Biotehnologiile. O Solutie Eficienta de Tratare a Apelor Uzate

Introducere

Apa este indispensabilă vieții și activității umane, fiind folosită în diferite scopuri. Prin trecerea si folosirea apelor curate în cuprinsul unei așezări omenești se produc ape murdare de scurgere întrebuințate, numite și ape uzate.

Prin poluarea apelor se înțelege alterarea calităților organoleptice, chimice, bacteriologice sau biologice ale acestora, produsă direct sau indirect de activitatăți umane (impact antropic). Drept urmare, apele devin improprii pentru folosirea normală în scopuri posibile înainte de a interveni alterarea. Ele conțin poluanți organici, microorganisme, substanțe toxice și din acest punct de vedere, prezintă cauza principală de poluare a apelor de suprafață. Orice emisar posedă o capacitate de autoepurare, însă această capacitate este limitată și supraîncărcarea lui cu impurități aduce la reducerea calității apei și distrugerea florei și faunei uzuale pentru apele de suprafață.

Pentru a elimina efectul nociv al apelor uzate, înainte de evacuarea lor prin sistemul de canalizare în emisar, ele trebuie epurate pînă la starea necesară, stabilită prin calcule speciale și analiza diverselor variante tehnico-economice.

Operația de epurarea a apelor uzate se efectuează în instalații speciale, grupate într-o stație de epurare.

Scopul întocmirii proiectului de an, conform datelor de temă, constă în determinarea gradului necesar de epurare a apelor uzate, alegerea procedeelor de epurare, elaborarea planului general al stației și construirea profilurilor tehnologice pe fluxul apei și al nămolurilor.

Capitolul 1.

GENERALITĂȚI PRIVIND STADIUL ACTUAL AL PROBLEMEI

1.1. Biotehnologiile în epurarea apelor uzate

Procedeele de tratare biologică a apelor uzate constituie o necesitate pentru ameliorarea gradului de puritate ale acestora, astfel încât ele să poată fi folosite în mai multe domenii. De obicei, epurările biologice reprezintă trepte finale ale procesului de epurare, ele realizându-se după etapele de preepurare, epurare mecanică și fizico-chimică.

Epurările biologice au rolul de a crește eficiența sistemelor de înlăturare a impurităților care se găsesc în apele uzate, pentru dobândirea unei calități superioare din punct de vedere al unor carateristici, cum ar fi mirosul, gustul, turbiditatea, compoziția chimică.

Toate sistemele de epurare biologică folosite trebuie să corespundă unor norme referitoare la calitatea apelor admise în sistem și a celor deversate, caracteristicile specifice rezultând din varietatea compoziției chimice a apelor epurate prin aceste metode.

Apele care intră în instalațiile biologice se caracterizează printr-o complexitate a impurităților, fapt care determină selecția procedeului cel mai potrivit, pentru a atinge o eficacitate maximă.

Epurarea biologică a apelor uzate se poate face în cadrul unor instalații de epurare biologică naturală, cum ar fi câmpurile de irigare și filtrare, iazurile biologice, sau în cadrul unor instalații de epurare biologică artificială, cum ar fi filtrele biologice sau bazinele cu nămol activ.

Procedeele care sunt cel mai frecvent folosite pentru epurarea biologică sunt: epurarea cu filtre biologice; epurarea cu discuri biologice; epurarea cu nămol activ.

Epurarea cu filtre biologice se realizează cu ajutorul biofiltrelor, care reprezintă sisteme ce folosesc mase bacteriene fixate pe suport solid, care poate fi format din diverse materiale, respectiv betoane, pietriș, piatra concasată, zgură, cocs, materiale plastice .

Aceste sisteme sunt cu atât mai eficiente cu cât numărul de șicane aflate peste filtrele biologice este mai mare. Filtrele sunt folosite în numeroase situații, cu excepția apelor cu conținut de substanțe peliculogene, cum este cazul apelor poluate cu produse petroliere din rafinării, datorită acțiunii lor negative asupra microorganismelor, alcătuind o peliculă superficială pe membranele lor, care nu permite contactul cu apa reziduală, astfel încât epurarea nu se realizează.

Filtrele biologice folosite cel mai frecvent sunt filtrele amplasate în bazine paralelipipedice de mare capacitate. Filtrele verticale sau filtrele ”turn” sunt folosite cu mare eficacitate pentru epurarea apelor uzate menajere care provin mai ales din comunități restrânse.

Există, însă, și biofiltre verticale numite ,, filtre biologice turn “ care sunt utilizate cu mare randament în cazul epurărilor apei uzate menajere, provenite în special de la mici colectivități.

Secțiunea A-A

Fig. 1. – Filtru biologic turn

Epurarea cu biodiscuri reprezintă o metodă foarte eficientă pentru alimentările cu debite mici. Biodiscurile instalate sunt asemănătoare cu niște tamburi care se pot roti în jurul axei proprii, cu o viteză mică de rotație, de câteva rotații pe minut. Microorganismele se fixează pe suprafața lor și, dependent de calitatea dorită a apei, se folosesc mai multe discuri în fascicule care se pot așeza în mai multe trepte.

Fig. 2. Schema instalației de epurare biologică cu discuri scufundate

Cel mai folosit procedeu este cel cu nămol activ, datorită posibilităților de tratare a apelor reziduale cu încărcări de impurificatori relativ ridicate în debite mari și cu grad de purificare, la evacuare, mare.

Fig. 3.-Schema instalației de epurare biologică cu nămol activ

Procedeul amintit este mai puțin costisitor decât cele anterioare și faptul ca el constă într-o accelerare, pe cale industrială a proceselor de autoepurare, care au loc în natură, îl face să fie preferat.

Pentru realizarea acestei tehnologii de epurare sunt necesare o serie de amenajări ca: bazine de aerare; sisteme de oxigenare – omogenizare ale amestecului apa de epurat – nămol activ; decantoare secundare; sisteme de recirculare și evacuare a namolului activ în exces

Bazinele de aerare nu necesită o formă constructivă fixă, cele mai des utilizate, sunt cele de forma paralelipipedică. Pot fi utilizate, funcție de scopuri, și alte forme de bazine : circulare, eliptice, sau sub formă de șanțuri în circuit închis.

Sistemele de oxigenare pot fi de diverse tipuri, depinzând de modalitatea de introducere a oxigenului în apă, precum și modalitatea de omogenizare a amestecului, apa de epurat- nămol activ. Utilajele alese, realizările acestui scop sunt caracteristice procesului de epurare biologică ales. Practicarea necesară se poate realiza: mecanic; prin insuflare de aer sub presiune; hibrid.

Aerarea mecanică este procedeul cel mai utilizat și poate fi realizat cu ajutorul unor aeratoare cu ax vertical sau orizontal.

Cele mai utilizate aeratoare cu ax orizontal sunt perii de aerare denumite ,, perii Kenssener “, fig. 4., care constau dintr-un tambur metalic, pe care sunt fixați longitudinal paleți. Aceste perii sunt așezate perpendicular pe direcția de curgere a apei, de obicei pe întreaga lațime a bazinului. Dat fiind randamentul scăzut, de aerare, aceste dispozitive sunt folosite de regulă numai în șanțurile de aerare, ale instalațiilor ce prelucerază debite mici.

Fig. 4. – Perie Kessener

Dintre aeratoarele cu ax vertical. Putem aminti aeratoarele de tip Simplex. Ele constau dintr-o turbină amplasată la suprafața apei, care prin rotire, imprimă apei din bazin o mișcare ascendentă. Pentru realizarea unei amestecări bune a apei cu aerul, turbina preia amestecul de apă uzată – namol activ, printr-un cilindru vertical. În acest fel se realizează o aerare pe întreaga adâncime a bazinului.

Fig. 5. – Aerator mecanic tip Simplex

Un alt tip de aerator cu ax vertical este turbina de suprafață cu rotor semiinecat. El asigură atât agitarea întregii mase de lichid în bazin, cât și introducerea aerului necesar, prin învârtirea unui rotor, acesta este prevazut cu paleți pe circumferință, având diferite forme.

Fig. 6.- Turbina de aerare de suprafață

Fig. 7.- Aerator mecanic cu rotor

Sistemul de aerare prin insuflare de aer sub presiune se realizează prin mai multe modalități, funcție de: cantitatea de oxigen necesară; mărimea bulelor de aer; adâncimea bazinului de aerare și gradul de agitare.

Aerarea cu bule mici se poate realiză prin distribuirea aerului prin intermediul unor tuburi ceramice sau canale din beton, acoperite cu materiale poroase. Acest sistem se dovedește a fi eficient, datorită faptului că se asigură o difuzie foarte buna a oxigenului în întreaga masă de lichid, fig. 8. Procedeul menționat poate fi utilizat atât prin insuflare de aer, cât și prin insuflare de oxigen.

Aerarea cu bule medii se bazează printr-un sistem de distribuție al aerului, fig. 9., realizat cu ajutorul unor conducte perforate, orificiile practicate nu depasesc dimensiunea de 2-3 mm.

Fig. 8. – Bazin cu aerare pneumatică cu difuzoare poroase

Fig. 9. – Aerare cu aer comprimat cu bule medii

Prin utilizarea aerării cu bule medii si mari, se îndepartează pericolul colmatării orificiilor și se asigură o agitare mai energică a masei lichide. Sistemul este asemanator cu cel descris anterior, singura deosebire constând în diametrul orificiilor practicate în conductele care asigură aerarea.

Sistemul de aerare hibrid constă în combinarea aerării cu bule medii, sprijinit de o agitare mecanică de adâncime. Acest sistem este puțin utilizat, fig.10.

Fig. 10. Bazin cu sistem de aerare hibridă

Luând în considerare faptul că, apele uzate, care urmează a fi tratate biologic, nu conțin elemente chimice, necesare menținerii și dezvoltării vieții microorganismelor, se impune introducerea unor cantități din aceste elemente, sub forma unor compuși.

În general, acești compuși, sunt constituiți din îngrășăminte chimice ca: fosfat de amoniu, sulfat de amoniu, fosfat di sau trisodic, uree, superfosfații, etc. Aceste substanțe se adaugă în bazinele de aerare sub formă de soluții apoase, de concentrații bine stabilite, în doze stabilite experimental.

La stabilirea dozelor și concentrației de nutrienți, se iau în considerare o serie de factori ca: cantitatea de namol activ existent în bazinele de aerare; cantitatea namolului activ existent; condițiile de mediu: temperatura, presiune atmosferică, anotimp; cantitatea și calitatea apelor uzate supuse acțiunii de purificare cu namol activ; existența sau neexistența substanțelor hrănitoare în apele uzate introduse spre a fi purificate.

În majoritatea cazurilor, soluțiile de substanțe hrănitoare sunt introduse în caminele de repartiție, odata cu apa brută de prelucrat. Transportul acestor soluții se realizează prin conducte, utilizând pompe dozatoare.

Prin modalitatea de realizare a epurării biologice ce se impune, după fiecare treaptă de aerare, realizarea unor aparate, care sa asigure separarea apei purificate de namol activ.

Aceste aparate poartă numele de decantoare secundare, care se prezintă în general sub forma unor bazine circulare, prevazute cu poduri racloare.

Fig. 11. Schema decantorului circular cu racleți

La alegerea capacitații decantoarelor, precum și realizarea deschiderii acestora, se ține cont de: debitul de alimentare; timpul de retenție; calitatea amestecului apa epurată – nămol activ; condițiile de calitate impuse apei evacuate.

În urma decantării, materialul decantabil, este condus gravitațional către o stație de recirculare și evacuare a namolului obținut. Aceasta poseda un bazin de colectare, din care, în funcție de necesități, se recirculă, cu ajutorul unor pompe, o parte din nămolul activ.

Excesul de namol este trimis către o stație de preparare a namolului: îngroșare, centrifugare, incinerare, digestoare, paturi de uscare, etc.

Totalitatea sistemelor de epurare descrise, indiferent de posibilitatile tehnice ale instalațiilor, precum și capacitățile de autoepurare naturală ale apelor – lacuri, fluvii, rauri, mari – nu au capacitatea de a îndepărta anumite categorii de impurificatori. Acești impurificatori care poartă denumirea și de ,, substanțe impurificatoare rezistente “, nu pot fi indepărtate prin procedee clasice de epurare a apelor uzate.

Impurificatorii rezistenți se pot clasifica în două mari grupe: impurificatorii rezistenți anorganici; impurificatorii rezistenți organici; impurificatorii rezistenți organici

Sunt considerate substanțe rezistente anorganice, sărurile de azot și fosfor, care provin de obicei din însăși tehnologia utilizată de epurarea biologică, din nutrienții folosiți în scopul menținerii nămolului activ.

Originea substanțelor rezistente organice este mai largă, putând proveni din substanțe organice parțial oxidate, pot fi produse de metabolism, pot reprezenta fragmente de compuși rezultați din procesele tehnologice și ajunși în apa uzată mai mult sau mai puțin accidental. Dintre substanțele rezistente organice, ca reprezentative putem enumera următoarele: detergenți, compuși parțial rezistenți la tratarea apei, acizi slabi ca acidul adipic, succinic, citric, care au implicații asupra aspectului și mirosului efluentului.

Unul din efectele, din cele mai nedorite, pe care le pot provoca aceste substanțe rezistente, este fenomenul de eutrofizare a apelor. Acest proces are drept urmare dezvoltarea masivă a algelor, care pot provoca colmatări ale secțiunilor bazinelor hidrografice, precum și o dezvoltare de mirosuri neplăcute, datorată descompunerii plantelor moarte din lipsă de oxigen.

Prezența substanțelor rezistente în ape, poate avea efecte economice directe, precum și efecte toxice asupra tuturor organismelor vii, inclusiv asupra omului.

În felul acesta, pot fi explicate, prin prezența substanțelor rezistente, fenomenele de coroziune, depuneri de cruste sau de colmatare a conductelor, alterarea capacității schimbătoare de ioni a rășinilor.

Existența compușilor rezistenți, în conținutul apelor, care necesită o prelucrare fizico-chimică sau biologică ulterioară, aduce neajunsuri bunei desfășurări a procesului tehnologic aplicat.

Din cele arătate pănă acum, se poate trage ușor concluzia că, direct sau indirect, acestea acționează negativ asupra omului.

Din toate aceste aspecte relatate, rezultă necesitatea folosirii sistemelor de epurare terțiara, care să urmeze obligatoriu, sistemelor clasice de epurare.

Metodele cuprinse sub titulatura de tratare terțiară, au ca scop comun, producerea apei pentru reutilizare.

