Decantor Secundar Longitudinal cu Sistem de Raclare pe Lanturi

CUPRINS

INTRODUCERE

CAPITOLUL 1. STUDIU DOCUMENTAR CU PRIVIRE LA EPURAREA APELOR UZATE URBANE

Calitatea apelor naturale. Poluarea apelor. Caracteristicile apelor uzate urbane. Epurarea și autoepurarea apelor uzate

Calitatea apelor naturale

Poluarea apelor

Caracteristicile apelor uzate urbane

Epurarea și autoepurarea apelor uzate

1.2 Metode de epurare a apelor uzate

1.2.1 Procedee de epurare mecanică

1.2.2 Procedee de epurare mecano-chimice

1.2.3 Procedee de epurare mecano-biologice

1.3 Tipuri de stații de epurare a apelor uzate urbane

1.3.1 Grătare și site

1.3.2 Deznisipatoare

1.3.3 Separatoare de grăsimi

1.3.4 Decantoare primare

1.3.5 Procedeul cu nămol activ

1.3.6 Decantoare secundare

1.3.7 Filtre biologice

1.4 Instalații și echipamente din treapta biologică a stațiilor de epurare

1.4.1 Procedeul de epurare cu biofiltru sau aerofiltru

1.4.2 Aeratoare cu bule fine

1.4.3 Iazurile biologice

1.4.4 Filtre cu nisip

1.5 Decantoare secundare pentru epurarea apelor uzate

CAPITOLUL 2. Proiectarea unui decantor secundar de la o stație de epurare a apelor uzate a unei localități cu 58000 de locuitori

2.1 Stabilirea debitelor caracteristice de ape uzate ale localității

2.1.1 Determinarea debitelor caracteristice ale necesarului și cerinței de apă de alimentare din zona rezidențială a centrului populat

2.1.2 Determinarea debitelor caracteristice ale necesarului și cerinței de apă de alimentare din zona industrială a centrului populat

2.1.3 Determinarea debitelor caracteristice ale necesarului și cerinței de apă de alimentare din zona agrozootehnică a centrului populat

2.1.4 Determinarea debitelor caracteristice ale cerinței totale de apă de alimentare a centrului populat

2.1.5 Determinarea debitelor caracteristice de ape uzate evacuate din centrul populat

2.2 Stabilirea parametrilor principali ai decantorului secundar cu sistem de raclare pe lanturi

2.3 Proiectarea mecanismului de acționare al sistemului de raclare pe lanțuri al decantorului secundar longitudinal

2.4 Probleme legate de exploatarea și intreținerea decantoarelor secundare din stațiile de epurare

2.5 Probleme legate de protecția muncii în stațiile de epurare

Bibliografie

Studiu documentar privitor la epurarea apelor uzate urbane

Alimentarea cu apa a centrelor urbane prezinta o mare importanta, deoarece apele trebuie sa fie tratate inainte de a fi puse “in uz” de catre populatie.Pentru epurarea apei se utilizeaza ozon, clor, hipoclorit de calciu, cloramina.In cazul clorului se foloseste circa 0,1 mg clor la litru.O cantitate prea mare de clor da apei un gust neplacut si chiar si un miros urat.

Multa vreme s-a crezut ca apa poate “inghiti” tot ceea ce deversam in ea.A fost nevoie sa se produca o serie de catastrofe pentru a se dezminti acest mit.Desi problema apelor a fost pusa de catre savant, avertismente lor au fost trecute cu vederea.

Poluarea se produce atunci cand, in urma introducerii unor anumite substante, apele sufera anumite modificari fizice, chimice, sau biologice, modificari care fac apa sa devina periculoasa pentru sanatatea publica, pentru viata acvatica, pentru industrie si turism.

Cele mai vechi aparate cunoscute pentru tratarea apei, reprezentând utilizarea sifonului în operații de limpezire, apar pictate pe zidurile egiptene ( secolele XV – XIII I.e.n )

În Statele Unite ale Americii tot mai puține ape uzate după epurare se descarcă din nou în emisar. Se infiltrează însol sau se utilizează pentru irigații, în industrie, pentru recreere (lacuri), pentru piscicultură, și chiar ca sursă de apă potabilă, după descărcare în lacuri sau injectare în sol sau chiar direct, dar cu supunere la preparare avansată

1.1 Calitatea și proprietățile apelor naturale. Poluarea apelor. Caracteristicile apelor uzate urbane. Epurarea și autoepurarea apelor uzate.

1.1.1. Calitatea și proprietățile apelor naturale

Calitatea apei se poate defini ca un ansamblu de caracteristici fizice, chimice, biologice și bacteriologice, exprimate valoric, care permit încadrarea probei într-o anumită categorie, ea căpătând astfel însușirea de a servi unui anumit scop.

Pentru a stabili calitatea apei se prevede urmărirea calității apelor prin trei categorii de parametri:

-parametri de bază: temperatură, pH, conductivitate, oxigen dizolvat, colibacili;

-parametri indicatori ai poluării persistente: cadmiu, mercur, compuși organo – halogenați și uleiuri minerale;

-parametri opționali: carbon organic total ( COT ), consum biochimic de oxigen ( CBO) detergenți anionici, metale grele, arsen, bor, sodiu, cianuri , uleiuri totale, streptococi .

Pentru a preciza calitatea apei se precizeaza urmatoarele terminologii :

– criterii de calitate a apei – totalitatea indicatorilor de calitate a apei

– indicatori de calitate ai apei – reprezentați de caracteristici nominalizate pentru o determinare precisă a calității apelor;

– parametri de calitate ai apei – sunt valori și exprimări numerice ale indicatorilor de calitate a unei ape;

– valori standardizate ale calității apei – reprezintă valori ale indicatorilor de calitate a apelor care limitează un domeniu convențional de valori acceptabile pentru o anumitã folosință a apei .

Indicatori de calitate ai apei se clasifica in felul urmator :

A. Clasificare după natura indicatorilor de calitate:

– indicatori organoleptici ( gust, miros).

– indicatori fizici ( pH, conductivitate electrică, culoare, turbiditate).

– indicatori chimici

– indicatori chimici toxici

– indicatori radioactivi

– indicatori bacteriologici

– indicatori biologici
B. Clasificare după natura și efectul pe care îl au asupra apei:

– indicatori fizico-chimici generali: temperature, pH, indicatorii regimului de oxigen – oxigen dizolvat (OD); consumul biochimic de oxigen (CBO5); consumul chimic de oxigen (CCOCr și CCOMn)
– indicatorii gradului de mineralizare: reziduul fix, cloruri, sulfați, calciu, magneziu, sodiu, etc.

– indicatori fizico – chimici selective, carbon organic total (COT), azot Kjeldhal și azot total, fosfați, duritate, alcalinitate

– indicatori fizico – chimici specifici ( toxici): cianuri, fenoli, hidrocarburi aromatice mono și polinucleare, detergenți, metale grele ( mercur, cadmiu, plumb, zinc, cobalt, fier, etc.), pesticide, arsen, uraniu natural, trihalometani

– indicatori radioactivi – activitate globală α și β, activitate specifică admisă a fiecărui radionuclide

– indicatori biologici care reflectă gradul de saprobitate a apei, prin analiza speciilor de organisme care populează mediul acvatic.

– indicatori bacteriologici care măsoară nivelul de poluare bacteriană, în principal prin determinarea numărului de bacterii coliforme totale și de bacterii coliforme fecale.

Proprietățile apelor naturale sunt determinate în principal de substanțele solide, lichide și gazoase existente sub formă de materiale în suspensie sau dizolvate. Există mai multe criterii de clasificare a compușilor care definesc compoziția chimică a apelor naturale, după natura acestora, proveniență, efect toxic și metode de analiză, prezentate în tabelul 1.2

Tabelul 1.2 Criterii de clasificare a compozitiei chimice a apelor naturale [http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/MANUAL-PRACTIC-TRATAREA-APEI5412201921.php]

Principalele proprietati ale apelor natural sunt evidentiate cu ajutorul urmatoarelor serii de indicatori :

Indicatori organoleptici

Culoarea reală a apelor se datorează substanțelor dizolvate în apă și se determină în comparație cu etaloane preparate în laborator.

Culoarea apelor naturale și a celor poluate poate fi o culoare aparentă care se datorează suspensiilor solide ușor de filtrat prin depunere și filtrare .

Mirosul apelor este clasificat în șase categorii, după intensitate: fără miros ; cu miros neperceptibil ; cu miros perceptibil unui specialist ; cu miros perceptibil unui consumator ; cu miros puternic și cu miros foarte puternic .

Gustul se clasifică utilizindu-se denumiri convenționale ,cum ar fi :

Mb – ape cu gust mineral bicarbonato-sodic ;

Mg – ape cu gust mineral magnezic ;

Mm – ape cu gust mineral metalic ;

Ms – ape cu gust mineral sărat ;

Oh – ape cu gust organic hidrocarbonat ;

Om – ape cu gust organic medical farmaceutic ;

Op – ape cu gust organic pământos ;

Ov – ape cu gust organic vazos .

