material preluat din: Diana Robescu, Felix Stroe, Aurel Presura, Dan Robescu – Tehnici de epurare a apelor uzate , Editura Tehnica, Bucuresti, 2011… [631436]

1. INTRODUCERE

material preluat din: Diana Robescu, Felix Stroe, Aurel Presura, Dan
Robescu – Tehnici de epurare a apelor uzate , Editura Tehnica,
Bucuresti, 2011

Epurarea apelor uzate reprezintă totalitatea proceselor de reținere și
neutralizare a poluanților prezenți în apă după folosirea ei în gospodării individuale,
industrie, instituții, zootehnie sau ajunși în apă prin spălarea solurilor de către
precipitații. Deversarea apelor neepurate poate avea consecințe ireversibile asupra
mediului.
Adoptarea tehnol ogiei de epurare pentru o apă uzată este un proces foarte
complex care trebuie să aibă în vedere caracteristicile acesteia, posibilitățile
financiare de care se dispune și, în special, categoria tronsonului de râu în care se
deversează efluentul. Este deosebit de important ca să se facă o corelare perfectă
între calitatea efluentului deversat și cea a sursei naturale astfel încât impactul
stației de epurare asupra mediului să fie minim.
Pentru concepția și proiectarea stațiilor de epurare a apelor uzate tre buie
cunoscute următoarele debite precizate pe timp uscat.
Debitul mediu zilnic reprezintă cantitatea totală anuală de apă uzată care
se împarte la numărul de zile în care s -a măsurat debitul. Acest debit este folosit
pentru studiul de fezabilitate la apre cierea costurilor reactivilor, a energiei, cantității
de nămol și încărcării organice totale.
Debitul zilnic maxim este reprezentat prin valoarea cea mai mare a
debitului zilnic înregistrat. El este deosebit de important în calculele teh nologice la
verific area timpului de retenție a apelor – bazine de aerare, decantoare etc.
Debitul orar maxim reprezintă valoarea de vârf a debitului măsurat. El
este folosit la calculul stațiilor de pompare, a debitmetrelor, canalelor, conductelor ,
precum și la alegerea ech ipamentelor specifice – grătare, poduri racloare etc.
Principiile de proiectare ale unei stații de epurare a apelor uzate sunt:

2 Tehnici de epurare a apelor uzate
1. Proiectarea stației de epurare se face pentru o perioadă de lucru de
20 –25 de ani dacă ritmul de dezvoltare a localității de servite este sub 3% pe an,
iar în cazul unui ritm mai rapid pentru un interval mai scurt;
2. Stația trebuie să fie proiectată pentru o largă perspectivă de dezvoltare
deoarece pe teritoriul ei apar trasee ale colectoarelor principale greu de modificat
și care au un cost ridicat;
3. Trebuie să se prevadă spații de rezervă pentru o viitoare extindere a
capacității care se impune să rămână libere;
4. Liniile destinate tratării apelor și nămolurilor trebuie să fie distincte, pe
cât posibil fără încrucișări; amplasarea construcțiilor și instalațiilor trebuie s ă se
facă pe o suprafață cât mai mică din planul stației astfel încât legăturile tehnologi ce
dintre diferitele obiecte să fie cât mai mici, iar pierderile de sarcină la vehicul area
diferitelor amestecuri polifazice cât mai reduse;
5. Se vor prevedea canale de ocolire pentru fiecare obiect și treaptă
destinate să permită punerea la uscat, revizia și reparația;
6. Toate construcțiile și instalațiile care se pot deteriora prin suprasarcină
vor fi prevăzute cu dispozitive de siguranță (preaplin, by -pass s.a.);
7. Se vor achiziționa și monta numai echipamente cu performanțe
superioare și rezistență la coroziune maximă chimică și biochimică;
8. În timpul execuției și exploatării se va supraveghea nivelul apelor
freatice pentru a nu apare pericolul plutirii cuvelor din beton;
9. Metalele grele, substanțele organice refractare, cele anorganice toxice
trebuie reținute la locul de producere în stații de preepurare;
10. Echipamentele mecanice din stația de epurare trebuie să aibă o
construcție simplă, ușor de realizat, montat, întreținut, cu o fiabilitate și anduranță
ridicată (timpul normat la aceste echipamente fiind între 15…25…40 ani, funcț ie de
echipament și destinație); funcționarea lor trebuie să fie automată în condițiile unui
sistem de restricții care să aibă în vedere optimizarea proceselor tehnologice;
11. Se va avea în vedere elaborarea unui management energetic astfel
încît să rezulte costuri de operare cât mai mici;
12. Realizarea curgerii gravitaționale pe fluxul principal de curgere al apei
și evitarea pe cât posibil a pompărilor ;
13. studiul posibilităților de economisire a energiei consumată pe fiecare
proces unitar și în ansamblu pe întreaga stație de epurare;
14. studiul posibilităților de utilizare a energiilor alternative și
neconvenționale.
1.1. Autoepurarea apelor. Bilanțul oxigenului
Autoepurarea apelor este un proces complex fizico- chimic, biologic și
bacteriologic prin care încărcarea unei ape în suspensii minerale și organice se
reduce în aval de sursa de impurificare.
Capacitatea unui curs natural de a primi și purifica efluenți de ape uzate
este funcție de:

Introducere 3
a) Gradul de diluție, definit ca raport între debitul cursului natural și debitul
efluentului, cu valori superioare cifrei de 20;
b) Regimul hidraulic de curgere al râului care influențează procesele de
sedimentare la viteze mici sau de reantrenare a depozitelor formate atunci când
crește debitul și deci se majorează capacitatea de transport în suspensie a cursul ui
natural;
c) Insolația cu variația ei diurnă și sezonieră influe nțează direct reacțiile
chimice și biochimice constituind o sursă de energi e pentru procesul de fotosinteză;
d) Temperatura este principalul factor care influențează cinetica proceselor
chimice și biochimice, regimul oxigenului în apă, vitezele de sedimentare ale
particulelor etc.
În analiza procesulu i biochimic de degradare a substanțelor organice este
important să se pună în evidență regimul oxigenului dizolvat, deoarece acesta,
indirect, va pune în evidență starea de impurificare cu materii organice. În modul
cum se tratează acest bilanț al oxigenul ui se poate face echilibrul pentru orice
impurificator ținând cont de procesele specifice acestuia.
Concentrația oxigenului dizolvat în masa de apă este rezultatul a două
reacții antagoniste:
a) Reacția de consum a oxigenului necesar microorganismelor pentru
oxidarea biochimică a compușilor organici cu concentrația S
mg
CBO 5/l
:

1
1d d
d d D Sk S t t , (1.1)
b) Reaerarea – proces de transfer de masă a oxigenului din aer în apă sub
influența forței motoare D – deficitul față de saturație:

2
2d
dDk D t. (1.2)
Prin integrarea celor două ecuații diferențiale se obțin soluțiile generale,
pentru încărcarea organică S și deficitul de oxigen față de saturație, între limitele
punctelor A de deversare a poluantului și în aval punctul de control B

1 1 e 10 k t k t B A A S S S
2 2 e 10 k t k t B A A D D D (1.3)
Cele două puncte sunt corelate prin lungimea de parcurs a râului lAB = l
sau prin timpul necesar de curgere a râului t pentru realizarea unei stări de
salubritate corespunzătoare condițiilor impuse de lege. Viteza medie de curgere a
râului u pe sectorul studiat este elementul care leagă cele două mărimi.
Viteza de variație a deficitului de oxigen la orice moment t prin
considerarea celor două reacții rezultă ca sumă sub forma

1 2
1 2 d d d
d d d D D Dk S k D
t t t (1.4)
cu soluția generală

1 2 2 1
2 1 10 10 10 A k t k t k t t A k S D D k k (1.5)
Ecuația completă a fenomenului de dezoxigenare – consum de oxigen –
este:

4 Tehnici de epurare a apelor uzate

2
1 3 2d d 0d d L A S S D u k k S S x x , (1.6)
iar ecuația completă a oxigenării – reaerării

2
2 1 2d d 0d d L s B C C D u k C C k S D x x , (1.7)
în care: DL este coeficientul de dispersie longitudinală;
u – viteza medie de curgere a râului pe sectorul studiat:
k1, k2, k3 – constante cinetice ale procesului de consum, reaerare și
respectiv sedimentare.
Soluțiile complete ale acestor ecuații sunt:

1 3 10 1 10 A m x m x ASS S
k k ;
21 3 4
2L
Lu u k k D mD;

1
1 3
2 1 3
1
2 2 1 3 10 10
10 1 10 A m x r x A
B A r x r x ASk S k k Dk k k
D k S Dk k k k ,

în care deficitul este dat de

s D C C și
224
2L
Lu u k D
r
D. (1.9)

Timpul care este necesa r pentru desfășurarea reacțiilor biologice este:

2 1 2
2 1 1 1 1lg 1 A
AD k k ktk k k S k . (1.11)
Timpul necesar atingerii stării de salubritate a râului se poate determina
într-o primă aproximație prin integrarea ecuației diferențiale (1.1) care conduce la

11lg A
BStk S , (1.12)
în care constanta k1 a vitezei de consum se determină valoric pentru sectorul de
râu pe care se face calculul de salubritate.
Expresia (1.11 ) se folosește pentru calculul timpului, respectiv a lungimii
necesare de parcurs a unui râu, atunci când se dau cele două valori ale încărcării
organice SA în zona de impurificare și SB cifra impusă de organele abilitate de
mediu pentru starea de salubritate a râului. Importanța practică a acestei relații
este faptul că sub distanța l = u
u t, unde u este viteza medie de curgere a apei pe
sectorul de râu respectiv, nu se poate dispune de apă calitativ corespunzătoare
pentru o nouă captare. Dacă pe sectorul de râu menționat apar noi descărcări de
apă uzată atunci acesta se va prelungi în aval ca o zonă degradată. Calculul
caracteristicilor calitative probabile ale râului ce primește un efluent se face la
debitul mediu lunar cu asigurarea de 95%.
(1.8)

Introducere 5
Fiecare curs natural are o anumită limită a posibilităților de autocurățire. La
depășirea acesteia pot apare pe cursul natural modificări bruște, ireversibile și râ ul
poate deveni un râu mort. Situația se poate redresa numai după ani de reaerare
artificială a cursului natural fără a mai deversa în acesta ape uzate.

Armonizarea stației de epurare cu emi –
sarul reprezintă exact această situație. Cursul
natural poate să preia o mică cantitate de
poluanți fără ca prin aceasta să apară modificări
ale florei și faunei. Un grad de epurare de 100 %
nu este posibil de realizat tehnic și a r costa
imens. Așadar, se acceptă grade de epurare
între 70…98 % funcție de categoria de calitate a
emisarului și de posibilitățile tehnice ale stației de
epurare concepute urmând ca râul să preia restul
și să finiseze procesul.
1.2. Procedee de epurare apelor uzate
Dacă există mai multe surse de impurificare cu debite și încărcări variabile,
concentrația totală se poate determina cu relația

1 1 2 2 … i i n n C Q C q C q C q C q ,[kg/zi] (1.13)
unde: Q, qi reprezintă debitul total și respectiv debitele surselor care poluează,
caracterizate prin concentrațiile Ci.
Gradul de diluție este dat de relația:

,Q q nq (1.14)
unde: Q, q reprezintă debitele râului și respectiv a sursei poluante;
– factorul care ia în considerare condițiile de descărcare în emisar,
respectiv dacă aceasta se face la mal, în centru, prin mai multe puncte, în regim
turbulent de dispersie etc.; de regulă
= 0,8.
Gradul de epurare este dat de raportul concentrațiilor acesta fiind valabil
pentru orice tip de poluant (suspensii, CBO etc.)

100 i f
iC C
C, (1.15)
în care: Ci ,Cf reprezintă valorile concentrațiilor la intrarea în stație respectiv finală
după epurare. Gradul de epurare este măsura în care prin tehnologia de purificare
se corectează caracteristicile calitative ale apelor uzate.
Apa uzată care intră în stația de epurare conținediferiți poluanți, care ar
putea fi grupați în următoarele categorii : a) corpuri mari; b) suspensii grosiere
Cost de epurare
Grad de epurare
100%
Fig. 1. 3. Variația costului de
epurare funcție de eficiență.