Putem defini ca epurare terțiară, totalitatea procedeelor aplicate în scopul îndepărtării substanțelor rezistente, în general, și a compușilor cu azot și fosfor în special, în scopul obținerii unor ape capabile de a fi reutilizabile . Procedeele de tratare terțiară pot fi împărțite în: procedee fizice; procedee chimice; procedee biologice.

Procedeele fizice folosite uzual în epurarea terțiara se consideră: filtrarea și micrositarea. Filrarea se realizează în general cu filtre pe nisip.

Micrositarea este un procedeu care are drept scop obținerea particulelor fine aflate în suspensie cu ajutorul unor plase din oțel inoxidabil cu ochiuri extrem de fine. Aceste procedee au drept scop comun îndepărtarea impurificatorilor rezistenți, aflați în stare suspensională, înglobați în microflocoanele aflate în suspensie. În general, randamentul acestor procese, este de aproximativ 70 %.

Procedeul chimic cel mai utilizat este cel care folosește fenomenul de coagulare, care se indică în mod expres a se folosi înaintea unor procedee de purificare a apelor, ca de exemplu, adsorbția pe cărbune activ, care sunt stânjenite de existența materialelor aflate în suspensie.

Coagulanții utilizați în acest scop sunt în general ioni cu caracter electropozitiv, ca de exemplu: săruri de fier FeCl3, FeSO4 sau de aluminiu Al2(SO4)3, sau amestecuri ale acestora.

În general, pentru apele cu conținut ridicat în produse petroliere, se recomandă utilizarea concomitentă a doua-trei substanțe coagulante, necesarul acestora fiind calculat funcție de variațiile concentrațiilor impurificatorilor. Eficacitatea coagulanților crește simțitor prin existența în compoziția apelor uzate, sau prin adăugarea în aceste ape de polimeri.

Diversitatea procedeelor biologice, aplicate în scopul realizării unor calități superioare apelor evacuate este mare. Cele mai des utilizate procedee, privite d.p.d.v. economic, al ușurinței de exploatare și al eficienței de purificare, sunt: irigarea, lagunarea, purificarea cu nămol activ, denitrificarea biologică, dezinfecția.

1.2. Importanța și oportunitatea temei

Apele uzate provin din încarcarea apei cu materiale și substanțe care îi modifică indicatorii de calitate, o poluează. Apa se încarcă cu materii poluante, devenind uzată prin utilizarea ei de către om, în cele mai diverse scopuri practice și prin contactul apelor meteorice si produse ale activității umane, care se găsesc în aer și pe sol.

Apele uzate neepurate sau insuficient epurate poluează apele subterane printre altele cu nitrați, amoniu și bacteriologic. Din cele prezentate rezultă că, epurarea apelor uzate orășenești (și nu numai) este o cerință esențială a dezvoltării civilizației umane. Fiind o necesitate cu implicații sociale și ecologice deosebite, reglementarea unitară și asigurarea generală a infrastructurii necesare reprezintă o prioritate. Necesitatea epurării corespunzătoare a apelor uzate se impune deci din motive ecologice, dar este și o obligație asumată de tara noastră prin procesul de aderare la UE.

Între apele uzate și mediul înconjurător în care acestea sunt deversate se stabilește o relație bilaterală; prin impuritățile pe care le conțin, apele uzate acționează asupra mediului înconjurător, de cele mai multe ori în sens negativ, iar acesta, la rândul său, contribuie la înlăturarea poluanților din apă (autoepurare).

In scopul asigurării cantitative și calitative a apei pentru toate folosințele trebuie realizate atât lucrări de gospodărire a apelor, cât și folosirea cât mai eficientă a instalațiilor de epurare existente și să se creeze tehnologii noi de epurare care să poată asigura din apele rezultate surs noi de apă cu scopul alimentării sistemelor de irigații sau industriale.

Procesul de epurare presupune înlăturarea substanțelor poluante din apele uzate pentru a proteja mediul și calitatea apelor. Epurarea apelor se ocupă cu determinarea comportamentului substanțelor variate care poluează apele de suprafață și identificarea impactului asupra organismelor vii.

Epurarea apelor uzate se realizează în cadrul unor instalații organizate într-o succesiune tehnologică anume, în cadrul unei stații de epurare. Mărimea acestei stații este în funcție de cantitatea și calitatea apelor uzate ale receptorului, de condițiile tehnice de calitate pe care trebuie să le aibă combinația între apa uzată și cea a receptorului înainte de punctul de deversare a apelor uzate, pentru ca folosirea în aval să nu fie afectată.

Gradul de epurare reprezintă randamentul obținut în înlăturarea substanțelor poluante din apă. Acest grad de epurare atinge uneori 80% și chiar peste 95%, aceste valori fiind mai mari decât cele întâlnite de obicei în prelucrările industriale. Epurarea biologică operează cu populații de microorganisme, acestea având o evoluție foarte dificil de dirijat.

Pe măsură ce are loc creșterea numărului populației și necesității ei, se produce o creștere semnificativă a producerii de substanțe și articole sintetice, formate din compuși chimici pe parcursul fabricării și folosinței constituie un pericol ridicat pentru sănătatea oamenilor și mediul înconjurător. Datorită creșterii aplicării pesticidelor în agricultură, se produc efecte toxice asupra tuturor ființelor vii.

Se constată clar necesitatea epurarii apelor uzate generate în activitățile prestate de fiecare agent economic și, în special, industrial, pentru prevenirea poluării accidentale sau suplimentare a rețelelor de canalizare și/sau sursei de apă receptoare, dar și pentru recircularea în procesul tehnologic în cazul unităților industriale consumatoare de cantități mari de apă.

Determinarea posibilităților de evacuare a apelor uzate în mediu, printr-o rețea de canalizare sau alt fel de receptor, este nevoie să se țină cont de o serie de aspecte obligatorii: scăderea cantităților de apă uzată industrială datorită recirculării în procesul tehnologic industrial sau un alt proces tehnologic asemănător; scăderea gradului de „impurificare" al apelor uzate prin: folosirea unor procedee tehnologice avansate sau prin modernizarea proceddelor existente pentru reducerea la maxim a pierderilor de materii prime, produse semifinite și finite care poluează apele rezultate în procesele tehnologice; folosirea în procesele tehnologice a substanțelor cu toxicitate redusă în apele uzate rezultate; recuperarea substanțelor valorificabile din ape uzate; utilizarea posibilităților de neutralizare combinată între diverse categorii de ape uzate care rezultă din același proces tehnologic industrial sau din procese tehnologice industriale asemănătoare; valorificarea apelor uzate în irigații după epurarea lor pe platforma industrială; uniformizarea debitelor și a concentrațiilor apelor uzate în scopul evitării șocurilor la evacuarea în mediu.

Poluanții organici persistenți constituie o categorie foarte periculoasă a compușilor menționați, ei fiind folosiți în industrie și agriculură, producându-se uneori în cadrul proceselor industriale. În cele mai multe tipuri de ape sunt depistate concentrații variate de pesticide și alte substanțe organice persistente. Dacă există cantități ridicate de pesticide, apa dobândește un miros specific pentru acestea, iar prin migrare, pesticidele se infiltrează cu apa de ploaie în pânza freatică și chiar în arteziene. Agricultura poluează cel mai mult în acest sens, prin reziduurile netratate de la formele zootehnice

Pentru realizarea stațiilor de epurare sunt necesare costuri de investigații și cheltuieli de exploatare ridicate, care se pot recupera oar parțial, fiind necesare studii aprofundate pentru identificarea de soluții de reducere a acestor costuri. O primă măsură este una preventivă, care constă în ușurarea epurării apelor uzate (Dima, 1998).

1.3. Obiectivele de studiu

Epurarea apelor uzate municipale și industriale a devenit o prioritate a dezvoltării societății în ziua de azi. Consumul de apă a crescut din ce în ce mai mult odată cu dezvoltarea populației și industrializării continue. Odată cu creșterea consumului de apă, a crescut și volumul de ape uzate, precum și diversitatea substanțelor poluante conținute de acestea.

La ora actuală, se caută rezolvarea unei serii de probleme produse de infrastructura apei potabile existente în zonele urbane, cu scopul protejării mediului înconjurător și a populației.

Se caută proiectarea și realizarea unor stații de epurare a apelor uzate municipale, cu o eficiență cât mai ridicată economic și ecologic, care să realizeze eliminarea unei categorii de poluanți denumiți refractari sau prioritari, aceștia creând efecte economice și ecologice negative și trecând nemodificați prin treptele de epurare mecano-chimică și biologică.

Pentru aceasta, este nevoie să se analizeze avantajele și dezavantajele fiecărei variante tehnologice de epurare, din perspectivă ecologică și economică, pentru a se selecta varianta tehnologică optimă. Trebuie studiate și materiile prime auxiliare, subprodusele materiale și energetice, deșeurile și utilitățile folosite.

Încărcarea cu poluanți a apelor uzate se exprimă în echivalenți locuitor- e.l.-și se calculează pe baza încărcăturii medii maxime săptămânale în CBO(5) intrat în stația de epurare în cursul unui an, exceptând situațiile de fenomene hodrometeorologice neobișnuite, cum sunt precipitațiile abundente.

Înainte de a fi evacutate în receptorii naturali apele uzate colectate în rețelele de canalizare vor fi supuse unei epurări secundare sau corespunzătoare.

Stațiile de epurare a apelor uzate urbane trebuie construite, exploatate și întreținute astfel încât să se asigure performanțe corespunzătoare în condițiile climatice locale normale. La proiectarea stațiilor de epurare se va ține seama de variațiile sezoniere ale încarcaturii cu poluanți.

Respectarea prevederilor din cadrul acestei hotărâri nu exclud obligația obținerii avizelor și autorizațiilor legale din domeniul apelor și protecției mediului.

În scopul protejării sănătății populației și a mediului evacuare/descărcarea în receptorii naturali a apelor uzate urbane și industriale cu conținut de substanțe poluante se face numai în condițiile respectării prevederilor legislației în vigoare și ale prezentului normativ.

Prezentul normativ are drept scop stabilirea condițiilor generale de calitate a tuturor categoriilor de ape uzate înainte de evacuarea acestora în receptorii naturali precum și a valorilor limită admisibile ale principalilor indicatori de calitate ai acestor ape.

Epurarea apelor uzate se poate realiza prin metode ce se bazează pe procese fizice, chimice, și biologice, care diferă funcție de tipul poluanților și concentrația lor în apa uzată.

Acest procedeu de epurare asigură eliminarea substanțelor insolubile și a celor care plutesc din apele uzate pe baza unor procese fizice definite de sistemul lichid-solid sau lichid-grasimi caracterizate de densități diferite de unitate. Impuritățile grele sunt reținute pe grătare, site, deznisipatoare și în decantoare, iar cele ușoare sunt reținute în separatoare de grăsimi.

Corpurile plutitoare și suspensiile mari din apele uzate sunt reținute pe barele drepte sau curbe ale gratarelor ce sunt așezate, sub formă de panouri metalice, într-o cameră speciala de beton armat de secțiune dreptunghiulară. Racordarea pereților camerei grătarului cu cei ai canalului deschis de admisie a apelor brute în stația de epurare se face sub un unghi de 20-25° pentru a elimina apariția de curenți turbionari ce ar favoriza depunerile de suspensii în aceste zone.

Deznisipatoare orizontale se prezintă sub forma unor bazine dreptunghiulare cu unul sau mai multe compartimente. Pentru debite mici se preconizează bazine alcătuite din doua compartimente, separate prin stavilare plane care au fiecare, la partea inferioară un dren comandat de o vană. Pentru debite mari, curățirea se face mecanizat sub apă, în mod continuu, secțiunea transversală a compartimentului de tip parabolic sau triunghiulară la partea de jos, permițând această operație.

Deznisipatoare verticale au forma în plan circular și cu capacități ce nu depașesc 100 dm3/s, fiind caracterizate de adancimi mari de construcție la o eficiența redusă comparativ cu cele orizontale, motiv pentru care sunt mai puțin utilizate în stațiile de epurare (Dima, 1981).

Scopul egalizării este reprezentat de uniformizarea debitelor și a concentrațiilor apelor uzate. Apele uzate indiferent de sursa de proveniența prezintă variații în timp ale debitului și compoziției datorită neuniformității momentane consumurilor de apă în industrie și descarcărilor de poluanți.

Sedimentarea este operația unitară prin care solidele cu greutate specifică mai mare decât a apei au tendința să acumuleze la partea inferioară a bazinului de sedimentare sub acțiunea forței gravitaționale. Scopul acesteia este reducerea conținutului de materii în suspensie și parțial a materiilor organice exprimate prin CCOCr și CBO5 (Teodosiu, 2011).

Decantoarele sunt bazine deschise în care se separă substanțele insolubile mai mici de 0,20 mm, precum și substanțele ușoare care plutesc la suprafața apei. După direcția de mișcare a apei uzate în decantoare, acestea se impart în două grupe principale: decantoare orizontale și decantoare verticale, o variantă a decantoarelor orizontale sunt decantoarele radiale (Dima, 1981).

Flotația este reprezentată de separarea uleiurilor și grăsimilor, sau a altor substante mai ușoare decât apa, care se ridică la suprafața acesteia in zonele liniștite și cu viteză orizontală mică (www.scribd.com/doc/56955938/32/Flotatia).

Procedeele de epurare mecano-chimică se aplică în cazul apelor uzate în compoziția cărora predomină materii solide în suspensie, materii coloidale și dizolvate, care nu pot fi reținute decât numai prin epurarea apelor cu reactivi chimici. Pentru a crește eficiența procesului chimic, apele sunt epurate mecanic, în prealabil, de aceea acest procedeu este denumit epurare mecano-chimică. Acest procedeu este aplicat frecvent în epurarea apelor uzate industriale, pentru industriile miniere, extractivă, alimentară, petrochimica. Epurarea mecanică și epurarea mecano-chimică constituie epurarea primară a apelor uzate.

Procedeele de epurare mecano-biologică se bazează pe acțiunea comună a proceselor mecanice, chimice și biologice și pot avea loc in condiții naturale sau în condiții artificiale prin filtrare biologică sau în bazine de aerare cu nămol activ. Construcțiile și instalațiile în care se realizează procesele biochimice de epurare biologică alcatuiesc treapta secundară a stației de epurare, având drept scop final, reținerea materiilor solide dizolvate și în special a celor organice (Teodosiu, 2007).

Epurarea biologică a apelor uzate se folosește de activitatea unor microorganisme aerobe pentru oxidarea și mineralizarea materiilor organice aflate în apele uzate sub formă de coloizi sau substanțe dizolvate.