[http://ecologii.wikispaces.com/file/view/APE%20NATURALE-PROPRIETATI.pdf]

Indicatori fizici

– Turbiditatea se datorează particulelor solide sub formă de suspensii sau în stare coloidală

– Indicele de colmatare reprezintă puterea colmatantă a unei ape și are drept cauza toate elementele din apă a căror dimensiuni permit reținerea lor pe filtre.

– Temperatura apei variază în funcție de proveniență și de anotimp.

– Radioactivitatea este proprietatea apei de a emite radiații, permanente alfa , beta sau gama.

– Conductivitatea. constituie unul dintre indicatorii cei mai utilizați în aprecierea gradului de mineralizare a apelor .

– Concentrația ionilor de hidrogen -pH-ul apelor naturale este cuprins între 6,5 – 8 , abaterea de la aceste valori dând indicații asupra poluării cu compuși anorganici .

Concentrația ionilor de hidrogen din apă, reprezintă un factor important care determină capacitatea de reactivitate a apei, agresivitatea acesteia, capacitatea apei de a constitui medii pentru dezvoltarea diferitelor organisme etc. Între valoarea pH-ului apei și aciditatea sau alcalinitatea acesteia nu există o identitate.

Indicatori chimici
Din această clasă de indicatori fac parte oxigenul dizolvat (OD), consumul chimic de oxigen (CCO), consumul biochimic de oxigen (CBO) și carbonul organic total (COT),saruri dizolvate .

În apele naturale se află, în mod obișnuit, cationii și anionii prezentați în tabelul 1.3 , ioni de care depind cele mai importante calități ale apei.

Tabelul 1.3. Principalii ioni din apele naturale[http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/MANUAL-PRACTIC-TRATAREA-APEI5412201921.php]

Reziduul fix reprezintă totalitatea substanțelor dizolvate în apă, stabile după evaporare la 1050C, marea majoritate a acestora fiind de natură anorganică.

Apele subterane și mai ales cele din pânze freatice de mare adâncime, se caracterizează printr-o mineralizare mai ridicată și în același timp mai puțin variabilă, datorită contactului cu straturile minerale în care staționează.

Indicatori biogeni

Azotul este unul dintre elementele principale pentru susținerea vieții, intervenind în diferite faze de existență a plantelor și animalelor. Formele sub care apar compușii azotului în apă sunt azot molecular (N2), azot legat în diferite combinații organice (azot organic), amoniac (NH3), azotiți (NO2-) și azotați (NO3-). Amoniacul constituie o fază intermediară în ciclul biogeochimic al azotului.

Prezența amoniacului în apele de alimentare este limitată de normele recomandate de Organizația Mondială a Sănătății, la cantități foarte mici (sub 0,05 mg/l) datorită efectelor nocive pe care le poate avea asupra consumatorilor. Nitriții constituie o etapă importantă în metabolismul compușilor azotului, ei intervenind în ciclul biogeochimic al azotului ca fază intermediară între amoniac și nitrați. Prezența lor se datorește fie oxidării bacteriene a amoniacului, fie reducerii nitraților. Nitrații constituie stadiul final de oxidare a azotului organic. Azotul din nitrați, la fel ca și cel din nitriți sau amoniac, constituie un element nutritiv pentru plante și, alături de fosfor, este folosit la cultura intensivă în agricultură. Prezența nitraților în apele naturale se poate explica prin contactul apei cu solul bazinului hidrografic.

1.1.2.Poluarea apelor

Poluarea apelor reprezinta alterarea calitatilor fizice, chimice si biologice ale apelor, produsa direct, sau indirect, in mod natural sau antropic. Apa poluata devine improprie utilizarii normale. Poluarea poate avea loc:

continuu, cum este cazul canalizarii din oras, sau rezidurile proveaflă, în mod obișnuit, cationii și anionii prezentați în tabelul 1.3 , ioni de care depind cele mai importante calități ale apei.

Tabelul 1.3. Principalii ioni din apele naturale[http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/MANUAL-PRACTIC-TRATAREA-APEI5412201921.php]

Reziduul fix reprezintă totalitatea substanțelor dizolvate în apă, stabile după evaporare la 1050C, marea majoritate a acestora fiind de natură anorganică.

Apele subterane și mai ales cele din pânze freatice de mare adâncime, se caracterizează printr-o mineralizare mai ridicată și în același timp mai puțin variabilă, datorită contactului cu straturile minerale în care staționează.

Indicatori biogeni

Azotul este unul dintre elementele principale pentru susținerea vieții, intervenind în diferite faze de existență a plantelor și animalelor. Formele sub care apar compușii azotului în apă sunt azot molecular (N2), azot legat în diferite combinații organice (azot organic), amoniac (NH3), azotiți (NO2-) și azotați (NO3-). Amoniacul constituie o fază intermediară în ciclul biogeochimic al azotului.

Prezența amoniacului în apele de alimentare este limitată de normele recomandate de Organizația Mondială a Sănătății, la cantități foarte mici (sub 0,05 mg/l) datorită efectelor nocive pe care le poate avea asupra consumatorilor. Nitriții constituie o etapă importantă în metabolismul compușilor azotului, ei intervenind în ciclul biogeochimic al azotului ca fază intermediară între amoniac și nitrați. Prezența lor se datorește fie oxidării bacteriene a amoniacului, fie reducerii nitraților. Nitrații constituie stadiul final de oxidare a azotului organic. Azotul din nitrați, la fel ca și cel din nitriți sau amoniac, constituie un element nutritiv pentru plante și, alături de fosfor, este folosit la cultura intensivă în agricultură. Prezența nitraților în apele naturale se poate explica prin contactul apei cu solul bazinului hidrografic.

1.1.2.Poluarea apelor

Poluarea apelor reprezinta alterarea calitatilor fizice, chimice si biologice ale apelor, produsa direct, sau indirect, in mod natural sau antropic. Apa poluata devine improprie utilizarii normale. Poluarea poate avea loc:

continuu, cum este cazul canalizarii din oras, sau rezidurile provenite din industrie si deversate in ape:

discontinuu, la intervale regulate sau neregulate de timp

Clasificarea surselor de poluare se poate face:

Dupa provenienta: activitatile menajere, industria, agricultura, si transporturile.

Dupa aria de raspandire a poluantilor:

surse locale;

difuze, cand poluantii se raspandesc pe o arie mare.

Dupa pozitia lor:

surse fixe;

mobile (autovehicole, locuinte si instalatii ce se deplaseaza etc.).

Poluarea majora a apelor se face de catre: industrie, agricultura, transporturi si activitatile menajere.

Industria deverseaza in apele naturale substante chimice, organice si anorganice, resturi vegetale si animale, solventi, hidrocarburi, caldura. Materialele pot fi in stare solida, sau lichida, miscibile sau nemiscibile cu apa, usor sau greu volatile, mai mult sau mai putin toxice.

Agricultura deverseaza in apele naturale ape cu incarcatura mare de substante chimice ce pot depasi apele menajere si de 5 ori la consumul de oxigen de 7 ori la azotul total si de 10 ori la materiale solide.

Transporturile deverseaza produse petroliere, detergenti etc.

Activitatile menajere genereaza dejectii, detergenti, diferite alte substante poluand chimic si biologic apele naturale.

Poluantii apelor sunt foarte diversi si de aceea clasificarea adopta mai multe criterii. Astfel:

1) Dupa natura lor exista poluanti: – organici; – anorganici; – bilogici; – radioactivi; – termici.

2) Dupa starea de agregare se diferentiaza: – suspensii; – poluanti solubili in apa; – dispersii coroidale.

Dupa durata degradarii naturale in apa se deosebesc: – poluantii usor biodegradabili; – nebiodegradabili; – refractari.

Poluarea apelor la fel ca si poluarea celorlalte elemente apartinatoare naturii inca continua la un nivel ridicat dar totusi se in urma congreselor nationale si internationale privind poluarea se observa o usoare ameliorare a ei atat pe plan national cat si mondial.

(http://referat.clopotel.ro/Poluarea_apelor-9332.html )

1.1.3.Caracteristicile apelor uzate urbane

Determinarea caracteristicilor apelor uzate orășănești este necesară pentru proiectarea stațiilor de epurare și pentru controlul și operarea acestora în condiții optime.

Prin caracterizarea apelor uzate se înțelege determinarea urmatorilor indicatori de calitate:

-indicatori fizici;

-indicatori chimici;

-indicatori biologici.

Indicatori fizici

Temperatura apelor uzate menajere este cu 2-30C mai ridicată decât cea a apelor de alimentare, cu excepția cazului de deversări de ape calde tehnologice sau când în retea se infiltrează ape subterane.

Turbiditatea apelor uzate este dată de particulele foarte fine aflate în suspensie,care nu sedimentează în timp. Orientativ, apele uzate menajere prezintă valori ale gradului de turbiditate în limitele de 400 – 5000 în scara silicei.

