit ățile solide din apa uzat ă se separ ă gravita țional deplasându –
se în s ens descendent, datorit ă diferen țelor de densitate, procesul de separare purtând
denumirea de sedimentare sau decantare.
 Determinarea vitezei teoretice de sedimentare se face pornind de la un model fizic
simplificat al procesului de sedimentare pe baza ecu ației de echilibru a unei particule
solide izolate (discrete) de form ă sferic ă la deplasarea gravita țional ă într-un mediu
fluid neglijând influen ța altor particule vecine și a pere ților vasului de sedimentare.

87
 Viteza real ă de sedimentare a unei particule s olide depinde de mai mul ți factori: natura
particulelor din suspensie (caracterizate de valoarea densit ății, dimensiunea și forma
particulei), concentra ția de suspensii (impurit ăți) a fluidului, vâscozitatea cinematic ă a
fluidului, diferen ța dintre densita tea particulei și a fluidului și temperatura amestecului
(care provoac ă modificarea densit ății și vâscozit ății lichidului).
 În regimului laminar de curgere (Stokes) viteza de sedimentare a particulelor este
propor țional ă cu pătratul diametrului particulel or solide aflate în suspensie și invers
propor țional ă cu valoarea vâscozit ății cinematice a lichidului.
 În regimul intermediar de curgere (Allen) se produce o diminuare a influen ței pe care
o au diametrul particulei și vâscozitatea cinematic ă a mediului as upra vitezei de
sedimentare comparativ cu curgerea laminar ă.
 În regimul turbulent de curgere (Newton) viteza de sedimentare a particulelor solide
aflate în suspensie este propor țional ă cu rădăcina p ătrată a diametrului al particulelor,
astfel încât influen ța dimensiunilor particulelor asupra vitezei de sedimentare este
esențial diminuat ă.
 Determinarea vitezei de sedimentare se poate face și pe cale grafic ă prin utilizarea
unor grafice (nomograme, abace) care au la baz ă relații analitice și determin ări
exper imentale. Acest procedeu permite o vizualizare direct ă și simultan ă a comport ării
la sedimentare a diferitelor categorii de amestecuri de ap ă cu impurit ăți mecanice
solide în diferite condi ții de lucru.
 După modul de curgere a apei supus ă decant ării și dup ă schema de alc ătuire
constructiv – tehnologic ă, decantoarele industriale sunt grupate în trei categorii de
bază: decantoare orizontale longitudinale, decantoare orizontale radiale și decantoare
verticale. Parametrii de baz ă pentru proiectarea și dimension area decantoarelor sunt:
viteza de curgere a apei uzate, viteza de sedimentare a impurit ăților con ținute în ap ă și
timpul de sta ționare a apei în bazinul decantorului recomandate în STAS 4162 pentru
condi țiile concrete de lucru (concentra ția de impurit ăți a apei brute și eficien ța de
separare adoptat ă).
 Pornind de la valoarea debitului de calcul și a valorilor parametrilor de baz ă adopta ți
în func ție de tipul și de schema constructiv – tehnologic ă se realizeaz ă dimensionarea
decantoarelor care, în principa l, const ă în stabilirea volumului util al decantorului, a
secțiunii utile orizontale și a dimensiunilor geometrice necesare realiz ării acestor
parametri.

88

4.2. Cercet ări teoretice privind procesele de separare prin filtrare
4.2.1.Aspecte generale privind procesele de separare prin filtrare

Așa cum s -a subliniat în subcap. 2.3, in func ție de direc ția curgerii fluidului în raport
cu suprafa ța mediului poros (membran ă, sită) opera ția de filtrare se poate realiza în dou ă
moduri distincte: filtrare normal ă (de suprafa ță și de adâncime), când fluxul de lichid se
deplaseaz ă (curge) pe o direc ție perpendicular ă la suprafa ța mediului filtrant, și filtrare
tangen țială, când fluxul de lichid se deplaseaz ă (curge) pe o direc ție paralel ă cu suprafa ța
mediului filtrant. Schemele de principiu ale celor trei moduri de filtrare (de suprafa ță, de
adâncime și tangen țială) pot fi reprezentate grafic prin modelele fizice din figura 4.10, înso țite
și de grafice care descriu varia ția parametrilor care caracterizeaz ă aceste proces e.

a b c
Fig.4.10. Scheme de principiu de modelelor de filtrare:
a-filtrare de suprafa ță; b-filtrare de adâncime; c -filtrare în flux transversal (filtrare
tangen țială)

Filtrarea de suprafa ța (Cake Filtration) (fig.4.10,a). se realizeaz ă în cazu l în care
dimensiunile particulelor sunt mai mari decât cele ale porilor mediului filtrant și, ca urmare,
toate sau marea majoritate a particulele solide de impurit ăți sunt re ținute pe suprafa ța de
materialului filtrant , formând un strat poros omogen cu o permeabilitate constant ă, denumit în

89
mod obi șnuit turtă. Imediat dup ă ce se depune primul strat de turta, filtrarea ulterioar ă are loc
in partea superioar ă a turtei (în amonte), mediul de filtrare având numai func ția de sprijin
(suport) pentru turt ă. În ca zul în care debitul de lichid Q= dV/dt este constant, c ăderea de
presiune creste liniar cu în ălțimea turtei, adic ă direct propor țional cu cantitatea de material
depus prin filtrare. Ca urmare, se produce reducerea permeabilit ății mediului poros, proces
care conduce la colmatarea de suprafa ță și la cre șterea rapid ă a căderii de presiune pe mediul
filtrant. Drept consecin ță se reduce durata de lucru a filtrului între dou ă decolmat ări succesive
și chiar scoaterea rapid ă din func țiune a filtrului.
Filtrarea în adâncime (Deep -Bed Filtration) (fig.4.10,b) este modelul de filtrare la
care particulele solide sunt re ținute într -un strat adânc de filtrare, efectul tipic al acestui mod
de filtrare constând în adeziunea particulelor la granulele stratului mediului filtr ant. Când
stratul (patul) filtrului a fost saturat cu particule solide concentra ția de impurit ăți Ce a lichidul
filtrat, care p ărăsește stratul de filtrare, se apropie treptat de concentra ția C0 a lichidului la
intrare în stratul de filtrare (rap ortul Ce/ C0 tinde spre 1). Prin pătrunderea particulele fine de
impurit ăți în profunzimea stratului filtrant poros separarea particulelor de impurit ăți din masa
de fluid se realizeaz ă în mod progresiv prin impactul cu un num ăr mare de obstacole. Ca
urmare, capacita tea de re ținere a impurit ăților cre ște, deoarece în condi țiile cre șterii, normale,
a căderii de presiune, cantitatea de impurit ăți reținute este mai mare.
Filtrarea în flux transversal (Cross -Flow Filtration) denumit ă, pe scurt, filtrare
tangen țiala (Tang ențial- Flow Filtration) -TFF este modelul de filtrare la care lichidul supus
filtrării curge cu vitez ă mare în direc ție tangen țială la suprafa ța mediului de filtrare, în
procesul de curgere lichidul “baleiaz ă”(spălă) suprafa ța filtrului prevenind astfel fo rmarea
turtei (stratului de material) pe suprafa ța mediului de filtrare. Dup ă o perioad ă inițială de
funcționare se stabile ște un echilibru dinamic între transportul convectiv de particule solide pe
suprafa ța filtrului și procesul de îndep ărtare a acestora de pe strat ca urmare a for țelor
hidrodinamice care ac ționeaz ă asupra particulelor, prin turbulen ță si difuzie. Regenerarea
mediilor filtrante la filtrele tangen țiale se face prin sp ălarea structurii permeabile în
contracurent. Comparativ cu filtrarea de suprafa ță și filtrarea în adâncime la care în procesul
de lucru debitul de lichid filtrat scade brusc spre zero, iar c ăderea de presiune cre ște
exponen țial prin formarea stratului de impurit ăți (turt ă) cu grosime cresc ătoare, metoda de
filtrare tangen țială este mai avantajoas ă și mai eficient ă.

90
4.2.2. Modelarea fizic ă și matematic ă a proceselor de filtrare

4.2.2.1. Modelarea fizic ă și matematic ă a rezisten ței hidraulice a mediului de
filtrare

Studiul teoretic al proceselor de filtrare prin medii po roase formate din turte de filtrare
a utilizat modele fizice, mai simple sau mai complexe, pe baza c ărora s -au elaborat diferite
modele matematice (formate din ecua ții care descriu procesele de filtrare realizate pe
modelele fizice adoptate). [94, 104, 138 ].

Fig. 4.11. Schema pentru definirea rezistentei hidraulice a materialelor filtrante [94]:
H-înălțimea stratului de filtrare; A -suprafa ța (sec țiunea) stratului de filtrare.

Un parametru de baz ă al curgerii fluidelor prin filtre îl reprezint ă reziste nța hidraulic ă
la trecerea lichidului prin porii stratului filtrant, a c ărei valoare este caracterizat ă de c ăderea
de presiune între intrarea și ieșirea din filtru. Stratul poros al precipitatului (turta) suprapus
peste membrana filtrului este considerat ca parte a mediului de filtrare (figura 4.11). Valoarea
căderii de presiune Δp1 între intrarea și ieșirea din stratul de precipitat (turt ă) poate fi descris ă
de ecua ția lui Darcy [94, 138], scris ă sub forma:

h HAVp 





1 (4.54)
în care:

V
este debitul de lichi d (în m3/s);
A- aria sec țiunii suprafe ței de filtrare, în m2;
H- grosimea stratului filtrant, în m;
ɳ = ѵ.ρ – vâscozitatea dinamic ă a lichidului; în Ns/m2;
ρ – densitatea lichidului, în kg/m3; ѵ- vâscozitatea cinematic ă a lichidului, în m2/s
H
– constant ă care caracterizeaz ă rezisten ță hidraulic ă la filtrare a stratului filtrant, în
m-2 (depinde de dimensiunea și structura porilor stratului filtrant).

91
Raportul

V /A dintre debitul de lichid

V și aria suprafe ței turtei A este numit debit
specific de filtrare și, de fapt acest raport reprezint ă viteza de curgere (viteza de filtrare) a
lichidului , v=

V /A ( în m/s).
Inversul constantei
H care caracterizeaz ă rezisten ță hidraulic ă la filtrare este definit
permeabilitatea stratului filtrant k, fiind dat de rela ția [94]:

2 1m k
H (4.55)
Grosimea H a stratului filtrant poate fi definit ă și prin coeficientul de mas ă
m , dat
de raportul dintre masa m a stratului de filtrare și suprafa ță acestuia A, adică αm = m/A (în
kg/m2). Ca urmare, ecua ția Darcy (4.54) poate fi scri să în forma:

mAm
AVp 







1 (4.56)
Diametrul hidraulic dh al porilor structurii poroase se calculeaz ă cu rela ția cunoscut ă
[94,104]:

vhSd
14 (4.57)
în care: ε este indicele de porozitate al mediului filtrant; Sv – suprafa ța interioar ă specific ă a
mediului filt rant.
În cazul unui sistem filtrant format din particule sferice suprafa ța interioar ă specific ă a
mediului filtrant Sv se determin ă cu rela ția [94,104]:

svdS6 (4.58)
unde: dS este diametrul Sauter [94], care reprezint ă un diametru mediu al unei partic ule,
obținut prin raportarea volumului total al particulei la suprafa ța total ă a sec țiunii.
Indicele de porozitate ε a mediului filtrant este definit prin raportul dintre volumul
porilor și volumul total (aparent) V al mediului (volumul porilor Vp plus vo lumul materialului
Vm) [94,135]:

100 100pp
mpVV
V V V    [ %,] (4.59)
Ținând seama de ecua ția Darcy (4.54), calculul rezisten ței hidraulice la filtrare
H a
mediului de filtrare cu pori cu diametrul hidraulic dh în cazul curgerii laminare a lichidului se
face cu rela ția:

92


2 32
2 321536 15
v SHS d 
 (4.60)
cunoscut ă sub denumirea de ecua ția Kozeny – Carman, este folosit ă frecvent în literatur ă la
modelarea matematic ă a proceselor de filtrare prin medii poroase [94].

4.2.2.2. Modelarea fizic ă și matematic ă a procesului filtr ării de suprafa ță
Mediul filtrant real al unui filtru este format din dou ă straturi distincte (fig.4.12):
membrana filtrant ă cu în ălțimea constructiv ă hm și stratul de precipitat (turtă) cu grosime
variabil ă H, cele dou ă straturi fiind caracterizate de valori diferite ale rezisten ței hidraulice la
deplasarea fluidului. Lichidul se deplaseaz ă din zona superioar ă spre zona inferioar ă a
filtrului, trecând prin stratul de precipitat 3 și membrana filtrului 2. Deoarece cele dou ă
straturi sunt suprapuse (amplasate în serie) acest ea sunt alimentate cu acela și debit Q= dV/dt,
viteza de curgere a fluidului are aceia și valoare prin ambele straturi. C ăderea total ă de
presiune Δpa mediului filtrant cu dou ă straturi este compus ă dintr -o cădere de presiune pe
stratul de precipitat (tur tă) Δp1 si căderea de presiune pe stratul de membran ă Δp2,

Fig. 4.12. Schema simplificat ă a filtr ării de suprafa ță printr -un mediu filtrant
format din dou ă straturi suprapuse: membran ă și precipitat (turt ă):
1-carcas ă filtru; 2 – membrana de filtrare; 3 – stratul de precipitat (turt ă); 4-suport de
rezisten ță pentru membrana de filtrare.

Căderea de presiune pe turt ă (precipitat) Δp1 este propor țional ă cu în ălțimea H a
precipitatului (turtei), fiind dat ă de ecua ția Darcy (4.54), iar c ădere de presiune Δp2 pe
membrana de filtrare este dat ă de ecua ția diferen țială [94]:





AVp2
(4.61)

93
in care β=H.α H este coeficientul rezisten ței hidraulice la filtrare a membranei (în m-1).
Căderea total ă de presiune pe mediul filtrant Δp, dată de suma celor dou ă căderi de
presiune pe cele dou ă componente, Δp1 și Δp2, se exprim ă prin ecua ția diferen țială a căderii de
presiune pe filtru:
AV
AVH p p pH 
  2 1
(4.62)
Dacă înălțimea H a stratului de precipitații se exprim ă conven țional prin rela ția H =
m/A (v. fig.4.11) [94] ecua ția diferen țială a căderii de presiune poate fi scris ă și sub forma
finală:
AV
AVmp p pH 
 2 2 1
(4.63)
În cazul în care lichidul este un amestec omogen, în ălțimea turtei H (exprimat ă în
forma H = m/A ) este propor țional ă cu cantitatea de lichid filtrat V.
Influen ța concentra ției ame stecului cv și a porozit ății a precipitatului ε poate fi definit ă
prin doi factori de propor ționalitate:
– factorul de propor ționalitate KH dintre volumul de precipitat (volumul turtei) H.A și
volumul lichidului filtrat V, definit de rela ția:

 VAH cKv
H1 (4.64)
– factorul de propor ționalitate Km dintre masa de particule din turta de filtrare m și
volumul lichidului filtrat V definit de rela ția:

VmKm (4.65)
unde m reprezint ă masa de particule din turta de filtrare, care este independenta de porozitatea
turtei.
Ținând seama de rela țiile (4.64) și (4.65) ecua ția diferen țială care descrie c ăderea
totală de presiune Δp poate fi exprimat ă prin ecua ția general ă:
dtdV
A dtdVVAKpH H 
2
(4.66)
sau

dtdV
A dtdVVAKpm m 
2 (4.67)
Prin utilizarea rela țiilor de leg ătură:
m m H H K K  , ecua țiile diferen țiale
(4.66) și (4.67) sunt practic identice. Cu toate acestea forma de prezentare a acestora este util ă
pentru claritatea ra ționamentelor și concluziilor.

94
Ecuațiile diferențiale (4.66) si (4.67) pot fi integrate pentru două situa ții distincte:
pentru debit consta nt sau pentru presiune constant ă.
Integrarea ecuațiilor pentru debit constant (dV/dt =const) conduce la soluția banal ă




AK
AVpH H

sau




AK
AVpm m

Integrarea ecuațiilor pentru debit constant ( Δp =const) conduce la ecua ția:
dVpAdVVp AKdt  
2

care prin integr are are solu ția:
pAVp AKtH H
 2
22
(4.68)
sau
pAVp AKtm m
 2
22
(4.69)
Ecua țiile diferen țiale și integrale de mai sus se pot reprezenta și sub forma unor
diagrame liniare.
Adesea este foarte util reprezentarea varia ția rezisten ței hidraulice în func ție de
cantitatea de lichid filtrat. Rezisten ța hidraulic ă a stratului filtrant este caracterizat ă de
valoarea c ăderii de presiune Δp și debitul de lichid filtrat dV/dt . Folosind ecua țiile (4.61) și
(4.62) acestea pot fi scrise în forma:
Ecua țiile diferen țiale și integrale de mai sus se pot reprezenta și sub forma unor
diagrame liniare.
Adesea este foarte util reprezentarea varia ția rezisten ței hidraulice în func ție de
cantitatea de lichid filtrat. Rezisten ța hidraulic ă a stratului filtrant este caracterizat ă de
valoarea c ăderii de presiune Δp și debitul de lichid filtrat dV/dt . Folosind ecua țiile (4.61) și
(4.62) acestea pot fi scrise în forma:

ApVApK
dtdVH H
 
2
(4.70)
sau:

aVbApVApK
dtdVm m 
2
(4.71)

95

Volum filtrat ,ml Volum filtrat ,ml
a b

Fig. 4.13. Reprezent ări lin iare ale ecua țiilor (4.70) și (4.75) [94]:
a- forma diferen țială (ecua ția (4.70)); b – forma integral ă (ecua ția (4.75))

Reprezentarea grafic ă a ecua țiilor (4.70) este exemplificat ă în figura 4.13,a din care
rezult ă că acestea reprezint ă o linie dreapt ă având ordonata la origine a și panta b [94, 127].
Ordonata la origine a este exprimat ă, conform ecua ției (4.71) prin termenul:
a = β.ɳ/Δp
care reprezint ă rezistenta hidraulic ă a filtrului in primul moment al procesului de filtrare (la
timpul t=0), adic ă înainte de formarea precipitatului (turtei), care include atât rezisten ța
membranei de filtrare cât și rezisten ța stratului marginal al turtei.
Panta b a dreptei caracterizeaz ă gradul de varia ție a rezistentei hidraulice a filtrului,
fiind exprimat ă, confor m ecuației (4.71)prin termenul:
2dtpK dVbVA   

Prin inserarea factorilor de propor ționalitate KH sau Km, exprima ți prin ecua țiile (4.64)
și (4.65), se ob țin ecua țiile:
e e HHHA
dVdtpHVA
VdVdtp
KA
VdVdtp








2

(4.72)
sau

96

mA
dVdtpmVA
VdVdtp
KmA
VdVdtp
em2 2 2








 (4.73)

O alt ă abordare a reprezent ării liniare a diagramelor const ă în folosirea diagramei
liniare în form ă integrat ă, pornind de la de la ecua țiile integrale (4.68) și (4.69) ale procesului
de filtrare. Rezultatele experimentale ob ținute în laborator privind varia ția în funcție de timpul
t a volumului filtrat V, permit reprezentarea gra fică a func ției:
VfVt
(4.74)
Ținând seama de rela țiile (4.68) și (4.69), în condi țiile în care presiunea în timpul
experimentelor este constant ă, func ția (4.74) reprezint ă o linie dreapt ă, dat ă de una din
ecuațiile :

22HH K tVV A p A p        (4.75)
sau

22mm K tVV A p A p        (4.76)
sau

2tbVaV   (4.77)
Reprezentarea liniar ă a ecua țiilor (4.75), (4.76) și (4.77), ilustrat ă grafic ă în figura
4.13,b, este folosit ă frecvent în practic ă, deoarece permite evaluarea mai u șoară a proceselor
de filtrare și, adesea este mai intuitiv ă și mai util ă din punct de vedere practic în raport cu prin
folosirea ecua țiilor (4.70)) și (4.71), ilustrat ă grafic ă în figura 4.13,a. Valorile volumului de
lichid filtrat sunt determinate în labora tor prin m ăsurători, folosind un vas gradat și un
cronometru [94, 104], valori care pot fi introduse direct în ecua țiile (4.75), (4.76) și (4.77), în
timp ce pentru diagrama diferen țială din figura 4.13,a aceste rezultate trebuie convertite în
debite dV/ d t. Trebuie îns ă menționat c ă ecuația (4.75) este corect ă numai pentru c ăderi de
presiune constante ( Δp =const ) iar rezultatele din diagram ă (v. fig. 4.13,a) scot în eviden ță
într-o mai mic ă măsură abaterile de la linearitate comparativ cu diagrama bazat ă pe ecua ția
debitelor dV/ dt . Dac ă, de exemplu, stratul de precipitat se opre ște din cre ștere, încât se
menține o rezistent ă hidraulic ă constant ă, procesul este u șor perceptibil prin apari ția unui
palier în diagrama diferen țială, îns ă numai ca o curbur ă gradual hiperbolic ă în diagrama
integral ă din figura. 4.13,b.