Epurarea biologică poate fi realizată prin doua grupe mari de construcții și instalații: construcții și instalații în care epurararea se petrece în condiții apropiate de cele naturale; construcții și instalații în care epurarea se realizează în condiții creeate artificial sub acțiunea bacteriilor aerobe, puternic alimentate cu oxigen. Rolul principal în epurarea biologică o au microorganismele care se pot dezvolta în prezența oxigenului sau în absența acestuia.

Factorii care influentează procesul de epurare biologică sunt: temperatura, pH-ul, concentrația poluanților în apa uzată (compuși organici biodegradabili, poluanți prioritari), aportul de oxigen, incarcarea organică și hidraulică.

Procedeele de epurare biologică se clasifică în epurare biologică naturală (se realizează în câmpuri de irigare și filtrare, filtre de nisip și iazuri de stabilizare) îi în epurare biologică artificială (concepută din considerente tehnico-economice pentru a depăși unele probleme asociate epurarii naturale).

Instalațiile de epurare biologică sunt concepute să asigure o suprafață mare de contact între apa uzată cu incarcatură organică și cultura de microorganisme. Suprafața de contact se realizează cu ajutorul: flocoanelor cu nămol activ, sau a materialelor de umplutură din filtrele biologice.

Epurarea biologică cu nămol activ este un proces aerob, în care aerul necesar dezvoltării microorganismelor poate fi furnizat prin aerare pneumatică (aerul comprimat este introdus prin intermediul plăcilor poroase sau al conductelor cu orificii foarte fine), prin aerare mecanică (aerarea este facilitată de agitatoare mecanice de diferite profile care facilitează creearea de turbulențe locale) sau prin aerare combinată.

Epurarea în instalații cu film biologic (filtre biologice). Cultura de microorganisme se dezvoltă pe un suport inert din punct de vedere biologic, care asigură o suprafață de contact mare, și are de asemenea o permeabilitate mare la trecerea apei uzate. Drept suport inert se pot folosi următoarele materiale: zgura, pietriș, cocs, materiale ceramice și plastice (Dima, 1981).

Epurarea fizico-chimică precede etapa de epurare biologică și realizează eliminarea unor poluanți care, în condiții normale, pot încetini sau chiar inhiba acest proces. În funcție de caracteristicile apoi uzate, se pot aplica în etapa de epurare fizico-chimică următoarele operații și procese unitare: coagularea, flocularea și precipitarea chimică ce au ca scop eliminarea coloizilor, a metalelor grele, solidelor in suspensie, sulfurilor în exces.

Procese de epurare avansată pentru recircularea apelor uzate. Tehnologiile de epurare avansată sunt definite ca fiind: tehnologiile care sunt capabile să elimine poluanții prioritari, cum sunt: compușii organici refractari, compușii organici toxici, coloizi, nutrienți și microorganisme care de obicei nu pot fi eliminați prin aplicarea tehnologiilor convenționale și care permit recircularea efluenților industriali. Oricum, implementarea unor tehnologii de epurare avansată pentru recircularea apelor uzate industriale se bazează, printre altele, pe funcționarea eficientă a proceselor de epurare existente.

Filtrarea biologică aerate cu curgere superioară (Aerated Biological Upflow Filtration – ABF) este o tehnologie care este folosită în prezent cu succes în mai mult de 500 de stații europene de epurare a apelor uzate. Biofiltrarea este un reactor biologic aerat compact și modular, care are mai multe avantaje în comparație cu tehnologiile clasice.

Principalele avantaje ale utilizării biofiltrelor cu biomasa de film fix sunt posibilitățile de adaptare a procesului de tratare biologică la o gamă largă de sarcini de poluare de intrare și variații tehnologice.

Experiențele pe termen lung din aproximativ 500 de stații în funcțiune au arătat că acest sistem are următoarele avantaje: purificarea apelor reziduale, de calitate superioară, cu concentrații scăzute de evacuare; funcția automată completă; consum redus de energie; stabilitate mare a procesului; concept modular; stația ABF poate fi ușor de demontat; potrivită pentru fluctuațiile cantitative din canalizare; adaptare la temperaturi ridicateale apei reziduale.

Procedeul se desfășoară astfel: reactorul este umplut cu un mediu de filtrare granular. Materialul servește, de asemenea, la susținerea mijloacelor destinate creșterii bacteriilor. Apa brută este furnizată de jos în sus (flux ascendent). Pentru a menține condiții aerobe și a permite creșterea bacteriilor aerobice pe material, reactorul este aerat de jos. Curățarea apelor uzate se efectuează prin activitate biologică și filtrare mecanică. Apa curată părăsește reactorul în partea superioară.

Proprietățile fizice ale mediului de filtrare sunt de o mare importanță pentru buna funcționare a biofiltrării. Pentru a face bacteriile să se agațe de mediul de filtrare, asperitatea acestuia din urmă este importantă. Acest lucru exercită, de asemenea, o influență asupra concentrației de biomasă din reactor. Experiența practică în ceea ce privește exploatarea stațiilor arată că lutul ars granular este cel mai potrivit.

Înălțimea materialului din filtru de obicei se situează între 3 și 5 m. Pierderea de material anuală se dovedește a fi de cca. 2 până la 3% pe an. Ca urmare a reținerii solidelor suspendate în filtru, o pierdere de sarcină limitată are loc peste filtru după o anumită perioadă de funcționare. În acel moment, faza de filtrare este finalizată și filtrul trebuie retrospălat pentru a îndepărta solidele în suspensie. La momentul pierderii de sarcină a respălării se ridică la aprox. 40 până la 80 mbar/m, în funcție de materialul de filtrare utilizat.

Retrospălarea este implementat ca o spălare combinată aer/apă. După mai multe minute de spălare doar cu aer, filtrul va fi spălat folosind aer și apă. Pasul final constă în spălarea cu apă pură. Retrospălare necesită cca. 30 până la 40 minute și este, de obicei, efectuată o dată pe zi. Cantitatea de apă necesară pentru retrospălare se află în 3 până la 5% din apa tratată.

Capitolul 2

DESCRIEREA BIOTEHNOLOGIILOR APLICATE LA EPURAREA APELOR UZATE

2.1. Motivarea biotehnologiilor utilizate la procesele de epurare a apelor uzate

Tehnologiile de epurare a apelor uzate se bazează pe o succesiune de procese unitare de natură fizică, chimică și biologică. Pentru realizarea scopului final, acela de reținere și neutralizare a corpurilor minerale și organice dispersate în mediul apos, trebuie să se asigure, încă din etapa de concepție și proiectare, următoarele cerințe:

constituirea unei succesiuni corecte și normale în tehnologia de epurare în conformitate cu debitele și încărcările apei uzate; în acest sens se menționează faptul că nu se poate stabili o schemă general valabilă – proiect tip – deoarece fiecare categorie de apă uzată își are caracteristicile ei specifice locului de proveniență;

corelarea formei și dimensiunile obiectelor din stația de epurare (separator de grăsimi, deznisipator, bazine de aerare etc.) cu echipamentele și cu necesitățile procesului unitar care se desfășoară în acestea; proiectarea unor forme și dimensiuni greșite a obiectului tehnologic fie nu conduce la purificarea apei, fie implică un consum nejustificat de energie și reactivi chimici;

corelarea factorilor de natură hidrodinamică cu cei chimici, fizici și biochimici astfel încât operațiile să se desfășoare în condiții optime tehnologic și eficiente energetic.

În tehnologiile biologice se stabilesc expresii care permit calculul tehnic al procesului unitar pe baza încărcărilor organice exprimate în CBO5. Coeficienții din aceste relații, în special cei de cinetică biochimică, se stabilesc pe baza experimentărilor efectuate în laborator pe culturi pure de bacterii. În practică apar mai multe probleme care fac ca rezultatele estimate prin calcule să difere de realitate:

culturile microbiene sunt mixte – populații mixte de bacterii până la metazoare a căror coeficienți cinetici diferă de cei stabiliți în laborator pe culturi pure;

întreaga activitate microbiană se desfășoară în mediul apos și toate expresiile de calcul nu consideră factorii hidrodinamici – nu există coeficienți care să considere regimul de mișcare din mediul polifazat existent în reactoarele biologice;

actuala metodologie de calcul se bazează pe indicatorul CBO5, care reflectă încărcarea organică din mediul apos, nu corespunde necesităților de programare, control și conducere automată a stațiilor de epurare care impun determinarea valorilor parametrilor operaționali în timp util, real.

Inginerii și biologii au abordat de-a lungul timpului, probleme diferite de natură hidrodinamică și biochimică. În aceste cercetări teoretice, efectuate prin modelarea și simularea proceselor unitare și experimentale, se caută să se dea un răspuns la modalitățile de corelare optimă a acestor factori în scopul optimizării și eficientizării tehnologiei. Cercetarea teoretică permite stabilirea unor corelații optime între factorii geometrici, hidrodinamici, chimici și biochimici deoarece prin simulări se pot studia cazuri mult diferite de realitate. În acest mod se vor obține evoluții ale proceselor care, în mod sigur, vor conduce la zone de optim.

Progresele înregistrate în construcția calculatoarelor, creșterea vitezei de lucru și a memoriei, precum și dezvoltarea unor programe specializate au permis abordarea unor probleme din ce în ce mai complexe.

Procesele biologice, indiferent că sunt aerobe sau anaerobe, sunt, probabil, cele mai complexe din știinta modernă. Aceasta deoarece apar parametri de natură diferită: chimică, fizică, biologică. Pentru modelare se fac considerații fizice, chimice și biologice care apar în ecuațiile care descriu procesul. Studiile efectuate nu au reușit să privească problema reactoarelor biologice în toată complexitatea ei. Astfel, toate reacțiile cinetice de prelucrare a materiilor organice analizează procesul numai pe culturi biologice pure, fără a putea privi totalitatea microorganismelor ce apar și realizează degradarea biologică.

De asemenea, în procesul biologic nu se ține cont de mediul apos în care se desfășoară reacțiile biochimice. Regimul de curgere, gradul de dezvoltare al turbulenței din masa de apă, vitezele și accelerațiile mediului lichid nu intervin sub nicio formă în ecuațiile și cinetica procesului biochimic, deși acesta este mediul de bază.

Modelarea procesului biologic nu poate fi analizată în toată complexitatea sa. Utilizarea modelului propus impune determinarea și folosirea parametrilor cinetici ai procesului tehnologic care variază pentru fiecare caz concret al apei supusă procesului de epurare.

Procesele biotehnologice ce apar în reactoare biologice sunt deosebit de complicate și ca atare este extrem de dificil a face o predicție a evoluției acestora. Numărul de parametri, de reacții care intervin, varietatea speciilor de bacterii este foarte mare și complică foarte mult problema. Din acest motiv o descriere precisă a acestor sisteme complexe este aproape imposibilă. Ca urmare se apelează la modelarea unor procese simple.

Modelele procesului biologic de tip predictiv sau adaptiv sunt potrivite pentru controlul automat al procesului. Ele se elaborează pe baza compoziției, concentrației și activității biologice a populației bacteriene. Modelele de acest tip sunt relativ simple, robuste, răspund rapid la variațiile încărcării organice și ale parametrilor hidraulici.

În modelarea proceselor biologice este foarte important să se descrie compoziția apei uzate. Fiind imposibil să se ia în considerare toți compușii detectabili, aceștia sunt grupați în funcție de caracteristicile lor. În general, în modelarea epurării biologice se disting trei grupe: bacterii, materie organică și compuși ai azotului.

Modelarea și simularea proceselor biologice este una dintre metodele cele mai folosite pentru precizarea influenței factorilor care intervin și determină un proces sau o tehnologie. Procesele biologice pot fi studiate cu costuri reduse și cu suficientă precizie prin modelare matematică. Astfel, au fost dezvoltate și proiectate procese biologice exclusiv prin modelare și simulare, cum ar fi procesul BABE (Bio Augmentation Batch Enhanced). O descriere exactă a proceselor biologice, din toate punctele de vedere, poate conduce la un sistem de ecuații foarte complicat și deci dificil de rezolvat. De aceea, se apelează la simplificări, în limite rezonabile, astfel încât să nu fie alterate structura și evoluția procesului studiat. Nu trebuie să se se uite faptul că modelul matematic reprezintă de fapt o simplificare a realității. Astfel, el poate fi îndepărtat de realitatea naturală, datorită multitudinii parametrilor de natură diferită din care numai o parte poate fi cuprinsă în relațiile matematice, dar el trebuie să descrie procesul cu o anumită acuratețe astfel încât rezultatele să poată fi utilizate practic.

2.2. Soluții inovatoare de îmbunătățire a proceselor de epurare a apelor uzate

In continuare voi prezenta câteva echipamente eficace ce vor contribui la creșterea economică în stațiile de epurare a apelor uzate. Prin acuratețea epurării se vor preveni problemele operaționale ce pot apărea pe mai târziu.

DEGREMONT Technologies oferă o epurare de înaltă performanță a apelor uzate, precum și soluții de tratare a nămolului pentru orice număr de locuitori și pentru orice condiții ale influentului.

2.2.1 Tratarea biologică

Soluțiile de tratare biologică a apelor reziduale cuprind un spectru larg de aplicații. Datorită cerințelor de evacuare foarte stricte în ceea ce privește apele uzate tratate și a progreselor din microbiologie s-a impus găsirea unor soluții prin care să crească randamentul treptei de tratare biologice.

Meteor

Meteor este un reactor biologic conceput pentru a elimina de carbonul și/sau azotul, în care bacteriile se atașează de suporturile mobile. Aceste suporturi din polietilenă, a căror densitate este puțin mai mică decât cea a apei, sunt special concepute pentru a permite colonizarea de durată și stabilă.

Atunci când sunt adăugate la un bazinul de aerare, suprafața internă a acestora permite dezvoltarea microorganismelor.

Fig. 12. Tehnologia Meteor

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Tehnologia METEOR oferă soluții flexibile pentru o multitudine de aplicații în procesele biologice, cum ar fi eliminarea de azot, fosfor, oxigen biologic, amoniac și îmbunătățirea capacității de tratare și reutilizare a apelor uzate.

Fig. 13. Tehnologia procesului Meteor

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Recircularea nămolului asigură o concentrație constantă de bacterii în suspensie în reactor.

Biofor

Filtrele BIOFOR se regăsesc în bioreactoarele aerobe sau anoxice și sunt utilizate pentru dezvoltarea microorganismelor ce se atașează pe acestea. Sunt aplicate în tratarea apelor uzate municipale sau industriale.

Procesul BIOFOR este utilizat în principal pentru îndepărtarea BOD, TSS și reducerea poluarii cu amoniac în tratament secundar și terțiar.