Culoarea apelor uzate menajere proaspete este gri deschis, iar culoarea gri inchis indică începutul procesului de fermentare a materiilor organice existente în aceste ape. Alte culori apar la amestecul acestora cu apele uzate industriale care pătrund în rețeaua de canalizare (ex : ape verzi de la industriile de legume, ape galbene de la industriile prelucratoare de clor, ape roșii de la uzine metalurgice etc).

Mirosul. Apele uzate orășenești pot avea mirosuri diferite in functie de natura și proveniența lor.

Materiile solide totale (MST) care se găsesc în apa uzată pot fi în stare de suspensie (organice și minerale) și materii solide dizolvate (organice și minerale). Materiile solide în suspensie se pot separa prin decantare. În funcție de dimensiunile diferitelor particule (gradul de dispersie) și de greutatea specifică a acestor particule, materiile solide în suspensie se pot depune sub formă de sediment, pot pluti la suprafața apei sau pot pluti în masa apei (materiile coloidale).

Analizele apelor uzate menajere indică o cantitate totala a materiilor solide de 65 g/om zi, din care, materiile solide decantabile reprezinta 35 – 50 g/om zi (în medie 40 g/om zi), ceea ce reprezintă 60-75% din materiile solide totale. În cazul îndepărtarii unei părți din rezidurile menajere solide prin marunțire (tocare) și evacuare apoi hidraulic, prin rețeaua de canalizare, se înregistrează o creștere semnificativă (cca 100 g/om zi) a depunerilor în stația de epurare.

Caracteristici chimice

Apele uzate conțin carbohidrați, grăsimi și uleiuri, proteine, fenoli, pesticide, poluanți prioritari, compuși organici volatili. Aceștia pot proveni din dejecțiile umane și animale, resturi alimentare, legume și fructe sau alți compuși organici de sinteză proveniți din apele uzate industriale. Prezența materiilor organice pot reduce oxigenul dizolvat favorizând apariția proceselor anaerobe. Analiza conținutului de compuși organici prezintă o importanță deosebită pentru funcționarea stațiilor de epurare, testele putând fi grupate în două categorii:

analize care măsoară concentrații mai mari de compuși organici mai mari de 1mg/L precum CBO5, CCOCr , CTCO (conținutul total de carbon organic), CTO (consum teoretic de oxigen).

analize care determină urme de compuși organici (10-12 – 10-3 mg/L) folosind metode instrumentale de analiză, cum ar fi cromatografia în fază lichidă/gazoasă, spectrofotometrice

analize anorganice : aciditatea, alcalinitatea, pH, sulfați, nitrați, etc.

CBO5 este consum biochimic de oxigen în interval de cinci zile la o temperatură standard de 20C. Este un indicator general care dă informații asupra conținutului de substanțe organice biodegradabile din apa uzată sau despre necesarul de oxigen al microorganismelor din apă. Practic se determină diferența dintre cantitatea de oxigen inițială din apa uzată și cea de după 5 zile de incubație la temperatura constantă.

Pentru ape uzate menajere CBO5 are valorile 100÷400 mg/L, în timp ce în apele uzate industriale variază în limite mai largi funcție de proveniența lor. Este un indicator important pentru proiectarea treptelor biologice. Procesele consumatoare ale oxigenului dizolvat sunt cele de transformare ale carbonului organic în CO2 și de transformare a NH3 în NO2 și NO3.

CCO este consumul chimic de oxigen. Se poate determina prin doua metode:

– Metoda cu KMnO4 în mediu acid (nu se folosește în cazul apelor uzate decât foarte rar).

– Metoda cu K2Cr2O7 în mediu acid pentru determinările specifice analizei apelor uzate (la 100C). Este măsura cea mai potrivită a oxidabilității, dacă concentrația de ioni Cleste mai mare de 300mg /L se folosește ca inhibitor pentru HgSO4.

CCOCr ia valori de 300÷800 mg/L pentru apele uzate municipale în general dar se poate ajunge la 900÷1200 mg/L în unele cazuri.

CTO reprezinta consumul teoretic de oxigen determinat pe principiul cromatografiei în fază gazoasă evidențiază toate substanțele organice și anorganice existente în proba de ape uzate care intră în reacții chimice până la nivelul de oxizi stabili. Se poate calcula dacă se cunoaște natura compușilor organici impurificători.

CTCO reprezinta conținutul total de carbon organic din apă. Este un indicator global pentru concentrații destul de mici. Principiul de determinare constă în introducerea unor volume exact măsurate de apă în dispozitive de oxidare chimică sau în cuptoare cu temperatură înaltă. Carbonul este transformat în CO2 în prezența unui catalizator și apoi se determină CO2 într-un analizor cu raze IR. Înaintea determinării se realizează filtrarea probei și eventual o acidifiere pentru a elimina interferentele.

Aciditatea apelor uzate este determinată de prezența bioxidului de carbon liber, a acizilor minerali și a sărurilor acizilor tari cu baze slabe. Aciditatea se exprimă în ml substanță alcalină normală pentru neutralizarea unui dm3 de apă. Acest parametru este indicat a fi determinat pentru apele uzate industriale care ajung în stația de epurare orășenească.

Alcalinitatea apelor uzate este dată de prezența bicarbonaților, carbonaților alcalini și a hidroxizilor. Apele uzate menajere sunt ușor alcaline, caracterizate prin valoarea pH-ului în limitele de 7.2 – 7.6. În laborator aceasta caracteristică chimică se determină prin neutralizarea unui dm3 de apă de analizat cu o soluție de HCl diluat la 0.1N exprimată în ml.

pH-ul apelor uzate poate fi acid sau alcalin și constituie o cauză importantă perturbatoare a proceselor biologice din cadrul unei statii de epurare. Spre deosebire de aciditatea sau alcalinitatea unei ape, acest parametru exprimă numai intensitatea acidității sau alcalinității, adică nu există o legatură directă între pH-ul unei ape și cantitatea de acizi sau alcali care este în compoziția apei respective. Este posibil ca doua soluții apoase să prezinte aceleași valori ale pH-ului, cu toate ca concentrația lor în acizi sau baze poate fi diferită.

Concentrația în ioni de hidrogen a apelor naturale, adică pH-ul care exprimă reacția activă a apei prezintă valoarea 7 (ape neutre). Reacția apelor va fi acidă pentru pH = 0 – 7 si va fi alcalină pentru pH = 7 – 14.

C. Caracteristici bacteriologice si biologice

Apele uzate in compozitia carora se afla materii organice, sunt poluate si cu specii de organisme care valorifica resursele de hrana respective si care, in decursul dezvoltarii lor, s-au adaptat unor conditii unulaterale de mediu. Aceste organisme constituie indicatorul biologic ce caracterizeaza pozitiv gradul de incarcare al apei cu substante organice sau gradul sau de saprobitate. Organismele respective sunt formate din bacterii, protozoare, alge.

Dupa modul in care se hranesc, bacteriile se impart in autrotofe si heterotrofe.

Bacteriile autotrofe utilizeaza pentru hrana substante minerale. Carbonul necesar pentru sinteza glucidelor, lipidelor si proteinelor il iau din bioxidul de carbon, carbonati si bicarbonati.

Bacteriile heterotrofe au nevoie de materii organice ca sursa de carbon si de energie. Din grupa acestor bacterii fac parte: saprofitele care utilizeaza materii organice moarte si care joaca rolul principal in procesul de autoepurare, si parazite, care se dezvolta in corpul organismelor animale si umane si care apar numai intamplator in apele poluate; unele sunt patogene, reprezentand un pericol pentru sanatatea omului (bacteriile tifosului intestinal, a dizenteriei, a holerei, a febrei tifoide etc.).

Pentru a determina gradul de infectare a apei cu bacterii patogene se efectueaza o analiza a apelor pentru a pune in evidenta existenta bacteriilor din grupa Coli – bacterii care prezinta un component tipic al microflorei intestinale. Bacteria Coli nu constituie o bacterie patogena (este o bacterie banala), dar constituie un indicator al existentei in apa uzata a dejectiilor de animale si umane si deci existenta de bacterii patogene.

Prezenta sau absenta unor organisme poate oferi indicatii asupra desfasurarii procesului de epurare biologica din cadrul unei statii de epurare. Aceeasi observatie este valabila si in cazul proceselor de fermentare anaeroba a namolurilor.

[http://www.scrigroup.com/geografie/ecologie-mediu/APELE-UZATE-ORASENESTI-SURSA-D54587.php]

1.1.4.Epurarea și autoepurarea apelor uzate.

Epurarea apelor uzate

Epurarea apelor uzate poate fi realizată prin metode bazate pe procese fizice, chimice și biologice, care diferă în funcție de tipul poluanților și concentrația lor în apa uzată. Se poate face o clasificare a acestor metode luând în considerare tipul procesului care stă la baza metodei de epurare:

Epurare mecanică

Epurare chimică

Epurare biologică

Epurare avansată

sau considerând operațiile și procesele unitare necesare pentru a realiza îndepărtarea poluanților, într-un anumit stadiu al sistemului de epurare în:

Epurare primară

Epurare secundară

Epurare terțiară (avansată)

Epurarea mecanică a fost introdusă în procesul tehnologic în scopul reținerii substanțelor grosiere care ar putea înfunda canalele conductelor și bazinele existente sau care prin acțiunea abraziva ar avea efecte negative asupra uvrajelor.