6 Tehnici de epurare a apelor uzate
minerale; c) grăsimi emulsionate; d) grăsimi neemulsionate; e) suspensii minerale
granulate fine; f) suspensii grosiere de natură organică; g) suspensii fine de natură
organică; h) suspensii coloidale minerale; i) suspensii coloidale organice; j )
substanțe minerale dizolvate; k) substanțe organice dizolvate; l) microorgani sme;
m) compuși pe bază de azot; n) fosfor. Pentru fiecare constitue nt nominalizat mai
sus trebuie conceput special un proces de reținere și neutralizare care să se
desfășoare în construcții dotate cu instalații și echipamente specifice capabile să
răspundă sarcinilor impuse de tehnologie.
Procesele de epurare se clasific ă în funcție de principalele fenomene pe
care se bazează în: a) procese de epurare fizică denumite în lucrările mai vechi și
mecanice; b) procese de epurare biologică; c) procese de epurare chimică.
Preepurarea are ca obiectiv îndepărtarea poluanților din apele uzate
direct la sursă, care este de regulă o societate comercială industrială. Ea se aplică
în special la apele uzate industrial, la cele deversate în rețeaua de canali zare de la
spitale, creșe, abatoare etc. Metodele tipice acestei etape sunt cele de prevenire a
poluării, soluții tehnologice integrate, aplicarea unor tehnologii de epurare dir ect la
sursă pentru reținerea poluanților la nivelul cerințelor impuse de rețeaua de
canalizare, reducerea cantităților de apă și a concentrațiilor poluanților – cele
prezentate mai sus la strategie.
Epurarea preliminară are ca obiectiv reținerea corpurilor mari, reducerea
dimensiunilor materialelor și protecția echipamentelor din aval. Metodele tip ice
sunt: reținerea pe grătare, site, mărunțirea în dezintegratoare a corpurilor, până la
dimensiuni ce permit trecerea printre barele sistemului, camere speciale destinate
separării nisipului, pietrișului. Eficiența de reținere este redusă, de până la 3…5%.
Epurarea primară – treapta fizică sau după denumirea mai veche
mecanică are drept scop îndepărtarea solidelor sedimentabile și a celor flotante
sau semiflotante indiferent de natura lor organică sau anorganică. Procesele de
epurare mecanice se bazează exclusiv pe fenomene fizice de reținere prin blocare
pe grătare a corpurilor mari și/sau fenomene de separare a fazelor datorită dife –
rențelor de greutate specifică a mediilor dispersate în masa de apă (cazul sedi –
mentării în decantor, deznisipator, flotație). Metodele tipice utilizate la ac est nivel
sunt separarea gravi tațională – decantarea în bazine de sedimentare normale sau
specializate (cum este deznisipatorul cuplat cu separatorul de grăsimi și fl otația în
decantoare flotatoare). Eficiența de îndepărtare atinge 40…60% la îndepărtarea
suspensiilor solide, circa 30% a încărcării organice exprimate în CBO 5, 50% din
coliformi fecali, fără a reuși reducerea compușilor pe bază de azot sau fosfor.
Epurarea secundară – treapta biologică are ca obiective îndepărtarea
substanțelor organice solubile, în stare coloidală sau de suspensii fine care nu ar
putea fi reținute în treapta fizică și a celor adăugate special precum nămolul ac tiv.
Procesele biologice de epurare se bazează pe activitatea metabolică a unor grupe
de microorganisme care mineralizează substanțele organice până la dioxid de
carbon și apă în prezența unor elemente nutritive. Metoda tipică este utilizarea
metabolismului celular al unei populații mixte de bacterii și protozoare formate în
nămolul activ sau în pelicula biologică atașată unor suprafețe solide din bio filtru,
biodisc, biotambur, bioșurub. Eficiența de separare este de 80…95% pentru
încărcarea organică exprimată în CBO 5, 90…99% coliformi fecaloizi și bacterii,
circa 10% pentru compușii pe bază de azot și fosfor.
Epurarea terțiară – treapta chimică este d estinată reținerii și neutralizării
substanțelor chimice dizolvate sau în stare coloidală existente în masa de apă.