Fig. 14. Bioreactor aerob ce folosește filtrele BIOFOR

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Deoarece BIOFOR este conceput pentru a trata încărcări organice mult mai mari față de sistemele convenționale, unitățile pot găzdui viteze de filtrare mai mari. Unitățile de BIOFOR permit tratarea poluării cu substanțe solubile, precum și separarea solidelor într-un reactor compact, astfel încât nu sunt necesare decantoare secundare.

Efluentul care trebuie tratat intră în mod continuu pe la partea inferioară a reactorului și este distribuit pe întreaga suprafață de filtrare printr-o duză. Apoi, acesta trece prin mediile de filtrare Biolite care păstrează solidele în suspensie. Poluarea cu carbonați și nitrați este eliminată prin reținerea pe biofilm, în timpul ciclului de filtrare.

Numărul de filtre utilizate în procesul de filtrare este proporțional cu fluxul apei de tratat ce intră în stația de epurare. În timpul perioadelor cu debit scăzut, filtrele scoase din uz sunt aerate periodic pentru a menține biomasa în condiții optime. Din moment ce filtrele pot fi scoase din funcțiune atunci când nu este necesară utilizarea lor, costurile de exploatare sunt reduse.

CLEARGREEN

Cleargreen (pentru eliminarea ciclică a amoniacului cu utilizare scăzută de energie) mărește tratarea anaerobă a biosolidelor prin eliminarea supraîncărcării cu azot.

Cleargreen este proiectat pentru a lucra într-un reactor biologic secvențiat (SBR), cum ar fi Cyclor, un reactor DEGREMONT care permite realizarea succesivă a tuturor fazelor de tratament în același rezervor.

Fig. 15. Procesul Cleargreen

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Faza de alimentare, aerisire și de îndepărtare a amoniacului sunt împărțite în subcicluri, iar durata și intensitatea sunt adaptate în funcție de caracteristicile efluentului ce urmează a fi tratat. Procesul de eliminare a amoniacului foloseste bacterii ANAMMOX, prezente în mod natural în mediu. Cleargreen nu necesită adăugarea de biomasă externă pentru a funcționa.

Fig. 16. Ciclul procesului Cleargreen

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Flexibilitate de utilizare: procesul se adaptează în funcție de calitatea efluentului ce urmeaza să fie tratat; controlarea automatizată a procesului; adaptabilitate la variațiile de debit, sarcină și compoziție a efluenților; performanță și dezvoltare durabilă: instalarea spontană a biomasei; nu necesită agenți reactivi, cum ar fi carbon extern; contribuie la conservarea resurselor energetice; reglarea automată a alimentării cu aer = control al consumului de energie.

DENIFOR

Fig. 17. Sistemul DENIFOR

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Denitrificarea și filtrarea eficientă ultra-înaltă cu ajutorul sistemului DENIFOR utilizează un mediu cu suprafață mare pentru a favoriza dezvoltarea bacteriană, asigurând îndepărtarea eficientă a azotului.

Bazat pe tehnologia BIOFOR, sistemul oferă denitrificare biologică și îndepărtarea solidelor suspendate într-o singură etapă.

Procesul implică permite efluentului secundar să curgă prin gravitație pe un mediu care are o populație biologică mare, Biolite, care produce un efluent care îndeplinește cele mai înalte standarde tehnologice. Avantajul Biolite este că ajută la reducerea cheltuielilor de capital. Prin natura curentului descendent al sistemului se asigură o excelentă captare a solidelor în suspensie și rate ridicate de îndepărtare a azotului.

Fig. 18. Prezentarea procesului Denifor

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Prin eliminarea extrem de eficientă de nitrați și solide în suspensie într-o singură etapă, acest produs reprezintă o alternativă excelentă pentru tratament terțiar care oferă o capacitate excelentă de îndepărtare a poluanților precum și reducerea semnificativă a costurilor.

HYBACS

Procesul HYBACS este un sistem hibrid inovator de îndepărtare a nutrienților prin nămol activ și folosește o tehnologie economică potrivită stațiilor de epurare a apelor uzate urbane și industriale.

Procesul constă în două etape biologice urmate de decantare:

1. Prima etapă cuprinde unități SMART, cu biomasă atașată.

2. A doua etapă este un proces cu nămol activ, cu biomasă suspendată.

Unitățile SMART sunt un tip de reactor biologic cuprinzând plăci fixate pe o structură rotativă. Plăcile sunt fabricate dintr-o rețea cu o porozitate de 95%, ceea ce produce un mediu biologic care conține regiuni aerobe, anaerobe și anoxice. Acestea favorizează depunerea unei cantități mari de biomasă atașată cu activitate diversificată, asigurând astfel o capacitate ridicată de tratament.

Biomasa se scurge parțial printre plăcile rotorului, la fel ca amestecul lichid de poluanti și debitul de aer de convecție dintre plăci. Astfel, în funcție de cum se rotesc plăcile, biomasa este aerată din atmosferă, atunci când se află deasupra lichidului, și este adusă în contact cu poluanții atunci când e scufundată. Datorită acestui flux de convecție realizat prin transferul de poluanți și oxigen cu biomasă, crește gradul de utilizare și activitatea acesteia.

Fig. 19. Structura rotativă a unității HYBACS

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

iBIO

Sistemul de tratare biologică a apelor reziduale iBIO integrează reactoare biologice, cu decantoare DEGREMONT și agenți de îngroșare a nămolului pentru tratarea apelor reziduale prin îndepărtarea de nitrați, metale grele, amoniac, și consumul biochimic de oxigen (CBO).

Fig. 20. Linia sistemului de tratare biologică a apelor reziduale prin procesul iBIO

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

ULTRAGREEN

Ultragreen este un proces de tratare a apelor uzate (menajere și industriale) de ultrafiltrare cu ajutorul membranelor cu pereți plați. Ultragreen combină tratarea biologică cu filtrare prin membrană pentru a controla astfel mai bine substanțele nutritive și separarea solidelor de apă.

Membrane de decantare pentru apele uzate urbane

Similar cu procedurile de tratare a apei pentru a produce apă potabilă, tehnica de separare cu membrană utilizată în tratarea apelor uzate urbane este o barieră fizică reală la impurități și germeni patogeni.

Pentru a atinge același obiectiv în ceea ce privește calitatea apei, membranele pot fi utilizate pentru a înlocui mai multe etape de tratament convențional. Compactitatea proceselor cu ajutorul membranei, permit construirea unor instalații de mici dimensiuni și procese modulare ce pot fi instalate în diferite stații de epurare.

Membrane ultrafiltrante

Orice material care are o formă de film subțire (0,05 mm până la 2 mm) și proprietatea de a asigura rezistență selectivă la transferul diferitelor componente ale unui fluid lichid sau gazos este o membrană care poate fi folosită pentru a separa elemente (particule, substanțe dizolvate, sau solvenți) prezente într-un fluid.

Membranele ultrafiltrante, cu dimensiuni ale porilor cuprinse între 1 și 100 nm, permit trecerea sărurilor minerale și moleculelor organice cu greutate moleculară mică, însă opresc macromoleculele, precum și elementele cum ar fi virusuri, bacterii și coloizi. Acestea asigură eliminarea totală de solide în suspensie (SS), care produc turbiditate fără a modifica compoziția de sare a apei.

Fig. 21. Structura membranelor ultrafiltrante

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Bariera fizică creată de membrane face posibilă controlarea filtrării și calității de solide în suspensie respinse, spre deosebire de separarea dinamică într-un rezervor de decantare unde există întotdeauna posibilitatea unei ”scurgeri” de solide în suspensie și, prin urmare, riscul de denitrificare.

Atât timp cât există concentrație și presiune constantă, reducerea fluxului ce poate apărea în timp, poate duce la blocarea completă a membranei: un fenomen cunoscut sub numele de înfundare.

Fig. 22. Graficul filtrarii in functie de timp

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Colmatarea se datorează formării unui depozit coloid pe suprafața membranei, prin adsorbția diverselor substanțe dizolvate în pori, dar, de asemenea și prin formarea de precipitate pe membrană (sulfat feric, de exemplu). Prima este în esență reversibilă prin spălare în contracurent (operație care implică inversarea presiunilor pentru a trimite apa produsă prin membrană și spălarea depozitului coloidal) sau prin măturarea suprafeței (”relaxare”) membranei, fără filtrare. Cu toate acestea, spălarea sau creșterea vitezei de rotație nu are niciun efect asupra adsorbției sau a formării de precipitat; numai un tratament chimic adecvat va putea curăța apoi membrana.

Structura membranei

La separarea prin membrana ultrafiltrantă, unitățile de separare, numite ”module”, sunt proiectate pentru a atinge două obiective esențiale:

Gruparea membranelor în module compacte, care oferă o suprafață de schimb maxim pe unitatea de volum;

Asigură circulația suficientă de lichid care trebuie tratat cu ajutorul membranei, pentru limitarea depunerilor de particule.

Fig. 23. Modularitatea membranei

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

În cazul limpezirii apelor uzate, există două tipuri principale de module:

module de membrană din fibre Hollow – fibre tubulare, cu un diametru de 0,6 până la 2 mm, care sunt produse prin extrudarea materialului membranei prin matrițe inelare. Structura lor le permite să se ridice la presiunile interne sau externe necesare pentru utilizarea lor. Aceste fibre sunt apoi grupate în module, care rezistă la contracurent. In timpul tratamentului apelor uzate, fluidul de tratat circulă în afara fibrelor, iar permeatul este colectat la unul sau ambele capete ale fibrelor. Modulele sunt scufundat direct în apa de tratat, iar filtratul aspirat prin fibră este plasat în vid parțial (0.2-0.6 bar, sau de 20.000 la 60.000 Pa).

module de membrană plata tip Flatsheet – în acest caz, membrana apasă în jos pe cele două părți ale unei structuri plane servind ca centru de sprijin. Fluidul de tratat circulă prin membranele a două plăci adiacente. Stratul de lichid dintre plăci este de aproximativ 7 mm. Permeatul este colectat sub un vid în șanțurile plăcilor. Acestea oferă suport mecanic pentru membrane și asigură drenajul permeatului. Plăcile de susținere ale membranelor sunt de asemenea, asamblate în module compacte. Prin aranjarea modulelor este permisă circulația în paralel. Prin urmare, pot fi formate grupuri de unități pe o suprafață de până la 140 m².

Fig. 24. Membrana Flatsheet cu structură plană

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Aplicarea membranelor bioreactoare (MBR)

Membranele ultrafiltrante pot înlocui încărcăturile suspendate sau atașate, decantările aerobe sau anaerobe pentru separarea flocoanelor și bacteriilor nefloculate din apa
tratată.

Aplicarea membranelor bioreactoare îmbină diminuarea poluării prin activitate biologică și filtrare temeinică în unități compacte.

Decantarea cu ajutorul MBR are urmatoarele avantaje:

Siguranța unei limpeziri foarte bune, indiferent de starea nămolului și indicele acestuia, prin faptul că membranele pot reține bacteriile nefloculate și produc un efluent ce nu conține niciun material în suspensie (turbiditate < 1 NTU);

dezinfectarea efluentului (absența agenților patogeni, cum ar fi bacterii sau virusuri);

posibilitatea de a crește concentrația biomasei purificatoare între 6 și 12 g/l (când nu mai este activă decantarea). Acest lucru face ca încărcătura masei echivalente să reducă turația aeratorului cu 2-4 trepte;

lipsa unui decantor și a unui aerator de mici dimensiuni presupune costuri mai mici în ceea ce privește construcția unei stații de tratare;

prin trecerea prin membrană sunt reținute și distruse treptat anumite macromolecule metabolice, rezultând în final un COD (consumul chimic de oxigen) semnificativ mai mic, care se obține și prin metoda clasică a nămolului activ.

Fig. 25. Comparație între linia clasică cu nămol activ și cea care utilizează membrane bioreactoare

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Prezentarea procesului

Ultragreen este un proces de tratare a apelor uzate realizat de catre DEGREMONT
care combină combaterea poluării folosind activitate biologică și decantarea prin membrane cu lamele plane ultrafiltrante.

După ce este strecurată printr-o plasă fină, apa de purificat este trimisă la un rezervor de reacție în cazul în care aceasta intră în contact cu masa biologică purificatoare.

Membranele sunt scufundate într-un tanc separat în lichidul biologic. Lichidul biologic este filtrat prin aspirație de către membranele ultrafiltrante prin utilizarea unei pompe sau prin presiunea hidraulică asupra membranei.

Membranele țin locul decantării clasice și al oricărei alte filtrări terțiare. Lichidul biologic este circulat între cele două rezervoare. Ultragreen funcționează prin cicluri de filtrare.

Fig. 26. Prezentarea procesului Ultragreen

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Membranele Ultragreen au prag energetic de 0,08μm, ceea ce le creează o barieră puternică pentru eliminarea bacteriilor și pentru reducerea coliformi fecali. Calitatea apei tratate este excelentă din punct de vedere a suspensiilor solide și a turbidității.

Fig. 26. Structura porilor membranei Ultragreen

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

2.2.2 Tratarea mecanică

Decantoare

Accelator – folosește principiul de recirculare internă a nămolului pentru a accelera reacțiile chimice și creșterea densității particulelor. Funcțiile de amestecare și de reacție, fluxul de întoarcere și de îndepărtare a nămolului sunt efectuate într-o unitate cu un singur bazin, care necesită mai puțin de jumătate din volumul sistemelelor convenționale cu mai multe bazine.

Fig. 27. Decantorul tip Accelator

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Superpulsator – combină principiile chimice de bază și tehnologiile moderne de decantare, care oferă o eficiență maximă. Designul unic combină funcțiile de floculare și de decantare într-un singur bazin pentru utilizarea optimă a spațiului. Vacumul generează pulsații de debit care au creat un strat de nămol omogen, rezultând calități excelente ale efluentului cu costuri minime de operare.

Fig. 28. Decantorul tip Superpulsor

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

DensaDeg – decantorul cel mai robust, versatil din industria apelor uzate de pe piață. Acest sistem performant combină flocularea optimizata, recircularea solidelor interne și externe și îngroșare în două vase unite pentru a maximiza încărcarea hidraulică și eficiența de tratare a apei.

Fig. 29. Decantorul tip DensaDeg

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

AquaDAF este un decantor ce folosește flotația cu aer dizolvat pentru suprafețe cu turbiditate scăzută și ape încărcate cu alge. Flotația cu aer dizolvat (DAF) este o soluție excelentă pentru decantarea algelor și a solidelor cu densitate scăzută din apa de tratat, ce nu pot fi îndepărtate eficient cu sedimentare. Decantorul AquaDAF combină flotația convențională cu aer dizolvat cu mai multe componente îmbunătățite, inclusiv sistemul unic de colectare a efluenților.