Epurarea chimică are un rol bine determinat în procesul tehnologic, prin care se îndepărtează o parte din conținutul impurificator al apelor reziduale.

Epurarea chimică prin coagulare – floculare conduce la o reducere a conținutului de substanțe organice exprimate în CBO5 de cca. 20 -30 % permițând evitarea încărcării excesive a nămolului activ cu substanță organică. Procesul de coagulare – floculare constă în tratarea apelor reziduale cu reactivi chimici, în cazul de față, sulfat feros clorurat și apă de var, care au proprietatea de a forma ioni comuni cu substanța organica existentă în apă și de a se aglomera în flocoane mari capabile să decanteze sub formă de precipitat. Îndepărtarea prin decantare a flocoanelor formate este necesară întrucât acestea ar putea împiedica desfășurarea proceselor de oxidare biochimică prin blocarea suprafețelor de schimb metabolic a biocenozei.

Datorită variațiilor mari de pH cu care intră în stația de epurare apele reziduale, se impune corectarea pH-ului în așa fel încât, după epurarea mecano-chimică, apele să aibă un pH cuprins între 6,5-8,5, domeniu în care degradarea biochimică sub acțiunea microorganismelor din nămolul activ este optimă. Corecția pH-ului se face cu ajutorul H2SO4 98% sau a NaOH 40% în bazinul de reglare a pH-ului, destinat acestui scop. Totodată prin corecția pH-ului se reduce și agresivitatea apelor reziduale asupra conductelor, construcțiilor și uvrajelor.

După epurarea mecano-chimică și corecția pH-ului apele pot fi introduse în treapta de epurare biologică unde are loc definitivarea procesului de epurare. Necesitatea introducerii treptei de epurare biologică este motivată datorită conținutului mare de substanța organică din apele reziduale evacuate de pe platforma chimică care nu pot fi îndepărtate prin epurare chimică decât parțial.

Epurarea biologică constă în degradarea compușilor chimici organici sub acțiunea microorganismelor în prezența oxigenului dizolvat și transformarea acestor produși în substanțe nenocive.

Apele uzate în compoziția cărora se află materii organice, sunt poluate și cu specii de organisme care valorifică resursele de hrană respective și care, în decursul dezvoltării lor, s-au adaptat unor condiții unilaterale de mediu. Aceste organisme constituie indicatorul biologic ce caracterizează pozitiv gradul de încărcare al apei cu substanțe organice.

Epurarea biologică a apelor uzate nu este o operație unică, ci o combinație de operații intermediare care depind de caracteristicile apei și de cerințele evacuării în emisar.

Procesul de epurare biologică se desfasoara astfel : substanțele asimilabile, exprimate în CBO5 concentrate la suprafața biomasei sunt absorbite, substanțele absorbite fiind apoi descompuse de către enzimele celulare vii în unități mici care pătrund în celulă, se metabolizează și se formează noi celule. Substanțele metabolizate rezultate (CO2 ,azotați , etc.) sunt eliberate în mediu, ne mai fiind nocive.

În procesul de epurare biologică în afară de aportul de substanțe organice asimilabile, trebuie ținut seama de existența elementelor indispensabile vieții și în primul rând de azot și fosfor. După datele din literatură, conținutul de substanțe nutritive raportat la CBO este minim de CBO:N:P=150:5:1 și maxim de CBO:N:P= 90 :5:1. Prin epurarea biologică a apelor uzate se obține o îndepărtarea a impurificatorilor în jur de 90-95 %, în condițiile în care aceste ape conțin substanțe biodegradabile.

Epurarea avansata nu este prezenta la toate statiile de epurare. Aceasta treapta, denumita si treapta tertiara, are rolul de a înlătura compuși în exces (de exemplu nutrienți- azot și fosfor) și a asigura dezinfecția apelor (de exemplu prin clorinare).

Epurarea avansata poate fi biologică, mecanică sau chimică sau combinată, utilizând tehnologii clasice precum filtrarea sau unele mai speciale cum este adsorbția pe cărbune activat, precipitarea chimică etc. Eliminarea azotului în exces se face biologic, prin nitrificare (transformarea amoniului în azotit și apoi azotat) urmată de denitrificare, ce transformă azotatul în azot ce se degajă în atmosferă. Eliminarea fosforului se face tot pe cale biologică, sau chimică.

(   curs “Sisteme de depoluare”- Victor-Viorel Safta )

Autoepurarea este un proces natural complex (fizico-chimic, biologic și bacterilogic) prin care impurificarea unei ape de suprafață receptoare, curgătoare sau stătătoare, se reduce treptat odată cu îndepărtarea de sursa de impurificare.

Îndiferent de receptor și de natura impurificării, procesele de autoepurare sunt asemănătoare, însă diferă desfășurarea lor ca durată, ca amploare, ca ordine de succesiune sau ca măsură în care iau parte toate felurile de procese specifice, sau numai unele dintre acestea, depind de caracteristicile receptorului și ale poluanților introduși în acestea. Capacitatea de autoepurare a apelor receptoare nu este nelimitată, aceasta putând varia în timp chiar dacă caracteristicile apelor receptoare rămân relativ constante.

Procesul de autoepurare se realizează, în esență, prin îndepărtarea din masa de apă supusă procesului a materiilor solide în stare de suspensie, sau prin transformarea pe cale chimică sau biochimică a unor substanțe poluatoare.
Factorii care intervin în procesul de autoepurare sunt foarte numeroși și sunt de natură fizică, chimică, și bilogică sau factori de mediu. Acestia pot interveni în proces simultan sau într-o anumita succesiune, însa între actiunile acestor factori exista anumite interdependente, astfel încât momentul în care intra în actiune un anumit factor si intensitatea cu care actioneaza este deregula conditionat de actiunile altor factori.

Factorii fizici care intervin în procesul de autoepurare sunt: sedimentarea, lumina,

temperatura si miscarea curentilor de apa.

Factori chimici joaca un rol foarte important în procesul de autoepurare , contribuind direct si/sau indirect la crearea conditiilor de viata a organismelor din apa supusa procesului.

Procesul de autoepurare mai este influentat si de alti componenti chimici din apa, care contribuie la crearea conditiilor de viata ale organismelor acvatice sau favorizeaza unele reactii chimice sau biochimice, cum ar fi: fierul, manganul, azotul, fosforul, potasiul, sulful, siliciul, magneziul, aluminiul si unele oligoelemente.

Factorii biologici care intervin în procesul de autoepurare sunt organismele acvatice si

anume: bacteriile, protozoarele, macrovertebratele si plantele clorofiliene.

Unele dintre bacteriile din apa se dezvolta în prezenta oxigenului molecular, dizolvat în apa, si se numesc bacterii aerobe.Ele au rol principal în procesul de autoepurare a apei. Alte bacterii din apa utilizeaza în procesele metabolice oxigenul combinat chimic din apa (din sulfati, azotiti, etc.) si poata numele de bacterii anaerobe, acestea având un anumit rol si în procesul de autoepurare a apei, dar mai ales în procesele din interiorul sedimentelor de pe fundul apelor.

În general toate procesele biologice bacteriene se produc într-o multitudine de trepte susccesive, care daca se desfasoara în echlibru, descompun materia organica (poluatoare) din apa,în bioxid de carbon si apa, în cazul proceselor aerobe, si în bioxid de carbon si metan, în cazul proceselor anaerobe.

(http://isb.pub.ro/master/2012/Tematica_IMPM.pdf)

1.2 Metode de epurare a apelor uzate

Combaterea poluării apelor se realizează prin măsuri ce urmăresc, în primul rând, prevenirea poluării apelor.In ultimul timp, cea mai eficientă modalitate de combatere și limitare a poluării din diferite ramuri industriale, zootehnie și diverse activități sociale, este epurarea apelor uzate  înainte de evacuare.Astfel apele uzate sunt supuse unor tratamente succesive, prin care conținutul de poluanți este diminuat, astfel încât, în urma diluării cu apele râurilor în care ajung să înregistreze concentrații cât mai mici.