97
În cazul unui ciclu de filtrare scurt, evaluarea prin determinarea rezisten ței hidraulice a
mediului de filtrare la începutul filtr ării reale ar putea deveni problematic ă. În literatur ă [94]
se men ționeaz ă că punctul de intersec ție a graficelor combinate ale ecua țiilor (4.70) si (4.75),
oferă puncte de plecare realiste [16, 127]. De asemenea, se men ționeaz ă că rezistenta
hidraulic ă a mediului filtrat (ap ă cu suspensii) determinat ă experimental este m ult mai mare
decât rezisten ța hidraulic ă, evaluat ă pe baza c ăderii de presiune a apei curate. Motivul
creșterii suplimentare a rezisten ței hidraulice are la baz ă blocarea par țială a porilor mediului
de filtrare în timpul form ării primului strat de precipit at la începutul filtr ării apei cu suspensii
[127]..

a b

Fig. 4.14 Abaterile tipice de la liniaritate ale curbelor reprezentate de ecua țiile (4.70)
și (4.75) [94]:
a- forma diferen țială (ecua ția (4.70)); b – forma integral ă (ecua ția (4.75))

Curbele ob ținute pe baza datelor experimentale difer ă, în general, de curbele teoretic ,
așa cum rezult ă din graficele din figura 4.14 [94], modul de abatere dintre cele dou ă tipuri de
curbe indicând natura efectelor secundare. Curbele A reprezint ă varia ția liniară, conform
ecuației diferen țiale (4.70), care nu ia în considerare efectele secundare, iar curbele B
reprezint ă varia ția liniar ă conform ecua ției integrale (4.75). O alt ă cauză a neliniarit ății o
constituie faptul c ă unele particule solide de impurit ăți din lichid sedimenteaz ă înainte de
începerea procesului efectiv de filtrare, m ărind astfel aparent rezistenta mediului de filtrare,
Analizând curbele experimentale din figura 4.14, rezult ă că acestea prezint ă următoarele
caracteristici esen țiale, dup ă cum urmeaz ă [94]:
 curba C: punctul de plecare al filtr ării nu a fost m ăsurat corect, filtrarea începând
înainte de începerea m ăsurării timpului;

98
 curba D: particulele solide sedimenteaz ă complet, producând m ărirea vitezei de
creștere a grosimii stratului de precipitat, iar la sfâr șitul filtr ării lichidul limpede curge
prin stratul cu rezisten ța hidraulic ă constant ă;
 curba E: la începutul procesului se produce re ținerea numai a particulelor solide
grosiere, iar particulele fine r ămase sunt re ținute numai dup ă un anumit timp, încât
rezisten ța hidraulic ă a filtr ării cre ște progresiv;
 curba F: particulele fine p ătrund prin stratul de precipitat și blocheaz ă porii acestuia
sau a mediului de filtrare. Acest procesul poate fi descris ca o filtrare cu blocare.
În afa ra celor men ționate, pot exista și alte cauze suplimentare care pot produc
abaterile de la neliniaritate, cele mai importante fiind urm ătoarele:
 începutul și/sau sfâr șitul procesului efectiv de filtrare ar putea s ă nu fie corect
determinat, momentul final fiind dificil de stabilit dac ă filtrul nu este prev ăzut cu
vizor pentru observarea procesului. De aceea, în general, în practic ă se neglijeaz ă
punctele ob ținute la sfâr șitul m ăsurătorilor;
 suspensia supus ă experiment ării ar putea avea propriet ăți deosebit e, cum ar fi:
comportarea reologic ă a lichidului este newtonian ă, prezen ța unor bule de spum ă sau
picături de ulei sau existen ța unor particule de impurit ăți de form ă aplatizat ă sau cu
orient ări speciale, care poate produce o mare varietate de efecte;
 uneori particulele solide existente în suspensie continu ă să se aglomereze în timpul
filtrării, modificându -se astfel dimensiunile efectiv ă a particulelor supuse filtr ării și,
implicit, modificând condi țiilor de desfășurare a opera ției de filtrare.

4.2.3. Fa ctorii care influen țează opera ția de filtrare

Din cele prezentate și analizate rezult ă factorii principali care influen țează opera ția de
filtrare, care pot fi grupa ți în trei categorii: a) factori care se refer ă la starea fazei solide a
suspensiei supuse filtrării; b) factori care se refer ă la precipitat; c) – factori care se refer ă la
condi țiile de realizare a opera ției de filtrare.
Starea fazei solide din suspensia supus ă filtrării influen țează asupra porozit ății și
permeabilit ății precipitatului având astfel influen țe directe asupra vitezei de filtrare.
Particulele amorfe formeaz ă un precipitat care se taseaz ă ușor încât porii de mici
dimensiuni din masa precipitatului provoac ă o rezisten ță hidraulic ă mărită la trecerea fazei
fluide. Particulele de for mă sferoidal ă și cele de form ă acicular ă dau na ștere la precipitate

99
(turte) cu permeabilitate mare. În schimb, particulele de form ă lamelar ă formeaz ă, în
general, un precipitat cu o permeabilitate mai redus ă.
Dimensiunile particulelor influen țează asupra porozit ății precipitatului. Astfel,
particulele cu dimensiuni mai mari și nedeformabile dau na ștere la un precipitat mai poros,
iar particulele mai fine sau coloidale dau na ștere unui precipitat compact, cu dimensiuni
mici ale porilor. Neuniformitatea dime nsional ă a particulelo r are o influen ță negativ ă în
realizarea opera ției de filtrare, particulele cu dimensiuni diferite formeaz ă un precipitat cu
porozitate redus ă, mărind astfel rezisten ța hidraulic ă la trecerea fluidului.
Concentra ția în particule soli de influen țează în mod direct desf ășurarea opera ției de
filtrare. Astfel la concentrații prea mari, pe suprafa ța mediului filtrant (membran ă) se
formeaz ă rapid un strat gros de precipitat, care m ărește considerabil rezisten ța hidraulic ă
opus ă la trecerea f azei fluide.
Vâscozitatea fazei fluide influen țează asupra m ărimii rezisten ței hidraulice, la curgerea
fluidului prin stratul de precipitat și materialul filtrant. O viscozitate mai mare conduce la
majorarea rezisten ței hidraulice la trecerea filtratului prin mediul poros.
Rezisten ța hidraulic ă a precipitatului format pe suprafa ța membranei filtrante depinde de
natura și structura particulelor solide depuse cât și de grosimea a stratului de precipitat.
Grosimea stratului de precipitat variaz ă după o leg e parabolic ă în func ție de durata de
efectuare a opera ției de filtrare. Astfel, la începutul opera ției, datorit ă rezisten ței hidraulice
mai mici, viteza de filtrare este mai mare și ca urmare și cantitatea de suspensie care se
filtreaz ă în unitatea de timp este mai mare. Pe m ăsura form ării și dezvolt ării stratului de
precipitat, cre ște rezisten ța hidraulic ă a mediului filtrant, se reduce viteza de filtrare și,
implicit, cantitatea de suspensie filtrat ă în unitatea de timp (debitul de filtrare). O grosime
mare a stratului de precipitat conduce la majorarea drumului parcurs de fluid prin mediul
filtrant și, implicit, la cre șterea accentuat ă a rezisten ței hidraulice. De asemenea, la un strat
cu grosime mare se accentueaz ă tendin ța de tasare a stratului, fapt ce conduce la
micșorarea diametrului interior al porilor și, implicit, la cre șterea suplimentar ă a rezisten ței
hidraulice a stratului la trecerea fazei fluide.
Presiunea de filtrare, care realizeaz ă opera ția de filtrare, reprezint ă diferen ța dintre
presiune a fluidului pe cele dou ă fețe ale stratului filtrant. La începutul opera ției de filtrare
presiunea este sc ăzută, dup ă care cre ște pe m ăsură ce se m ărește grosimea stratului de
precipitat.. În cazul în care precipitatul este compresibil, cre șterea presiunii are influen țe
nefavorabile asupra vitezei de filtrare, deoarece la o presiune prea mare se produce tasarea

100
precipitatului, mic șorarea sec țiunii porilor și, în final, se produce o diminuare a debitului
lichidului filtrat.
Temperatura la care se desf ășoară opera ția de filtrare influen țează asupra
vâscozit ății fazei fluide și umidit ății finale a precipitatului. De aceea, pentru a se m ări
eficien ța procesului de filtrare, este necesar ca valoarea temperaturii optime s ă fie
determinat ă experimental pentru fieca re caz în parte.
Eficien ța filtr ării (Ex), care, așa cum s -a arătat în cap. 2 (v. subcâmp . 2.2),
reprezint ă un parametru de baz ă care caracterizeaz ă capacitatea mediului filtrant de a re ține
particulele solide cu o anumit ă dimensiune minim ă (definit ă prin dimensiune medie a
porilo r). A șa cum s -a arătat, e ficien ța filtr ării Ex se determin ă cu rela ția (2.2) (v. cap, 2),
care are forma:

11 100x
xE  
 [%] (4.78)
în care βx este factorul capacit ății de filtrare.
Factorul capacit ății de filtrare βx este definit prin r aportul dintre num ărul de particule
cu dimensiuni mai mari decât o dimensiune prestabilit ă înainte de intrare în mediul de filtrare
și num ărul de particule mai mari decât aceea și dimensiune r ămase dup ă ieșirea din mediul de
filtrare. Indicele eficien ței filtrării Ex se determin ă, ca și factorul capacit ății de filtrare βx, prin
metoda testului trecerilor multiple, singurul acceptat de normele ISO pentru evaluarea
capacit ății de filtrare.

4.2.4. Concluzii privind cercetarea teoretic ă a proceselor de separar e prin
filtrare

 În funcție de direc ția curgerii fluidului în raport cu suprafa ța mediului filtrant
poros (membran ă, sită) opera ția de filtrare se poate realiza în dou ă moduri: filtrare
normal ă (de suprafa ță și de adâncime), când fluxul de lichid se depla sează pe o
direc ție perpendicular ă la suprafa ța mediului filtrant, și filtrare tangen țială, când
fluxul de lichid se deplaseaz ă pe o direc ție paralel ă cu suprafa ța mediului filtrant.
 În cazul filtrelor de suprafa ță mediul filtrant este format din dou ă straturi distincte:
membrana filtrant ă, cu grosime constant ă, și stratul de precipitat (turta) suprapus,
cu grosime variabil ă în timp, fiecare având valori diferite ale rezisten ței hidraulice
specifice.
 Studiului teoretic ale proceselor de filtrare sub presiu ne se realizeaz ă prin metoda
model ării, pornind de la modelele fizice simplificate echivalente ale sistemelor

101
reale, pe baza c ărora se elaboreaz ă modele matematice care descriu comportarea
modelelor fizice adoptate.
 Procesul de filtrare sub presiune a ames tecului de ap ă cu impurit ăți solide este
descris de modelele matematice formate din ecua ții diferen țiale și integrale, ale
căror solu ții sunt reprezentate grafic prin linii drepte cu ordonat ă la origine.
 Căderea de presiune între intrarea și ieșirea fluidu lui din mediul filtrant depinde de
debitul și vâscozitatea fluidului, de m ărimea suprafe ței și grosimea straturilor de
filtrare (membran ă și turt ă) precum și de coeficientul rezisten ței hidraulice
specifice al componentelor stratului filtrant (membran ă și turtă).
 Aplicarea în practic ă a solu țiilor grafice ale ecua țiilor modelelor matematice ale
filtrării poate fi realizat ă prin introducerea în ecua țiile modelelor a unor date
experimentale ob ținute la test ările în laborator, prin cronometrarea desf ășurării în
timp a procesului de filtrare sub presiune într -un vas.
 Curbele ob ținute experimental difer ă adesea de cele ob ținute teoretic, tipul
abaterilor indic ă natura cauzelor secundare, care pot produce o mare varietate de
efecte. De exemplu, apa uzat ă reală poate să conțină bule de spum ă, picături de
ulei sau particule (impurit ăți) solide cu form ă aplatizat ă cu orientare special ă. De
asemenea, particulele solide din apa uzat ă, uneori, continu ă să se aglomereze în
timpul filtr ării, modificându -se astfel dimensiun ea efectiv ă a particulelor și,
implicit, modificând propriet ățile procesului filtr ării.
 Tehnologia de separare prin membrane este un procedeu ingineresc modern, care
se poate aplica în cazul filtr ării majorit ății fluidelor întâlnite în industrie. Aceast ă
tehnologie se bazeaz ă, în primul rând, pe efectul fenomenelor de concentrare a
polariz ării stratului de material depus la suprafa ța membranei, dar și pe fenomenul
de sp ălare sau eroziune a stratului polarizat prin dispersii în curgere tangen țială.
 Indicele de porozitate a mediului filtrant este definit ca raportul dintre volumul
porilor și volumul total (aparent) al mediului filtrat , determinarea acestui indice se
face experimental (prin proceduri stabilite prin norme interna ționale).

102

CAP. 5. CERCET AREA EXPERIMENTAL Ă A PROCESELOR DE
DECANTARE ȘI FILTRARE A APELOR INDUSTRIALE UZATE

5.1. Cercetarea experimental ă a proceselor de sedimentare în decantoare
verticale

5.1.1. Obiectivele și metodologia cercet ării experimentale a proceselor de
decantare

Obiectivul cercet ărilor experimentale ale procesului de separare mecanic ă prin
sedimentare (decantare) a constat în analiza comparativ ă a influen ței factorilor constructivi și
funcționali asupra performan țelor și eficien ței proceselor de sedimentare real izate de dou ă
tipuri constructive de decantoare verticale (de form ă tronconic ă, cilindric ă la partea superioar ă
și conic ă la partea inferioar ă), și anume:
a) decantoare verticale f ără echipament de raclare a depunerilor de n ămol din zona
inferioar ă (conic ă), realizate în trei variante constructiv -funcționale:
 cu intrare tangen țiala a apei uzate și ieșire liber ă (fără prag deversor) a apei limpezi,
(decantor tip D1 );
 cu intrare tangen țială a apei uzate și ieșirea apei limpezi cu prag deversor (decantor tip
D2);
 cu intrare a apei uzate prin tub central cu plac ă deflectoare și ieșirea apei limpezi cu
prag deversor (decantor tip D3 ).
b) decantoare verticale cu echipament de raclare a depunerilor de n ămol din zona
inferioar ă conic ă, în varianta cu intrare tange nțială a apei uzate și ieșirea apei limpezi cu prag
deversor (decantor tip D4 ).
Regimul de lucru al decantoarelor experimentale s -a realizat pentru 6 valori distincte
ale temperaturii Ti apei uzate la intrare în decantor (100 0C, 95 0C , 90 0C , 85 0C , 8 0 0C și 75
0C) și pentru 16 valori distincte ale debitului de alimentare Qi cu ap ă uzată (0,5; 1,0; 1,5; 2,0;
2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5, 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0 m3/h.). Pentru fiecare set de valori
prestabilite durata experimentului a fost de 20 de ore .
La efectuarea încerc ărilor experimentale au fost utilizate ape uzate ale c ăror propriet ăți
caracteristice sunt prezentate, sintetizat, în tabelul 5.1.
La încerc ări s-au determinat experimental, prin măsurători și analize de laborator,
principalele p ropriet ăți fizico – chimice ale apei utilizate, folosind metodologia și prescrip țiile
din STAS 6953/1981, intitulat ” Ape de suprafa ța și ape uzate. Determinarea con ținutului de
materii in suspensie, a pierderilor la calcinare și a reziduului la calcinare ”.

103

Tab. 5.1. Caracteristicile apelor reziduale supuse decant ării

Nr.
crt. Caracteristica Unitate de m ăsură Valoare
1 pH 12 …13
2 Temperatura 0C 75…100
3 Suspensii: CaCO 3 , Ca(OH) 2 g/l 3…20
4 Cloruri: NaCl , CaCl 2 g/l 25…45
5 Densitate g/cm3 1,013 …1,050
6 CCO -Mn mg KMnO 4/l 50… 6000

Apa uzată rezultat ă din procesele din instala țiile industriale chimice poate conține
particulele de impurit ăți mecanice cu densit ăți și o granulometrie care depind de tipul și
capacitatea instala ției, de num ărul util ajelor în func țiune și de propriet ățile materiilor prime
utilizate , particulele de impurit ăți având dimensiuni care pot atinge valori d = 2…3 mm.
Folosirea unor decantoare de dimensiuni mar i, care s ă asigure capacit ăți mari de
separare prin sedimentare , presupune spa ții de amplasare cu suprafe țe. De aceea , s-a
considerat că este ra țional prin sedimentare în decantoare să se produc ă numai o separare
grosier ă, preliminar ă, a impurit ăților, urmând ca pentru o separare cu un grad mai ridicat de
reținere a impu rităților să se realizeze prin aplicarea unor metode de separare filtrare cu filtre
tangen țiale. În acest scop, pentru separarea final ă a apele ie șite de la decantare , cu o
concentra ție de impurit ăți mecanice de cca. 4000 mg/l , s-au utilizat un sistem de filtrare cu
doua filtre, cu un element filtrant, montate in serie (v. sub cap. 5.2), prim care concentra țiile de
impurită ți în limpede se reduc până la valori sub 50 mg/l.
Pentru efectuarea determin ărilor experimentale pentru stabilirea concentra țiilor de
impurit ăți din ap ă au fost utilizate urm ătoarele materiale de baz ă: prelevator, recipiente pentru
prelevare probe, cilindru gradat (de 250 cm3) ), pahare Erlenmayer (de 100 cm3 și 300 cm3), fiole
de cânt ărire, pâlnii de filtrare, exicator, hârtie de filtru cu porozitate mica. Pentru m ăsurare s -au
folosit balan țele analitice KERN ABS 220 -4 și KERN ALT 220 -4 NM, etuva Binder și diferite
termometre de control.
În vederea determin ărilor e șantionul de ap ă uzată este omogenizat în prealabil, după
care se filtrea ză pe hârtie de filtru cu porozitate mic ă, volumul de e șantion de ap ă necesar
fiind de 250 cm3. Reziduul de pe hârtia de filtru se spal ă cu apa distilat ă până la îndep ărtarea
sărurilor solubile (verificare în filtrat, cu reactiv specific în func ție de natu ra sărurilor). Hârtia
de filtru se a șează într-o fiol ă de cânt ărire și se usuc ă în etuv ă timp de o or ă la temperatura de
1050 ± 30C, se r ăcește o jum ătate de or ă în exicator și se cânt ărește. Opera țiile de uscare,

104
răcire și cânt ărire se repet ă până la ob ținerea unei mase constante (diferen ța dintre dou ă
cântăriri nu trebuie s ă depășească 0,0003g).
Conținutul de impurit ăți al e șantionului analizat se determin ă cu rela ția cunoscut ă:

C =
10001 2
Vm m , [mg/dm3]sau [mg/l], (5.1)
in care :
m1 – masa fiolei cu hârtia d e filtru, în mg;
m2 – masa fiolei cu hârtia de filtru cu reziduu, în mg;
V – volumul e șantionului luat in lucru, în cm3;
Coeficientul eficien ței de separare a impurit ăților E [%] realizat de decantoare în
procesul de sedimentare s-a determinat prin relația cunoscut ă:

[%] 100 1 100 



ei
ee i
CC
CCCE
(5.2)
în care: Ci este concentra ția de impurit ăți la intrarea apei uzate în decantor (în mg/l) și Ce–
concentra ția de impurit ăți la ie șirea apei limpezite din decantor în ( mg/l) .

5.1.2. Cercetarea experimental ă a sistemelor de sedimentare în decantoare
verticale . Analiza rezultatelor

5.1.2.1. Instala ții și echipamente folosite la cercetarea experimental ă

In vederea realiz ării studiului experimental au fost concepute și realizate instala ții de
sedimentare pilot formate din decantoare verticale , similare decantoarelor folosite curent în
industrie , având form ă tronconic ă (cilindric ă la partea superioar ă și conic ă la partea
inferioar ă), Aceste decantoare sunt destinate să realizeze o separare grosier ă a impurit ăților
până la o concentra ție de cca. 4000 mg/l, separarea finală urmând să se continue prin filtrare
cu filtre tangen țiale cu un singur element (2 filtre cuplate în serie, v. subcap. 5.2) .
Vederea general ă a unui decantor vertical cilindrico -conic experimental reali zat pentru
testări este prezentat ă în figura 5.1 iar s chema constructiv ă de baz ă, cu pozi țiile elementelor
exterioare principale, ale decantorului experimental este prezentat ă în figura 5.2, unde sunt
menționate, informativ, și dimensiuni le constructive de bază: înălțimea corpului decantorului:
2500 mm; în ălțimea p ărții cilindrice a decantorului 500 mm; în ălțimea p ărții conice a
decantorului: 2000 mm; în ălțimea decantorului cu capac 2950 mm; în ălțimea de la baza
decantorului pân ă la racordul de alimentare: 1050 mm; în ălțimea de la baza decantorului pân ă

105
la racordul de ie șire limpede: 2300 mm. Diametrul cilindrului decantorului este de 1800 mm,
iar unghiul de înclinare a generatoarelor conului este de 600.

Fig. 5.1. Vedere general ă a unui decantor experimen tal

Fig. 5.2. Schema constructiv ă decantorului experimental cu pozi țiile elementelor
exterioare de baz ă :
1-corp bazin decantor; 2 – gura de vizitare; 3 – platform ă acces; 4 – suport fixare corp
decantor; 5 -conduct ă de alimentare cu ap ă uzată (Dn 65) cu intrare tangen țială în partea
conic ă a decantorului; 6 – conduct ă de ie șire (evacuare) a apei limpezi (Dn 100); 7 – conduct ă
evacuare n ămol (Dn 50)

Pentru efectuarea programului de cercet ări stabilit au fost concepute și realizate
constructiv patru tip uri constructiv -funcționale de decantoare : 1) decantor tip D1 , cu intrarea
apei uzate printr -o conduct ă plasat ă tangen țial și ieșire liber ă a apei limpezi (f ără prag

106
deversor); 2) decantor tip D2 , cu intrarea apei uzate printr -o conduct ă plasat ă tangen țial și
ieșirea apei limpezi cu prag deversor; 3) decantor tip D3, cu intrarea apei uzate printr -un tub
central cu plac ă deflectoare la cap ăt și ieșirea apei limpezi cu prag deversor; 4) decantor tip
D4, dotat cu echipament de raclare a depunerilor de n ămol di n zona inferioar ă a părții conice,
cu intrarea apei uzate prin tub plasat tangen țial și ieșirea apei limpezi cu prag deversor.

a b
Fig. 5.3. Schema general ă constructiv ă a decantoarelor cu intrarea apei prin conduct ă
plasat ă tangen țial și ieșire liber ă (tip D1) sau cu prag deversor (tip D2) a apei limpezi:
a-schema de ansamblu; b -secțiune transversal ă la nivelul conductei de alimentare;
1-corp decantor; 2 -gura de vizitare; 3 -platforma acces;, 4 -suporti pentru montare
corp decantor; 5 -racord alimentare cu ape uzate cu intrare tangen țială , 6-racord ie șire ap ă
limpede;7 -racord evacuare n ămol.