Fig. 30. Decantorul AquaDAF

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Filtre

Greenleaf este un filtru de control ce utilizează tehnologia sifon cu întreținere redusă pentru a controla funcționarea mai multor filtre gravitaționale pe suporturi granulare. Designul unic elimina conductelor și vanelor voluminoase, precum și alte instrumente complexe, oferind un preț scăzut de operare.

Toate modificările cu privire la debit se realizează treptat, pentru a elimina șocurile și supratensiuni care pot afecta patul de filtrare. Curgerea este împărțita în mod egal între filtrele de operare utilizând sisteme hidraulice simple – nu sunt necesare regulatoare mecanice de debit.

Fig. 31. Filtre Greenleaf

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Ferazur/Mangazur/Nitrazur este un proces biologic de filtrare pentru îndepărtarea de fier, mangan, arsenic, amoniac și nitrați din surse de apă subterane. Precipitatul este îndepărtat prin utilizarea Biolite "S", suporturi noastre special dezvoltate, care nu necesită înlocuire. Bacteriile rămân în mediul de cultură, chiar și după spălare, pentru a putea permite funcționarea continuă pentru perioade de timp nedefinite.

Fig. 32. Filtre Ferazur/Mangazur/Nitrazur

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Digestoare pentru biosolide

Cannon Mixer este un mixer de fermentare anaerobă. Folosind bule mari distincte, Mixer Cannon combină amestecare integrală și încălzirea într-un singur tanc. Rezultatul este o reducere a solidelor volatile și a volumului de nămol, fiind mai mare producția totală de gaze și îmbunătățirea deshidratarii nămolului.

Cannon Mixer folosește bule mari cu piston – dovedită a fi cea mai eficientă utilizare a energiei pentru deplasarea fluidului – pentru a agita conținutul de fermentare și pentru o bună evoluție din punct de vedere economic.

Fig. 33. Digestorul Cannon Mixer

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Uscarea

Heliantis reprezintă procesul de deschidratare a nămolului prin expunerea la soare, în urma căruia se obține un produs solar de uscare a nămolului deshidratat într-un produs uscat și granulat pentru reutilizarea în agricultură și pentru producerea de energie termică.

Fig. 34. Procesul Heliantis de deshidratare a nămolului

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Oxidarea

Thermylis reprezintă procesul de oxidare termică, fiind o tehnologie durabilă de eliminare a nămolului. Este extrem de eficient, nu degajă miros neplăcut și poate genera căldură utilă pentru producerea de abur sau electricitate.

Depozitarea pe teren a nămolului provenit din stațiile de epurare se supune unor reguli foarte stricte de manipulare a acestuia și de aceea este acceptată metoda de incinerare cu pat fluidizat pentru eliminarea nămolului. Într-un incinerator cu pat fluidizat, apa este evaporată și materialele organice sunt arse, eliminarea mirosurilor și reducerea nămolului la o cantitate mult mai mică de cenușă inertă (la nivelul de 7% în greutate).

Fig. 35. Procesul de oxidare termică Thermylis

Sursa: http://www.degremont-technologies.com

Capitolul 3

PREZENTAREA SOLUȚIEI DE STUDIU

3.1. Descrierea generală a proiectului

Așezarea geografică a localității:

Drochia

Numărul de locuitori:

sectorul A: 65.000 locuitori

sectorul B: 49.000 locuitori

sectorul C: 30.000 locuitori

sectorul necanalizat: 4.900 locuitori.

Debitul specific de ape uzate:

sectorul A: 195 l/(om·zi)

sectorul B: 360 l/(om·zi)

sectorul C: 95 l/(om·zi)

sectorul necanalizat: 25 l/(om·zi).

Coeficientul de variație zilnică a debitelor de apă uzată menajeră:

kor,max=1,23 kzi,max=1,3

kor,min=0,67 kzi,min=0,75

Temperatura apelor uzate menajere, ºC:

medie de iarnă – 11ºC

medie de vară – 25ºC

medie anuală – 15 ºC

Debitul zilnic mediu de ape uzate industriale, m3/d:

Coeficientul de variație orară a debitului de ape uzate industriale:

Indicatorii gradului de poluare a apelor uzate industriale:

;

;

Temperatura, ºC: medie de iarnă – 22ºC

medie de vară – 13ºC

medie anuală – 16ºC.

3.2. Determinarea debitelor de calcul de apă uzată

Dimensionarea instalațiilor din cadrul stației de epurare se efectuează în funcție de debitul orar maxim de apă uzată, iar debitele medii și minime servesc la dimensionarea canalelor, conductelor, jgheaburilor și la diferite verificări.

Calculele se efectuează utilizînd relațiile:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

în care:

debitul zilnic mediu de ape uzate, ;

debitul specific de ape uzate corespunzător fiecărui cartier, l/(om·zi);

numărul de locuitori;

debitul zilnic maxim respectiv minim de ape uzate, ;

coeficientul de variație zilnică a debitului de apă uzată menajeră, respectiv industrială; (date inițiale)

debitul orar mediu de ape uzate, ;

debitul orar maxim respectiv minim de ape uzate, ;

coeficientul de variație orară a debitului de apă uzată menajeră, respectiv industrială;

Pentru apele uzate menajere se adoptă conform tab.2 [1], în funcție de debitul mediu exprimat în l/s:

Tabel 1. Debitul mediu de apă uzată și coeficienții de variație orară

Pentru , prin interpolare determinăm:

, .

Tabel 2. Debitele de calcul ale apelor uzate

Debitele de calcul ale stației de epurare

Debitul zilnic maxim, ;

Debitul orar maxim, .

Debitele de verificare

Debitul orar minim, .

3.3. Determinarea concentrațiilor de poluanți în apele uzate

Principalii parametri – indicatori ai gradului de poluare al amestecului de ape uzate necesari pentru calculul instalațiilor de epurare sunt:

Materiile în suspensie (MS);

Consumul biochimic de oxigen (CBO);

Acești parametri sunt diferiți pentru apele uzate menajere și cele industriale. Din cauza lipsei datelor analizei fizico – chimice a apelor uzate menajere recurgem la un calcul al acestora în baza cantității specifice de poluanți ce revin unui locuitor utilizator al sistemului de canalizare.

Calculul se efectuează conform relațiilor:

1) Pentru sectoarele canalizate:

W (7)

în care:

cantitatea specifică de poluanți, se determină coform tab.25 [1]:

Pentru MS − ;

Pentru CBO − ;

debitul specific de ape uzate corespunzător fiecărui cartier, l/(om·zi);

2) Pentru sectoarele necanalizate cantitatea specifică de poluanți este egală cu 33% din a:

(8)

Concentrațiile poluanților în apele industriale sunt în datele inițiale. În amestecul de ape uzate concentrațiile poluanților se calculează ca medie ponderată cu formula:

(9)

Toate calculele sunt prezentate în tabelul 3.

Tabelul 3. Calculul concentrațiilor poluanților

Concentrația de MS la intrarea în stația de epurare constituie 294 mg/l.

Concentrația de CBO la intrarea în stația de epurare constituie 250 mg/l.

3.4. Calculul temperaturilor medii ale apelor uzate

Temperatura apelor uzate este un factor important care influențează eficiența epurării biologice și dizolvarea oxigenului în apă.

Stabilirea temperaturii (medie în timp de iarnă , medie în timp de vară , medie anuală ) în volumul sumat de apă uzată se efectuează cu relația:

(10)

Calculele sunt înscrise în tabelul 4.

Tabelul 4. Calculul temperaturilor medii ale apelor uzate

3.5. Determinarea numărului fictiv de locuitori

Numărul fictiv reprezintă suma reală de locuitori din localitate și a numărului echivalent.

Numărul echivalent reprezintă numărul de locuitori care echivalează cantitatea de impurități, evacuate în rețeaua de canalizare publică de apele uzate industriale.

Cu ajutorul numărului fictiv de locuitori vor fi determinate cantitățile de rețineri și nămol, cunoscând concentrațiile aferente pentru un locuitor în funcție de instalația ce urmează a fi dimensionată.

Calculele se efectuează cu următoarele relații ținîndu-se cont de concentrația de materii în suspensie și substanțe organice exprimate prin CBOtotal .

(11)

în care:

reprezintă suma dintre sectoarele A,B,C și cel necanalizat:

;

(12)

Se echivalează întreprinderea industrială cu numărul de locuitori, care ar însemna cantitatea de poluanți în apele uzate industriale.

Pentru MS, , unde ;

;

.

Pentru CBO, , unde ;

;

.

Calculul numărului de locuitori fictivi (convenționali), se găsește în tabelul 5.

Tabel 5. Calculul numărului de locuitori fictivi

3.6. Calculul gradului necesar de epurare

În conformitate cu cerințele directivei Uniunii Europene referitoare la apele uzate orășenești, stația de epurare se calculează pentru obținerea unui efluient, cu următoarele caracteristici:

;

;

;

.

3.7. Alegerea metodei și schemei tehnologice a stației de epurare

Metoda de epurare a apelor uzate se adoptă conform recomandărilor în funcție de gradul necesar de epurare. Deci, metoda de epurare aleasă este mecanică + biologică completă, este prezentată în fig.1.

Alegerea schemei tehnologice a stației de epurare, a setului de instalații, care asigură gradul de epurare necesar și tratarea nămolurilor, se efectuează în funcție de debitul și caracteristicile fizico – chimice ale apei uzate.

Prin schema tehnologică a stației de epurare se urmărește îndeosebi, evidențierea proceselor tehnologice adoptate pentru epurarea apei în baza gradului de epurare necesar, precum și unele precizări, privind modul de tratare a nămolurilor provenite din treapta mecanică sau biologică de epurare.

Fig. 37. Schema tehnologică de epurare a apelor uzate

6.

3.8. Descrierea fluxului tehnologic al apelor uzate

Apele uzate ale localităților sunt refulate prin intermediul stației de pompare principale prin două conducte de presiune la stația de epurare. Stația de pompare este dotată cu grătare rare pentru protecția pompelor.

La stația de epurare, primul element amplasat la cota cea mai înaltă este camera de recepție care joacă rolul și de disipator de energie a apei refulate.

Din camera de recepție, prin canale de legătură apa uzată se mișcă gravitațional parcurgând consecutiv instalațiile de epurare.

Pentru epurarea apelor uzate de materiile în suspensie sunt prevăzute instalațiile treptei mecanice. Inițial apa este trecută prin grătare dese pentru reținerea materiilor grosiere, apoi urmează deznisipatoarele care au menirea de a reține materiile în suspensie de proveniență minerală cu prioritate a particulelor de nisip. Materiile în suspensie de proveniență organică sunt eliminate parțial în decantoarele primare.

Ținînd cont că decantoarele primare asigură numai 50 % eficiență eliminare MS, iar cerințele normativelor de proiectare prescriu că în treapta biologică apele uzate epurate mecanic nu trebuie să conțină mai mult de 150 mg/l MS. Este necesar ca decantarea primară să fie intensificată pentru a asigura o eficiență de epurare mecanică egală cu:

Pentru a asigura eficiența de epurare de 66 % prevedem intensificarea prin aerare a apelor uzate cu adaos de nămol activ în exces în calitate de coagulant natural.

Epurarea biologică se adoptă în instalații cu epurare artificială folosind microflora crescută în condiții speciale (cu asigurarea condițiilor aerobe și a concentrațiilor mari de biomasă).

După instalațiile de epurare bilogică propriu – zise se prevăd decantoarele secundare (de regulă de același tip ca și cele primare), care au menirea de a separa microflora de apa uzată epurată. Nămolul activ separat este recirculat în BANA pentru a menține doza necesară de biomasă în instalație. O parte din nămolul activ separat (nămolul activ în exces sau surplusul de biomasă) trebuie eliminat din circuitul nămolului activ.

În treapta biologică se asigură primordial eliminarea CBO, dar și a MS reziduale pînă la 15÷20 mg/l.

După epurarea biologică care de fapt definitivează eliminarea celor doi indicatori de poluare MS și CBO se prevede dezinfecția apelor uzate epurate pentru prevenirea răspândirii bolilor infecțioase prin intermediul apei.

Pentru dezinfecție se prevede o stație clor care este menită pentru prepararea soluției de clor și dozarea clorului în apă cu asigurarea concentrației necesare de clor și condiția de o concentrație de clor rezidual în apă, o cameră de amestec a soluției de clor cu apa tratată care de regulă mai joacă rolul de debitmetru. Pentru aceasta se folosesc canale înguste cu salt hidraulic de tip Parshall sau Venturi care asigură amestecul. Timpul de contact al clorului cu apa uzată de minim 30 minute se asigură în bazinele de contact care constructiv reprezintă unul din tipurile de decantoare (verticale sau orizontale longitudinale). După bazinele de contact apa este deversată în emisar.

3.9. Fluxul tehnologic al nămolului

Reținerile de pe grătarele cu bare se acumulează în containere și se transportă la locurile de depozitare sau gunoiște.

Nisipul reținut în deznisipatoare se evacuează cu ajutorul hidroelevatoarelor pentru care se prevede alimentare cu apă industrială, se pompează la platformele de nisip dotate cu un sistem de drenaj unde este deshidratat și periodic curățat și utilizat în diferite scopuri.

Nămolul primar împreună cu nămolul secundar, care în cazul BANA este supus îngroșării, se stabilizează în fermentatoare anaerobe cu degajare de biogaz, iar apoi nămolul fermentat este evacuat pe platformele de uscare a nămolului pentru deshidratare.

Nămolul deshidratat se utilizează prioritar în calitate de îngrășământ organic după o depozitare de cîteva luni pentru dehelmintizare care are loc în rezultatul unor procese biotermice (copostare).

Capitolul 4

MEMORIU TEHNIC DE CALCUL

4.1. Calculul instalațiilor de epurare mecanică a apelor uzate

Epurarea mecanică constă în reținerea prin procedee fizice sau mecanice a impurităților insolubile, care se numesc materii în suspensii (MS).

În acest scop sunt folosite următoarele stadii de epurare mecanică: degrosisarea (eliminarea materiilor grosiere); sedimentarea materiilor minerale; sedimentarea materiilor organice.

Conform schemei tehnologice adoptate pentru epurarea mecanică sunt prevăzute:

grătare tăietoare (cominutoare) – pentru degrosisarea apelor uzate;

deznisipatoare orizontale circulare – pentru eliminarea materiilor în suspensie de proveniență minerală;

limpezitoare cu aerare naturală.