Apele uzate sunt definite conform STAS 1846-90 ca amestecul dintre apele uzate menajere, apele uzate tehnologice proprii ale sistemului de alimentare cu apa si de canalizare si apele uzate industrial, zootehnice, preepurate sau nu, astfel incat caracteristicile lor fizice, chimice, biologice si bacteriologice sa respecte valorile indicate in NTPA-002/1997 (“Normativ privind conditiile de evacuare a apelor uzate in retelele de canalizare ale localitatilor “)

In functie de obiectivele pe care le impuse statiile de epurare se clasifica in:

Statii de epurare locale

Statii de epurare generale

Statii de epurare locale ( statii de preepurare ) sunt de regula aferente unitatilor industrial sau agrozootehnice si au urmatoarele roluri:

Retinerea din apele uzate a unor substante valoroase in scopul reutilizarii sau a unor substante periculoase

Aducerea apelor uzate la un grad de poluare admisibil pentru deversarea in sistemele de canalizare centralizate , ale caror caracteristici sunt stipulate in : Normativul privind conditiile de evacuare a apelor uzate in retele de localizare ale localitatilor NTPA002/1997

Uniformizarea debitelor apelor uzate , apele rezultate din statiile de preepurare sunt deversate in sistemele centralizate de canalizare ale localitatii.

Statiile de epurare pot fi :

Intr-o singura treapta : statii de epurare mecanice

In doua trepte : statii de epurare mecano-biologica sau statii de epurare mecano-chimica

In trei trepte -statii de epurare mecano-biologica si o treapta de epurare avansata.

1.2.1. Epurarea mecanica

Se mai numește epurare primară și contine o serie de procese fizice de separare a poluanților din apele uzate.

In prima etapă se îndepărteaza materiile grosiere în suspensie, mai mari de 1 milimetru, în general solide organice plutitoare, prin reținerea lor pe grătare și site.

În a doua etapă, prin procese de decantare gravitațională, în instalații numite deznisipatoare, se îndepărtează suspensiile constituite din particule minerale (sol și nisip).

Materiile grosiere se îndepărtează pentru protejarea pompelor și evitarea înfundării conductelor. Apele uzate, după primele două etape, sunt conduse în instalații numite decantoare primare, unde se sedimentează restul de substanțe în suspensie și parțial cele aflate în dispersie coloidală, care contin și substanțe organice.

Decantoarele sunt construcții din beton de formă dreptunghilară sau radială în care apa uzată curge cu viteză mică pentru a grăbi depunerea particulelor în suspensie. Nămolul rezultat din depuneri e colectat, periodic și evacuat din instalație. Unele stații de epurare mecanice sunt prevăzute suplimentar cu separatoare de uleiuri și grăsimi.

Figura 1.5. Epurarea mecanică [http://ro.scribd.com/doc/76641962/Metode-Avansate-de-Epurare-a-Apelor-Uzate]

1.2.2. Epurarea chimică

Aceasta metoda se bazeaza pe procedeele fizico-chimice produse in bazinul de amestec si in decantorul primar.

Epurarea chimică se aplică atât poluanților în suspensie, cât și celor dizolvați. Astfel materiile în suspensie fină care nu se decantează în decantorul primar, ele aflandu-se dispersate coloidal, se elimină cu ajutorul unor reactivi chimici, numiți coagulanți, se mai folosesc și coagulanți sintetici numiți polielectroliți. Aplicarea produsului de decantare cu coagulanți, asigură eliminarea materiilor în suspensie și reduce conținutul de substanțe organice dizolvate.

Termenul de coagulare este utilizat pentru a descrie procesul de destabilizare produs prin compresia celor doua invelisuri electrice care inconjoara particulele colidale, producandu-se agregarea lor, iar termenul de floculare face referire la destabilizarea prin adsorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intre particule.

Pentru eliminarea poluanților dizolvați se recurge la reacții chimice în care reactivul introdus formează cu poluantul un produs greu solubil, care se depune pe fundul bazinului de reacție sau e descompus sau transformat într-o substanță inactivă. Astfel se pot elimina din soluție: metale grele, cianuri, fenoli și coloranți. Ca reactivi se utilizează laptele de var, sulfatul feros, fosfatul de sodiu, amoniac sau ape amoniacale.. Apele uzate acide sau alcaline, datorită agresivității lor chimice, se supun preepurării, operație ce constată în neutralizarea lor în bazine cu ajutorul unor reactivi chimici.

Epurarea chimică este însoțită de obicei și de o epurare mecanică, aceasta fiind alcătuită din grătare, decantoare, centrifuge și de aceea metoda poartă denumirea de epurare mecano-chimică.

Fig1.7. Epurarea mecano-chimică [http://ro.scribd.com/doc/76641962/Metode-Avansate-de-Epurare-a-Apelor-Uzate]

1.2.3. Epurarea biologică

I se mai spune epurare secundară și se aplică pentru eliminarea din apă a poluanților organici biodegradabili, care pot constitui hrană pentru microorganisme. Eliminarea substanțelor organice dizolvate în apă se face prin absorbția lor la suprafața celulelor, microorganismelor, în principal bacterii. Ca urmare apar noi celule de bacterii și așa numiți metaboliți (bioxid de carbon ,săruri minerale).

Schema de epurare mecano-biologică (figura 1.9) cuprinde o treaptă de epurare mecanică și una de epurare biologica. Treapta de epurare mecanică este asemănătoare celei precedente, ea poate fi completată cu biocoagulatoare, în cazul în care în stație există nămol biologic.

Figura.1.9. Epurarea mecano –biologica [http://ro.scribd.com/doc/76641962/Metode-Avansate-de-Epurare-a-Apelor-Uzate]

In practica exista trei procedee principale de epurare biologică.

a) cu nămol activ – instalația de epurare include un bazin de aerare numit aerotanc, în care apa uzată provenită de la decantorul primar este aerată puternic cu ajutorul unor dispozitive de insuflare a aerului și un bazin de sedimentare- decantorul secundar. Nămolul sedimentat în decantorul este utilizat parțial pentru însămânțarea aerotancului, iar excesul este îndepărtat sau condus în altă instalație a stației de epurare.

b) cu biofiltre – instalația de epurare conține biofiltru propriu-zis, care este un turn de 1-4 metri înălțime, ce conține o umplutură de material inert, formată din piatră sau mase plastice, și un decantor secundar. Apa uzată provenită de la decantorul primar este introdusă prin partea superioară a biofiltrului și cade liber pe materialul de umplutură, contra curent cu aerul. În timp ce la nămolul activ biocenoza este relativ uniformă în masa aerotancului, datorită agitării continuie a apei, în biofiltru are loc o stratificare a grupelor pe înălțime, în funcție de gradul de epurare realizat.

c) cu iazuri de oxidare – se utilizează de obicei ca un procedeu de epurare globală pentru ape uzate cu volum relativ mic. Iazul biologic poate fi amenajat în bazine de pământ cu adâncime mică, sub un metru și dotat sau nu cu instalații de agitare și reaerare. El poate prelua toate operațiile efectuate în treptele stației de epurare, sau poate fi utilizat în completarea decantoarelor primare ca treaptă de epurare biologică, așa cum se practică de obicei pentru epurarea apelor uzate provenite de la fermele zootehnice. Populațiile de microorganisme care participă la epurare, în iazuri sunt aceleași ca și în instalații și în plus se adaugă și algele care prin procesul de fotosinteză aduc un aport de oxigen. În plus algele asimilează pentru hrană proprie, ionii de amoniu și sărurile fosfatice care rezultă din descompunerea substanțelor organice și de către bacterii, realizând în acest mod epurarea apelor și sub acest aspect.

1.2.4. Epurarea avansată

Prin aplicarea procedeelor de epurare mecanică și biologică nu pot fi eliminate din apele uzate multe dintre substanțele, organice nedegradabile biologic, astfel încât, pentru unele folosințe importante, cum sunt alimentările cu apă pentru populație și unele alimentări industriale, epurarea clasică, convențională, nu sete suficientă. Este necesară o epurare mai avansată din punct de vedere al îndepărtării poluanților și datorită neutilizării surselor de apă, care conduce la concentrarea poluanților neepurați în treapta primară și secundară.

Figura 1.11. Schema tehnologică a unei stații de epurare avansată [http://ro.scribd.com/doc/76641962/Metode-Avansate-de-Epurare-a-Apelor-Uzate]

Figura 1.10. Stație de epurare avansată, prevăzută cu treaptă terțiară de epurare [http://ro.scribd.com/doc/76641962/Metode-Avansate-de-Epurare-a-Apelor-Uzate]

Epurarea avansată a apelor uzate se poate obține prin aplicarea procedeelor care se bazează pe procesele fizico-chimice cunoscute și folosite deja în tehnologiile chimice de fabricație; adsorbție, extracție, distilare, spumarea, dinitrificarea, schimbul ionic și oxidarea chimică.

1.3 Tipuri de stații de epurare a apelor uzate urbane

Stația de epurare este o instalație sau un grup de instalații construite sau adaptate pentru diminuarea cantității de poluanți din apele uzate. Stația de epurare orășenească îndepărtează poluanții din apele uzate orășenești compuse dintr-un amestec de ape uzate menajere și.

Stațiile de epurare orășenești sunt operate de către administrația a localităților sau de către companii private aflate în subordinea autorităților publice. Stația de îndepărtează poluanții din apele .Stațiile de epurare sunt operate de către unitățile economice. Stația de epurare este o ministație de epurare a apelor uzate provenite de la zone rezidențiale sau mici unități sociale și/sau comerciale (spitale, școli, unități militare, hoteluri, magazine).