În figura 5.3 este prezentat ă schema constructiv -funcțional ă comun ă a decantoarelor
tip D1 și tip D2, la care alimentarea cu ap ă uzată se face pri n conduct ă de alimentare 5,
plasat ă în partea conic ă a corpului decantorului la în ălțimea de 1050 mm în raport cu baza
acestuia (în zona cu diametrul conului de 1190 mm). Intrarea apei se face pe direc ție
tangen țială prin conducta 5, a șa cum rezult ă din sc hema explicativ ă dată în figura 5.3, b. Ca
urmare a ridic ării apei spre partea superioar ă a bazinului, cu o viteza mai mic ă decât viteza de
sedimentare a impurit ăților, se produce sedimentarea (decantarea) particulelor, care sunt
depuse sub form ă de nămol în zona din partea inferioar ă a conului și evacuate în exterior prin
racordul (conducta) de n ămol 7. Dup ă decantare, apa în stare limpezit ă, este evacuat ă prin
racordul de ie șire limpede 6. Din punct de vedere constructiv decantorul tip D1 nu are prag

107
deve rsor la ie șirea apei limpezi in canalul de colectare, iar decantorul tip D2 este prev ăzută cu
un prag deversor, a c ărei construc ție este dat ă în Anexa 1, fig. A.1.1.
În figura 5.4 este dat ă schema constructiv -funcțional ă a decantorului tip D3 , la care
intrarea apei uzate în decantorul 1 se face printr -un tub central 10 prev ăzut la cap ătul inferior
cu pâlnie conic ă și o plac ă deflectoare, tubul central 10 fiind alimentat cu ap ă uzată prin
conducta 5 plasat ă la partea superioar ă a decantorului. Modificarea se cțiunii de curgere a apei
la partea inferioar ă a tubului central se face prin reglarea pozi ției pl ăcii deflectoare în raport
cu pâlnia (în limitele 10…130 mm), prin intermediul tijei filetate 9 și rozetei cu piuli ță 8.
Nămolul este extras de la partea infe rioar ă a prin conducta 7 iar apa limpezit ă de la partea
superioara este evacuat ă prin conducta de ie șire 6.

Fig. 5.4. Schema constructiv ă a decantorului tip D3 cu intrarea apei prin tub central
cu pâlnie conic ă și plac ă deflectoare:
1-corp decantor; 2 -gura de vizitare; 3 -platforma acces; 4 -suporti; 5 – conduct ă
alimentare cu tub central și placa deflectoare cu sec țiune variabil ă; 6- conduct ă ieșire
limpede; 7 – conduct ă evacuare n ămol; 8 -rozeta de reglare a în ălțimii pl ăcii mobile a
deflectorului; 9 -arbor e fixare plac ă mobil ă deflector; 10 – tub central cu pâlnie și plac ă
pentru alimentare cu ap ă uzată.

În figura 5.5 este prezentat ă schema constructiv -funcțional ă a decantorului tip D4, cu
intrarea apei uzate prin conduct ă plasat ă tangen țial și ieșirea apei limpezi cu prag deversor,
dotat constructiv cu echipament de raclare a n ămolului aderent de pe pere ții conici ai
decantorului. Prin opera ția de raclare este facilitat ă evacuarea n ămolului prin conducta 7.
Dispozitivul de raclare este plasat pe treimea inf erioar ă a înălțimii conului, și în procesul de

108
raclare este antrenat de arborele 2 ac ționat de la un motoreductor. Între lamele raclorului și
suprafa ța pere ților conici exist ă un joc de 15…25 mm. Introducerea apei uzate se face pe
direc ție tangen țială prin conducta 5, iar evacuarea apei limpezi de la partea superioar ă, se
realizeaz ă prin conducta 6. Corpul 1 al decantorului se sprijin ă pe supor ții 4.

Fig. 5.5. Schema constructiv ă a decantorului tip D4, cu intrarea apei uzate prin tub
tangen țial și ieșirea apei limpezi cu prag deversor, dotat cu echipament de raclare a
nămolului aderent de pe pere ții conici ai decantorului :
1-corp decantor; 2 –arbore antrenare raclor; 3 -platforma acces; 4 -supor ți fixare decantor;
5-racord alimentare cu ape uzate; 6 -racord ieșire limpede; 7 -racord evacuare n ămol.

109

Fig. 5.6. Construc ția echipamentului de raclare a n ămolului în partea conic ă
inferioar ă a bazinului decantorului.
1.motoreductor; 2 -șurub; 3 – șaibă; 4-piuliță ; 5 șurub; 6 -suport motoreductor; 7 –
arbore antrenar e superior; 8 – arbore antrenare intermediar; 9 – arbore antrenare inferior,
10-raclor, 11 -ghidare; 12 -bucșă uzură; 13-șurub; 14 -piuliță ; 15-corp bazin decantor; 16 –
șurub p ăsuire; 17 -piuliță; 18-bolț antrenare; 19 -siguran ță bolț

Ansamblul echipamentului d e raclare a nămolului este prezentat în figura 5.6, din care
rezult ă construc ția concret ă a dispozitivului de raclare 10 și modului de ac ționare realizat de
motoreductorul 1 și arborii de antrenare 7, 8 și 9 (lega ți în serie). Detalii privind construc ția
echipamentului de raclare rezult ă din Anexa 1, fig. A.1.2.

5.1.2.2. Cercetarea experimental ă a variantelor de decantoare . Analiza
rezultatelor

b) Metodologia de lucru și testarea experimentală a decantoarelor din instalațiile
pilot în variantele D1, D2 și D3

Așa cum s -a men ționat, pentru realizarea programului de cercetare experimental ă,
conform obiectivelor stabilite, au fost concepute și construite fizic cele patru variante de
decantoare ( D1, D2, D3 și D4), descrise anterior. Acestea au fost montat e în instala ții
experimentale pilot. În cele ce urmeaz ă vor fi descrise instala țiile realizate pentru încercarea
celor patru variante precum și metodologia cercet ării experimentale a proceselor de decantare.
Instala ția pilot în varianta D -1 (figura 5.7) es te echipat ă cu decantor tip D1 (v. figura
5.3) cuprinde un vas tampon 1, cu ap ă uzată, cu volum de 8 m3, prev ăzut cu agitator mecanic

110
de omogenizare și un schimb ător de c ăldură (pentru men ținerea apei la temperatura
prestabilit ă).

Fig. 5.7. Schema inst alației pilot varianta D1, cu decantor cu intrare tangen țială a
conductei de alimentare și ieșire liber ă a apei limpezi ( f ără prag deversor ):
1-vas de omogenizare cu agitator; 2 – pompa centrifug ă; 3- termometru cu
termorezistenta; 4 – debitmetru alimentar e apă uzată; 5- ventil de reglare debit alimentare
decantor cu ap ă uzată; 6- admisia tangen țiala a apelor uzate in decantor; 7 – decantor; 8 –
conduct ă pentru evacuare liber ă a apei limpezi; 9 – conduct ă pentru evacuare n ămol; 10 –
debitmetru pentru n ămol; 11 – ventil de reglare debit evacuare n ămol.

Decantorul 7, cu volumul util de 3 m3, este alimentat din vasul 1 printr -o pompa
centrifug ă 2 și intr ă în decantor prin conducta de alimentare 6, orientat ă tangen țial. Evacuarea
apei limpezi se face prin canalul de colectare (f ără prag deversor), conectat la conducta de
evacuare 8. Temperatura apei uzate se m ăsoară cu termometrul 3 montat la vasul 1, iar debitul
de alimentare de la pomp ă se face cu debitmetrul electromagnetic 4, montat pe conducta 6.
Nămolul este eva cuat prin conducta 9, iar debitul de evacuare a n ămolului se m ăsoară cu
debitmetrul electromagnetic 10 montat la conducta 9. Reglarea debitelor de alimentare cu ap ă
uzată se face cu regulatorul electromagnetic cu ventil 5 (conectat la debitmetrul 4), iar
reglarea debitului de evacuare a n ămolului din decantor cu regulatorul electromagnetic cu
ventil 11 (conectat la debitmetrul 10).
Instala ția pilot în varianta D -2 (figura 5.8) este echipat ă cu decantor tip D2 (v. figura
5.3) la care intrarea apei uzate se f ace prin racordul 6 plasat tangen țial, iar ie șirea apei limpezi
se face la partea superioara prin deversare peste pragul 8.

111

Fig. 5.8 . Schema instala ției pilot varianta D2, cu decantor cu intrare tangen țială a
conductei de alimentare și ieșirea apei lim pezi cu prag deversor:
1-vas de omogenizare cu agitator; 2 – pomp ă centrifug ă; 3- termometru cu
termorezisten ță; 4- debitmetru alimentare ap ă uzată; 5- ventil de reglare debit alimentare
decantor cu ap ă uzată; 6- admisia tangen țială a apelor uzate in decan tor; 7 – decantor; 8 –
conduct ă pentru evacuare limpede -ieșire libera; 9 – conduct ă pentru evacuare n ămol; 10 –
debitmetru evacuare n ămol; 11 – ventil de reglare debit evacuare n ămol.

Instala ția pilot în varianta D -3 (figura 5.9) este echipat ă cu decantor tip D3 (v. figura
5.4). Intrarea apei uzate în decantorul 7 se face printr -un tub central, prev ăzut la cap ătul
inferior cu dispozitivul cu sec țiune de curgere reglabil ă 6, format dintr -o pâlnie și plac ă
deflectoare. Ie șirea apei limpezi se face în canalul de l a partea superioara prin deversare peste
pragul 8.

Fig. 5. 9. Schema instala ției pilot varianta D3, cu decantor cu intrarea apei uzate prin tub
central cu plac ă deflectoare și ieșirea apei limpezi cu prag deversor :
1-vas cu omogenizare cu agitator; 2 – pompa centrifug ă; 3- termometru cu termorezistenta;
4- debitmetru alimentare apa uzata; 5 – ventil de reglare debit alimentare decantor cu ap ă
uzată; 6- admisia cu placa deflectoare a apelor uzate in decantor; 7 – decantor tip D -3; 8-
conduct ă pentru evacuare limpede -cu prag deversor; 9 -conduct ă pentru evacuare n ămol; 10 –
debitmetru n ămol; 11 – ventil de reglare debit evacuare n ămol.

112
Temperatura apei uzate se m ăsoară cu termometrul 3 montat la vasul 1, iar debitul de
alimentare de la pomp ă se face cu debitme trul electromagnetic 4, montat pe conducta 6.
Nămolul este evacuat prin conducta 9, iar debitul de evacuare a n ămolului se m ăsoară cu
debitmetrul electromagnetic 10 montat la conducta 9. Reglarea debitelor de alimentare cu ap ă
uzată se face cu regulatorul electromagnetic cu ventil 5 (conectat la debitmetrul 4), iar
reglarea debitului de evacuare a n ămolului din decantor cu regulatorul electromagnetic cu
ventil 11 (conectat la debitmetrul 10).
Instala ția pilot în varianta D -4 (fig. 5. 10) este echipat ă cu un decantor tip D4 (v. fig.
5.5), dotat cu echipament de raclare a n ămolului ac ționat prin rota ție prin arborele 13 de c ătre
motoreductorul 12, plasat la partea superioar ă a decantorului. Intrarea apei uzate în decantorul
7 se face pe direc ție tangen țială iar ie șirea apei limpezi în canalul de colectare se face peste
pragul deversor 8.

Fig. 5.10. Schema instala ției pilot varianta D4, cu intrare tangen țială a conductei de
alimentare cu ap ă uzată și ieșirea apei limpezi cu prag deversor:
1 – vas tampon de alimentare cu ap ă uzată; 2 – pomp ă centrifug ă; 3 – termometru; 4 –
debitmetru electronic pentru apa uzat ă la intrarea in decantor; 5 – ventil reglare debit
apă la intrarea in decantor; 6 -conduct ă de intrare tangen țiala a apei in decantor; 7 –
decantor; 8 – conduct ă evacuare lichid limpede; 9 – conduct ă evacuare n ămol; 10 –
debitmetru pentru n ămol; 11 – ventil reglare debit n ămol; 13 – motoreductor de
antrenarea organului de raclare a n ămolului

Metodologia de lucru la testarea experimental ă a decantoarelor din instala țiile pilot în
variantele D1, D2 și D3 (fără echipamente de raclare) este similar ă. În acest sens, pentru
desfășurarea experiment ărilor se umple vasul 1 cu apa uzat ă supus ă testării, se porne ște
pompa 2 și se comand ă sistemul de evacuare automat ă a nămolului. În timpul func ționării
instala ției se m ăsoară temperatura Ti a apei uzate din vas și debitul de alimentare cu ap ă uzată

113
al pompei Qi .În timpul func ționării sistemului s -a realizat un procent de extrac ție de n ămol de
cca. 15 % in raport cu debit ul de alimentare Qi cu ape uzate, adic ă Qnămol = 0,15 Qi .
După o durat ă de lucru a instala ției de cca. 30 minute se consider ă că instala ția este
stabilizat ă din punct de vedere func țional și se preleveaz ă probe de ap ă uzată din vasul de
alimentare și pro be de ap ă limpede la ie șirea din decantor, care se supun analizei de laborator.
Pentru fiecare variant ă de lucru s -au determinat, prin analize de laborator, concentra țiile de
impurit ăți (în mg/l) în ap ă uzată la intrarea în decantor ( Ci) și în apa limpede la ieșirea din
decantor ( Ce) și s-a determinat prin calcul coeficientul eficien ței de separare a decantorului E
(în %), folosind rela ția (5.2).
Viteza ascensional ă v a apei în decantor (î n mm/s ) s-a determinat prin calcul în func ție
de debitul de alimenta re Qi (în m3/h) și secțiunea S de curgere a apei în zona cilindric ă (liber ă)
a decantorului, utilizând ecua ția continuit ății cunoscut ă din mecanica fluidelor, adic ă: v=Q i/S.
Secțiunea de curgere liber ă a apei S pentru decantorul cu intrare tangențiala este
egală cu aria secțiunii orizontale a decantorului în zona cilindric ă, adic ă
2
4D S (unde D
este diametrul sec țiunii decantorului, D=1,8 m).
Secțiunea de curgere liber ă a apei S 1 pentru decantorul cu tub central este dat ă de aria
secțiunii orizont ale a decantorului în zona cilindric ă (cu diametrul D) din care se scade aria
secțiunii tubului central, adic ă (unde d este diametrul exterior al tubului
central, d = 0,3 m).
Rezultatele determin ărilor din cadrul probelor experimentale sunt prezentate sin tetizat
în tabelul 5.2, în care s-au utilizat urm ătoarele nota ții:
Ti – temperatura apelor uzate, în 0C;
Qi – debit alimentare ape uzate în decantor, în m3/h;
Qnamol – debit slam/n ămol evacuat din decantor, în m3/h;
Ci – concentra ția suspensiei in apele uz ate intrate în decantor, în mg/l;
Ce- concentra ția suspensiei în apa limpede evacuat ă din decantor, în mg/l.
va- viteza ascensional ă, în mm/s.
E- coeficientul eficien ței de separare, în %;

2 2
14d Dπ=S 

114
Tab. 5.2. Rezultatele determin ărilor experimentale efectuate pe tipurile de decantoare
D1, D2 și D3, f ără echipament de raclare
Parametri de
operare
experimentala Variante de decantor
D-1 D-2 D-3
intrare tangen țiala si ie șire
libera intrare tangen țiala si ie șire
cu prag deversor intrare cu tub central si ie șire
cu prag deversor
Ti Qi Qșlam
namol Ci Ce E v Ci Ce E v Ci Ce E v
0C m3/h m3/h mg/l mg/l % mm
/s mg/l mg/l % mm
/s mg/l mg/l % mm/s
100 0,5 0,08 5913 106,4 98,2 0,12 8211 106,7 98,7 0,12 9024 90,2 99 0,13
1,0 0,15 6095 176,8 97,1 0,25 7532 135,6 98,2 0,25 8778 131,7 98,5 0,27
1,5 0,23 6157 227,8 96,3 0,37 8154 220,2 97,3 0,37 9213 184,3 98 0,40
2,0 0,30 6143 417,7 93,2 0,50 7730 301,5 96,1 0,50 8747 236,2 97,3 0,53
2,5 0,38 6120 501,8 91,8 0,62 8219 452,0 94,5 0,62 8603 258,1 97 0,67
3,0 0,45 5898 566,2 90,4 0,75 7798 553,7 92,9 0,75 8750 288,8 96,7 0,80
3,5 0,53 6080 820,8 86,5 0,87 7840 603,7 92,3 0,87 8878 337,4 96,2 0,93
4,0 0,60 5889 959,9 83,7 1,00 7893 678,8 91,4 1,00 8630 379,7 95,6 1,07
4,5 0,68 5987 1041,7 82,6 1,12 7784 794,0 89,8 1,12 8851 442,6 95 1,20
5,0 0,75 6085 1125,7 81,5 1,25 7744 952,5 87,7 1,25 9199 533,5 94,2 1,33
5,5 0,83 6085 1174,4 80,7 1,37 8200 1115,2 86,4 1,37 8626 586,6 93,2 1,47
6,0 0,90 6119 1236,0 79,8 1,50 8120 1201,8 85,2 1,50 8822 661,7 92,5 1,60
6,5 0,98 6091 1327,8 78,2 1,62 7672 1265,9 83,5 1,62 8850 708,0 92 1,73
7,0 1,05 5881 1382,0 76,5 1,75 7930 1443,3 81,8 1,75 8996 764,7 91,5 1,87
7,5 1,13 6250 1756,3 71,9 1,87 7980 1691,8 78,8 1,87 8747 804,7 90,8 2,00
8,0 1,20 5858 1874 ,6 68 2,00 7602 1763,7 76,8 2,00 9091 909,1 90 2,13
95 0,5 0,08 6092 170,6 97,2 0,12 8732 139,7 98,4 0,12 7609 91,3 98,8 0,13
1,0 0,15 6299 201,6 96,8 0,25 8642 172,8 98 0,25 7884 149,8 98,1 0,27
1,5 0,23 6272 269,7 95,7 0,37 9140 283,3 96,9 0,37 8520 204,5 97,6 0,40
2,0 0,30 6368 464,9 92,7 0,50 8631 362,5 95,8 0,50 7871 236,1 97 0,53
2,5 0,38 6325 581,9 90,8 0,62 8516 511,0 94 0,62 8001 264,0 96,7 0,67
3,0 0,45 6398 710,2 88,9 0,75 8796 694,9 92,1 0,75 8113 292,1 96,4 0,80
3,5 0,53 6390 932,9 85,4 0,87 9245 795,1 91,4 0,87 8231 345,7 95,8 0,93
4,0 0,60 6152 1076,6 82,5 1,00 8548 786,4 90,8 1,00 7778 365,6 95,3 1,07

115
Parametri de
operare
experimentala Variante de decantor
D-1 D-2 D-3
intrare tangen țiala si ie șire
libera intrare tangen țiala si ie șire
cu prag deversor intrare cu tub central si ie șire
cu prag deversor
Ti Qi Qșlam
namol Ci Ce E v Ci Ce E v Ci Ce E v
0C m3/h m3/h mg/l mg/l % mm
/s mg/l mg/l % mm
/s mg/l mg/l % mm/s
4,5 0,68 6194 1164,5 81,2 1,12 8737 952,3 89,1 1,12 7775 396,5 94,9 1,20
5,0 0,75 6286 1282,3 79,6 1,25 8707 1175,4 86,5 1,25 7711 462,7 94 1,33
5,5 0,83 6160 1318,2 78,6 1,37 9081 1371,2 84,9 1,37 8517 613,2 92,8 1,47
6,0 0,90 6037 1352,3 77,6 1,50 8693 1408,3 83,8 1,50 7516 601,3 92 1,60
6,5 0,98 6180 1526,5 75,3 1,62 9067 1659,3 81,7 1,62 7869 692,5 91,2 1,73
7,0 1,05 6240 1691,0 72,9 1,75 8951 1888,7 78,9 1,75 8178 752,4 90,8 1,87
7,5 1,13 6240 1840,8 70,5 1,87 8971 2126,1 76,3 1,87 8194 885,0 89,2 2,00
8,0 1,20 6052 2094,0 65,4 2,00 8940 2404,9 73,1 2,00 7615 875,7 88,5 2,13
90 0,5 0,08 6922 214,6 96,9 0,12 8226 156,3 98,1 0,12 7144 100,0 98,6 0,13
1,0 0,15 6849 294,5 95,7 0,25 7946 174,8 97,8 0,25 6519 143,4 97,8 0,27
1,5 0,23 6584 355,5 94,6 0,37 7763 271,7 96,5 0,37 6545 176,7 97,3 0,40
2,0 0,30 6785 563,2 91,7 0,50 8035 377,6 95,3 0,50 7345 249,7 96,6 0,53
2,5 0,38 6832 724,2 89,4 0,62 8111 559,7 93,1 0,62 7016 259,6 96,3 0,67
3,0 0,45 6460 794,6 87,7 0,75 8151 660,2 91,9 0,75 6618 258,1 96,1 0,80
3,5 0,53 6475 1010,1 84,4 0,87 8136 732,2 91 0,87 6928 325,6 95,3 0,93
4,0 0,60 6885 1266,8 81,6 1,00 8138 805,7 90,1 1,00 6575 328,8 95 1,07
4,5 0,68 6664 1326,1 80,1 1,12 7857 919,3 88,3 1,12 6692 388,1 94,2 1,20
5,0 0,75 6457 1420,5 78 1,25 7883 1111,5 85,9 1,25 7530 512,0 93,2 1,33
5,5 0,83 6731 1507,7 77,6 1,37 7882 1284,8 83,7 1,37 7491 584,3 92,2 1,47
6,0 0,90 6921 1654,1 76,1 1,50 7803 1334,3 82,9 1,50 6700 582,9 91,3 1,60
6,5 0,98 6653 1796,3 73 1,62 7736 1516,3 80,4 1,62 7345 719,8 90,2 1,73
7,0 1,05 6923 2021,5 70,8 1,75 7881 1907,2 75,8 1,75 6811 722,0 89,4 1,87
7,5 1,13 6707 2193,2 67,3 1,87 7703 2018,2 73,8 1,87 6572 762,4 88,4 2,00
8,0 1,20 6751 2605,9 61,4 2,00 8087 2466,5 69,5 2,00 6827 935,3 86,3 2,13
85 0,5 0,08 7583 424,6 94,4 0,12 7004 175,1 97,5 0,12 6278 119,3 98,1 0,13
1,0 0,15 7550 468,1 93,8 0,25 7097 205,8 97,1 0,25 6308 182,9 97,1 0,27
1,5 0,23 7299 642,3 91,2 0,37 7811 328,1 95,8 0,37 6334 202,7 96,8 0,40
2,0 0,30 7725 872,9 88,7 0,50 7832 493,4 93,7 0,50 6395 262,2 95,9 0,53
2,5 0,38 7445 990,2 86,7 0,62 7324 615,2 91,6 0,62 5965 256,5 95,7 0,67
3,0 0,45 7389 1130,5 84,7 0,75 7658 765,8 90 0,75 6390 293,9 95,4 0,80
3,5 0,53 7677 1451,0 81,1 0,87 7232 759,4 89,5 0,87 6368 331,1 94,8 0,93