4.1.1. Camera de recepție / Disipatorul de energie

Prima instalație în fluxul tehnologic al apelor este camera de recepție (disipătorul de energie) fig.38. Aceasta are menirea de a liniști fluxul de apă refulat de stația de pompare pentru a-l trece în curgerea liberă gravitațională prin canale deschise spre instalațiile de epurare.

Conform debitului de calcul orar maxim, alegem construcția tip a camerei de recepție, disipare e energiei, cu următorii parametri:

Fig.38. Camera de recepție / disipator de energie:

a – cu aducția apelor printr-o conductă de presiune; b – cu aducția apelor prin 2 conducte de presiune; 1 – camera / cămin de recepție / disipator de energie; 2 – conducte de presiune; 3 – canal de legătură cu instalațiile de epurare ulterioară; 4 – suport (stâlpi de reazem).

4.1.2. Calculul hidraulic al canalelor de legătură între obiectele stației de epurare

Din camera de recepție, apele uzate se îndreaptă spre instalațiile de epurare prin canale de legătură gravitațional. Dimensionarea canalelor de legătură se efectuează prin calculul hidraulic. Calculul hidraulic trebuie țină cont următoarele condiții:

Pentru, se aleg dimensiunile canalelor, b(lățimea, m), h/b (gradul de umplere) pentru o pantă oarecare – i, cu condiția că viteza de autocurățare la , b și i rămînînd fixe la variația debitelor.

Rezultatele calculului hidraulic se înscriu în tabelul 6:

Tabelul 6. Rezultatele calculului hidraulic

4.1.3. Sitele

Sitele sunt destinate să rețină particule mai mici decât acelea care sunt reținute pe grătare, dar au o eficiență mult mai ridicată. Ele au mărimea ochilor între 0,25 mm până la 6 mm. Sitele se divizează în site statice și mobile, iar după construcție sunt plane și sub formă de tambur – fixe sau rotative.

In prezent firmele producătoare confecționează de obicei site de formă cilindrică, care se montează direct în canale de aducție sau în rezervoare. Sitele realizează funcții de separare, extragere și deshidratare într-un singur sistem integrat. Materialul reținut și evacuat are un conținut solid de până la 40% substanță uscată.

Datele necesare pentru alegerea stației HUBER-ROTAMAT, prezentată în diagramă:

Fig. 39. Diagrama pentru alegerea instalației de sitare Huber-Rotamat

Caracteristicile unei instalații de sitare automată din oțel inoxidabil HUBER-ROTAMAT Ro2:

Diametrul tambururlui : 2000mm;

Debit: 800,14l/s;

Puterea instalată, inclusiv instalația de încălzire pentru funcționare la C: 1,5 Kw;

Eficiența de reținere :97%

Grad de deshidratare a materialului reținut 35…50%

Lumina sitei, e=4mm

Turația 4,6 rot/min

Fig. 40. Instalația de sitare

Componenta retinerilor de la degrosisare apelor uzate orasanesti, pentru site cu marimea orficiilor 4mm, continutul materiilor componente: 4,6 .

Procedeu de determinare a cantității de rețineri pe site:

; unde: -cantitatea impurităților retinute, substanță uscată;

– capacitatea stației de epurare, ;

;

; (14)

l/zi;

4.1.4. Deznisipatoarele

Pentru eliminarea particulelor solide minerale (nisip ș.a.) cu diametrul peste 0,15…0,25 mm servesc deznisipatoarele, care se amplasează în aval de grătare și în amonte de decantoarele primare sau stația de pompare a apelor uzate.

Pot fi prevăzute următoarele tipuri de constucții de deznisipatoare: orizontale, longitudinale sau circulare; turbionare, aerate; turbionare, cu aducție tangențială a apei.

Alegerea tipului de deznisipatoare se face ținând cont de debitul de ape uzate, schema tehnologică de epurare a apelor uzate și de tratare a nămolurilor, proprietățile materiilor solide în suspensie, soluțiile de amplasare a instalațiilor etc.

Calculul deznisipatoarelor tangentiale

Calculul deznisipatorului tangențial se efectuează reieșind din condiția asigurării încărcării hidraulice , la un debit maxim de ape uzate, egală cu 110 m3/(m2·oră) [1].

Adîncimea hidraulică de calcul se adoptă egală cu jumătate din diametrul unui compartiment al deznisipatorului .

Aria unui compartiment al deznisipatorului ,m2, se determină din formula:

, (15)

în care:

– aria unui compartiment al deznisipatorului, ;

– debitul maxim de ape uzate, se adopta din tab.1, ;

– debitul maxim de ape uzate, egala cu 110 [2];

– numarul deznisipatoarelor, unitati ;

;

Diametrul fiecarui compartiment , m, trebuie sa fie :

(16)

m;

Adoptăm diametrul tip al deznisipatorului de 4 m.

;

Pentru acumularea sedimentului serveste baza conica a deznisipatorului. Inaltimea ei , m, se determina cu expresia:

, m; (17)

,m;

Volumul partii conice , se determina cu formula:

; (18)

Umplerea partii conice a deznisipatorului se va efectua timp de (zile):

; (19)

In care :

– volumul nisipului retinut, /zi, se determina din formula:

(20)

In care:

– cantitatea specifica de nisip, l/(omzi), se adopta conform indicatiilor din tabelul 9, egala cu 0,02 l/(omzi);

– numarul fictiv de locuitori considerat dupa concentratia de materi in suspensie [1].

(21)

;

Nisipul se evacueaza cu ajutorul hidroelevatoarelor pe platformele de nisip. Debitul apei industriale se determina din formula:

(22)

In care:

– consumul specific al fluidului activ pentru hidroelevatoare, care constituie 1-1,5 /zi;

Fig.41. Deznisipator tangențial cu pîlnie de apă turbionară

1 – bașă de nămol; 2 – deversor lateral mobil; 3 – tub telescopic;

4 – zona activă / utilă; 5 – dop / capac; 6 – șnec / melc transportor;

7 – gaură de evacuare a particulelor organice spălate; 8 – motor reductor;

9 – jgheab / canal de evacuare; 10 – canal de alimentare.

Calculul platformelor de nisip

Deshidratarea nisipului, evacuat din deznisipatoare, se face pe platformele de nisip, amplasate în vecinătatea deznisipatoarelor, care reprezintă sectoare de pămînt îngrădite cu diguri și dotate cu sistem de drenaj, pentru evacuarea apei separate.

Fig.42. Platformă de nisip

Dimensionarea platformelor de nisip se efectuează în baza încărcării hidraulice cu relația:

, (23)

.

În scopul asigurării umplerii paturilor cu pulpa de nisip și evacuării nisipului deshidratat, numărul de paturi trebuie să fie nu mai mic de două. Paturile se recomandă de adoptat pătrate în plan cu îngrădire din ramblee de pămînt, de înălțimea .

Determinăm lățimea unei platforme de nisip:

(24)

.

Am adoptat doua platforme de nisip cu laturile 16×16 m, cu o panta de 0,02.

4.1.5. Decantoarele primare

Decantoarele primare încheie fluxul tehnologic al treptei mecanice (al epurării primare) și au rolul de a reține din apele uzate materiile în suspensie separabile gravitațional, care nu au fost reținute în desnisipator. Efluentul decantoarelor primare, în cazul unei epurări biologice ulterioare, nu trebuie să conțină materii în suspensie ce depășesc concentrația de 150 mg/l.

Pentru efectuarea calculelor trebuie să determinăm eficiența necesară de limpezire de care va depinde timpul de sedimentare în decantoarele primare.

Concentrația de MS la intrarea în stația de epurare constituie 294 mg/l.

Calculul decantoarelor primare

1. Calculăm eficiența necesară de limpezire a apelor uzate:

(25)

in care:

-este concentratia medie a materiilor in suspensie , ,in amestecul apelor uzate menajere si industriale ,influente in statie de epurare.

-concentratia normata a materiilor in suspensie in apa uzata limpezita, .

2. Calculăm viteza de sedimentare a particulelor de MS, care trebuie reținute în decantoarele secundare pentru a asigura eficiența necesară de 65 %.

(26)

în care:

adâncimea utilă a compartimentului de decantare, adoptăm ;

coeficientul de folosire utilă (randamentul hidraulic) al spațiului de decantare, se adoptă ;

durata de decantare corespunzătoare eficienței necesare de eliminare a materiilor în suspensie, obținută experimental în cilindri de laborator cu înălțimea de hlab=500mm, conform tab.13 [4] adoptăm ;

înălțimea standard a cilindrilor de laborator utilizați pentru determinarea curbelor de sedimentare, egală cu 0,5 m;

n – exponentul puterii, care este în funcție de proprietățile particulelor de materii în suspensie de a se aglomera pe parcursul sedimentării; se determină experimental în cilindri de laborator de diferite înălțimi conform unei metodologii speciale. Valoarea exponentului n se adoptă în funcție de concentrația inițială de materii în suspensie și eficiența decantării, conform tab.14 [4], n=0,2.

.

Dimensionăm diferite tipuri de decantoare primare, pornind de la eficiența necesară de limpezire de 50% , e nevoie de intensificarea decantării primare.

În cazul decantoarelor verticale adoptăm construcția modificată – limpezitoare cu aerare naturală, iar în cazul celor orizontale longitudinale și radiale adoptăm preaeratoare în amonte de decantoarele primare.

Incarcarea superficiala, , se determina cu relatia:

sau ; (27)

In care:

– debitul de calcul de ape uzate, ;

– aria suprafetii orizontale utile de decantare, , si trebuie sa indeplineasca conditia:

; (28)

;

Timpul de decantare corespunzator debitului de calcul se recomanda sa fie de minim 1,5 h.

Dimensionarea compartimentelor de decantare se efectueaza conform relatiilor:

pentru decantoare radiale:

,m (29)

m.

In cazul adoptarii unor dimensiuni –tip ale decantoarelor primare,capacitatea acestora poate fi determinata in functie de eficienta necesara si dimensiunile adoptate ,cu relatia:

pentru decantoare radiale:

, ; (30)

=24 , =4 , =0,85 , =0 , =0,45;

, ;

Calculul decantoarelor orizontale radiale

Determinăm diametrul decantorului cu relația:

, m (31)

în care:

-coeficient ,;

– numarul decantoarelor;

-componenta turbionara , ,=0

=0,85.

m.

Diametrele tip sunt: 18, 24, 30, 40, 50 m.

Am adoptat =24 m.

Viteza reală a mișcării apelor uzate in decantor , mm/s, pentru dimensiunile geometrice adoptate ar trebui să fie in limitele 5…10mm/s și se determină cu formula:

mm/s; (32)

m.

Fig.43. Amplasarea unui grup din 4 decantoare primare radiale.

1 – raclor; 2 – cameră de distribuție; 3 – conductă de aducție; 4 – conductă de evacuare a nămolului; 5 – colector de materii plutitoare;

6 – stația de pompare nămol; 7 – conductă de evacuare a apei limpezite.

Calculul cantității de nămol reținute în decantoarele primare

Cantitatea de nămol reținută în decantoarele primare se determină cu relația:

Cantitatea namolului se determina cu formula :

; (33)

In care:

– debitul zilnic al apelor uzate influente in statia de epurare, ;

umeditatea namolului, %;

densitatea namolului, t/;

;

Această cantitate de nămol primar este supusă tratării ulterioare în fluxul tehnologic al nămolului.

4.2. Calculul instalațiilor de epurare biologică a apelor uzate

Epurarea biologică constituie cea de-a doua treaptă de epurare și are menirea de a elimina substanțele poluante organice biodegradabile exprimate prin CBO concomitent cu eliminarea MS remanente în apa uzată după treapta mecanică care constituie 150 mg/l. Pentru epurarea biologică a apelor uzate există două tipuri de instalații:

cu microflora fixată (biofiltre, aerofiltre)

cu microflora suspendată (nămol activ (BANA)).

1. Determinăm valoarea CBO la intrarea în treapta biologică. Ea rezultă din:

a) adaosul din apele uzate locale ≈10 mg/l, deci:

;

b) reducerea parțială a CBO în treapta mecanică

– cu intensificarea decantării primare 20-25 %.

– fără intensificare – 15%.

.

2. Calculăm eficiența necesară a epurării biologice:

(34)

Gradul necesar de epurare pentru CBO este de 15 mg/l.

4.2.1. Calculul aerofiltrelor

Aerofiltrele au umplutură de piatră spartă cu granulație de 40 – 60 mm, și sînt dotate cu aerare artificială. Calculul lor se efectuează în baza încărcării hidraulice în m3/(m2·zi), care se adoptă în conformitate cu tabelul 40 [1], dar mai întîi se determină raportul:

1) (35)

Calculăm pentru :

=20

2) Din tabelul 38 [1], funcție de și raportul , adoptăm înălțimea biofiltrului , încărcarea hidraulică și .

În baza acestor date se face dimensionarea.

3) Dimensionăm aerofiltrele:

Aria aerofiltrelor se determină cu relația:

(36)

Am adoptat aerofiltre de forma dreptunghiulara in plan dotate cu dispozitive de distributie a apei mobile(cu miscare rotativa).

Am ales 8 aerofiltre cu dimensiunile 21 x 30 cu aria totala de 5040.

4)Volumul umpluturii granulare cu granule de 40…70 mm(piatra, roca sparta) rezulta din relatia:

, (37)

, .

5)Debitul de aer total necesar pentru ventilarea aerofiltrelor se calculează în baza :

(38)

Alegem ventilatoare tinint cont ca la 2 aerofiltre se prevede o camera de ventilatoare.

Avem 8 aerofiltre rezulta ca avem 4 camere pentru ventilatoare.

Aflam debitul la un filtru din relatia:

(39)

in care: – numarul camerelor ventilatoarelor;

Pentru fiecare aerofiltru se alege un ventilator de capacitatea respectivă folosind cataloagele firmelor producătoare.

În funcție de debitul , din tab. 3.28 adoptăm 4 ventilatoare de marca ЭВР-4 cu debitul maxim=8500 .

4.2.2. Calculul biofiltrelor cu umplutură din mase plastice

Filtrele cu umplutură din mase plastic se calculează în baza încărcării hidraulice.

Calculăm eficiența necesară:

1);

2)Folosind tab.39 [1], în funcție de și eficiență, adoptăm încărcarea hidraulică și înălțimea stratului de umplutură:

;

.

4)Determinăm volumul biofiltrelor:

(40)

5)Suprafața totală a biofiltrelor se determină cu relația:

(41)

(42)

6)Adoptăm 7 biofiltre cu umplutură din mase plastice cu dimensiunile 12 x 18 cu aria totala de 1497 .