1.3.1.Stația de Epurare din orașul Oradea este amplasată pe malul drept al râului Crișul Repede.

Aceasta are rolul de a prelua si epura apa uzată menajera și industrială din Municipiul Oradea și unele zone limitrofe.Stația de epurare este de tip mecano-biologic, iar afluentul stației este deversat în râul Crișul Repede.

Părti componente

1. bazin compensare debite

2. treaptă mecanică

3. treaptă biologic

4. iazuri biologice

Fig. 1.12. – Statie de epurare Oradea (Jurnalul Nord Vest)

Bazinul de compensare debite are rolul de a uniformiza variațiile orare de debit și de preluare a unor debite suplimentare în cazul ploilor abundente sau avarii în stația de epurare. Bazinul cuprinde : camera de intrare (intrare și iesire apa); grătar plan cu curățire manuală, prevazut cu stavilare în amonte și aval; cămin de evacuare, prevăzut cu deversor și vană de fund, apă,în caz de necesitate se descarcă direct în Crișul Repede.

Apa uzată epurată mecanic este pompată spre treapta biologică.

Stația de pompare nămol primar – re rolul de a pompa nămolul primar în fermentatoare. Stațiile (două) sunt dotate cu electropompe submersibile. Stația de pompare apă epurată mecanic – are rolul de a prelua apa uzată epurată mecanic și de a o pompa spre treapta biologică de epurare. Stația funcționează în regim automatizat în funcție de variația de debite.

Fig. 1.9 – Epurarea apei uzate in treapta biologica.[bihor.ro]

Îngroșătorul de nămol -are rolul de a îngrosa nămolul activ în exces înainte de a fi introdus în fermentatoare. Din îngrosatorul de nămol, nămolul îngrosat este descărcat gravitațional în stațiile de pompare nămol primar în vederea introducerii în fermentatoare. Stabilizarea nămolurilor are loc în fermentatoare în urma unui proces anaerob. Fermentatoarele (2 bucăți a 3000 m3 fiecare si 6 bucăți a 4000 m3 fiecare) sunt cuplate două câte două la o camera de manevră prevazută cu pompe, tocătoare, schimbaătoare de căldură necesare recirculării nămolului și menținerii unei temperaturi constante în masa de nămol. În urma fermentării se obține biogaz și nămol fermentat care se descarcă pe paturi de nămol. Păturile de nămol au rolul de a deshidrata nămolul prin drenarea apei de nămol și prin evaporare. Paturile sunt compartimentate, fiecare compartiment este prevăzut cu două drenuri (conducte azbociment acoperite cu diferite sorturi de pietriș. Apa de nămol este condusă prin sistemul de drenuri la stația de pompare apă epurată mecanic de unde este pompată spre bazinele de aerare. Biogazul este colectat în trei bucăți gazometre care au rolul de înmagazinare a biogazului și menținerea unei presiuni de 220 mm coloana de apă necesar\ă alimentării arzătoarelor din centrala termică. Centrala termică cuprinde 4 cazane de încălzire din care unul este pe combustibil lichid (celelalte sunt cu funcționare pe biogaz) și are rolul de a prepara agentul termic necesar încălzirii nămolurilor din fermentatoare și asigurarea încălzirii spațiilor de producție și asigurarea apei calde pentru personal. Alimentarea cazanelor cu combustibil lichid se efectuează dintr-un rezervor subteran amplasat la o distanță de cca 15 m de centrală (capacitate 14 000 litri).

Fig.1.10. – Pături de namol [bihor.ro]

Iazurile biologice au rolul de a epura biologic natural apa uzată descarcată în ele în urma ocolirii treptelor mecanică și/sau biologică în cazul unor debite suplimentare sau avarii în stația de epurare. Se întind pe o suprafață de cca 57 ha și au un volum util de cca 1 000 000 m3. Apa epurată parțial în caz de necesitate (lucrări sau atingere cote de atenție) este descărcată în râul Crișul Repede prin intermediul a două camine betonate prevăzute cu vane de golire.

Stație de epurare a apei uzate urbane – San Mateo, California, U.S.A.

Treapta mecanică este reprezentată de un decantor primar. Treapta biologică este alcatuită dintr-un bazin aerat cu nămol și un decantor secundar. Instalația de dezinfecție clorinează apa uzată la ieșirea din treapta terțiară și apoi o tratează cu bioxid de sulf. Nămolul primar este amestecat cu nămolul secundar în exces, trecut printr-un îngroșător de nămol, condiționat chimic prin oxidare la presiune joasă, iar apoi decantat. Nămolul decantat este deshidratat cu un filtru de vacuum și pe cale automată, iar faza lichidă separată este fermentată anaerob într-o instalație de fermentare metanică.

Stațiile de epurare în două trepte (mecano-biologică) sunt stații de epurare complexe, destinate epurării apelor uzate încărcate cu substanțe organice care pot fi degradate sub acțiunea microorganismelor din pământ și apă. Procedeul de epurare cu nămol este un procedeu de epurare aerobă, și se aplică în stațiile care trebuie să epureze volume mari de ape uzate. Este unul din cele mai eficiente procedee utilizate și implică costuri destul de scăzute. Epurarea cu nămol poate fi utilizată în mai multe variante: în complet amestecat, aerare în trepte, contact-stabilizare, aerare prelungită, nitrificare cu aerare prelungită.

Figura 1.12. Schema stației de epurare a apelor uzate urbane a orașului San Mateo, CA, U.S.A. [http://www.cityofsanmateo.org/index.aspx?NID=152]

1-decantor primar, 2-bazin de aerare, 3- decantor secundar, 4-instalație de dezinfecție cu clor,

5-filtre de presiune, 6-rezervor de contact, 7-instalație de tratare cu bioxid de sulf,

8-îngroșător de nămol, 9-oxidare la joasă presiune, 10- decantor, 11-filtru de vacuum,

12- evacuare auto, 13-instalație de fermentare metanică

Factorii cei mai importanți în cazul epurării biologice s-au dovedit a fi, încărcarea și oxigenul dizolvat, care de fapt sunt într-o oarecare dependență. De aceea în exploatarea instalațiilor de epurare trebuie să se țină seama permanent de acești trei factori.

Nămolul deshidratat pe platformele de uscare nu prezintă miros neplăcut, poate fi ușor lopătat și transportat, fiind utilizat în agricultură ca îngrășământ sau pentru hrana animalelor. Pentru dezinfectarea apelor la care se folosește clorizarea, ca bazine de contact la filtrele biologice pot folosi decantoarele secundare; la bazinele cu nămol activat trebuie construite bazine de contact deoarece în cazul utilizării decantoarelor secundar, bacteriile aerobe ar fi distruse prin clor pierzându-se calitățile nămolului activat.

Stația de epurare de capacitate mare Geiselbullach din apropierea Munchen-ului: capacitate de 250.000 locuitori [Broșură “Sistem pentru tratarea apelor uzate”, Cleartec Water Management GmbH]

Avantajele utilizării acestui tip de stație de epurare a apelor uzate:

– Creșterea eficienței stațiilor de epurare existente;

– Reducerea costurilor de investiție pentru proiectele noi;

– Creșterea conținutului de substanță uscată fară a crește încarcarea în decantorul secundar;

– Eliminare excelentă a azotului;

– Siguranță ridicată în cazul încărcărilor hidrauluice ridicate și a vârfurilor de debit;

– Reducerea nămolului în exces;

– Creșterea stabilității procesului;

– Control facil al aerării și al substanțelor biologice în timpul funcționării.

Figura 1.7. Stația de epurare de capacitate mare Geiselbullach [Broșură “Sistem pentru tratarea apelor uzate”, Cleartec Water Management GmbH]

1. influent de la stația de pompare; 2. Treapta mecanică; 3. Deznisipator separator de grăsimi;

4. debitmetru; 5. Bazinul cu nămol activat, pentru nitrificare și denitrificare; 6. Decantor secundar;7. Monitorizare efluent; 8. Stație de pompare nămol în exces și de recirculare.

Figura 1.8. Vedere de sus stația de epurare Geiselbullach, capacitate 250.000 locuitori [Broșură “Sistem pentru tratarea apelor uzate”, Cleartec Water Management GmbH]

Stația de epurare a apei uzate urbane de la Glina:

Procesele tehnologice și biologice se manifestă în trei etape de tratare a apelor reziduale. In prima treaptă corpurile de dimensiuni mai mari care plutesc în apa Damboviței sunt reținute de o serie de grătare. Curățarea apei se face intr-un mod asemănător cu gestionarea gunoiului menajer, luand drumul rampei de gunoi sau a incineratorului de nămol. In continuare, apa trece prin niște site cu un rol identic ca cel al grătarelor, dar au ochiuri dese, reținand corpurile solide cu diametru mai mic. După decantare substanțele adunate la suprafață (grăsimi, substanțe petroliere) se înlatură, iar nămolul depus pe fund se trimite la metantancuri [Adevarul.ro].