116
Parametri de
operare
experimentala Variante de decantor
D-1 D-2 D-3
intrare tangen țiala si ie șire
libera intrare tangen țiala si ie șire
cu prag deversor intrare cu tub central si ie șire
cu prag deversor
Ti Qi Qșlam
namol Ci Ce E v Ci Ce E v Ci Ce E v
0C m3/h m3/h mg/l mg/l % mm
/s mg/l mg/l % mm
/s mg/l mg/l % mm/s
4,0 0,60 7463 1694,1 77,3 1,00 7014 855,7 87,8 1,00 6249 337,4 94,6 1,07
4,5 0,68 7625 1898,6 75,1 1,12 7399 1006,3 86,4 1,12 6401 403,3 93,7 1,20
5,0 0,75 7755 2093,9 73 1,25 7820 1376,3 82,4 1,25 6035 434,5 92,8 1,33
5,5 0,83 7637 2199,5 71,2 1,37 7779 1548,0 80,1 1,37 6303 516,8 91,8 1,47
6,0 0,90 7173 2094,5 70,8 1,50 7518 1601,3 78,7 1,50 6011 559,0 90,7 1,60
6,5 0,98 7320 2437,6 66,7 1,62 7202 1771,7 75,4 1,62 6377 688,7 89,2 1,73
7,0 1,05 7166 2744,6 61,7 1,75 7383 2155,8 70,8 1,75 6075 735,1 87,9 1,87
7,5 1,13 7734 3325,6 57 1,87 6994 2294,0 67,2 1,87 5924 876,8 85,2 2,00
8,0 1,20 7285 3613,4 50,4 2,00 7796 2931,3 62,4 2,00 6519 1108,2 83 2,13
80 0,5 0,08 8647 536,1 93,8 0,12 8694 243,4 97,2 0,12 6478 142,5 97,8 0,13
1,0 0,15 8632 673,3 92,2 0,25 8713 278,8 96,8 0,25 6431 199,4 96,9 0,27
1,5 0,23 8019 769,8 90,4 0,37 8193 376,9 95,4 0,37 6626 245,2 96,3 0,40
2,0 0,30 7921 926,8 88,3 0,50 8368 661,1 92,1 0,50 6503 286,1 95,6 0,53
2,5 0,38 8165 1208,4 85,2 0,62 8273 802,5 90,3 0,62 6813 340,7 95 0,67
3,0 0,45 7767 1273,8 83,6 0,75 8395 873,1 89,6 0,75 6947 340,4 95,1 0,80
3,5 0,53 8286 1632,3 80,3 0,87 8723 1020,6 88,3 0,87 6995 405,7 94,2 0,93
4,0 0,60 8220 2129,0 74,1 1,00 8186 1096,9 86,6 1,00 7044 422,6 94 1,07
4,5 0,68 7781 2248,7 71,1 1,12 8407 1294,7 84,6 1,12 6521 443,4 93,2 1,20
5,0 0,75 8640 2652,5 69,3 1,25 8015 1434,7 82,1 1,25 6863 542,2 92,1 1,33
5,5 0,83 8060 2756,5 65,8 1,37 8559 1900,1 77,8 1,37 6490 623,0 90,4 1,47
6,0 0,90 8407 3329,2 60,4 1,50 8484 2146,5 74,7 1,50 6931 720,8 89,6 1,60
6,5 0,98 7731 3339,8 56,8 1,62 8497 2447,1 71,2 1,62 6871 810,8 88,2 1,73
7,0 1,05 8083 3823,3 52,7 1,75 8304 2673,9 67,8 1,75 6608 905,3 86,3 1,87
7,5 1,13 7981 4118,2 48,4 1,87 8581 3192,1 62,8 1,87 6440 1004,6 84,4 2,00
8,0 1,20 7729 4343,7 43,8 2,00 8572 3771,7 56 2,00 6710 1201,1 82,1 2,13
75 0,5 0,08 7336 535,5 92,7 0,12 7648 244,7 96,8 0,12 7909 197,7 97,5 0,13
1,0 0,15 7430 661,3 91,1 0,25 7282 269,4 96,3 0,25 7848 274,7 96,5 0,27
1,5 0,23 7572 757,2 90 0,37 8073 395,6 95,1 0,37 7639 305,6 96 0,40
2,0 0,30 7620 960,1 87,4 0,50 8153 668,5 91,8 0,50 7711 362,4 95,3 0,53
2,5 0,38 7527 1211,8 83,9 0,62 7669 759,2 90,1 0,62 8017 400,9 95 0,67
3,0 0,45 7633 1465,5 80,8 0,75 8042 900,7 88,8 0,75 7416 393,0 94,7 0,80

117
Parametri de
operare
experimentala Variante de decantor
D-1 D-2 D-3
intrare tangen țiala si ie șire
libera intrare tangen țiala si ie șire
cu prag deversor intrare cu tub central si ie șire
cu prag deversor
Ti Qi Qșlam
namol Ci Ce E v Ci Ce E v Ci Ce E v
0C m3/h m3/h mg/l mg/l % mm
/s mg/l mg/l % mm
/s mg/l mg/l % mm/s
3,5 0,53 7544 1614,4 78,6 0,87 7312 928,6 87,3 0,87 7855 502,7 93,6 0,93
4,0 0,60 7354 2044,4 72.2 1,00 8250 1229,3 85,1 1,00 7714 532,3 93,1 1,07
4,5 0,68 7333 2258,6 69,2 1,12 7259 1139,7 84,3 1,12 7817 617,5 92,1 1,20
5,0 0,75 7612 2603,3 65,8 1,25 7604 1627,3 78,6 1,25 7714 709,7 90,8 1,33
5,5 0,83 7459 2938,8 60,6 1,37 7739 1903,8 75,4 1,37 7421 786,6 89,4 1,47
6,0 0,90 7595 3311,4 56,4 1,50 7457 2117,8 71,6 1,50 7610 875,2 88,5 1,60
6,5 0,98 7356 3464,7 52,9 1,62 8166 2678,4 67,2 1,62 7895 1002,7 87,3 1,73
7,0 1,05 7526 3928,6 47,8 1,75 7575 2802,8 63 1,75 7513 1096,9 85,4 1,87
7,5 1,13 7288 4095,9 43,8 1,87 7642 3309,0 56,7 1,87 7486 1265,1 83,1 2,00
8,0 1,20 7302 4439,6 39,2 2,00 7651 3825,5 50 2,00 7728 1499,2 80,6 2,13

Fig. 5.11. Varia ția în coordonate 3D a eficien ței de separare E in func ție de debitul de
alimentar e Q i, in cazul decantorului cu intrare tangen țială și ieșire liber ă (varianta D -1) la
diferite temperaturi T i ale apei reziduale

În baza datelor experimentale prezentate în tabelul 5.2 s -au construit, în coordonate
3D și, respectiv, în 2D, graficele din care rezult ă modul de varia ție a coeficien ților eficien ței

118
de separare E în func ție de debitul de alimentare cu ap ă uzată a decantorului Qi, pentru
diferite temperaturi Ti ale amestecului introdus în vasul de decantorului. Graficele E =f(Qi)
rezultate pent ru cele trei variante de decantoare sunt prezentate în figurile 5.11 – 5.16.

Fig. 5. 12. Varia ția în coordonate 2D a eficien ței de separare E in func ție de debitul de
alimentare Q i, in cazul decantorului cu intrare tangen țială și ieșire libera ( varianta D 1), la
diferite temperaturi T i ale apei uzate.
Din anal iza graficelor din figurile 5.11 – 5.12. se observ ă că eficienta de separare in
cazul decantorului cu intrare tangen țială și ieșire liber ă (varianta D1 ), scade cu cre șterea
debitului de alimentare și cu scăderea temperaturii de intrare a apei in decantor.

Fig. 5.13 . Varia ția în coordonate 3D a eficien ței de separare E în func ție de debitul de
alimentare Qi in cazul decantorului cu intrare tangen țială și ieșire cu prag deversor
(varianta D -2,), la dife rite temperaturi T i ale apei uzate

119

Din analiza graficelor din figurile 5.13 și 5.14 se observa ca eficien ța de separare in
cazul decantorului cu intrare tangen țială și ieșire cu prag deversor (varianta D -2), scade cu
creșterea debitului de alimentare și cu sc ăderea temperaturii de intrare a apelor reziduale in
decantor.

Fig. 5.14. Varia ția în coordonate 2D a eficien ței de separare E în func ție de debitul de
alimentare Qi in cazul decantorului cu intrare tangen țială și ieșire cu prag deversor
(varianta D -2), la diferite temperaturi T i ale apei uzate

Fig. 5.15 . Varia ția în coordonate 3D a eficien ței de separare E în func ție de debitul de
alimentare Q i in cazul decantorului cu intrarea apei reziduale cu placa deflectoare ( varianta
D-3), la diferite temper aturi T i ale apei uzate

120

Fig. 5.16. Varia ția în coordonate 2D a eficien ței de separare E în func ție de debitul de
alimentare Q i in cazul decantorului cu intrarea apei reziduale cu placa deflectoare ( varianta
D-3), la diferite temperaturi T i ale apei uzate
Din analiza graficelor din figurile 5.15 si 5.16 se observ ă că eficien ța de separare in
cazul decantorului cu intrare cu plac ă deflectoare și ieșire cu prag deversor ( varianta D -3)
scade cu cre șterea debitului de alimentare cu ape uzate și cu sc ăderea tem peraturii de intrare a
apelor reziduale in decantor.
Pentru a putea analiza varia ția eficien ței de separare E cu debitul de alimentare Qi
pentru diferite temperaturi Ti ale apei uzate, comparativ pentru cele trei tipuri de decantoare,
s-au trasat graficele de varia ție corespunz ătoare pentru cele trei tipuri de decantoare la diferite
temperaturi ale apei uzate supuse decant ării.
Din figura 5.17 se observ ă că la temperatura de 1000C se produce o sc ădere u șoară a
eficien ței de separare cu cre șterea debitului d e alimentare a decantorului, indiferent de tipul
decantorului, cea mai buna eficien ță a sediment ării având -o decantorul cu placa deflectoare.
Pentru a eviden ția influen ța temperaturii apei asupra eficien ței de separare prin
decantare, în figurile 5.17,..,5 .22 sunt prezentate graficele cu varia ția eficien ței de separare E
în func ție de debitul de alimentare Qi, adic ă E=f(Qi) , pentru 6 valori distincte ale temperaturii
Ti ale apei care alimenteaz ă decantoarele ( 100 0C; 95 0C; 90 0C; 85 0C; 80 0C;75 0C) la
cele trei variante de instala ții pilot.

121

Fig. 5. 17. Varia ția eficien ței de separare E cu debitul de alimentare Qi la temperatura
apei T i =100 oC, pentru diferite variante de decantoare: D-1- intrare tangen țială și ieșire
liber ă; D-2-cu intrare tangen țială și ieșire cu prag deversor; D-3-intrare central ă cu plac ă
deflectoare și ieșire cu prag deversor

Fig. 5.18. Varia ția eficien ței de separare E cu debitul de alimentare Qi la temperatura
apei T i =95 oC, pentru diferite variante de decantoare: D-1- intrare tangen țială și ieșire
liber ă; D-2-cu intrare tangen țială și ieșire cu prag deversor; D-3-intrare central ă cu plac ă
deflectoare și ieșire cu prag deversor.

122

Fig. 5.19. Varia ția eficien ței de separare E cu debitul de alimentare Qi la temperatura
apei T i =90 oC, pentru diferite variante de decantoare: D-1- intrare tangen țială și ieșire
liber ă; D-2-cu intrare tangen țială și ieșire cu prag deversor; D-3-intrare central ă cu plac ă
deflectoare și ieșire cu prag deversor

Fig. 5.20. Varia ția eficien ței de separar e E cu debitul de alimentare Qi la temperatura
apei T i =85 oC, pentru diferite variante de decantoare: D -1- intrare tangen țială și ieșire
liber ă; D-2-cu intrare tangen țială și ieșire cu prag deversor; D -3-intrare central ă cu plac ă
deflectoare și ieșire cu prag deversor

123

Fig. 5.21. Varia ția eficien ței de separare E cu debitul de alimentare Qi la temperatura
apei T i =80 oC, pentru diferite variante de decantoare: D-1- intrare tangen țială și ieșire
liber ă; D-2-cu intrare tangen țială și ieșire cu prag deversor ; D-3-intrare central ă cu plac ă
deflectoare și ieșire cu prag deversor

Fig. 5.22. Varia ția eficien ței de separare E cu debitul de alimentare Qi la temperatura
apei T i =75 oC, pentru diferite variante de decantoare: D-1- intrare tangen țială și ieșire
liberă; D-2-cu intrare tangen țială și ieșire cu prag deversor; D-3-intrare central ă cu plac ă
deflectoare și ieșire cu prag deversor

124
Din analiza graficelor din figurile 5.17 – 5.22 se observ ă că la temperaturi medii
(85…90 0C ) eficien ța de separare E scade viz ibil cu cre șterea debitului de alimentare Qi a
decantorului, indiferent de tipul acestuia, cea mai buna eficien ță a sediment ării având -o
decantorul cu intrare cu tub central cu placa deflectoare. Se observ ă că la o temperatur ă mai
scăzută, de 750C, are loc o scădere accentuat ă a eficien ței de separare cu cre șterea debitului de
alimentare a decantorului, indiferent de tipul acestora, cea mai buna eficien ță a sediment ării
având -o, de asemenea, decantorul cu placa deflectoare.
Din analiza , în ansamblu , a rezul tatelor experimentale, prezentate mai înainte tabelar
și grafic, rezult ă următoarele concluzii:
 eficien ta de separare a impurită ților din apele reziduale (uzate) realizat ă în decantoare
verticale, se reduce sensibil cu sc ăderea temperaturii de intrare a a pei, influen ța acestui
parametru asupra eficien ței de separare fiind mai pronun țată la temperaturi mai mici
de 85 -90 0C. Indiferent de valoarea debitului de intrare, valoarea optim ă a temperaturii
la intrarea in decantor, care asigur ă o eficien ță maxim ă de separare, este cea de cca.
100 0C (mai mica decât punctul de fierbere ).
 concentra ția de impurit ăți in limpede cre ște cu m ărimea debitului de alimentare cu ape
uzate a decantorului. Astfel, de la o concentra ție cu impurit ățile de 6000…8000 mg/l
a apei a limentare, in limpedele rezultat se obține o concentra ție de 100…500 mg/l la
debite mici , care creste până la 1000…4400 mg/l la debitele maxime, în functie de
tipul de decantor si temperatura apelor la intrare. La debitul maxim de alimentare,
concentra ția in limpede la 75 0C creste cu cca. 58 % fa ță de fata de cea ob ținută la
temperatura de 100 0C la decantorul tip D1, cu acca.53 % la decantorul D2 și cu cca.
40 % la decantorul D3;
 eficien ța de separare a impurit ăților din apele reziduale la decantoare le tip D1 si tip
D2 scade cu cca. 26% la temperatura de 75 0C fata de 100 0C (la debit maxim de
alimentare ) , iar la decantorul tip D3 cre ște cu cca.10%.
 pe ansamblu, cea mai buna eficien ță a separ ării impurit ăților a realizat -o decantorul cu
placă deflectoare.
 separarea impurit ăților prin decantarea apelor uzate este cu atât mai eficace cu cât
temperatura de intrare în decantor este mai ridicata, iar debitul de alimentare a
decantorului este mai mic. Indiferent de m ărimea debitului și de valoarea tempe raturii
apei supuse decant ării, eficien ța cea mai buna o are decantorul cu placa deflectoare.

125
b) Metodologia de lucru și testarea experimental ă a decantoarelor din instala țiile
pilot în varianta D4.
În vederea analizei modului în care evacuarea n ămolului influen țează eficien ței
sediment ării, s -au utilizat instala ții experimentale (sta ții pilot) care au permis o analiz ă
comparativ ă, în condi ții de lucru identice, a eficien ței de separare pentru dou ă tipuri de
decantor: cu intrare tangen țială a apei fără echipament de raclare a n ămolului ( tip D2 ) și cu
intrare tangen țială a apei și cu echipament de raclare a n ămolului ( tip D4 ). Schema instala ției
pilot pentru efectuarea experiment ărilor cu decantoare cu intrare tangen țială a apei și ieșire cu
prag dever sor f ără echipament de raclare ( varianta D2 ) a fost dat ă anterior în figura 5.8, iar
schema instala ției pilot cu decantorul dotat cu echipament de raclare varianta D -4) a fost dat ă
în figura 5.10. Pentru testare s -au utilizat ape industriale uzate provenin d din aceea și instala ție
industrial ă ca la decantoarele D1, D2, D3 , la temperatur i de 90…100 C , debit 8 m3/h și
concentra ții mai mar i de impurit ăți în apele uzate (8500 …10500 mg/l fata de 6000 …10.000
mg/l), datorit ă funcționarii instala ției industriale la o capacitate mai mare în acea perioad ă.
Metodologia de lucru la testare a instala ției pilot în varianta D4 este similar ă
metodologiei utilizate pentru variantele D1, D2 și D3, după cum urmeaz ă.. După umplerea
vasului de alimentare 1 (v. fig. 5.10). , se porneș te pomp a de alimentare 2 și în procesul
umplerii decantorului 7 se purjeaz ă (elimin ă) periodic noroiul din partea inferioar ă conic ă a
bazinului. Când s -a realizat umplerea decantorului se cupleaz ă automat echipamentul de
evacuare (mecanic ă) a noroiulu i, proces realizat cu sistemul de raclare (construc ția
echipamentului de raclare este dat ă în figura 5.6).
Testarea proceselor de decantare comparativ ă a celor dou ă variante de decantoare ( D2
și D4) s-a realizat pe o perioad ă de 15 zile, prelevarea de pro belor pentru analiz ă făcându -se
după un interval de func ționare de 24 ore. La fiecare prob ă s-au determinat (prin m ăsurători)
valorile concentra ției de impurit ăți solide Ci (în mg/l) la intrarea apei uzate în cele dou ă
variante decantoare, concentra ției de impurit ăți solide Ce (în mg/l) la ie șirea apei limpezi din
decantoare și concentra ției de impurit ăți solide din nămolul evacuat din decantoare. Prin
prelucrarea datelor m ăsurate s -au determinat prin calcul și valorile procentuale ale eficien ței
procesului de separare E (în %) pentru fiecare testare periodic ă, utilizând rela ția (5.1).
Rezultatele ob ținute in urma m ăsurătorilor și prelucr ării datelor sunt prezentate sintetizat in
tabelul 5. 3
Pe baza datelor experimentale men ționate în tabelul 5.3 s -au const ruit graficele de
evolu ție în timp a concentra ției C de impurit ăți în apa limpede și în șlam la decantorul cu
raclor și fără raclor și graficele de evolu ție în timp a coeficien ților eficien ței de separare E a

126
decantoarelor în func ție de concentra ția de imp urități solide din ap ă uzată la intrarea în
decantoare și concentra ția final ă a apei limpezi la ie șirea din decantoare.

Tab. 5.3. Rezultatele determin ărilor experimentale efectuate la cele dou ă tipuri de decantoare

Timp Concentrație
solid ape
reziduale Decantor cu raclor (D-4) Decantor f ără raclor (D-2)
Concentra ție
solid Eficien ță
separare
E Concentra ție
solid Eficien ță
separare
E limpede nămol limpede nămol
[ore] [mg/l] [mg/l] [mg/l] % [mg/l] [mg/l] %
0 10534 6051 23983 42.55 6132 23740 41.78
24 9325 5295 21415 43.21 5443 20971 41.63
48 9808 5584 22480 43.06 5808 21808 40.78
72 9593 5465 21977 43.03 5812 20936 39.41
96 9298 5311 21259 42.88 5596 20404 39.81
120 8568 4809 19845 43.87 5121 18909 40.23
144 8543 4891 19499 42.74 5200 18572 39.13
168 9878 5806 22094 41.22 6103 21203 38.21
192 8970 5244 20148 41.53 5592 19104 37.65
216 9324 5488 20832 41.14 5934 19494 36.35
240 10706 6398 23630 40.23 7004 21812 34.57
264 8852 5263 19619 40.54 5740 18188 35.15
288 8321 4963 18395 40.35 5524 16712 33.61
312 9800 5912 21464 39.67 6655 19235 32.09
336 9342 5612 20532 39.92 6500 17868 30.42
360 9604 5871 20803 38.86 6861 17833 28.56

Datele din tabel și curbele din graficele întocmite (prezentate în figurile 5.23,..,5.27
permit o analiz ă comparativ ă a comport ării celor doua tipuri de decantoare în procesul de
lucru.

127

Fig. 5.23 . Varia ția în timp a concentra ției suspensiei în apa limpede și în n ămol la decantorul
cu raclor și fără raclor

Fig. 5.24 . Varia ția în timp a eficien ței de separa re a impurit ăților în decantorul cu raclor și
fără raclor

In figura 5.23 sunt prezentate graficele comparative din care rezult ă varia ția în timp a
concentra ției suspensiei în apa limpede și în n ămol la cele dou ă tipuri de decantoare, iar în
figura 5.24 s unt prezentate comparativ varia țiile în timp a eficien ței de separare la cele dou ă
tipuri de decantoare (f ără raclor și cu raclor).