Fig.44. Schema tehnologică de epurare biologică în filtrele biologice convenționale (cu microflora fixată)

4.2.3. Calculul bazinelor de aerare cu nămol activ BANA

În conformitate cu gradul de epurare necesar, gradul de poluare a apelor uzate și capacitatea stației de epurare, adoptăm tipul BANA.

a) conform regimului hidrodinamic:

tip piston (neomogen) CBO<500 mg/l;

tip amestec complet (omogen) CBO>500 mg/l.

Deoarece CBOinf la intrarea în treapta biologică constituie 360,18mg/l < 500mg/l, iar apele uzate sînt un amestec de ape uzate menajere și industriale, permise pentru evacuarea în rețeaua publică de canalizare, adoptăm BANA tip piston.

b) conform prezenței regenerării NAR (CBOinf>150 mg/l):

cu regenerare;

fără regenerare.

c) cu culoare sau bazine simple.

La capacitatea stației de 9085,5 m3/zi și tipul BANA piston, alegem BANA cu culoare.

Astfel, vom calcula BANA tip piston cu culoare și regenerarea NAR.

Calculul se efectuează în următoarea ordine:

1. În prealabil adoptăm indicele nămolului , iar în baza acestui indice și dozei de NA ce trebuie menținută în BANA, pe care o adoptăm , calculăm gradul de recirculare:

(43)

;

2.Calculăm valoarea CBO în amestec la intrarea în BANA a fluxului de apă uzată și nămol activ recirculat:

(44)

Fig. 45. Valoarea CBO

3.Deoarece pentru epurarea biologică a AU orășenești cu un CBOinf>150 mg/l am adoptat bazine de aerare cu regenerarea nămolului activ, la dimensionarea BANA vom determina doi timpi:

Timpul de contact sau aerare în BANA propriu-zis

Timpul de regenerare a NAR, care se va calcula știind timpul de oxidare:

, ore (45)

Durata aerării în BANA a amestecului de ape uzate și NA, care trebuie să fie mai mare sau egală cu 2 ore, se determină cu relația:

(46)

unde ;

se adopta 2 h;

Durata oxidării CBO eliminat de către NA se determină cu formula:

(47)

unde:

concentrația de NA în fluxul recirculat al NAR ce se detrmină cu relația: ;

m – partea minerală a NA (conținutul de substanță minerală în NA), se adoptă ;

viteza specifică de eliminare a CBO de către NA, și se determină cu formula:

(48)

în care:

viteza specifică maximă pe care o are nămolul activ în condițiile optime de mediu, pentru apele uzate orășenești ;

concentrația de oxigen în amestecul de apă uzată cu NA în BANA, se adoptă ;

constanta care caracterizează proprietățile poluanților organici, pentru AU orășenești ;

constanta care caracterizează influența concentrației de oxigen dizolvat, pentru AU orășenești ;

coeficientul care ia în considerare acțiunea inhibantă a produselor de metabolism, pentru AU orășenești ;

;

;

.

4.Deoarece calculul preliminar a fost efectuat în baza valorii indicelui de nămol , luat prin aproximație egal cu , din cauza lipsei valorii încărcării organice, efectuăm corectarea calculului în următoarea succesiune:

a.Determinăm parametrii medii de funcționare a BANA:

Durata medie de retenție în sistemul BANA + regenerator „tmed”:

(49)

Doza medie de NA în sistemul BANA + regenerator „amed”:

(50)

;

b.Calculăm încărcarea organică a NA:

(51)

;

Conform tabelului 5, încărcării organice calculate, îi corespunde indicele de nămol respectiv:

Tabelul 5

Deci, corectat relativ la , este . Devierea de la adoptat inițial constituie:

. (52)

5.Deoarece diferența între valoarea adoptat inițial și cel corectat constituie 20,9%>5%, calculul BANA se efectuează din nou, bazîndu-ne pe indicele de nămol corectat.

Determinăm din nou gradul de recirculare:

;

;

, se adopta 2h ;

;

;

;

;

;

;

.

corectat relativ la , este . Devierea de la adoptat inițial constituie:

.

Dimensionarea BANA

1. Calculăm volumul bazinelor:

BANA propriu-zis:

(53)

Regeneratorul

(54)

2. Calculăm procentul de regenerare:

(55)

.

3. Determinăm volumul total al sistemului BANA + regenerator cu recirculare:

(56)

.

Adoptăm BANA cu patru culoare, conform procentului de regenerare și efectuăm dimensionarea bazinelor.

Numărul minim de bazine este 2, volumul unui bazin fiind de 3360 m3. Conform proiectului tip, adoptăm:

lățimea culoarului de 4,5 m;

adîncimea bazinului de 3,2 m;

lungimea de 60 m.

Calculul sistemului de aerare al BANA

Pentru asigurarea condițiilor aerobe ale epurării biologice și a gradului de turbulență necesar pentru menținerea NA în stare suspendată, BANA se dotează cu un sistem de aerare.

Pentru condițiile republicii Moldova, adoptăm aerarea pneumatică cu bule fine. Pentru sistemul de aerare pneumatic calculăm debitul de aer în baza debitului specific de aer introdus în BANA cu relația:

(57)

în care:

consumul specific de oxigen care este funcție de gradul de epurare necesar. Pentru epurarea biologică completă .

coeficient care se adoptă în funcție de tipul aeratoarelor și raportul dintre aria zonei de aerare și aria oglinzii de apă în BANA:

, (tab. 43 [1]), ;;

Deci, , iar ;

coeficient ce se adoptă în funcție de adîncimea amplasării aeratoarelor care este aproximativ egală cu adîncimea bazinelor. Pentru adîncimea bazinului , din tab.44 [1] se adoptă , iar ;

coeficient ce se adoptă funcție de calitatea apelor uzate. Pentru AU orășenești se recomandă ;

coeficient ce ține cont de temperatura AU. Se adoptă pentru timpul de vară, deoarece solubilitatea O2 la temperaturi înalte este mai joasă.

; (58)

deficitul de O2;

solubilitatea O2 în condițiile de introducere sub presiune a aerului la coloana de apă egală cu adîncimea aeratorului.

(59)

unde:

concentrația de oxigen la temperatura medie de vară în apa curată. Se adoptă din tabelele solubilității oxigenului, funcție de temperatură ;

20,6 – coeficient de transformare a mm col Hg în m col H2O;

;

concentrația minimă de oxigen dizolvat în lichidul bazinului de aerare care trebuie menținută în amestecul de AU cu NA în BANA, pentru asigurarea proceselor normale de epurare, ;

;

Acest debit de aer asigură oxigenul necesar, dar pentru a asigura gradul de turbulență necesar pentru menținerea în stare suspendată a NA, se verifică intensitatea aerării cu formula:

(60)

în care:

timpul mediu de retenție a apei uzate și nămolului în sistemul BANA, decantor secundar;

;

trebuie să îndeplinească condiția:

; ;

;

Determinăm debitul stației de suflante, ținînd cont și de alți consumatori ai aerului comprimat, adăugînd niște pierderi eventuale de aproximativ 10-11%:

.

4.2.4. Calculul decantoarelor secundare (DS)

Decantoarele secundare sînt menite pentru reținerea peliculei biologice desprinse și transportate de apa uzată epurată. Funcția lor este similară cu a decantoarelor primare, nămolul secundar putînd fi acumulat în intervalele de evacuare egale cu 8-48 ore.

Calculul DS după filtre biologice

a) DS verticale:

1. Calculul decantoarelor secundare se efectuează în baza încărcării hidraulice ce se determină cu relația:

(61)

în care:

coeficientul de folosire utilă, funcție de tipul decantorului;

Pentru DS verticale ;

Pentru DS radiale ;

viteza de sedimentare a peliculei biologice, ;

.

2. Calculăm aria DS:

(62)

coeficient de recirculare de la filtre biologice, ;

;

3. Numărul minim de decantoare secundare este egal cu 3, adoptăm .

Determinăm aria unui decantor secundar cu relația:

(63)

Se adopta 6 decantoare de tip radial ci diametrul de d= 24 m, cu volumul V= 452 .

Calculul DS după BANA

Decantoarele secundare după BANA au menirea de a separa NA de AU epurată asigurînd o concentrație minimă de MS în efluent (MSefl≈CBOefl) și o îngroșare maximă a NA sedimentat concentrația căruia este egală cu a decantorului secundar. De această valoare depinde gradul de recirculare a NAR care este necesar pentru a menține în BANA doza prescrisă de NA.

a) DS verticale:

1. DS se calculează în baza încărcării hidraulice superficiale conform relației:

; (64)

unde:

indicele de nămol după ultima aproximare, ;

pentru DS verticale;

pentru DS radiale;

;

2. Determinăm aria DS:

(65)

unde:

R – gradul de recirculare;

;

3. Numărul minim de DS este 3. Determinăm suprafața unui DS:

;

Am adoptat 6 decantoare secundare pentru BANA cu diametrul d=24 m , si volumul V= 452 .

In proiect am adoptat acest tip de decantoare secundare.

4.2.5. Calculul cantității de nămol secundar

a) după filtre biologice:

(66)

unde:

norma specifică de formare a biomasei (pelicula biologică);

umiditatea nămolului secundar, ;

greutatea specifică a nămolului, ;

;

;

b) după BANA:

Calculăm debitul de nămol activ în exces (NAE) în baza producției de biomasă care se determină cu relația:

(67)

;

Debitul de NAE se calculează cu formula:

(68)

unde:

umiditatea nămolului activ în exces:

(69)

greutatea specifică a nămolului, ;

.

4.3. Instalații pentru dezinfecția apelor uzate epurate

Dezinfecția AU epurate se efectuează cu scopul de a nimici microbii patogeni și a elimina riscul de contaminare a apei emisarilor la deversarea în ei a apelor uzate epurate. Instalațiile de dezinfecție conțin următoarele elemente:

Stația clor, unde se pregătește soluția de clor și se efectuează dozarea ei;

Camera de amestec, unde se asigură amestecul soluției de clor cu AU;

Bazinele de contact, care asigură un timp de retenție a amestecului de apă uzată cu clorul, de cel puțin 30 min.

Stația clor

Dezinfecția apelor uzate se prevede prin clorinare cu clor gazos. Sursa de clor – butelii cu clor lichefiat. Consumul de clor se calculează reieșind din doza de clor de 3 g Cl/m3AU. Stația clor se dimensionează ținînd cont de posibilitatea majorării capacității sale în cazul funcționării insuficiente a SE de 1,5 ori.

Capacitatea stației clor se determină cu relația:

; (70)

în care:

1,5 – majorarea stației clor în caz de accidente;

;

Stații clor tip: de 2,0; 5,0; 10,0; 12,5; 25; 50 kg/h.

Adoptăm stația clor tip cu capacitatea de 12,5 kg/h.

Stația clor se dotează cu două instalații de preparare și dozare a clorului (una în funcție și una de rezervă) conform schemei tehnologice.

Stația clor include:

Instalația de pregătire a soluției de clor;

Cloratorul;

Balanța;

Buteliile pentru evaporarea clorului lichid.

Se prevede apă tehnică pentru pregătirea soluției. Izolat de stația clor printr-un perete capital, se prevede magazia (depozitul) de clor pentru o rezervă de 1-2 luni.

În funcție de capacitatea stației alegem cloratorul și balanța.

Adoptăm clorator cu marca ЛОНИИСТО, dotat cu ejector sub vid cu capacitatea de 8 m3/h si 10 kg/h.

Debitul de apă tehnică pentru prepararea soluției: 2 m3/h.

Masa: 32 kg.

Adoptăm pentru evaporarea gazului clor butelii de 40 l (50 kg clor lichid) cu suprafața exterioară și cantitatea specifică de gaz evaporat .

Numărul de butelii necesare pentru obținerea a 2 kg/h clor se calculează cu formula:

(71)

Pentru instalația de preparare a clorului se alege balanța cu marca РП-2Ц13M cu domeniul de cîntărire 100-2000 kg.Rezerva de 30 zile pentru care este prevazut depozitul de clor va fi destinata depozitarii la numarul de butelii in depozit.

. (72)

Fig.46 Instalația de clorare cu butelii

1 – cîntar; 2 – butelii; 3 – butelie intermediară; 4 – clorator; 5 – ejector.

Camera de amestec

În calitate de cameră de amestec adoptăm canale înguste de tip Venturi care vor asigura amestecul soluției de clor cu AU datorită saltului hidraulic care are loc în aceste canale. Concomitent aceste canale servesc drept debitmetre. Dimensiunile lor se adoptă conform îndrumarului de proiectare, funcție de capacitatea stației de epurare:

Fig.47. Canal Venturi

1 – canal de aducție; 2 – instalarea manometrului în dulap (varianta I); 3 – canal de evacuare; 4 – secțiunea de control a canalului; 5 – instalarea manometrului în cămin (varianta II).

Bazine de contact

În conformitate cu prevederile normelor trebuie prevăzută o durată de contact de 30 minute a AU cu clorul, de unde rezultă volumul bazinelor de contact:

(73)

Numărul bazinelor de contact trebuie să fie mai mare sau egal cu 2. În calitate de bazin de contact, pentru stația de epurare cu capacitatea mai mare de 10000 m3/h, se adoptă decantoare verticale cu ;

Am adoptat 2 bazine de contact, si aflam volumul fiecarui bazin cu relatia:

(74)

Am adoptat =3 m.

Aria unui singur bazin de contact se determină cu relația:

(75)

Conform dimensiunilor tip, adoptăm două bazine de contact (decantoare orizontale longitudinale) cu dimensiunile: 9 27.

Pentru o eventuală supraclorare a apei, bazinele de contact se prevăd cu un sistem de barbotare cu aer comprimat pentru degazare, cu o intensitate de 0,5 m3 aer/m2 oglindă apă·h.

Cantitatea de aer comprimat se determină cu relația:

; (76)

Cu acest debit de aer suplimentăm capacitatea stației de suflante.

În bazinele de contact se formează nămol în cantitate de 0,5 l/m3 AU.

Determinăm debitul de nămol cu relația:

; (77)

Umiditatea nămolului format în bazinele de contact este: .

4.4. Tratarea nămolurilor

Nămolurile sînt materii în suspensie sau materii insolubile reținute sub formă de sedimente.

Sarcina principală de tratare a nămolului constă în: eliminarea apei de din nămol, care are drept scop principal, reducerea considerabilă a volumului de nămol, care urmează să fie tratat; stabilizarea substanțelor organice conținute în nămol; dezinfecția sau sterilizarea nămolurilor.