Figura 1.20. Vedere asupra stației de epurare a apelor uzate de la Glina [Adevarul.ro]

Figura 1.22. Schema simplificată a procesului tehnologic de epurare a apelor uzate în stația de la Glina [http://b365.realitatea.net/news/statia-de-epurare-de-la-glina-inaugurata-dupa-aproape-30-deani-fotogalerie/]

1.4.Instalații și echipamente din treapta biologică a stațiilor de epurare

Obiectivul principal al treptei biologice de epurare este îndepărtarea substanțelor solide organice nesedimentabile (dizolvate sau coloidale), precum și stabilizarea materiilor organice din nămoluri.

Procesele biologice sunt precedate de o treaptă fizică de epurare care are rolul de a reține substanțele sedimentabile și sunt urmate de o decantare secundară – procese fizice – destinată reținerii produșilor rezultați din epurarea biologică.

Factorii care influențează procesul biologic sunt: timpul de contact sau timpul de traversare a obiectivului tehnologic în care se desfășoară procesul biologic, temperatura, pH-ul, oxigenul, încărcarea obiectului tehnologic cu ape uzate (diluție), cu nămol, nutrienți, prezența inhibitorilor de proces, condițiile hidrodinamice ale procesului – omogenizare și amestecare.

Procedeele de epurare biologică, utilizate în practică, folosesc una din două grupe de microorganisme: aerobe sau anaerobe. Microorganismele anaerobe se folosesc în procesele de fermentare a nămolurilor și la stabilizarea unor ape uzate industriale concentrate. Microorganismele aerobe sunt utilizate în mod curent în epurarea majorității apelor uzate cu caracter predominant organic – compuși pe bază de carbon, azot sau fosfor – și pentru stabilizarea anumitor categorii de nămoluri. Pentru epurarea biologică în regim aerob a apelor cele mai utilizate procedee sunt: cu nămol activ, cu peliculă biologică sau cu flocoane de nămol ce conțin atât bacterii aerobe cât și anaerobe. Deși aceste trei procese diferă între ele în ceea ce privește timpul de contact dintre microorganisme și apa uzată, modul de realizare al amestecului fazelor, necesarul de oxigen, modul de utilizare al nămolului biologic etc. totuși fenomenele biochimice esențiale sunt similare sau identice.

Desfășurarea procesului biologic este dependentă de menținerea unor parametri constanți la intrarea apei uzate în instalația de epurare. Apariția unor șocuri temporare va conduce la reducerea parametrilor de sedimentare a nămolului, dezintegrarea nămolului activ, majorarea concentrației suspensiilor solide în efluent și în final la completa blocare a procesului.

Procedeele biologice de epurare se desfășoară în condiții naturale (lagune, iazuri biologice, fermentare aerobă), condiții naturale forțate (lagune aerate) sau în regim artificial. În condiții artificiale se pot desfășura procedee în peliculă biologică – filtre biologice, echipamente cu peliculă aderentă sau procedeul cu nămol activ.

Elemente de fiziologie bacteriană

Epurarea biologică a apelor uzate presupune:

a) contactul celulei cu substanța organică în sistemul apos;

b) transferul moleculelor de substanță prin membrana celulară de la mediul polifazic în celulă, dacă mărimea lor permite aceasta – în caz contrar apare mai înainte scindarea moleculei;

c) metabolismul specific bacteriei care conduce la degradarea substanței organice.

[6. Claudia Maria Simonescu – Epurarea biologica a apelor uzate, Editura Matrixrom,

2009;]

Factorii care afectează activitatea bacteriană sunt:

Temperatura. Fiecare specie de bacterie are o temperatură optimă de creștere. Valorile mici nu distrug bacteriile, dar reduc viteza de creștere.

Lumina. Anumite lungimi de undă ale luminii, în special cele apropiate de spectrul ultraviolet, pot distruge celulele vii.

Umiditatea. Bacteriile se pot reproduce și pot avea un ciclu de viață normal numai în condițiile existenței unei soluții apoase.

Osmoza. Este un fenomen fizic ce apare ca urmare a diferențelor de concentrație a substanțelor solubile existente de ambele părți ale membranei celulare. Dacă concentrația sărurilor dizolvate este mai mare în exteriorul celulei decât în interior apa din celulă tinde să echilibreze diferența ceea ce poate conduce la distrugerea celulei vii. În sens invers, concentrații mai mari la interior, pot conduce, de asemenea, la efecte de distrugere.

Germicidele și agenții bacteriostatici. Germicidele sunt substanțe care distrug bacteriile prin contact, iar agenții bacteriostatici sunt compuși chimici ce împiedică reproducerea celulelor. Prezența lor în mediul apos poate conduce chiar la stingerea procesului metabolic.

Antimetaboliți. Antimetaboliții sunt substanțe chimice care distrug sau alterează agenții metabolici sau de creștere – factori esențiali pentru viața normală a celulelor bacteriene.

Diana Robescu, Felix Stroe, Aurel Presura, Dan Robescu – Tehnici de epurare a

apelor uzate, Editura Tehnica, Bucuresti, 2011;]

1.4.1 Filtre biologice (biofiltre)

In cazul filtrelor biologice, cultura de microorganisme este depusa pe un suport inert din punct de vedere biologic. Astfel, biofiltrele sunt constructii de epurare care contin un material granular de umplutura (pietris, zgura, cocs etc.) pe care se formeaza pelicula biologica, cea care contribuie la biooxidarea impuritatilor din apa uzata. Biofiltrul se amplasează în schema de epurare după decantorul primar. El se poate introduce în schemă și după instalația de epurare cu nămol activ de mare încărcare în scopul de a finisa procesul de degradare al materiei organice. Există și scheme de epurare completă a apelor uzate care conțin trei trepte echipate cu filtre biologice primul destinat eliminării produșilor de carbon, iar următoarele pentru procese de nitrificare și denitrificare.

Fig.3.21. Schema unui filtru biologic

1 – construcție din beton; 2 – distribuitor rotativ; 3 – material de umplutură; 4 – material de rezistență; 5 – tuburi drenaj; 6 – canal de evacuare; 7 – conductă admisie apă brută

Biofiltrul, (fig.3.21), este alcătuit dintr-o construcție din beton, cu înălțimea cuprinsă între 1…4 m, în care se introduce un material brut, dur, rugos, impermeabil. Materialul, cu dimensiunea optimă între 40…80 mm (3), umple spațiul construcției din beton armat (1). În zona de suprafață se pot pune particule mai mici 30…50 mm, iar la fund mai mari de 60…100 mm, depuse pe un planșeu drenant, realizat din prefabricate, care susține materialul granular. Apa uzată, decantată în prealabil, intră pe conducta (7) și este repartizată uniform pe suprafața biofiltrului datorită distribuitorului (2). Repartiția apei se face intermitent astfel încât, între udări, să se permită circulația aerului atmosferic în scopul oxigenării. Construcția poate să fie de tip cilindric, caz în care distribuitorul este rotitor, sau de forma unui paralelipiped cu distribuitor ce încalecă bazinul și are o mișcare dute-vino. Apa purificată este colectată prin intermediul conductelor de drenaj (5) și evacuată pe canalul (6).

Parametrii filtrelor biologice sunt reprezentati de :

Raportul de reciclare (raportul dintre debitul efluentului recirculat si debitul influent);

Factorul hidraulic al recirculari (raportul dintre debitul influent filtrului biologic la care se adauga debitul de recirculare si debitul influent);

Factorul biologic al recircularii (dat de proportia de materie organica indepartata la fiecare trecere a apei prin filtru);

Incarcarea organica (raportul dintre cantitatea de poluant organic introdus in filtru intr-un anumit interval de timp si volumul acestuia);

Incarcarea hidraulica (raportul dintre cantitatea de poluant introdus in filtru intr-un anumit interval de timp si suptrafata ariei transversale a acestuia).

Ventilația din biofiltru se asigură în mod natural ca urmare a parcurgerii de catre aer de jos in sus a materialului granular de umplutura.. Temperatura din interior este aproximativ egală cu cea a apelor uzate. Iarna interiorul are o temperatură mai ridicată dacât exteriorul ceea ce conduce la apariția unui efect de tiraj – apare un curent ascendent. Vara aerul este mai cald în exterior ceea ce face să apară un curent descendent, în echicurent cu apa uzată care se scurge din distribuitor.

Din punct de vedere al materialului granular de umplutura, filtrele biologice pot utiliza materiale de forma neregulata (piatra, zgura) sau de forma regulata (gratare, piese cu o anumita geometrie).Dintre filtrele cu material de forma regulata cel mai utilizata, in ultimul timp, este cel din material plastic, datorita avantajelor pe care le ofera : suprafata specifica mai mare, greutate specifica mai mica, sensibilitate mai mica la colmatare. Aceste filtre s-au dovedit a fi foarte avantajoase in situatia in care au fost utilizate ca filtre de mare incarcare.