128

Fig. 5.25. Varia ția în timp a concentra ției suspensiei in apa limpede la cele doua tipuri de
decantoare

Fig. 5.26. Variația în timp a concentra ției impurit ăților în n ămol la cele doua tipuri de
decantoare

In figura 5.25 su nt prezentate comparativ graficele de varia ție în timp a concentra ției
impurit ăților în apa limpede, iar în figura 5.26 graficele cu v ariația concentra ției impurit ăților
în nămol la cele doua tipuri de decantoare (f ără raclor și cu raclor). În figura 5.27 sint

129
prezentate graficele de varia ție în timp a concentra ției de impurit ăți în limpede și în n ămol la
decantorul f ără raclor, iar în figura 5. 28 la de cantorul cu raclor.

Fig. 5.27 . Varia ția în timp a concentra ției impurit ăților în apa limpede și în n ămol la
decantorul f ără raclor

Fig. 5.28. Varia ția în timp a concentra ției impurit ăților în apa limpede și în n ămol la
decantorul cu raclor

Din an aliza rezultatelor prezentate sintetizat în tabele și reprezentate în graficele
aferente, rezult ă că, eficien ța de separare a impurit ăților din apele reziduale este superioar ă la
decantoarele cu echipamente de raclare comparativ cu eficien ța decantoarelor fără

130
echipamente de raclare, fapt ce conduce la reducerea concentra ției de materii solide
(impurit ăți) din apele evacuate (limpezi). Ca urmare, se recomand ă utilizarea decantoarelor cu
intrare tangen țială și prag deversor, dotate cu echipamente de raclare a nămolului.
Din analiza , în ansamblu , a rezultatelor experimentale ob ținute la testarea variantelor
de decantare utilizate în sta țiile pilot se desprind urm ătoarele concluzii mai importante:
 eficien ța de separare a impurit ăților din apele reziduale e ste mai ridicat ă în cazul
utiliz ării echipamentelor de raclare a n ămolului; scade în intervalul de timp alocat de
la 42,5 % la 38, 9 % la varianta D4 , în timp ce la D2 scade de la 41,8 % la 28,5%
(diferen ță de 10% între eficien ța variantelor D2 si D4 la sfârșitul experimentului);.
 concentra ția de impurit ăți în limpede cre ște în timp cu cca.14 % la varianta de
decantor D2 în raport cu varianta D4 .
La finalizarea experiment ărilor și golirea decantorului , în vederea cur ățării interioare , s-a
constatat la dec antorul în varianta D4 a prezen tat un strat uniform de depuner i pe pere ții în
zona raclorului , depuneri mai mari fiind observate deasupra bra țelor raclorului . La decantorul
varianta D2 s-au constatat depuneri mari pe pere ții decantorului ia r la baza acest uia s -au
observat straturi evidente de depuneri precum și existen ța unor canale preferen țiale de curgere
(acestea conduc la blocarea treptat ă a pârții inferioare a decantorului și înfundarea sist emului
de evacuarea a n ămolului ).

5.2. Cercetarea experimen tală a proceselor de filtrare cu filtre tangen țiale

5.2.1. Obiectivele și metodologia cercet ării experimentale

Obiectivul de baz ă al cercet ării experimentale a constat în analiza influen ței diferi ților
factori constructivi și func ționali ai filtrelor cu flux tangen țial asupra eficien ței procesului de
separare prin filtrare a impurit ăților din apele uzate. Cercet ările s -au realizat prin montarea
filtrelor în instala ții pilot de filtrare în dou ă variante distincte:
 cu dou ă filtre tangen țiale cuplate în s erie, fiecare filtru fiind construit dintr -un singur
element de filtrare.
 cu patru filtre tangen țiale cuplate în serie, fiecare filtru fiind alc ătuit din șapte
elemente de filtrare legate în paralel.
Pentru realizarea obiectivelor cercetării experimental e, în cadrul unei colaborări cu
Centrul de Cercetare pentru Materiale Macromoleculare și Membrane (CCMMM) din
București în perioada 2011 -2012 s -au conceput și realizat cele două variante constructive de
filtre tangențiale tangențiale utilizate: cu un elem ent filtrant și cu șapte elemente filtrante.

131
Aceste filtre au fost echipate cu sisteme originale de autodecolmatare în flux continuu și cu un
circuit care permite interven ția în cazul în care s -ar produce colmatarea.
Aceste filtre au fost echipate cu siste me original e de autodecolmatare în flux continuu și
cu un circuit care permite interven ția în cazul în care s -ar produce colmatare a. La realizarea
acestor module de filtrare moderne , CCMMM a asigurat componente le pentru execu ția fizic ă
a modulelor de filtr are și a pus la dispozi ție site le inox cu ochiuri de 100, 80 și, respectiv, 20
µm
Cercet ările experimentale ale proceselor de filtrare cu filtre tangențiale efectuate în
cadrul tezei de doctorat au avut urm ătoarele obiective principale :
a) analiza evoluției în timp a concentra ției de impurit ăți din ap ă la ieșirile din filtre;
b) analiza evolu ției în timp a presiunilor apei la intr ările și ieșirile din filtre și, respectiv, a
căderilor de presiune pe filtre;
c) analiza evolu ției în timp a g radul de re ținere (reten ție) a impurit ăților atât separat pe filtre,
pe grupe de filtre și pe ansamblul instala ției de filtrare.
Pentru realizarea obiectivelor men ționate au fost necesare urm ătoarele opera ții:
 determinarea prin m ăsurători și analiza evolu ției în timp a concentra ției de impurit ăți
din ap ă la intrarea și ieșirea din filtre;
 determinarea prin m ăsurători a presiunilor apei la intr ările și ieșirile din filtre și a
căderilor de presiune pe filtre și grupe de filtre;
Măsurarea con ținutului (concentra ției) de impurit ăți din e șantioanele de ap ă prelevate
la încerc ări s-a făcut prin proceduri care au la baza metoda gravimetrica, folosite și la studiul
procesului de decantare (v. subcap. 5.1) , utilizând balan țele analitice (KERN ABS 220 -4 și
KERN ALT 220 -4 NM), e tuva BINDER și termometre de control.
Determinarea concentra ției de impurit ăți in ap ă C măsurat ă în unit ăți de mas ă pe litru
apă (în mg/l) s -a realizat prin metoda gravimetrica ( conform STAS 6953/1981) folosit ă și la
procesul de decantare (v. subcap. 5.1 ), utilizând rela ția (5.1).
Eficien ța filtrelor este caracterizat ă prin valoarea coeficientului de reten ție (re ținere) a
impurit ăților R [%] realizat în procesul separ ării; s -a determinat prin rela ția similar ă folosit ă
la calculul eficien ței din procesul d e decantare, scris ă sub forma:

100 1 100 [%] i e i
eeC C CRCC      

(5.3)

132
în care: Ci este concentra ția de impurit ăți la intrarea apei uzate în filtru (în mg/l) și Ce–
concentra ția de impurit ăți la ie șirea apei filtrate din filtru .
Determinarea debitului de ap ă (în l/min) în instala țiile de filtrare s -a realizat cu un
debitmetre electromagnetic e tip AXFA – YOKOGAWA (fig. 5.29) care permit e citirea,
înregistrarea și transmiterea la distan ță a datelor m ăsurate .

Fig. 5.29. Debitmetrul electromagnetic cu afi șare digital ă și transm iterea la distan ță a
datelor, tip AXFA (YOKOGAWA)

Determinarea căderilor de presiune dintre conductele de intrare și de ieșire a le
filtrelor ( parametri care caracterizează gradul de colmatare a elementelor filtrante) s-a realizat
cu manometre diferențiale electronice cu senzori electrotensometrici cu afișare digitală, tip
EJXA – YOKOGAWA (fig. 5.30), folosite atât pentru măsurare cât și pentru comanda
automată a proceselor de spăla re a filtrelor.

Fig.5.30. Manometru diferen țial electrotensometric , tip EJX-A YOKOGAWA )

133
5.2.2. Cercet ări experimentale ale sistemelor de filtrare . Analiza rezultatelor
5.2.2.1. Cerceta rea experimental ă a sistemelor de filtrare formate din dou ă filtre
cuplate în serie

Pentru cercetarea experimental ă s-a conceput și realizat un filtru cu curgere tangen țială
cu element de filtrare tubular a c ărui construc ție este dat ă în figura 5.31. De talii referitoare la
filtrul tangen țial cu un element de filtrare cilindric sunt prezentate în desenele din Anexa 2.
În vederea re ținerii impurită ților mecanice , apa uzat ă intră în filtru prin conducta A,
ajunge in spa țiul dintre corpul 2 și partea exter ioară a elementului filtrant 7 și pătrunde prin
stratul de filtrare în interiorul elementului (tubului) filtrant 7. Apa filtrat ă este evacuat ă prin
capătul deschis al tubului filtrant și orificiul de ie șire B; impurit ățile (n ămolul) depus la partea
inferio ară a carcasei filtrului (sub cap ătul închis al tubului filtrant) fiind evacuat, prin sp ălare
hidraulic ă, prin orificiul C.

Fig. 5.31. Construc ția unui filtru tangen țial cu un element filtrant tubular:
1- flanșa cap ăt deschis; 2 -corp (carcas ă) filtru; 3 -inel etan șare O; 4 -capat deschis; 5 -element
ghidaj; 6 – flanșa cap ăt închis; 7 -element filtrant tubular; 8 -capăt închis.
A-intrare apa reziduala; B -ieșire ap ă limpede; C -eliminare impurit ăți (nămol, șlam)

Pentru cercetarea experimental ă a eficien ței filt rării apei industriale uzate s-a conceput
și realizat o instala ție de filtrare pilot format ă din două filtre cuplate în serie , a cărei schem ă
de principiu este prezentat ă în figura 5.32. Instala ția de filtrare este format ă din filtrul (brut)
grosier F -1, cu element filtrant cu site din o țel inox cu fine țea de 475µm și filtrul fin F -2, cu

134
element filtrant cu site din o țel inox cu fine țea de 80 µm. Pentru m ăsurarea debitului refulat
de pompa P -1 s-a folosit debitmetrul electromagnetic FIQ (tip YOKOGAWA), iar pentru
măsurarea presiunilor s -au folosit manometrele PI (cu tub cu membrana de separa ție, tip MS).
Toate elementele instala ției au fost montate pe o platform ă suport.

Fig. 5.32. Schema simplificat ă a instala ției experimentale ( sta ție pilot) cu dou ă filtre cuplate
în serie
V-1 vas cu apa uzat ă supus ă filtrării; P-1 pompa centrifug ă pentru alimentarea filtrelor;
FIQ- debitmetru electromagnetic pentru apa uzat ă alimentat ă; PI- manometre; F1 – element
filtrant grosier cu site din otel de 475µm; F2 – elem ent filtrant fin cu site din otel de 80 µm;
V-2-vas pentru colectarea n ămolului rezultat la filtrul brut F -1; V-3 – vas pentru colectarea
nămolului rezultat de la filtrul fin F -2; V-4 – vas pentru colectarea lichidului filtrat

Pentru realizarea filtr ării apa uzat ă din vasul V-1 (cu capacitatea de cca. 8 m3),
prevăzut cu un echipament de agitare (amestecare), este trimis ă în sistemul de filtrare cu
ajutorul pompei centrifuge P-1, ajunge in filtrul brut F1 (cu sita de 475 µm) și dup ă filtrare
lichidul filt rat este evacuat pe la partea superioar ă, iar la partea inferioara are loc depunerea
impurit ăților mai mari decât 475 µm (colectate in vasul V-2, de aproximativ 60 l). In cea de a
doua etap ă, lichidul care a fost filtrat in filtrul F1, ajunge in filtrul fi n F-2 (cu sita de 80 µm),
lichidul filtrat fiind evacuat la partea superioar ă și colectat in vasul V-4 (aprox. 200 l ). La
partea inferioar ă a filtrului F2 are loc depunerea impurit ăților mai mari decât 80 µm (care nu a
străbătut filtrul F-2), colectate în vasul V-3 . Gradul de purificare a lichidului filtrat în
instala ția cu dou ă filtre în serie este analizat în lichidul limpede acumulat în vasul V-4, care e
supus la golire periodic ă în canalizare.
Pentru cur ățarea (decolmatarea) filtrelor s -a folosit apa din re țeaua curenta, trimis ă sub
presiune prin circuitul de sp ălare cu circuit în contracuren t (marcat cu culoare verde în

135
schema din fig.5.32). Circuitul de sp ălare este realizat prin comutarea corespunz ătoare a
robinetelor de leg ătură din instala ție, ia r evacuarea apei cu impurit ățile antrenate prin sp ălare
se face în vasele de colectare a n ămolului amplasate la cele dou ă filtre, prin comutarea
robinetelor aferente.
Pentru studiul eficien ței sistemului de filtrare , prezentat în schema din figura 5.32, s-a
umplut vasul V-1 cu ap ă uzată cu o concentra ție ini țială de impurit ăți de cca. 4.000 mg/litru
(apa a fost provenit ă din ape le limpezi de la decantoare) , după care instala ția a func ționat
continuu timp de 60 min. Dup ă fiecare 20 minute au fost m ăsurate p resiunile din sistem (în
bar) în locurile men ționate în schem ă, utilizând manometrele montate la intrarea în filtrul F1
și ieșirile din filtrele F1 și F2, și au fost colectate probe de ap ă pentru determinarea
concentra țiilor de impurit ăți ale apei (in mg/l ).

Tab. 5.4. Varia țiile în timp a presiunilor p, c ăderilor de presiuni Δp, a concentra țiilor
suspensiilor C și gradului de reten ție R în sistemul de filtrare cu dou ă module de filtrare
tangen țială

Timp Pres
intr.
F-1
p1i Pres
iesire
F-1
p1e Cad
pres
F-1
Δp1 Pres
iesire
F-2
p2e Cad
pres
F-2
Δp2 Conc.
intr.
F-1
C1i Conc.
ieșire
F-1
C1e Grad
ret.
F-1
RF1 Conc.
ieșire
F-2
C2e Grad
ret.
F-2
RF2 Grad ret.
total
RFt

min bar bar bar bar bar mg/l mg/l % mg/l % %
0 3 2,1 0,9 0,9 1,2 4058 1059 73,90 587 11,63 85,53
20 3,2 2,2 1,0 1,1 1,1 4058 826 79,65 436 9,61 89,26
40 3,4 2,6 1,2 1,2 1,4 4058 514 87,33 325 4,66 91,99
60 4 3,1 0,9 1,3 1,7 4058 468 88,47 216 6,21 94,68

Concentra țile din ap ă s-au determinat prin analize de laborator a probelor prel evate ,
pe baza metodologiei prezentate anterior, d atele medii măsurate experimental fiind prezentate
în tabelul 5.4 . Pe baza datelor ob ținute s -au construit graficele de varia ție în timp a
concentra ției la intrarea în filtrul F1 și ieșirile din filtrele F1 și F2, așa cum rezult ă din
schema din figura 5.3 2.
.Pentru analiza gradului de colmatare a filtrelor s -au m ăsurat presiunile la intrarea și
ieșirea din filtre și s-au determinat, prin calcul, și căderile de presiune la primul filtru ( Δp1 =
p1i – p1e) și la cel de al doilea filtru ( Δp2 = p 1e -p2e), în care p1i este presiunea la intrare în filtrul
F1, p 1e – presiunea la ie șirea din F1 și p21e – presiunea la ie șirea din filtrul F2. Datele m ăsurate

136
și cele calculate sunt men ționate, de asemenea, în tabelul 5.4. În graficul din figura 5.3 4 se
prezint ă curbele de varia ție în timp a presiunilor p la cele dou ă filtre, iar în figura 5.3 5 curbele
de varia ție în timp a c ăderilor de presiune Δp la cele dou ă filtre.

Fig. 5.3 3. Evolu ția în timp a concerntrațiilor de impurități ieșirile din filtrele F -1 si F -2.

Fig. 5.3 4. Evolu ția în timp a presiunilor în sistemul de filtrare la intrarea în filtrul F -1 și
ieșirile din filtrele F -1 și F-2.

137

Fig. 5.35. Evolu ția în timp a c ăderilor de presiune măsurate la filtrele F-1 și F2.

Pentru analiza eficien ței de filtrare s -au determinat prin calcul coeficien ții de reten ție
RF1 , RF2 la ieșirile din filtrul F1 și, respectiv, filtrul F2, precum și coeficientul total de reten ție
RFt,, al ansamblului celor dou ă filtre, ale căror valori sunt men ționate în tabelul 5.4. Evolu ția
în timp a gradului de reten ție a filtrelor luate separat și în ansamblu (gradul de reten ție total)
este prezentat ă în graficul din figura 5.36.

Fig. 5.36. Evolu ția în timp a gradului de reten ție real izat separat de filtrele F1 și F2 și pe
ansamblul filtrelor(F1+F2) (gradul de reten ție total)

138

Din analiza rezultatelor experimentale, prezentate tabelar și grafic, privind sistemul de
filtrare cu dou ă filtre montate în serie, au rezultat urm ătoarele con cluzii:
 gradul de re ținere (reten ție) al filtrelor cre ște cu durata de lucru a instala ției. Dup ă 60
minute de lucru, primul filtru (filtrul brut) a re ținut circa 88% din masa suspensiilor
conținute în apa uzat ă introdus ă în instala ție;
 concentra ția suspens iilor din apa uzat ă analizat ă s-a redus de la valoarea ini țială de
cca. 4000 mg/l la o valoare de cca. 200 mg/l în lichidul filtrat (limpede), ob ținându -se
o reten ție (re ținere) de circa 95 % din suspensiile din apa uzat ă;
 presiunile lichidului la intrarea în primul filtru (filtrul brut) și la ie șirile din ambele
filtre cresc cu cre ștere duratei func ționării;
 gradul de colmatare a filtrelor, caracterizat prin c ăderile de presiune din filtre, cre ște
cu timpul de lucru, fiind mai accentuat la filtrul cu fine țea mai ridicat ă (F2)
comparativ cu cel cu fine țea mai redus ă (F1). Dup ă 60 min de func ționare c ăderea de
presiune la primul filtru (F1) a fost de cca. 1,0 bar, c ăderea de presiune la al doilea
filtru (F2) fiind 1,7 bar. Rezult ă că la cel de al doilea filtr u nu s -a atins limita de c ădere
de presiune, de cca. 2,0 bar, prev ăzută funcțional pentru colmatarea filtrelor;
 sistemul de filtrare analizat, cu dou ă filtre tangen țiale cuplate în serie, este opera țional
și nu s -a colmatat pe durata func ționării (60 min).

5.2.2.2. Cercetarea experimental ă a sistemelor de filtrare cu patru filtre cuplate
în serie

În vederea studiului experimental al comport ării sistemelor de filtrare cu patru filtre
cuplate în serie, s-a conceput și realizat o instala ție pilot format ă din patru filtre cu grade de
finețe diferite, cuplate în serie. Filtrele sunt construite cu șapte elemente de filtrare tubulare
(legate în paralel în interiorul filtrului).
Schema constructiv -funcțional ă a unui filtru cu mai multe elemente filtrante montate
în paralel este prezentat ă schematizat în figura 5.37, iar construc ția filtrului utilizat la
experiment ări este prezentat ă în 5.38. Detalii constructive ale filtrului cu șapte elemente
rezultă din desenele din Anexa 2.

139

Fig. 5.37. Schema constructiv -funcțional ă a unui filtru cu curgere tangen țială:
1-capac superior; 2 – capac inferior; 3 – corp filtru; 4 – element filtrant; 5 – racorduri conectare
la manometrul diferen țial; 6 – placa de fixare a elementelor filtrante.

Fig. 5.38. Construc ția unui filtru tangențial cu șapte elemente cuplate în serie:
1-corp filtru; 2 -capac superior; 3 -element filtrant; 4 -capac inferior;
A-intrare ape uzate; B -ieșire apa filtrat ă (limpede); C -ieșire nămol (sp ălare filtru); D –
racord sp ălare filtru

140
Elementele filtrante tubular e au fost realizate din site metalice din o țel inox (fig. 5.39)
sau din polipropilen ă (v. cap. 2, fig. 2.18)

a b

Fig. 5.39. Construc ția elementelor filtrante din sit ă de oțel inox (vedere):
a-capătul deschis; b -capătul închis

Vederea general ă a modului de montare a unui filtru în instala ția de filtrare în vederea
experiment ării în sta ția pilot, este prezentat ă în figura 5.40.

Fig. 5. 40. Vederea general ă a ansamblului filtrului din șapte elemente filtrante realizat în
vederea experiment ării (montat în sta ția pilot de experimentare).

141
Schema func țional ă de principiu a instala ției pilot realizat ă este prezentat ă în figura
5.41, fiind alc ătuită din patru filtre (F1, F2, F3 și F4) cu șapte elemente filtrante montate în
serie (construc ția filt relor tangen țiale cu șapte elemente a fost prezentat ă în figura 5.38).

Fig. 5. 41. Schema flux a instala ției pilot cu patru filtre tangen țiale montate în serie :
V-1- vas ape reziduale; P-1-pompa centrifug ă de alimentare a sistemului; M -1-filtru grosier
cu site o țel inox cu fine țea de 1,0 mm; F-1- filtru cu site o țel inox cu finețea de 475 µm; F-2-
filtru cu site o țel inox cu finețea de 100 µm; F-3- filtru cu site o țel inox cu finețea de 80 µm; F –
4- filtru cu site o țel inox cu finețea de 20 µm

Elementele fi ltrante sunt din site din oțel inox, cu diferite fine țe de filtrare: 475 µm
(filtrul F-1), 100 µm (filtrul F-2), 80µm (filtrul F-3) și, respectiv, 20 µm (filtrul F-4), plasate după
un filtru grosier M-1 (cu elemente filtrante din site din oțel inox cu finețea de 1mm). Instala ția
mai cuprinde un vas de alimentare cu ape reziduale V -1 și o pompa centrifug ă P-1. Filtrele F –
1 și F-2 formeaz ă prima treapt ă de filtrare, iar filtrele F -3 și F-4 formeaz ă a doua treapt ă de
filtrare.
Vederi generale de ansamblu ale ins talației experimentale pilot, realizat ă conform
schemei din figura 5. 41. sunt prezentate în fotografiile figurile 5.42. și 5.43, pe care sunt
marcate principalele componente ale instala ției.