Introducere 7
Metodele tipice sunt specifice reacțiilor chimice de neutralizare, precipit are,
coagulare și floculare stabilite și conduse pe bază de calcu le stoechiometrice. Ele
se desfășoară în bazine de reacție în care apa uzată vine în contact cu reactivul și
ulterior în decantoare se va separa precipitatul format. Eficiența de separare poate
ajunge la 80…95% dacă reacția chimică se desfășoară corect.
Epurarea avansată își propune să finiseze procesele de epurare fiind
destinată îndepărtării compușilor pe bază de azot și fosfor – elemente chimice
nutritive care contribuie la eutrofizarea bazinelor naturale, a altor poluanți specific i
existenți în masa de apă în suspensie, a CBO 5-ului rămas și a nămolului activ în
procesul de aerare extinsă. Metodele tipice sunt adecvate fiecărui tip de poluant.
De exemplu, îndepărtarea fosforului prin procesul chimic de precipitare -coagulare-
floculare conduce la reducere a acestuia cu 80…90%. Pentru eliminare compușilor
pe bază de azot se poate folosi fie striparea amoniului cu eficiență de cir ca 90%,
fie procesul biologic de nitrificare + denitrificare cu același randament. Elimina rea
substanțelor organice rămase în apă după tratarea secundară se face prin trecerea
apei printr- un filtru rapid cu nisip. Eficiența de îndepărtare poate atinge 85…98%.
Dezinfectarea se utilizează în cazuri speciale când apare necesitatea
distrugerii germenilor patogeni din apele uzate deversate din sp itale, dispensare,
secții de boli infecțioase. Acestea nu trebuie să ajungă în re țeaua de canalizare. În
mod normal treapta secundară trebuie să reușească această e liminare, dar dacă
este necesar se face o clorinare cu o eficiență de distru gere a co liformilor fecali de
99,99%. Dacă doza de agent de dezinfectare: clor, dioxid de clor, fluor, radiații
ultraviolete, radiația gamma etc. este corect calculată efi ciența poate atinge
98…99%.
Epurări speciale au drept scop eliminarea din apă a substanțelor t oxice.
Metodele de epurare sunt adecvate naturii substanței toxice și au la bază
procedeele de schimb ionic, adsorbția pe cărbune activ, extracția etc. ele
asigurând eficiențe mari de epurare.
Metode distructive de epurare sunt aplicabile la concentrații și debite
reduse când procedeele recuperabile nu sunt economice și nu este posibilă
deversarea directă în emisar. Aceste metode sunt: a) arderea apelor fenolice –
evaporarea apelor uzate și trecerea vaporilor peste combustibilul arzând –
procedeu neeconomi c datorită consumului mare de energie circa 20000 kJ/l apă;
b) oxidarea catalitică cu reactivi chimici ca apa oxigenată, clorul, permanga natul de
potasiu, peroxidul de sodiu; c) folosirea apelor fenolice la stingerea cocsului cu
dezavantajul reducerii cali tății cocsului, a mirosurilor și a eficienței medii.
Tratarea nămolului are drept scop reducerea volumului prin concentrare ,
stabilizarea acestuia prin operații specifice care de scompun substanța organică
putrescibilă și valorificarea lui fie prin producerea gazului de fermentație, fie prin
extragerea substanțelor și mineralelor utile. Operații le de mai sus se realizează în
construcții și instalații specifice gospodăriei de năm ol. Metodele tipice se bazează pe
procese fizice și chimice: decantarea, îngroșarea, t ratarea cu coagulanți și floculanți,
centrifugarea, filtrarea, deshidratarea, fermentarea an aerobă, incinerarea.