Deci, nămolurile provenite în urma epurării apelor uzate trebuie supuse unei tratări suplimentare:

Îngroșării NAE;

Fermentării anaerobe;

Deshidratării.

Tratării sînt supuse următoarele tipuri de nămoluri:

1) Nămolul primar:

; ;

2) Nămolul secundar :

pelicula biologică după filtrele biologice:

; ;

Nămolul activ în exces după BANA:

; ;

3) Nămolul din bazinele de contact:

; .

Îngroșarea nămolului activ în exces

Nămolul activ în exces, conform schemei tehnologice adoptate este introdus în LAN pentru intensificarea decantării primare. Aici el este reținut și îngroșat gravitațional împreună cu nămolul primar, pînă la umiditatea de 98%.

Debitul nămolului îngroșat se determină cu relația:

(78)

;

Fermentarea nămolurilor

Deoarece nămolurile provenite în urma epurării mecanice și biologice a AU conțin 70-73% substanță organică putrescibilă, înainte de tratarea ulterioară a lor, acestea trebuie să fie supuse fermentării anaerobe în instalații speciale cu scopul de a stabiliza substanțele organice întru provenirea emisiilor de gaze și mirosuri urîte.

Pentru fermentarea anaerobă a nămolurilor organice se prevede utilizarea fermentatoarelor ermetic închise pentru captarea și utilizarea ulterioară a biogazului format în rezultatul fermentării anaerobe. În calitate de fermentatoare pot servi bazine speciale separate care poartă denumirea de metantancuri sau cuplate cu limpezitoarele cu aerare naturală (LAN).

Doza zilnică de încărcare a fermentatoarelor este funcție de umiditatea nămolurilor. Deoarece în fermentatoare se introduce un amestec de nămoluri cu diferite umidități, calculăm umiditatea medie a acestui amestec cu relația:

(79)

;

Deshidratarea nămolului fermentat

În scopul deshidratării nămolului fermentat, adoptăm procedeul natural – pe platforme de nămol. Reieșind din condițiile locale de amplasare a stației de epurare se proiectează platforme cu fundație artificială din asfalt – beton, dotate cu sistem de drenaj pentru evacuarea apei de nămol. Platformele de nămol se divizează în paturi separate prin diguri de pămînt consolidate cu un strat de asfalto – beton, înălțimea lui fiind de 1 m, iar panta 1:1. Dimensiunile paturilor se stabilesc reieșind din următoarele: lățimea (funcție de mecanismele de curățare a nămolului deshidratat); lungimea (funcție de relieful teritoriului).

La un relief plat, lungimea practic nu este limitată, dar se adoptă nu mai mare de 100 – 200 m, iar la un relief accidentat cu pante importante, este funcție de pantă, și se alege astfel ca volumul de lucrări de pămînt să fie minim.

Aria totală necesară pentru deshidratarea nămolului se calculează reieșind din încărcarea hidraulică :

(80)

;

Aria unei platforme cu dimensiunile de este de 2000 m2.

Numărul de platforme se calculează cu formula:

. (81)

Calculul gospodăriei de biogaz

Calculul gospodăriei de biogaz constă în: calculul cantității de biogaz degajată la fermentarea nămolurilor; dimensionarea gazometrelor (rezervoarelor de compensare); determinarea cantității de căldură necesară pentru fermentare și degajată la arderea biogazului.

Calculul cantității de biogaz degajată la fermentarea nămolurilor

În procesul de fermentare anaerobă se elimină un amestec de gaze care se numește biogaz, cu conținutul de CH4=65…70%; CO2=34…29%; H2, H2S, N2≈1%.

Producția de biogaz se calculează considerînd că dintr-un gram de substanță uscată organică degradată se obține un gram de biogaz.

1.Determinăm cantitatea de substanță organică în nămoluri reieșind din faptul că în nămolul primar se conține 73% substanță organică, iar în nămolul secundar – 70% substanță organică.

; (82)

Pentru nămolul primar:

;

Pentru NAE:

(83)

;

(84)

(85)

2.Determinăm limita de descompunere / degradare a substanței volatile:

Pentru nămolul primar constituie 53 %;

Pentru nămolul secundar constituie: 44%.

(86)

;

; (87)

; (88)

; (89)

Determinăm căldura degajată la arderea biogazului cu relația:

(90)

;

Calculul și dimensionarea gazometrelor

Pentru depozitarea și compensarea debitelor de biogaz degajat se prevăd gazometre care se calculează pentru înmagazinarea biogazului timp de 2-4 ore.

(91)

;

;

Adoptăm gazometru cu volumul tip de 300 m3, avînd diametrul de 9,3 m.

Capitolul 5

MEMORIU ECONOMIC DE CALCUL

Aprecierea eficienței unei stații de tratare a apei trebuie făcută și din punct de vedere al aspectelor economice. Pentru aceasta este necesar a stabili costul apei.

Exploatarea stațiilor de epurare se reflectă în costul epurării apei (lei/m3 apă epurată), în condițiile în care se realizează integral indicii stabiliți, conform normelor în vigoare pentru primirea apelor epurate în receptor.

Cheltuielile anuale de exploatare se calculează cu relația:

A = a + b + c + d + e + f + g + h – V=208 137 600 RON

unde:

            A – totalul cheltuielilor care se fac în timp de 1 an pentru exploatarea tehnică a stației de epurare;

            a – cotele de amortisment ale stației de epurare;

            b – costul energiei electrice necesare pentru: pompare, mișcarea mecanismelor, iluminat, semnalizări, încălzit tehnologic etc.;

            c – costul combustibililor și energiei calorice consumate la fermentare, deshidratare, dezghețare și încălzit;

            d – costul reactivilor folosiți pentru epurare, dezinfecție ți deshidratare;

            e – costul apei potabile și de incendiu sau alte folosințe;

            f – cheltuieli de transporturi tehnologice;

            g – retribuții și alte drepturi bănești ale personalului;

            h – cheltuieli generale de exploatare;

            V – venituri rezultate din valorificarea produselor.

            Costul energiei electrice se stabilește pentru fiecare obiect luând consumul pe durata de funcționare respectivă; calculul se face pentru un consum anual în vigoare la data proiectului sau a exploatării.

            Costul energiei calorice se stabilește pentru fiecare obiect, în funcție de sursele de energie folosite.

            Costul reactivilor se stabilește pentru fiecare material, pe obiect, se aplică prețurile de la magazia stației de epurare.

            Costul apei potabile și pentru combaterea incendiilor sau alte folosințe se apreciază pe baza altor stații de epurare similare.

            Cheltuielile de transport privesc evacuarea gazelor, nămolului și depunerilor la lacul de depozitare și consum.

            Retribuțiile și alte drepturi bănești ale personalului se stabilesc conform indicațiilor oficiale și experienței pentru stații similare.

            Veniturile pot rezulta din vânzarea gazelor produse prin fermentare a nămolului deshidratat, a nisipului de la deznisipatoare și a grăsimilor reținute în separatoarele de grăsimi.

            Toate cheltuielile arătate se stabilesc în proiect pentru fiecare variantă de stație de epurare studiată și pentru fiecare etapă de dezvoltare a acestuia.

            Costul apei epurate se stabilește cu relația:

unde:

A – cheltuielile anuale  de exploatare;

Q –  cantitatea de apă epurată într-un an.

           În continuare este prezentat un calcul aproximativ pentru o stație de epurare în ipoteza în care în stație avem un număr de 17 de persoane cu următoarele salarii:

-Inginer-șef de stație: 3 000 lei;

-Inginer adjunct de șef de stație (2): 2 200 lei;

-Inginer responsabil cu exploatarea (3) : 1 700 lei;

-Chimist (2):1 000   lei;

-Laborant : 900 lei;

-Contabil: 1 500  lei;

-Secretara: 700 lei;

-Electrician (2): 800 lei;

-Mecanic (2) : 750 lei;

-Sudor: 850  lei;

-Femeie de serviciu: 400

La nivelul  stației se mai fac următoarele cheltuieli:

-ore suplimentare: 4 000 lei/lună – 48 000 lei/an;

-șomaj: 3 000 lei/lună – 36 000 lei/an;

-sporuri: 2 500 lei/lună – 30 000 lei/an;

-CAS: 7 000 lei/lună – 84 000 lei/an;

-impozit: 15 000 lei/lună – 180 000 lei/an;

-concedii medicale: 2 000 lei/lună – 24 000 lei/an;

-iluminat: 500 lei/lună – 6 000 lei/an;

-motorină:  1 500 lei/lună – 18 000 lei/an;

-gaz: 1 200 lei/lună – 14 400 lei/an;

-apa potabilă și menajeră: 600 lei/lună – 7 200 lei/an;

-reactivi: 2 000 lei/lună – 24 000 lei/an;

-echipamente de protecție: 200 lei/lună – 2 400 lei/an;

-ulei și vaselină: 100 lei/luna – 1 200 lei/an;

-scule și aparate:  400 lei/lună →4 800 lei/an;

-consumabile: 500 lei/lună – 6 000 lei/an;

În total cheltuielile cu activitatea pe stație calculate lunar sunt: 40 500 lei(Ron).

Cheltuielile anuale ajung la suma de: 486 000 lei/an(Ron/an). Pentru a calcula costul apei epurate se ține seama de bilanțul energetic pe stație.

Debitul mediu anual de apă epurată este:

Qm anual=Qzi med * 365*24*3600 = 10 293 000 m3/an

În consecință se poate determina prețul apei epurate raportând volumul cheltuielilor anuale la debitul mediu anual de apă epurată:

C = A/Qm anual =20.22RON/m3/an

CONCLUZII

In ziua de azi, poluarea tinde spre maximum, iar efectele negative pe care le produce afectează grav oamenii și animalele.

Identificarea factorilor poluanți, interpretarea efectelor acestora nu ar avea nici un impact major la nivelul mudiului fără elaborarea unor soluții și măsuri tehnice de combatere a poluării. Aceasta, de regulă, se referă în primul rând la controlul surselor de poluare a diferitelor componente a mediului: apă, aer, sol, faună și floră.

Creșterea populației umane a determinat dezvoltarea industriei și aceasta a însemnat, pe lângă producerea bunurilor necesare, elaborarea în aer, în ape și în sol a zgurii,cenușii, fumului și a tot felul de deșeuri în stare solidă, lichidă sau gazoasă. Devenind conștientă de impactul tot mai puternic produs la nivelul mediului, societatea umană a început să adopte și să aplice măsuri și tehnici de combatere a poluării și de protecție a ecosistemelor.

Apa constituie o componentă de bază  a mediului înconjurător, care prin proprietățile ce le posedă, întreține viața pe planeta noastră. Se observă în ultimul timp unele modificări ale compoziției apei, mai ales în apropierea unor intreprinderi industriale și în orașe, modificări ce influențează negativ calitatea apei.

Între apele uzate și mediul înconjurător în care acestea sunt deversate se stabilește o relație bilaterală; prin impuritățile pe care le conțin, apele uzate acționează asupra mediului înconjurător, de cele mai multe ori în sens negativ, iar acesta, la rândul său, contribuie la înlăturarea poluanților din apă (autoepurare).

In scopul asigurării cantitative și calitative a apei pentru toate folosințele trebuie realizate atât lucrări de gospodărire a apelor, cât și folosirea cât mai eficientă a instalațiilor de epurare existente și să se creeze tehnologii noi de epurare care să poată asigura din apele rezultate surs noi de apă cu scopul alimentării sistemelor de irigații sau industriale.

Procesul de epurare presupune înlăturarea substanțelor poluante din apele uzate pentru a proteja mediul și calitatea apelor. Epurarea apelor se ocupă cu determinarea comportamentului substanțelor variate care poluează apele de suprafață și identificarea impactului asupra organismelor vii.

Poluanții organici persistenți constituie o categorie foarte periculoasă a compușilor menționați, ei fiind folosiți în industrie și agriculură, producându-se uneori în cadrul proceselor industriale. În cele mai multe tipuri de ape sunt depistate concentrații variate de pesticide și alte substanțe organice persistente. Dacă există cantități ridicate de pesticide, apa dobândește un miros specific pentru acestea, iar prin migrare, pesticidele se infiltrează cu apa de ploaie în pânza freatică și chiar în arteziene. Agricultura poluează cel mai mult în acest sens, prin reziduurile netratate de la formele zootehnice

Pentru realizarea stațiilor de epurare sunt necesare costuri de investigații și cheltuieli de exploatare ridicate, care se pot recupera oar parțial, fiind necesare studii aprofundate pentru identificarea de soluții de reducere a acestor costuri. O primă măsură este una preventivă, care constă în ușurarea epurării apelor uzate.

Bibliografie:

Dima, M., Canalizări, vol. II, Litografia Universității Tehnice, Iași, 1998

Dima, M., Epurarea apelor uzate. Canalizari, volumul II, Editura Tehnica “Ghe. Asachi”, Iasi, 1998

Dima, M., Proiectarea staiilor de epurare. Indrumator, Editura Politehnica, Iasi, 1981

http://www.degremont-technologies.com

http://www.greenagenda.org/eco-aqua/epurare.htm

Macoveanu, M., Teodosiu, C., Duca, Gh., Epurarea avansata a apelor uzate continand compusi neboidegradabili, Editura “Gheorghe Asachi”, Iasi, 2007

Negulescu, M., Epurarea apelor uzate orasenesti,Editura Tehnica, 1978

Normativele privind stabilirea limitelor de incarcare cu poluanti a apelor uzate industriale si urbane la evacuarea in receptorii naturali, NTPA 001/002

Rojanschi, V., Protecția și ingineria mediului, Editura Economică, București, 2007

Rojanschi, V., Protecția și ingineria mediului, Editura Economică, bucurești, 2007

Rudiger, A., Al Hashani, M., Sekoulov, I., Cost effective and high efficient municipal and industrial waste water treatment using Biological Upflow Filtration, 2nd Kuwait Waste Management Conference, 2009

Rudiger, A., Brinke-Seiferth, S., Sekoulov, I., New generation of biological upflow filtration for the treatment of industrial and municipal wastewater, 2016

Teodosiu, C., Gavrilescu, D., Bârjoveanu, G., Practici de management durabil al apei în industria hârtiei, Editura Cermi, Iași, 2007

Teodosiu, C., Suport de curs Tehnologii si biotehnologii de epurare a apelor uzate, an universitar 2011 – 2012

Tudose, R., Stancu, A., Vitan, F., Petrescu, S., Ibanescu, I., Popovici, L., Bacaoanu, A., Moise, A., Carstea, S., Fenomene de transfer si utilaje in industria cihimica. Indrumar de proiectare, Institutul Politehnic, Iasi, 1990