142

Fig. 5. 42. Instala ție de filtrare pilot, cu localizarea filtr elor F -1, F-2, F-3 și F-4, a vasului
tampon pentru ap ă rezidual ă și a filtrului pentru nămol (100 µm)

Fig.5.43. Instala ție de filtrare pilot , din care rezult ă traseele de filtrare și spălare invers ă a
filtrelor și pozi ția pompei centrifuge de alimenta re

Pentru evitarea colmat ării filtrelor datorat ă cantit ății mari de suspensii din apele uzate,
filtrele F1, F2, F3 și F4 au fost echipate cu sisteme de autodecolmatare ( autocur ățire) în flux
continuu. S -a realizat și un circuit suplimentar care permite interven ția în cazul în care s -ar
produce o colmatare accentuat ă.
Pentru studiul experimental al comport ării și eficien ței sistemului de filtrare analizat ,
vasul de alimentare V-1 (v. figura 5.41) a fost alimentat cu ap ă uzată rezultat ă din procesul
tehnol ogic, având o concentra ție ini țială mare de impurit ăți mecanice, de cca. 16.000 mg/l.
Apa uzat ă din vasul V1 a fost trimis ă în sistemul de filtrare prin intermediul unei pompe
centrifuge (tip PCN 40×200). Testele au început cu debitul de alimentare de 5 m3/h , iar la
final pentru o perioada scurt ă de timp, s -a folosit un debit de 20 m3/h. Pentru început apa a

143
este trimis ă în modul de filtrare preliminar ă M1 (pentru re ținerea particulelor mai mari de 1
mm), pentru a asigur a protec ția elementelor filtrante din modulul F1.
Circuitul de filtrare al instala ției pilot cuprinde dou ă trepte de filtrare:
a) treapta I, format ă din doua filtre: filtrul F1, cu elemente filtrante de 475 μm, și
filtrul F2, cu elemente filtrante de 100 μm , conectate în serie. Circuitul de reten ție,
care conține apele reziduale cu particule de nămol cu dimensiuni mai mari de 100
μm, au fost dirijate spre filtrul de n ămol cu sita inox de 100 μm , și au fost evacuate
periodic.
b) treapta a II -a. format ă din dou ă filtre: filtrul F3 cu elemente filtrante de 80 μm și
filtrul F 4 cu elemente filtrante de 20 μm. Pentru aceast ă treapt ă-nu a fost necesar ă
pornirea pompei intermediare (identic ă cu prima din punct de vedere constructiv și
funcțional) și nu a fost utilizat sistem de recuperare a nămolului .
Se apreciaz ă că dacă înainte de treapta a II a s -ar implementa un echipament pentru
recuperarea căldurii apelor uzate care sunt evacuate din procesul tehnologic , încât
temperatura apelor ar sc ădea sub 60 0 C, încât filtrul F4 ar putea utiliza elemente filt rante din
polipropilen ă, cu fine țea de 10 μm sau mai ridica tă.
Testările efectuate au durat 2 ore in prima zi si 5 ore a doua zi iar în intervalul de cca.
60 min (considerat cu parametru constant ), dup ă fiecare 20 min de func ționare a instala ției de
filtrare, au fost m ăsurate presiunile (în bar) la intrarea in filtrul grosier M1 și la ie șirile din
filtrele F1, F2, F3 și F4 au fost colectate probe de ap ă pentru determinarea în laborator a
concentra ției de impurit ăți (in mg/l). Presiunile s -a măsurat cu mano metre PI montate în
circuit, iar concentra ția de impurit ăți s-a determinat prin analize gravimetrice a probelor de
apă prelevate. Datele obținute la încerc ările experimentale sunt prezentate sintetizat în tabelul
5.5.
Tab. 5.5. Varia țiile în timp a presiun ilor și concentra țiilor particulelor solide
(impurit ăți) în ap ă la intr ările și ieșirile din filtrele instala ției de filtrare
Timp Presiunea de lucru a filtrelor Concentra ția particulelor solide în ap ă
intrare
F-1 ieșire
F-1 ieșire
F-2 ieșire
F-3 ieșire
F-4 intrare
F-1 ieșire
F-1 ieșire
F-2 ieșire
F-3 ieșire
F-4
min bar bar bar bar bar mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l
0 3 2,7 2,5 1,2 0,4 15878 5264 4568 3129 587
20 3,2 2,9 2,6 1,4 0,4 15878 3171 2825 2042 361
40 3,6 3,4 3 1,8 0,4 15878 2800 2350 1850 336
60 4 3,9 3,4 1,9 0,3 15878 1224 640 570 269

144
Pentru analiza gradului de înfundare cu impurit ăți (colmatare) a filtrelor s -au
determinat, prin calcul, și diferen țele de presiuni (c ăderile de presiuni) dintre intr ările și
ieșirile filtrelor Δp1, Δp2, Δp3 și Δp4 pentru fiecare din cele patru filtre din sistem. Pentru
analiza gradului de participare a filtrelor la realizarea gradului total de re ținere a impurit ăților
s-a determinat, prin calcul, gradul de re ținere (reten ție) atât pentru fiecare filtru, cât și pentru
două grupe de filtre: (F1 + F2), respectiv (F1 + F2 + F3), și gradul total de reten ție pentru
întregul sistem (ansamblul celor patru filtre) . Datele ob ținute sunt trecut e, de asemenea, în
tabelul 5.6.
Tab. 5.6. Varia țiile în timp a c ăderilor de p resiune Δp și a gradului de reten ție R a
impurit ăților la filtrele instala ției
Timp
Cădere de presiune pe
filtrul F -1 : Δp1
Cădere de presiune pe
filtrul F -2 : Δp2
Cădere de presiune pe
filtrul F -3 : Δp3
Cădere de presiune pe
filtrul F -4 : Δp4
Grad de ret enție pe
filtrul F -1
Grad de reten ție pe
filtrul F -2
Grad de reten ție pe
filtrul F -3
Grad de reten ție pe
filtrul F -4
Grad de reten ție pe
filtrul F -1+F-2
Grad de reten ție pe
filtrul F -1+F-2+F-3
Grad de reten ție total
min bar bar bar bar % % % % % % %
0 0,3 0,2 1,3 0,8 66,85 4,38 9,06 16,01 71.23 80.29 96,30
20 0,3 0,3 1,2 1 80,03 2,18 4,93 10,59 82.21 87.14 97,73
40 0,0 0,4 1,2 1,4 82,37 2,83 3,15 9,54 85.20 88.35 97,88
60 0,1 0,5 1,5 1,6 92,29 3,68 0,44 1,90 95.97 96.41 98,31

Pe baza datelor experim entale din tabelul 5.5 s -au întocmit graficele cu varia țiile în
timp a presiunilor la intr ările și ieșirile din filtrele instala ției (figura 5.44 ) și a concentra țiilor
de impurit ăți la ie șirile din filtre (figura 5.45).

145

Fig. 5. 44. Evolu ția in timp a pr esiunilor la intrarea în filtrul F -1 și la ie șirea din
filtrele F -1, F-2, F-3 și F-4, pe o perioad ă de 60 min.

Fig. 5. 45. Evolu ția in timp a concentra ției particulelor în ap ă (în mg/l) la intrarea în
filtrul F1 și la ie șirile din filtrele F -1, F-2, F-3 si F-4, pe o perioad ă de 60 min.
Pe baza datelor experimentale din tabelul 5.6 s -au construit graficele cu evolu ția în
timp a c ăderilor de presiune pe filtre Δp (figura 5.46 ) precum și a gradului de reten ție R pe
grupe de filtre și pe întreaga instala ție Rt (gradului de reten ție total) (figura 5.47) .

146

Fig. 5 .46. Evolu ția în timp a c ăderilor de presiune pe filtre Δp pe perioad ă de 60 min.

Fig. 5. 47. Evolu ția în timp a gradului de reten ție separat pe filtrul F1, pe grupele de
filtre (F1+F2) și, resp ectiv, (F1+F2+F3), precum și a gradului de reten ție total pe o
perioad ă de 60 min.

147

Fig. 5.48. Evolu ția în timp a gradului de reten ție pe filtrele F1 și F4 și pentru grupele
de filtre (F3+F4), respectiv, (F2+F3+F4) și a gradului de reten ție total, pe o p erioad ă de 60
min.
În figura 5.48 sunt scoase în eviden ță evolu ția în timp, pe o perioad ă de 60 min, a
gradului de reten ție realizat separat pe filtrele F1 și F4 și grupe de filtre (F3+F4) respectiv,
(F2+F3+F4) comparativ cu gradul de reten ție total (pe an samblul celor ptru filtre).
Din analiza rezultatelor experimentale, prezentate tabelar și grafic, ob ținute la sistemul
de filtrare cu patru filtre montate în serie, au rezultat urm ătoarele concluzii:
 după filtrul F1 (cu site din inox cu fine țea de 475 μm ) reten ția a fost de 92%, iar
conținutul de particule de impurit ăți a sc ăzut de la valoarea ini țială de cca 16000 mg/l
la valoarea de 1224mg/l;
 după filtrul F2 (cu site din inox cu fine țea de 100 μm) reten ția a fost de 95 % (pe filtrul
F2 reten ția a fost 3% ), iar în con ținutul de particule a sc ăzut de la valoarea ini țială de
cca 1224 mg/l la valoarea de 640 mg/l;
 rezult ă că după primele dou ă filtre (F1 + F2), adică după prima treapt ă de filtrare, sunt
reținute circa 95 % din totalul impurit ăților existent e în apele reziduale, producându -se
o reducere a impurit ăților de la concentra ția ini țială de cca.16000 mg/l la concentra ția
finală de 640 mg/l.
 după filtrul F-3 (cu site din inox cu fine țea de 80 μm) reten ția a fost de 96 % (pe filtrul
F-3 reten ția a fost de sub 1 %), iar con ținutul de suspensii în apele reziduale a sc ăzut
de la valoarea ini țială de cca 640 mg/l. la valoarea de 570 mg/l;

148
 după primele trei filtre (F1 + F2 + F3) sunt re ținute circa 96% din totalul impurit ăților
existente ini țial în apele rez iduale, producându -se o reducere a impurit ăților de la
concentra ția ini țială de la cca.16000 mg/l la concentra ția de 570 mg/l;
 după filtru F4 (cu site din inox cu fine țea de 20 μm) au fost re ținute cca. 98 % din
impurit ăți (pe filtrul F4 reten ția a fost su b 2 %) , iar con ținutul de suspensii în apele
reziduale a sc ăzut de la valoarea ini țială de la 570 la concentra ția de 269 mg/l;
 în ansamblu sistemul de filtrare analizat, format din patru filtre cuplate în serie,
realizeaz ă o reten ție de cca. 98%, producând u-se o reducere a impurit ăților de la
concentra ția ini țială de la cca.16000 mg/l la concentra ția de 269 mg/l;
 gradul de colmatare (înfundare) al filtrelor, caracterizat prin c ăderile de presiune din
filtre, cre ște cu timpul de func ționare al acestora, fiin d mai accentuat la filtrul cu
finețea mai ridicat ă (F4) comparativ cu cel cu fine țea mai redus ă (F1). Dup ă 60 min
de func ționare c ăderea de presiune la primul filtru F1 a fost de cca. 0,1 bar, c ăderea de
presiune la al doilea filtru F2 fiind 0,5 bar, la fi ltrul F-3 de 1,5 bar, iar la filtrul F4 de
1,6 bar. Rezult ă că la niciunul dintre filtre nu s -a atins limita maxim ă de cădere de
presiune, de cca. 2,0 bar, prev ăzută funcțional pentru colmatarea filtrelor. Ca urmare,
sistemul de filtrare analizat prin expe riment ări este opera țional și la durata de
funcționare în care a fost testat ( 60 min) nu se colmateaz ă.

149

6. CONCLUZII FINALE, CONTRIBUTII ORIGINALE SI DIRECTII
VIITOARE DE CERCETARE

6. 1. Concluzii privind procesele de separare a impuri tăților din apele uzate

6.1.1. Concluzii privind procesele de separare a impurităților prin decantare

 Decantarea (sedimentarea) este operația cu caracter hidrodinamic prin care
impuritățile mecanice (sedimentele) din apele uzate se separă mecanică a sub acțiunea
unui câmp gravitațional de forțe. Particulele solide din apă se depun la partea
inferioară a vasului (bazinului) de sedimentare, numit decantor ;
 Decantoarele sunt ecipamente de sedimentare realizate în diverse variante constructive
și se pot clasi fica după următoarele criterii de bază: a – după modul de curgere a apei
în bazinul de decantoare (orizontale și verticale); b – după poziția bazinului în raport
cu nivelul solului (de suprafață, îngropate și semiîngropate); c – după modul de
evacuare (ext ragere) a nămolului depus pe fundul bazinului (cu evacuare intermitentă
și cu evacuare continuă).
 Pentru intensificarea și mărirea eficienței proceselor de decantare se utilizează
decantoare de construcție specialâ, care pot fi: decantoare compartimentate, cu pereți
înclinați sau tuburi înclinate (în echicurent sau în contracurent), si decantoare cu flux
de curgere elicoidal;
 Pentru o sedimentare mai eficientă a impurităților mecanice fine din masa de apă se
poate realiza, în prealabil o coagulare a acestor a, prin folosirea unor substanțe chimice
care produc aglomerarea particulelor în sedimente mai mari, numite flocoane.

6.1.2. Concluzii privind procesele de separare mecanică a impurităților prin
filtrare

 Filtrarea este operația cu caracter hidrodinamic p rin care se realizează separarea unui
amestec eterogen bifazat de tip solid -lichid în fazele constituente (particule solide și
lichid), prin reținerea particulelor solide pe suprafața sau în masa unui mediu filtrant
prin care poate trece numai faza lichid ă..
 În funcție de direcția de curgere a fluidului în raport cu suprafața mediului filtrat,
filtrarea se poate realiza prin curgere pe direcție perpendicular la suprafața mediului
filtrant (filtrare de suprafață sau filtrare de adâncime), și filtrare prin deplasarea pe
direcție tangențială la suprafața mediului filtrant și curgerea în curent transversal.

150
 În cazul filtrelor cu curgere tangențială (denumite filtre tangențiale ) materialele
filtrante se montează pe suporturi cilindrice, realizate sub forma a un or țevi perforate,
iar lichidul supus filtrării pătrunde transversal (radial) prin exteriorul sau prin
interiorul tubului filtrant. Materialele filtrante se pot realiza din s ite, din materiale
înfășurate, din materiale poroase și din membrane .
 Îndepărtarea depunerilor de impurități (precipitat) de pe suprafața materialelor filtrante
(decolmatarea filtrelor) se poate realiza metode hidraulice (în echicurent sau în
contracurent ) sau prin metode mecanice, comandate manual, semiautomat sau
automat (autocurățir e).

6.2. Concluzii privind cercetarea teoretică a proceselor de separare mecanică
prin decantare și filtrare

6.2.1. Concluzii privind cercetarea teoretică a procesului de separare prin
decantare

 Cercetarea teoretică a procesului de separare mecanică prin decantare se face pe baza
studiului mișcării în câmp gravitațional a particulelor de impurități solide (sedimente
mecanice) aflate în masa de lichid, proces caracterizat de mărimea vitezei de
sedimentare a particulelor , parametru esențial folosit la d imensionarea și construcția
decantoarelor.
 Viteza teoretică de sedimentare a particulelor de sedimente (impurități) se determină
pe baza unor modele fizice simplificate echivalente , la care particulele se consideră
corpuri izolate, de formă sferică, iar la deplasarea lor în lichid se neglijează influența
prezenței, în vecină tate a altor particule și a pereților vasului precum și influența
mișcării browniene.
 Valoarea vitezelor de sedimentare a particulelor de impurități din apa uzată depind e
de regimul de curgere a lichidului. În regimului laminar de curgere viteza este
proporțională cu pătratul diametrului și invers proporțională cu valoarea vâscozității
cinematice a lichidului. În regimul intermediar de curgere se produce o diminuare a
influenței pe care o au diametrul particulei și vâscozitatea cinematică a mediului
asupra vitezei de sedimentare. În regimul turbulent de curgere viteza de sedimentare
este proporțională cu rădăcina pătrată a diametrului al particulelor, încât influența
dimensiunilor particu lelor asupra vitezei de sedimentare este mult diminuată.
 Viteza reală de sedimentare a unei particule diferă de cea teoretică în funcție de natura
particulelor (densitatea, dimensiunea și forma particulei), diferența dintre densitatea particulei

151
și cea a fluidului, de concentrația de impurități din fluid, de vâscozitatea cinematică și
temperatura lichidului. În calculele de proiectare a decantoarelor viteza de sedimentare se
poate determina, cu suficientă precizie, prin utilizarea unor grafice (nomograme, abace)
construite pe baza unor relații analitice cât și prin determinări experimentale.
6.2.2. Concluzii privind cercetarea teoretică a proceselor de separare de filtrare
 Parametru l de bază care caracterizează curger ea fluide lor prin straturile mediului
filtrant ale filtrelor de suprafață este rezistența hidraulică la trecerea lichidului prin
porii mediului filtrant , caracterizată de căderea de presiune între intrarea și ieșirea din
filtru . Valoarea căderii de presiune depinde de dimensiunile particulel or și de
porozitatea stratului de precipitat depus pe suprafața filtrului.
 Mediul filtrant real al unui filtru de suprafață este format din două straturi distincte:
membrana filtrantă , cu grosime constructivă constantă , și stratul de precipitat depus,
cu g rosime variabilă . Cele două straturi sunt caracterizate de valori diferite ale
rezistenței hidraulice la curgerea fluidului
 Studiul teoretic al proceselor de filtrare prin medii le de filtrare ale filtrelor de suprafață
se realizează p ornind de la modelele echivalente simplificate ale sistemelor fizice
reale . În baza ecuațiilor care descriu procesele hidrodinamice ale proceselor de filtrare
și a relațiilor matematice de legătură, se elaborează modele matematic e echivalente
sub forma unor ecuații diferențial e și integrale.
 Soluțiile ecuațiilor modelelor matematice echivalente care descriu procesele de
filtrare pot fi reprezentate grafic prin linii drepte cu ordonată la origine. Acest mod de
prezentare poate fi utilizat în practică prin introducerea în ecuaț iile modelelor
matematice a unor date obținute la test ări experimentale , în laborator , a comportării la
filtrare a amestecului de apă cu impurități.

6.3. Concluzii privind cercetarea experimentală a proceselor de separare
mecanică prin decantare și filtrare a apelor industriale uzate

6.3.1. Concluzii privind cercetarea experimentală a procesului de separare prin
decantare

 Cercetarea experimentală a proceselor de separare prin sedimentare în decantoare fost
efectuată pe instalații pilot alcătui te din de cantoare verticale de formă tronconică
(cilindrică la partea superioară și conică la partea inferioară), concepute și realizate de
autor în patru variante: 1) decantor cu intrare tangențială si ieșire liberă a apei (D1);
b) decantor cu intrare tangențiala si ieșirea apei cu prag deversor (D2); 3) decantor cu

152
intrare centrală cu placa deflectoare și ieșirea apei cu prag deversor (D3); 4) decantor
cu echipament de raclare cu intrare tangențială și ieșirea a apei cu prag deversor
(D4);.
 Cercet ările experimen taleale procesului de sedimentare realizate de decantoare a
constat în determinarea , prin măsurători , a concentraț iei de impurități mecanice la
intrarea și ieș irea din decantoare, datele obținute au stat la baza întocmir ii unor de
grafice de variației în timp a concentrațiilor de impurități în scopul stabilirii eficienței
de separare în următoarele situații: a) pentru diferite valori ale temperaturii apei la
intrare în decantor (în intervalul : 750 C …1000 C) și b) pentru diferite valori ale
debitului de al imentare cu apă (în intervalul : 0,5 m3/h … 8,0 m3/h).
 Din analiza rezultatelor experimentale obținute la testarea variantelor de decantare
verticale (D1, D2, D3 și D4) utilizate în stațiile pilot au rezultat următoarele concluzii
mai importante:
 La temp eraturi medii (85…90 0C ) eficien ța de separare a apelor uzate scade
vizibil cu creșterea debitului de alimentare a decantorului, indiferent de tipul
acestuia, cea mai ridicată eficiență a sedimentării având -o decantorul cu intrare
centrala cu placa deflec toare.
 Eficien ta de separare se reduce sensibil cu scăderea temperaturii de intrare a
apelor reziduale in decantor, influen ța acestui parametru asupra eficienței de
separare fiind invers proporțional ă cu suprafața de decantare și mai pronunțat ă la
temperat uri mai mici de 85…90 0C
 La temperaturi mai scăzute decât 750C are loc o reducere accentuată a
eficienței de separare prin creșterea debitului de alimentare a decantorului. Astfel ,
la debitul maxim de alimentare, la temperatura de 75 0C concentrația de imp urități
in limpede creste cu cca. 58 % în raport cu temperatura de 100 0C în cazul
decantorul tip D1: în aceleași condiții crește cu cca. 53 % la decantorul D2 și cu
cca. 40 % iar la decantorul D3;
 Indiferent de mărimea debitului de alimentare și de valo area temperaturii apei
supuse decantării, cea mai buna eficiență de separare o are decantorul cu alimentare
cu tub central și placa deflectoare.
 Eficienta de separare a impurităților din apele reziduale (uzate) este superioară
la decantoarele cu echipament e de raclare a nămolului depus, comparativ cu cea a
decantoarelor fără echipamente de raclare.