8 Tehnici de epurare a apelor uzate

Fig. 1.4. Schema generală a unei stații de epurare a apelor uzate cu îndepărtarea
azotului și fosforului pe cale biologică .
1.3. Procedee pentru egalizare – uniformizare
Apele uzate care intră în stația de epurare au compoziție, concentrație și
debit variabil în f uncție de sursele de poluare. Variația acestor caracteristici este
sezonieră, diurnă și chiar orară. Pentru o bună exploatare a stației este necesară
egalizarea debitelor și uniformizarea concentrațiilor. Este greu de presupus că un
proces tehnologic de ep urare, atât de complex, poate avea eficiență ridicată și
constantă în condițiile apariției șocurilor în încărcare hidraulică și organic ă. Prin
Treapta

secundară

biologică
Treapta
primară
fizică
{a,b,c,d,e,f,g,h,i,},j,k,l
‰{a,b}, c, d, e, %f, g, h, I,j, k, l
‰{a,b,c,d,e,f,g,i,k},h,j,l
Nămol secundar
Emisar
Defosforizare – mediu anaerob
Denitrificare – mediu anoxic
Dezinfectare

T
R
A
T
A
R
E
A

N
Ă
M
O
L
U
L
U
I
Separare gravitațională
Decantarea secundară
Separare gravitațională c, d, e, f, % g
Decantare primară
Eliminare produși carbon și nitrificare
mediu aerob
Stație de pompare
Bazin de egalizare uniformizare
Separare a
Separare b
Nămol primar
Sep a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,k,l,m,n
Apă
uzată

Introducere 9
egalizarea debitelor și uniformizarea concentrațiilor se mărește eficiența tehnică a
stației de epurare, se reduc costurile de exploatare, se poate opera corect în
conformitate cu prescripțiile proiectantului, iar stația se pretează la o automatizare
și optimizare a tehnologiilor folosite în proces.
Principalele avantaje ale utilizării bazinelor de egali zare -uniformizare – BEU
sunt:
a) prelucrarea apelor uzate se face după egalizare -uniformizare;
b) treapta biologică TB prelucrează corect încărcarea organică evitându -se
șocurile hidraulice și de materie organică, se reduce influența substanțelor
inhibitoare și se stabilizează pH-ul;
c) se majorează performanțele de operare ale treptei biologice în principal
datorită menținerii încărcării constante în solide;
d) în epurarea chimică menținerea constantă a debitului și concentrațiilor
ușurează controlul și reduce consumul de reactivi și crește fiabilitatea procesului;
e) în treapta biologică se reduce volumul și suprafața filtrelor biologice.
Egalizarea debitelor și uniformizarea concentrațiilor constituie o metodă de
preepurare deoarece ea are ca efect o ameliorare a caracteristicilor calitative și
cantitative ale apelor uzate și ușurează tratarea ulterioară a apelor îmbunătățind
eficiența. Prin această metodă se produce și o oarecare neutralizare a apelor acide
cu cele bazice permițând și realizarea unor economii de reactivi chi mici necesari
procesului de neutralizare.
Determinarea volumului BEU se face pe diagrama volumelor cumulative
ale influentului în funcție de ora din zi. Volumul cumulativ al debitului de apă, la
sfârșitul perioadei de timp, se calculează prin suma
24 1or ămorar V Q , pe
baza debitului mediu orar.
În practică volumul BEU va fi mai mare cu 10…20% față de valoarea
calculată teoretic deoarece:
a) construcția din beton va cuprinde echipamentele de oxigenare și
amestecare;
b) trebuie să se țină cont și de volumul necesar uniformizării
concentrațiilor;
c) este posibil să apară modificări ale curbei de variație diurne pentru
debitul de influent.
Uniformizarea concentrațiilor se reali zează prin menținerea apelor uzate
în bazine dimensionate pentru un timp de retenție astfel încât să se asigure la
ieșire, pe cât posibil, valori constante pentru poluanții caracteristici. În acest caz
trebuie considerat timpul necesar unui ciclu de fabricație a produselor în care apar
variații mari ale concentrațiilor.
Volumul total al bazinului de egalizare-uniformizare este dat de suma
dintre volumul necesar unif ormizării și cel impus de egalizare.
Bazinele destinate egalizării și uniformizării sunt construite astfel încât:
a) să se împiedice depunerea sedimentelor pe radierul acestora – din
acest motiv pereții bazinului sunt înclinați, iar pe fundul acestuia sun t amplasate
dispozitive de dispersie a aerului comprimat sau în bazin se montează am este –
cătoare submersibile;
b) alimentarea bazinului se realizează prin sisteme adecvate de distribuție
astfel încât să nu se formeze curenți preferențiali care ar perturba procesul de
omogenizare;
c) să se asigure o dimensionare hidraulică corectă a bazinului.