153
6.3.2. Concluzii privind cercetarea experimentală a procesului de separare prin
filtrare

 Cercetările experimentale a proceselor de filtrare a apelor uzate s -au realizat în două
variante distincte de circuite (instalații) de filtrare: a) cu două filtre cuplate în serie și
b) cu patru filtre montate cuplate în serie. Regenerarea (decolmatarea) filtrelor s -a
realizat printr -un circuit hidraulic de spălare inversă , prin comutarea corespunzătoare a
robinetelor de legătură dintre elementelor sistemului , utilizând apa sub presiune din
rețeaua curentă de alimentare.
 Pentru determinarea eficienței instalației de filtrare cu două filtre tangențiale cuplate
în serie s-a utilizat -un montaj format din două filtre tangențiale tubulare: un filtru
grosier (brut) F1, cu element filtrant format din site cu finețea de 475 µm) si un filtru
fin F2, cu element filtrant cu site cu finețea de 80 µm. S-a utilizat o apă uzată cu o
concen trației la intrare în de cca 4000 mg/l iar d urata de lucru a instalației a fost de 60
min, perioadă în care au fost determinate, prin măsurători, concentrațiile de impurități
și presiunile lichidului la intrările și ieșirile din filtre. Din analiza rezulta telor au
rezultat următoarele concluzii:
 pe durata testării (60 min) concentrația de impurități din ap a filtrată s-a redus
de la valoarea inițială de cca. 4000 mg/l la intrarea în filtrul brut F1 la valoarea
finală de cca. 200 mg/l la ieșirea din filtrul f in F2;
 filtrul brut a realizat separat un coeficient de retenție de cca. 88% iar, pe
ansamblu, instalația de filtrare , formată din cele două filtre cuplate în serie , a
realizat un coeficient total retenție de circa 95 %;
 căderile de presiune pe filtre au crescut cu durata de funcționare a instalației,
fiind mai accentuate la filtrul fin comparativ cu filtrul brut. După durata de
funcționare 60 min căderea de presiune pe filtrul brut a fost de cca. 1,0 bar iar
pe al filtrul fin a fost de cca. 1,7 bar. După 60 min de funcționare la nici unul
din cele două filtre nu s -a atins limita maximă a căderii de presiune admise
(cca. 2,0 bar) pentru evitarea colmatării filtrelor.
 Pentru determinarea eficienței instalației de filtrare cu patru filtre tangențiale cuplate
în serie s-a s-au utilizat s -a utilizat -un montaj format din patru filtre formate din șapte
elemente tubulare montate în paralel (din cu site din oțel), având finețe de filtrare de
475 µm (filtrul brut F1), 100 µm (filtrul F2), 80 µm (filtrul F3), și, res pectiv, 20 µm
(filtrul F4). Filtrele au fost echipate cu sisteme de autodecolmatare (autocurățire)
hidraulică în circuit invers. S-a utilizat o apă uzată cu o concentrației la intrare în

154
sistem de cca 16000 mg/l , durata de lucru a instalației de filtrare fiind de 60 min,
perioadă în care au fost determinate, prin măsurători, concentrațiile de impurități și
presiunile lichidului la intrările și ieșirile din filtre. Din analiza rezultatelor au rezultat
următoarele concluzii mai importante :
 după primul filtru ( filtrul brut F1) au fost reținute cca. 92% din cantitatea
inițială de impurități din apa uzată;
 după primele două filtre (F1+F2) , care au format prima treaptă de filtrare, au fost
reținute cca. 95% din cantitatea inițială de impurități din apa uzată;
 după primele trei filtre (F1+F2+F3 ), care au format a doua treaptă de filtrare, au
fost reținute circa 96% din cantitatea inițială de impurități din apa uzată;
 după ansamblul format din cele patru filtre cuplate în serie (F1+F2+F3+F4) au
fost reținute cca. 98% din cantitatea inițială de impurități din apa uzată;
 căderile de presiune pe filtre au crescut cu durata de funcționare a instalației,
iar d upă 60 min de funcționa re căderea de presiune la primul filtru F1 (filtrul
brut) a fost de cca. 0,1 bar, la filtru al doilea F2 a fost de cca. 0,5 bar, la filtrul
al treilea F3 a fost de cca. 1,5 bar, iar la ultimul filtrul F4 a fost de 1,6 bar.
După 60 min de funcționare la nici unul din filtre nu s -a atins limita maximă a
căderii de presiune admise (cca. 2,0 bar) pe ntru evitarea colmatării filtrelor.

6.4. Contribuții originale ale lucrării de doctorat

Prin elaborarea tezei de doctorat au fost aduse o serie de contribuțiile personale,
originale, care se pot sintetiza in următoarele:
 Conceperea, proiectarea și realizarea unor sisteme performante de decantare și
filtrare a apelor industriale uzate , care reprezintă puncte de plecare pentru
modernizarea și perfecționarea instalațiilor actuale utilizate la separare a a
impurităților mecanice ;
 Elaborarea unei metodologii moderne de experimentare proceselor de decantare
și filtrare a apelor industriale uzate , prin utilizarea unei aparaturi performante
pentru măsurarea, achiziția și prelucrarea datelor e xperimentale pentru
parametrii urmăriți (debite, presiuni, concentrați i de impurități) ;
 Diseminarea rezultatelor cercetărilor teoretice și experimentale prin publicare unui
număr de 7 de lucrări științifice din domeniul tematicii tezei de doctorat și
prezentarea a 9 lucrări la conferințe științifice naționale și internaț ionale.

155
6.5. Direcții viitoare de cercetare
 Cercetarea experimentala a comportării funcționale a unui filtru tangențial format din
24 de elemente filtrante tubulare, conceput, proiectat si executat de autor;
 conceperea si implementarea în aplicații industriale a unor soluții de optimizare a
sistemelor de intrare a apelor uzate în decantoarele verticale și decantoarele orizontale
radiale , în vederea măririi eficienței proceselor de sedimentare ale acestora.

156

BIBLIOGRAFIE

1. Antoniu, R. și col. Epurarea apelor uzate industriale , vol.1 și 2. Ed. Tehnic ă,
Bucure ști, 1987.
2. Baker, M.N. and Taras, Michael J. The quest for pure water: The history of the
twentieth century, volume 1 and 2. Denver: AWWA, 1981.
3. Batchelor, G.K.. Sedimentatio n in a dilute polydisperse system of interacting spheres.
Part 1. General theory, J. Fluid Mech . 119, (1982), pp.379 -408
4. Batchelor, G.K. and Wen. C.S. Sedimentation in a dilute polydisperse system of
interacting spheres. Part 2. Numerical results, J. Fluid Mech . 124, (1982), pp. 495 –
528.
5. Bauer, G. Ölhydraulik. B: G. Teubner Verlg, 1988.
6. Bernstein, H. Sensoren und Messelektronik. Pflaum -Verlag, Műnchen, 1998
7. Beychok ,M.R., Aqueous Wastes from Petroleum and Petrochemical Plants . Volum
22, nr.7, John Wiley So ns, London, 1967.
8. Beychok, M. R., Wastewater treatment. Hydrocarbon Processing , December (1971),
pp. 109 –112
9. Binnie, Ch., Kimber, M., Smethurst, G.. Basic Water Treatment . Thomas Telford ,
London: 2002.
10. Bowen, R. W., Jenner, F. Theoretical descriptions of membrane filtration of colloids
and fine particles: an assement and review. Advances in Colloid and Interface Science,
56 (1995), pp. 141 -200
11. Bratu, E.A ., Operatii unitare in ingineria chimica,Vol. I. Editura Tehnica, Bucuresti,
1984
12. Bratu, E.A. Opera ții unitare in ingineria chimica,Vol. II, Editura Tehnica, Bucure ști,
1985
13. Brenner, H., Hydrodynamic resistance of particles at small Reynold numbers.
Advances in Chemical Engineering, Vol.6, Academic Press, New York, 1966, pp.
287-438
14. Bürger, R. and Karlsen , K.H. On some upwind schemes for the phenomenological
sedimentation -consolidation model, J. Eng. Math . (2001) , pp. 41, 145 -166.
15. Bürger, R. Ein Anfangs -Randwertproblem einer quasilinearen parabolischen entarteten
Gleichung in der Theorie der Sedimentation mit Kompression , Doctoral Thesis,
University of Stuttgart, Germany, 1996
16. Bürger, R. and Karlsen, K.H. On some upwind schemes for the phenomenological
sedimentation -consolidation model, J. Eng. Math . (2001) , pp. 41, 145 -166.
17. Bürger, R. Phenomenological fo undation and mathematical theory of sedimentation –
consolidation processes, Chem. Eng. J . 80, (2000), pp. 177 -188.

157
18. Bürger, R., Evje, S. On strongly degenerate convection -diffusion problems modeling
sedimentation -consolidation processes. J. Math. Anal. Appl . 247, (2000) pp. 517 -556.
19. Bürger, R., Wendland, W.L. and Concha, F. Model equations for gravitational
sedimentation -consolidation processes. Z. Angew. Math. Mech . 80, (2000), pp. 79 -92.
20. Bustos, M.C., Paiva, F., Wendland, W.L. Control of continuous sedimen tation of ideal
suspensions as an initial and boundary value problem. Math. Meth. Appl. Sci . 12,
(1990), pp.533 -548.
21. Bustos, M.C., Paiva, F., Wendland, W.L. Entropy boundary conditions in the theory of
sedimentation of ideal suspensions. Math. Meth. Appl. Sci. 19, (1996), pp. 679 -697.
22. Bustos, M.C.at all . Sedimentation and Thickening: Phenomenological Foundation and
Mathematical Theory. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Netherlands, 1999.
23. Caetano , Ana et al. Membrane Technology: Applications to Industrial Wastewater
Treatment: Applications to Industrial Wastewater Treatment. Kluwer Academic
Publishers , Dorderecht /Boston/London , 1995
24. Călin, Angela : Epurarea avansata a apelo r uzate – Statii compacte de capacitate mica.
Teza de doctorat, Universiatea Tehnic ă de constructii Bucuresti, 2008
25. Celenza, G.J., Industrial Waste Treatment Process Engineering , 3 vol., Technomic
Publishing Co., Inc., Lancaster -Basel : 1999 -2000
26. Chase, G. , Mayer, E.: Filtration, Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology,
5th ed., vol. 11, John Wiley & Sons, Hoboken, 2005
27. Cheremisinoff, N. P. Handbook of water and wastewater treatment technologies. Ed.
Butterford – Einemann, Boston Oxford Auckland Joh annesburg Melbourne New
Delhi, 2002
28. Chifu E., Chimia coloizilor și a interfe țelor. Editura Presa Universitar ă Clujean ă, Cluj –
Napoca, 2000
29. Cioc, D., Hidraulic ă, Ed. Didactic ă și Pedagogic ă, Bucure ști, 1983.
30. Coldea, Speran ța, Ionescu, Gh. C. Elemente de fiz ica fluidelor și hidraulic ă. Editura
Matrix Rom, Bucure ști, 2005
31. Concha, F. and Barrientos, A. A critical review of thickener design methods, KONA
11, (1993), pp. 79 -104.
32. Concha, F. Manual de Filtración & Separación. Centro de Tecnología Mineral,
Universid ad de Concepción/ Fundación Chile, 2001.
33. Concha, F., Lee, C.H., Austin, L.G. Settling velocities of particulate systems:. Batch
sedimentation of polydispersed suspensions of spheres. Int. J. Mineral Process . 35,
(1992), pp.159 -175.
34. Crittenden, I., C. et al . Water treatment. Principles and design. Hoboken, Nj; John
Wiley, 2005.
35. Davis, R.H., Birdsell, S.A.. Hydrodynamic model and experiments for crossflow
microfiltration. Chem. Eng. Commun., 49, (1987), pp. 217 -234.
36. Diehl, S. A conservation law with point sou rce and discontinuous flux function
modelling continuous sedimentation. SIAM J. Appl. Math. 56, (1996) pp. 388 -419

158
37. Diehl, S. Dynamic and steady -state behaviour of continuous sedimentation. SIAM J.
Appl. Math . 57, 1997, pp. 991 -1018
38. Dierckx , G. La Filtra tion Industrielle des Liquides,Tome III. Societe Belge de
Filtration, Liege 1978, pp. 295 –314
39. Dima M. Epurarea apelor uzate , Ed. Tehnopress, Ia și, 2005
40. Dinu R., Ple șu, V., Gâjiu, C. I. Ingineria separ ărilor cu membrane, Editura BREN,
Bucure ști, 1999
41. Doby , M., Kraipech, W., Nowakowski, A.F. Numerical Prediction of Outlet Velocity
Patterns in Solid -Liquid Separators. Chemical Engineering Journal 111, (2005), pp.
173-180.
42. Fischer, E.,. Raasch, J. Model of the particle deposition at the filter medium in
cross flow filtration. Proc. 4 World Filtration Congress, O&end, Belgium, Part 2,1986,
pp. 11.11 -11.17.
43. Fitch, E.B. Thickening theories an analysis. AIChE J . 39, (1993) , pp. 27 -36.
44. Gevatter, H. -I. Automatisierungstechnik. 1: Mess – und Sensorentechnik. Springer
Verlag, Berlin, 2000.
45. Gevatter, H. -I. Handbuch der Mess – und Automatisierungtechnik. Springer Verlag,
Berlin, 1999.
46. Ghassemi, A. Handbook of pollution control and waste minimization. Ed. Marcel
Dekker, Inc. 2002
47. Gobjil ă W. Folosirea apelor uzate în agricu ltură. Ed. Ceres, Bucure ști, 1985
48. Haiduc, I. . Chimia mediului ambiant. Controlul calit ății apei, Editura Univarsit ății
Babe ș–Bolyai, Cluj –Napoca, 1996.
49. Hâncu, S., Marin, G., Hidraulic ă teoretic ă și aplicat ă, Ed. Cartea Universitar ă,
Bucure ști, 2007.
50. Hâncu, S., Popescu, M. ș.a., Hidraulic ă aplicat ă. Simularea numeric ă a mi șcării
nepermanente a fluidelor , Editura Tehnic ă, Bucure ști, 1985.
51. Holdich, R.G. and Butt, G. Experimental and numericalanalysis of a sedimentation
forming compressible compacts. Separ. Sci. Technol . 32, (1997), 2149 -2171.
52. Iamandi, C., Petrescu, V., Damian, R. Hidraulica instala țiilor. Editura Tehnic ă,
Bucure ști, 1994.
53. Ianculescu D. O. , Molnar A. , David C. Sta ții de epurare de capacitate mica, ,
MATRIX ROM , Bucuresti 2002
54. Ianculescu O., Ionescu G., Racovi țeanu, R. Epurarea apelor uzate. Editura MATRIX
ROM, Bucure ști, 2001
55. Ianculescu, O., Ianculescu, D. Procesul de coagulare –floculare în tratarea apei de
alimentare. Optimizarea camerelor din sta țiile de tratare. Editura MATRIX ROM,
Bucure ști, 2002.
56. Imhoff, K. Taschenbuch der Stadtentwaeserung. Muenchen Verlag von R.
Oldenburg,1996.
57. Ionescu Gh. C. Sisteme de epurare a apelor uzate , MATRIX ROM , Bucuresti 2010

159
58. Ionescu, Gh. C. Instala ții de canalizare, Editura Didactic ă și Pedagogic ă Bucure ști,
1997.
59. Ionescu, Gh. și col.. Traductoare pentru automatiz ări industriale. Editura Tehnic ă,
Bucure ști, 1985.
60. Ipate, G.. Studii si cercet ări privind procesul de separare a suspensiilor in vederea
moderniz ării echipamentelor din instala țiile de e purare a apelor uzate. Tez ă de
doctorat, Universitatea “Politehnica” Bucure ști, 2011.
61. Jain, R.K. et al. Environmental Technologies and Trends. Ed. Springer, 1997.
62. Jinescu, V. Procese hidrodinamice și utilaje specifice în industria chimic ă. Editura
didact ică și pedagogic ă, Bucure ști, 1983.
63. Jipa, D., Analiza granulometric ă a sedimentelor. Editura Academic ă, Bucure ști, 1987
64. Jolánkai, G., J. Gayer. Water Related Environmental Problems, Ed. Vituki Trening,
1997.
65. Judd , S. The. BR Book: Principles and Applications of Membrane Bioreactors for
Water and Wastewater Treatment . Ed. Elsevier, 2011
66. Kawamura S. Integrated Design and Operation of Water Treatment Facilities . 2nd
ed., John Wile y & Sons, New York ;2000
67. Kos, P. Fundamentals of gravity thickening, Chem.Eng. Prog . 73, (1977) , pp.99 -105.
68. Krausz, S. , Paraschiv, I. Teoria și tehnologia flota ției (vol 1 și 2), Editura Matrix
Rom, Bucure ști, 2001’
69. Kynch, G.J. A theory of sedimentation. Trans. Faraday Soc. 48, (1952), pp. 166 -176
70. Launder, B.E., Spalding, D.B. Mathematical models of turbulence. Academic Press
Inc., London, Limited. Paper. 1972
71. Leclerc, D., Rebouillat, S. Mathematical Models and Design Methods in Solid –
Liquid Separation . NATO ASI series E No. 88, Martinus Nijhoff, Dordrecht 1985
72. Lidia de Vargas. Tratamiento de agua para consumo humano. Plantas de filtración
rápida . Manual I: Teoría, Tomo I. Ed. Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y
Ciencias del Ambiente, Lima, 20 04
73. Liteanu C., R ădulescu, G. Bazele membranologiei. Editura Științifică și
Enciclopedic ă, Bucure ști, 1984
74. Lopez, A. et al. Inovative and integrated Tecnologies for tratment of industrial waste
water (INNOVATECH). IWA Publiscing , London, 2012.
75. Macoveanu M . Epurarea avansat ă a apelor uzate con ținând compu și organici
nebiodegradabili . Ed. Gh Asachi, Ia și, 1997
76. Majumdar, S., Rodi, W., Zhu, J. Three -dimensional finite -volume method for
incompressible flows with complex boundaries. Journal of Fluids Engineering ,
Transactions of the ASME, 114, (1992), pp. 496 – 503.
77. Matthies, H. J. Einfürung in die Ölhydraulik. Teubner Studienbücher, Stuttgart, 1991.
78. Medar, S. Filtre pentru ac ționări hidraulice și pneumatice. Editura Tehnic ă, Bucure ști,
1986.

160
79. Mihăilescu, F., P. Tudor. Ma șini, utilaje și instala ții din industria chimic ă, rafin ării și
petrochimie. Editura Didactic ă și Pedagogic ă, Bucure ști, 1979.
80. Mladenchev, Th., Modellierung des Filtrations – und Fliessverhaltens von ultrafeinen,
kompressiblen flüssigkeitsgesätti gten Partikelpackungen. Docupoint Verlag,
Magdeburg 2007
81. Mulder M. Basic principles of membrane technology . Kluwer Academic Publishers,
1997
82. Negulescu, Gh. M., Canaliz ări și epurarea apelor uzate . Institutul de Construc ții
Bucure ști, 1975.
83. Negulescu, M. Epurarea apelor uzate industriale. Editura Tehnic ă, Bucuresti, 1987
84. Negulescu,M. Municipal wastewater treatment . Ed. Elsevier, Olanda, 1985.
85. Newman, P.J., Classification of surface water quality management. Heinemen
Professional Publishing, Oxford, 1988.
86. Nistreanu, N. Procese unitare pentru tratarea apelor . Ed. Univesit ății Politehnica
Bucure ști, 2010.
87. Oliva Uc, J., Giacoman Vallejos, G., Pérez Cortés, M. Estudio de la dinámica de
sedimentación de lodos mediante un sistema óptico. Ingeniería 12 -2 (2008) 17 -29
88. Popescu , S., G hinea , T., Automatizarea ma șinilor și instala țiilor agricole. Editura
Scrisul Românesc, Craiova, 1986
89. Predescu, Andra și Matei, Ecaterina . Metode avansate de tratate a apelor contaminate
cu compu și organici. ProEnvironment 2 (2009), pp. 1 03 – 106
90. Profos, P., Pfeifer, T . Grundlagen der Messtechnik. R. Oldenburg -Verlag, Műnchen –
Wien, 1997
91. Ramalho, R.S. Tratamiento de aguas residuales. Ed. Reverté, S.A.,2005
92. Rao, D.G. et al. Wastwater treatment. Advansed processes and technologies. CRC
Press. Iwa Publishing, London, 2013.
93. Reynolds, A., J. Turbulent Flows in Engineering . John Wilei & Sons, London,1974.
94. Ripperger, S. et al. Filtration, 1. Fundamentals. Ullmann's Encyclopedia of Industrial
Chemistry, 2013, pp.1 -38..
95. Rivet, . P. . Guide de la sep aration liquide -solide, Editura IDEXPO, Cachan, 1985. .
96. Robescu, Diana et al. Wastewater Treatment Technologies. Instalations and
Equipmant, Editura Tehnic ă, Bucure ști, 2001
97. Robescu, Diana si col. Tehnologii, instala ții și echipamente pentru epurarea apei , Ed.
Tehnic ă, Bucure ști, 2000.
98. Robescu, Diana și col.. Tehnici de epurare a apelor uzate, Editura Tehnica, Bucuresti,
2011
99. Robescu, Diana. Procedee, Instala ții si echipamente pentru epurarea avansat ă a apelor
uzate, Editura Bren, Bucure ști,1999
100. Robescu, D iana., N. Fluide polifazate. Editura Tehnic ă, Bucuresti, 2000
101. Rogoveanu (Radosavlevici), I., Robescu, D. N. Epurarea apelor uzate utilizând
tehnologii membranare. Ecoterra, Nr. 29, 2011, pp.79 -89

161
102. Rojanschi, V., Ogneanu,V. Cartea operatorului din sta țiile de tratare și epurare
a apelor. Editura Tehnic ă, Bucure ști, 1989.
103. Roș, V. și col. Controlul polu ării apei în agricultur ă. Ed. Todesco, Cluj –
Napoca, 2003.
104. Rus, F. Opera ții de separare în industria alimentar ă. Editura Universit ății
Transilvania, Bra șov, 2001
105. Rushton A., Ward, A.S., Holdich, R.G. Solid -liquid Filtration and Separation
Technology, 2nd Ed., Wiley -VCH, Weinheim, Germany, 2000
106. Rusu, G., Roajnschi, V. Filtrarea în tehnica trat ării și epur ării apelor, Editura
Tehnic ă, Bucure ști, 1980.
107. Rusu, T. Protec ția mediului industrial. Editura Mediamira, Cluj -Napoca, 2002.
108. Rusu, T. Tehnologii și echipamente pentru tratarea și epurarea apelor, vol. I. U.
U T Press, Cluj -Napoca, 2008;
109. Schneider, W., Anestis, G., Schaflinger, U. Sediment composition due to
settling of particles of different sizes. Int. J. Multiphase Flow 11, (1985), 419 -423.
110. Schubert, H. Kapillarität in porosen Feststoffsystemen. Springer Verlag,
Heidelberg, 1982
111. Scott , K. Handbook of Industrial Membranes . Elsevier, 1995
112. Shaw, C.T. Using Computational Fluid Dynamics. Prentice Hall, 1992
113. Shuval, H. I. Water Renovation and Reuse. Academic Press, New York, 1974
114. Sikdar S. K., Burckle J., Rogut, J. Separation methods for en vironmental
technologies. Environ. Progress 20(1), 2001, pp.1 -11
115. Singh , , R ., Hankins, S. Emerging Membrane Technology for Sustainable
Water Treatment. Elsevier, 2016
116. Stamataki s, K., Chi Tien. A simple model of crossflow filtration based on
particleadhesion. AIChE J., 39 (1993), pp. 1292 -1302.
117. Stoianovici, S., Robescu, D. Procedee și echipamente mecanice pentru
tratarea și epurarea apei. Ed.Tehnic ă, Bucure ști, 2010
118. Stoica A. și col. Opera ții de transfer interfazic. Editura Matrix Rom, Bucure ști,
2001
119. Strathmann, H. Membrane separation processes: current relevance and future
opportunities. AIChE J. 47(5):2001, pp.1077 -1087
120. Stugren B., Probleme moderne de ecologie. Editura Științifică și
Enciclopedic ă, Bucure ști, 1982.
121. Sutherland, K. Filters and Filtration Handbook, 5th ed., Elsevier Butterworth –
Heinemann, Amsterdam 2008.
122. Sutherland, K.: A -Z of Filtration and Related Separations. Ed., Elsevier,
Oxford 2005.
123. Svarovsky, L. Solid -Liquid Separation. Butterworths, London, 1979.
124. Techobanoglous, G., Burton, F.L., Stensel, H.D. Wastewater Engineering. Ed.
Mc Graw -Hill Book Company, 2003

162
125. Tarleton, S., Wakeman, R. Solid/Liquid /Sepaqration. Equiment Selection and
Process Design. Ed. Elsevier , Oxford, New York, 2005
126. Tichy, J. Zum Einfluss der Filtermitte und der auftretenden Interferenzen
zwishen Filterkuchen und Filtermittel bei der Kuchefiltration. Doctor Thesis, TU
Keiserslautern, 2007.
127. Tichy, J. Fortschritt –Berichte VDI, Reihe 3, Nr. 877, Sonthofen , 2007.
128. Țenu, I. Opera ții și aparate în industria alimentar ă. Vol I: Opera ții mecanice,
hidromecanice și aerodinamice. Editura Ion Ionescu de la Brad, Ia și, 2008.
129. Ungarish, M., Hydrodynamics of suspensions: Fundamentals of centrifugal and
gravity separation. Springer, Berlin, 1993
130. Urdă, A., Angelescu, E., S ăndulescu, I. Chimie Tehnologic ă General ă, partea I,
Editura Universit ății din Bucure ști, 2005.
131. Uttomark, P., Wall, P., Lake classification for water quality management,
University of Wisconsin Water Research Center, 1975.
132. Van Nieuwenhujzen, A., Van der Graef. Handbook on particle separation
processes. IWA Publiscing , London,. 2011
133. Vida -Simiti, I., Popescu, V. Metode de separare a poluan ților. Editura
UTPRES, Cluj -Napoca, 2003
134. Vida -Simiti, I. Pr ocedee fizico -mecanice de separare a poluantilor, Ed.
UTPRES, Cluj -Napoca, 2007,
135. Voicu, Gh. et al. Aspects Regarding the Collection and Removal of Rainfall
Water on Landfill Final Cover, Advanced Engineering Forum, Vol. 27, pp. 155 -164
136. Voicu , Gh. Ingineri a depozit ării ecologice a de șeurilor solide, Editura
Politehnica Press, 2016 .
137. Wakeman, K., Tarleton, E. S., Solid/liquid Separation. Scale -up of Industrial
Equipment. Ed., Elsevier, Oxford 2005
138. Wakeman, R., Tarleton Solid/Liquid Separation. Principles of I ndustrial
Filtration. Ed. Elsevier, Oxford, New York, 2005
139. Wakeman, R.J., Tarleton, E.S. Filtration: Equipment Selection, Modelling and
Process Simulation . Ed. Elsevier Science, Oxford, 1999
140. Whorlow, R. W. Rheological Techniques. 2d. ed. New York: Ellis H orwood, .
1992
141. Zărnoianu, Daniela ., Popescu, S., Radu M. The influence of constructive
factors and working conditions of decanters on wastewater processing efficiency. In:
Proceeding of the 5rd International Conference Advanced Composite Materials
Engine ering, COMAT 2014, Brasov, October 2014, pp. 300 -307
142. Zărnoianu, Daniela ., Popescu, S., Radu, M. Utilisation of tangential filters for
increasing economic and qualitative performance of wastewater treatment processes.
In: .Proceeding of the 5rd Internatio nal Conference Advanced Composite Materials
Engineering, COMAT 2014, Brasov, October 2014, pp. 308 -316
143. Zărnoianu, Daniela , Popescu, S., Br ăcăcescu, Carmen , Study on separating
processes of impurities from wastewater by using tangential filters. In:.Proce eding of
the 6th International Conference Computational Mechanics and Virtual Engineering,
COMEC 2015, Bra șov October 2015, pp. 177 -182

163
144. Zărnoianu, Daniela , Popescu, S., Br ăcăcescu, Carmen, Theoretical and
experimental research on the separation process of impurities of wastewater trough
decantation. In: Proceeding of the 6th International Conference Computational
Mechanics and Virtual Engineering, COMEC 2015, Bra șov October 2015, pp. 183 –
190
145. Zărnoianu, Daniela ., Popescu, S. The influence of the equipment f or scraping
deposits on performance of clarifiers used for wastewater treatment. In: Proceeding of
the 6th International Conference on Advanced Composite Materials Engineering
COMAT 2016, Bra șov November 2016, pp. 233 -238
146. Zărnoianu, Daniela , Popescu, S. T heoretical and experimental researches on
the separation process of the impurities from waste water through decantation. In:
Proceeding of the 7th International Conference Computational Mechanics and Virtual
Engineering, COMEC 2017, Bra șov, November 2017, pp. 122 -126
147. Zărnoianu, Daniela , Popescu, S. Contributions to study on the efficiency of
separation of the impurities from waste water by means of series mounted tangential
filters. In: Proceeding of the 7th International Conference Computational Mechanics
and Virtual Engineering, COMEC 2017, Bra șov, November 2017, pp.127 -131
148. Zărnoianu, Daniela . Stadiul actual al cercet ărilor teoretice și experimentale
din domeniul tehnologiilor de epurare a apelor reziduale din industria chimic ă. Raport
de cercetare științifică Nr.1, Universitatea Transilvania din Bra șov, 2015
149. Zărnoianu, Daniela . Contribu ții la cercetarea teoretic ă a tehnologiilor și
echipamentelor folosite la epurarea apelor reziduale din industria chimic ă. Raport de
cercetare științifică Nr.2, Universit atea Transilvania din Bra șov, 2015
150. Zărnoianu, Daniela . Contribu ții la cercetarea experimental ă a tehnologiilor
echipamentelor folosite la epurarea apelor reziduale din industria chimic ă. . Raport de
cercetare științifică Nr.3, Universitatea Transilvania d in Bra șov, 2015
151. Zheng, Y., Bagley, D.M. Dynamic model for zone settling and compression in
gravity thickeners, J. Environ. Eng . 125, 1999, pp.1007 -1013.
152. Zheng, Y., Bagley, D.M. Numerical simulation of batch settling process, J.
Environ. Eng . 124, 1998, pp . 953 -958.
153. Zogg, M. Einführung in die Mechanische Verfahrenstechnik. Teubner
Stuttgart, 1993
154. x x x. HÜTTE. Manualul Inginerului. Fundamente. Editura Tehnica Bucure ști,
1995.
155. x.x.x Manualul Inginerului din industria alimentara. Editura tehnicü Bucure ști,
1968.
156. x.x.x Manualul Inginerului din industria alimentara. Vol. I, II. Editura tehnicü
Bucure ști, 1999.
157. x.x.x. Manualul Inginerului hidroeleectrician. Editura tehnic ă, Bucure ști, 1970
158. x.x.x. NTPA 001/2005 “Normativ privind stabilirea limitelor de înc ărcare cu
poluan ți a apelor uzate industriale și orășenești la evacuarea în receptori naturali”,
Anexa 3, HG 352/2005

164
159. x.x.x. NTPA 002/2005 “Normativ privind condi țiile de evacuare a apelor uzate
în rețelele de canalizare ale localit ăților și direct în sta țiile de epurare”, Anexa 2, HG
352/2005
160. x.x.x. NTPA 011/2005 “Norme tehnice privind colectarea și evacuarea apelor
uzate or ășenești” prin care se transpun cerin țele Directivei; Anexa 1, HG 352/2005
161. x.x. x . Situa ția în România a apelor uzate urbane și a n ămolului provenit din
stațiile de epurare. Bro șură pentru public, Bucuresti, 2012
162. x.x.x STAS 4162/1 – 80, Decantoare primare. Prescrip ții de proiectare
163. x.x.x. STAS 4162/2 – 82 Decantoare secundare. Prescrip ții de proiectare
164. http://cadredidactice.ub.ro/gavrilalucian/files/2012/11/ou1 -c6-filtrarea.pdf
165. http://www.editura.bioflux.com.ro/docs/petrescu.pdf
166. . http://www.historyofwaterfilters.com/
167. http://www.ing -mat.udec.cl/~rburger/papers/kona.pdf
168. http://www.sim.utcluj.ro/stm/download/Procedee_separare/Cap_1.pdf
169. http://www.sim.utcluj.ro/stm/download/Procedee_separare/Cap_2.pdf
170. https://sim.utcluj.ro/stm/download/Procedee_separare/Cap_5.pdf
171. http://www.vitan.ro/Ingine ria_Proceselor_II/V.2.3.2 -V.2.3.2.4.pdf
172. http://tpp.upg -ploiesti.ro/attachments/article/89/apa_poluare_depoluare.pdf
173. http://old.unibuc.ro/prof/urda_a/docs/2013/iun/05_13_03_31tema_5.pdf
174. https://www.scribd.com/document/106377872/Sedim ent-Are-A
175. https://www.slideshare.net/ARMXXX/separacin -slido -lquido -en-
hidrometalurgia .Separación sólido – líquido en hidrometalurgia.

165

ANEXE

ANEXA 1. DETALII CONSTRUCTIVE DECANTOARE

ANEXA 2. DETALII CONSTRUCTIVE FILTRE TANGEN ȚIALE

166

ANEXA 1. DETALII CONSTRUCTIVE DECANTOARE

Fig. A.1.1.Construc ție prag deversor (rigola) pentru evacuare ap ă limpede din
decantor cilindric vertical:
1-segment inel , 2 -virol ă

a

b
Fig. A.1.2. Detalii constructive rigol ă prag deversor:
a- vedere lateral ă rigol ă; b -rigola -desfășurata

167

Fig. A.1.3..Construc ție raclor (relizat din o țel)
1-profil suport L30 x30x3; 2 -profil vertical I L20x20x2; 3 -profil orizontal I
L30x30x3; 4 -profil vertical II L20x20x2; 5 -profil orizontal II L30x30x3; 6 -profil vertical III
L20x20x2; 7 -profil orizontal III L30x30x3; 8 -protectie –tabla de 3 mm

168

ANEXA 2. DETALI I CONSTRUCTIVE FILTRE TANGEN ȚIALE

Fig. A.2.1. Construc ție filtru tangen țial cu un element filtran tcu sit ă inox (v. fig. 5.31, tez ă)
:A-intrare apa reziduala; B -ieșire filtrat; C -ieșire nămol;
1-flansa cap ăt deschis; 2 -corp filtru; 3 -inel O; 4 -capa t deschis; 5 -element ghidaj; 6 –
flansa cap ăt închis; 7 -element filtrant; 8 -capat închis; 9.10,11 -surub M10x40,saiba Grower
10, piuli ță M10

169

.
Fig. A.2.2. .Vedere ansamblu filtru cu un element filtrant cu sit ă inox:
A-intrare apa reziduala; B -iesire namol; C -iesire filtrat
1-flansa cap ăt deschis; 2 -corp filtru; 3 -inel O; 4 -capat deschis; 5 -element ghidaj; 6 -flansa
capat inchis; 7 -element filtrant; 8 -capat inchis; 9,10,11 -surub M10x40, șaibă Grower

170

Fig. A.2.3. .Vedere ansamblu e lement filt rant cu sit ă inox:
1-capat deschis; 2 -capat închis; 3 -tabla perforata; 4 -sita inox; 5 -inel O

171

Fig. A.2.4. Construc ție corp filtru tangen țial cu un element filtrant

172

Fig. A.2.5. Construc ție corp filtru tangen țial cu un el ement filtrant –

173

Fig. A.2. 7. Construc ție capăt închis la filtrul cu un element filtrant

Fig. A.2.8. Construc ție ghidaj element filtrant la filtrul cu un element

174

Fig. A.2.9. Construc ție capac deschis filtru cu un element filtran t

175

Fig. A.2.10.. Construc ție anasamblu filtru tangential cu sapte elemente filtrante legate
în paralel ( v. fig. 5.38, tez ă) :
1-corp filtru; 2 -capac superior; 3 -element filtrant; 4 -capac inferior; A -intrare ape
uzate; B -iesire apa filtrata; C -iesire grosier (spalare filtru ); D -racord spalare filtru

176

Fig. A.2.11..Vedere ansamblu filtru tangen țial cu șapte elemente fltrante legate în paralel:
1-corp filtru; 2 -capac superior; 3 -element filtrant; 4 -capac inferior; A -intrare ape uzate; B –
iesire a pa filtrata; C -iesire grosier (spalare filtru ); D -racord spalare filtru

177

CONTRIBU ȚII LA CERCETAREA TEORETIC Ă SI EXPERIMENTAL Ă A
PROCESELOR DE EPURARE A APELOR INDUSTRIALE UZATE
PRIN SEDIMENTAR ȘI FILTRARE

Rezumat
În prima parte a lucr ării se prez intă sintetic aspectele teoretice de baz ă ale proceselor de
separare mecanic ă prin sedimentare (decantare) și filtrare a impurit ăților mecanice din apele
industriale uzate și se elaboreaz ă modelele fizice și matematice de studiu ale acestor procese.
Pe b aza rezolv ării modelelor matematice se eviden țiază factorii constructivi și lucru care
influen țează eficien ța acestor opera ții de separare mecanic ă. În partea a doua a lucr ării se
prezint ă metodologia, instala țiile și aparatura de investiga ție folosite la cercetarea
experimental ă a proceselor de separare mecanic ă a impurit ăților din ape uzate. Cercetarea
experimental ă pentru sedimentare este realizat ă pe patru variante de decantoare verticale
cilindro -conice și iar cercetarea experimental ă pentru filtrare e ste realizat ă pe instala ții de
filtrare formate din filtre tangen țiale (cu diferite grade de fine țe) cuplate în serie, în dou ă
variante (cu dou ă și cu patru filtre). Pe baza datelor experimentale s -au elaborat grafice
ilustrative care eviden țiază influen ța diferi ților factori constructivi și func ționali asupra
eficien ței sistemelor de sedimentare cu decantoare verticale și a sistemelor de filtrare cu filtre
tangen țiale folosite la epurarea mecanic ă a apelor industriale uzate. În final se scot în
eviden ță contribu țiile originale ale lucr ării și se prezint ă direc țiile viitoare de cercetare din
domeniul epur ării mecanice a apelor industriale uzate.

CONTRIBUTIONS TO THEORETICAL AND EXPERIMENTAL RESEARCH ON
TREATEMENT OF INDUSTRIAL WASTEWATER BY SEDIMENTATI ON AND
FILTRATION
Abstract
The first part of the thesis presents a synthesis of the fundamental theoretical aspects
concerning mechanical separation by sedimentation (decanting) and filtering of the
mechanical impurities from industrial wastewater and devi ses physical and mathematical
study models for these processes. Based on the solving of the mathematical models the
constructive and working parameters are identified that influence the mechanical separation
operations.
The second part of the thesis discus ses the methodology, installations and apparatus used in
the experimental research of mechanical separation processes of impurities from wastewater.
The experimental research on sedimentation was conducted on four variants of vertical
cylindrical -conical d ecanters, while the experimental research on filtering was conducted on
filtering installations consisting of series -linked tangential filters (of different degrees of
fineness), in two variants (with two and four filters). The graphs plotted based on the
experimental data reveal the influence of the various constructive and functional factors on
the efficiency of sedimentation systems with vertical decanters and of filtering systems with
tangential filters used in the mechanical treatment of industrial was tewater.
The thesis concludes with an overview of the author’s original contributions and presents
future directions of research in the field of industrial wastewater mechanical treatment.

178

CURRICULUM VITAE

DATE PERSONALE:
Numele și prenumele: ZÃRNOIA NU Daniela
Data și locul na șterii: 2.08.1964, Scurtu -Mare, jud. Teleorman
Starea civil ă: nec ăsătorită
Domiciliul: Râmnicu Vâlcea, Aleea Ciocârliei NR.4, Bloc 2, Scara A, Ap. 74
Telefon: +40 745 597 473
E-mail: daniela.zarnoianu@yahoo.com

STUDII:
 sept. 19 78 – iunie 1982: Liceul de matematica fizica, Alexandria, profil Chimie –
industriala
 sept. 1983 – iunie 1988 Institutul Politehnic Bucure ști, Facultatea de Tehnologie
Chimicã, Specializarea Tehnologie Chimicã Organicã
 octombrie 2012 -iunie 2019 : doctorand , forma f ără frecven ță, Universitatea
Transilvania din Bra șov, domeniul Inginerie Mecanic ă.
 aprilie 2014 -iunie 2015: Studii doctorale în proiectul POSDRU ID134378,
Universitatea Transilvania din Bra șov,

ACTIVITATEA PROFESIONALA:
 octombrie 1988 – aprilie 1995 , Inginer chimist, S.C. OLTCHIM S.A., Râmnicu –
Vâlcea
 mai 1995 – dec. 2002: șef Instala ție Propenoxid –Frig –Var, S.C. OLTCHIM S.A.,
Râmnicu –Vâlcea
 ian. 2002 -decembrie 2018: adjunct șef sec ție Propenoxid, S.C. OLTCHIM S.A.,
Râmnicu –Vâlcea
 decembrie 2018 –prezent: șef Instala ție Propenoxid –frig, CHIMCOMPLEX Râmnicu
–Vâlcea

ACTIVITATEA ȘTIINTIFICÃ :
 Participarea cu comunic ări la Conferi țele interna ționale COMAT 2014, 2016 și
COMEC 2015, 2017 din Bra șov.
 Participarea cu comunic ări la Simpozionul I nternational Milenum, 2015, USAMV
Cluj Napoca
 Publicare 7 lucr ări științifice în Buletinele științifice ale Conferin țelor interna ționale
COMEC (2015, 2017) și COMAT (2016, 2018)

DISTINC ȚII
 Medalie de aur, la International Invention Fair in Middle East ( ”Process for
propenoxide separation ”), noiembrie 2011
 Diplom ă si medalie de aur , la Congresul Na țional al Cercet ătorilor și Inventatorilor din
România, cu participare interna țional ă mai 2012

LIMBI STRÃINE:
Francez ă – avansat
Rusă– mediu

179

CURRICULUM VITAE

PERSONAL INFORMATION :
Name and first name: ZÃRNOIANU Daniela
Date and place of birth: 2.08.1964, Scurtu -Mare, jud. Teleorman
Marital status: single
Address: Râmnicu Vâlcea, Aleea Ciocârliei NR.4, Bloc 2, Scara A, Ap. 74
Telephone: +4 0745597473
E-mail: daniela.zarnoianu@yahoo.com

EDUCATION AND TRAINI NG:
1978 -1982: Mathematics and physics Highschool, Alexandria, Teleorman county,
specialization Industrial Chemistry;
1983 – 1988: Polytechnic Institute of Bucure ști, Faculty of Chemical Technology,
specialization Organic Chemical Technology;
2012 – 2019: PhD student Transilvania University of Bra șov, field of Mechanical
Engineering;
April 2014 – June 2015: PhD studies for project POSDRU ID134378, Transilvania
University of Bra șov.

PROFESSIONAL ACTIVIT Y
1988 – 1995 : Chemist engineer, S.C. OLTCHIM S.A., Râmnicu –Vâlcea
1995 – 2002: Installation coordinator Propenoxid –Frig –Var, S.C. OLTCHIM S.A.,
Râmnicu –Vâlcea
2002 – 2018: Deputy head of production department Propenoxid, S.C. OLTCHIM
S.A., Râmnicu –Vâlcea
December 2018 – present Installation coordinator Propenoxid –frig, HIMCOMPLEX
Râmnicu –Vâlcea

SCIENTIFIC ACTIVITY:
Presentation of three research papers as part of the PhD programme, Transilvania
University of Bra șov;
Participation in the Internati onal Conferences COMAT , Bra șov, 2014 and 2016;
Participation in the International Conferences COMEC, Bra șov, 2015 and 2017;
Participation in the International Symposium Milenum, USAMV Cluj Napoca, 2015;
Publication of 7 scientific papers in scientific bul letins of the International
Conferences COMEC (2015, 2017) and CONAT (2014, 2016), Brasov;
Project coordinator “ Installation modernization and capacity increase” Propenoxid ,
S.C. OLTCHIM S.A., Râmnicu –Vâlcea.
AWARDS
 GOLD MEDAL awarded at the Internation al Invention Fair in Middle East (Process
for propenoxide separation ”), November 2011;
 GOLD MEDAL awarded at the la National Congress of Researchers and Inventors in
Romania, with international participation, May 2012;

FOREIGN LANGUAGES:
French – advanced
Russian – intermediate