[http://www.ewisa.co.za/misc/wastewater/biofilter1.jpg]

1.4.2. Bazine de aerare

Tehnologia de epurare cu namol activ presupune amestecarea si aerarea amestecului apa uzata-namol activ recirculat, urmata de separarea apei uzate de namol.Instalatiile de namol activ se compun din doua compartimente:

Bazin de aerare (aici se realizeaza amestecul si aerarea namolului);

Decantor secundar (se separa apa uzata de namolul activat).

Fig. Schema tehnologiei de epurare cu namol activ. [http://www.creeaza.com/files/ecologie-mediu/42_poze/image027.jpg]

Oxigenul necesar procesului biologic este preluat din aerul atmosferic si introdus in bazinul cu namol active prin diferite metode:

Metoda pneumatica – aerul este comprimat si introdus prin intermediul unor echipamente in bazinul cu namol active sub forma de bule fine, bule mijlocii, bule grosiere;

Metoda mecanica – se pune in contatct continutul bazinului cu naoml active si aerul atmosferic printr-o amestecare mecanica intense.

Metoda mixta se imbina cele doua metode prezentate mai sus.

Aeratoarele (sau "difuzori porosi") sunt utilizate pentru introducerea aerului in bazinele de aerarea cu namol activ creând conditiile necesare inmultirii bacteriilor aerobe existente in apa uzata, care adera la suprafata materiilor in suspensie sub forma de flocoane dispersate in mod uniform in bazin.

 Sistemul AS – ASE ,de aerare pneumatica cu bule fine, consta din tuburi de sustinere pe care sunt montate aeratoare A 109 cu membrana perforata, din cauciuc special. Membrana distribuie bule fine de aer; in lipsa presiunii aerului din tuburi, porii membranei sunt inchisi, impiedicand intrarea apei in sistem. Acest sistem poate fi utilizat si in procese cu functionare intermitenta. Sistemul mai are o armatura de purjare, pentru eliminarea apei condensate din aerul comprimat.

    Exista mai multe tipuri de dispunere a tuburilor de sustinere cu aeratoare :

1. Tipul standard – tuburile de sustinere cu aeratoare sunt echilibrate in ceea ce priveste forta ascensionala din apa si amplasate fara a fi ancorate pe fundul apei.

2. Tipul ancorat – tuburile de sustinere cu aeratoare sunt introduse si fixate cu elemente de ancorare pe fundul bazinului.

3. Tipul suspendat – tuburile de sustinere cu aeratoare sunt echilibrate impotriva ridicarii la suprafata si suspendate la inaltimea dorita fata de radierul bazinului. Scoaterea acestora la suprafata se face cu ajutorul cablurilor fixate de tuburi.

4. Tipul retea – tuburile de sustinere cu aeratoare sunt prinse unul de altul, fie ancorate de radier, fie aranjate in grupuri mai mici care pot fi scoase cu ajutorul cablurilor de ridicare.

 Avantajele utilizarii sistemului AS – ASE

Principalul avantaj este reprezentat de instalarea usoara in bazinele de aerare fara a intrerupe functionarea statiei de epurare si fara a fi necesara golirea bazinului. Sistemul permite scoaterea manuala a tuburilor de catre maxim doua persoane pentru verificare sau reparare, cu statia de epurare in functiune. Singura componenta care se uzeaza dupa o durata mai lunga de functionare este membrana perforata, care poate fi schimbata usor.

 Alte avantaje

– capacitate mare de oxigenare

– reglarea separata a debitului de aer se poate face in orice punct al bazinului

– tuburile pot fi usor inlocuite in functie de masuratorile efectuate in rezervor

– sistemul este foarte rezistent la colmatare

– sistemul este realizat din materiale rezistente (PVC, polipropilena, polietilena, cauciuc

special, otel inoxidabil)

[http://www.asio.ro/page.php?soid=92 ]

Aeratoarele mecanice de suprafață cu perii au eficiența de aerare de 2 kgO2 / kWh in apa curată și 1,4 – 1,7 kgO2/ kWh 2 in apa uzată. In figura este prezentată o secțiune longitudinală prin aeratorul cu perii YHG, in două variante (funcție de tipul bazinului și de mărimea aeratorului).

b)

Fig.1.2 Secțiune longitudinală prin aeratorul cu perii YHG:a) prevăzut cu pod; b) fără pod instalat

Aeratoare cu rotor cu imersie fixă pe flotor tip AQUA TURBO AER – AS.

In figura 1.3 sunt prezentate schematic 5 tipuri de conuri de aspirație care se montează pe aerator in funcție de adancimea bazinului de aerare și de circulația curenților de apă in bazin.

Fig.1.3 Exemple de conuri de aspirație pentru aeratoare

La aeratoarele mecanice de suprafață romanești TD (cu rotor de tip pompă, cu palete drepte tangențiale), eficiența maximă de aerare este de 1,5 – 2,6 kgO2 / kWh , iar la aeratoarele DT (cu rotor top pompă diagonal cu tub) eficiența maximă de aerare este de 1,6 – 2,18 kgO2 / kWh in apa uzată.

[“Sisteme de aerare în stațiile de epurare a apelor uzate”, Răduleț Ghe. Rodica]

1.5. Decantoare secundare pentru epurarea apelor uzate

Decantoarele secundare sunt construcții cu rolul de a reține nămolul biologic produs în bazinele cu nămol activat sau în filtrele biologice. Substanțele reținute în decantoarele secundare poartă denumirea generică de nămol biologic, iar în cazul în care decantoarele secundare sunt amplasate după bazinele de aerare, substanțele reținute poartă denumirea de nămol activat. Decantoarele secundare nu pot lipsi din schemele de epurare biologică, acestea funcționând în tandem cu bazinele de aerare sau cu filtrele biologice.

Decantoarele secundare se clasifică astfel:

după direcția de curgere a apei prin decantor :

decantoare orizontale longitudinale;

decantoare orizontale radiale;

decantoare verticale;

decantoare de tip special (cu module lamelare, cu recircularea stratului de nămol, etc.);

după modul de evacuare a nămolului:

decantoare cu evacuare hidraulică pe principiul diferenței de presiune hidrostatică;

decantoare cu evacuare hidraulică cu ajutorul podurilor racloare cu sucțiune.

Numărul de decantoare va fi minimum două unități (compartimente), ambele utile, fiecare putând funcționa independent.

Pentru funcționarea corectă a unităților de decantare se impune distribuția egală a debitelor între unitățile respective, lucru care se realizează prin prevederea în amonte de decantoarele secundare a unei camere de distribuție a debitelor (denumită și distribuitor).

Decantoarele secundare sunt alcătuite în principal din:

compartimente pentru decantarea propriu-zisă;

sistemele de admisie și distribuție a apei epurate biologic;

sistemele de colectare și evacuare a apei decantate;

echipamentele mecanice necesare colectării și evacuării nămolului, precum și

dispozitivele de închidere pe accesul și evacuarea apei în și din decantor,

necesare izolării fiecărui compartiment în parte în caz de necesitate (revizii,

reparații, avarii, etc.);

conducte de evacuare a nămolului activat și de golire a decantorului ;

pasarela de acces pe podul raclor . Înălțimea de siguranță a pereților decantorului deasupra nivelului maxim al apei va fi de minim .

1.5.1.Decantor orizontal longitudinal

Sunt bazine din beton armat cu sectiune transversala dreptunghiulara, avand latimea unui compartiment b1, adancimea hu si lungimea L.

Avantajele decantoarelor longitudinale în raport cu celelalte tipuri (de exemplu radiale) sunt: a) ocupă o suprafață în plan mai mică în special atunci când sunt mai multe bazine;

b) se realizează economii la costurile de investiție datorită pereților comuni la bazinele în paralel;

c) ușor de acoperit pentru captarea mirosurilor atunci când este cazul;

d) oferă o lungime mai mare pentru sedimentare;

e) curgerea este de tip piston și apar puține scurt-circuite în zona de sedimentare;

f) pierdere de sarcină redusă între zona de admisie și evacuare;

Ca dezavantaje se menționează:

a) apariția zonelor moarte;

b) lățime restrânsă la posibila deschidere a podului;

c) costuri ridicate de întreținere a echipamentelor aferente.

Fig. Decantor secundar orizontal longitudinal

Colectarea namolului din decantoarele secundare orizontale longitudinale se poate face prin mai multe metode printre care reamintim:

cu pod raclor

sistem de raclare pe lanturi

Fig.2.13. Schema unui decantor longitudinal cu pod raclor.

Decantor secundar longitudinal cu racloare pe lanțuri

Acestea sunt constituite din următoarele părți principale (figura 1.28): bazinul decantorului (poziția III), sistemul de colectare a nămolului cu racloare pe lanțuri (poziția II), sistemul de acționare al racloarelor (poziția I).

Compartimentele decantorului sunt constituite din beton armat având aceleași caracteristici constructive cu cele descrise la decantoarele longitudinale cu pod raclor.

Sistemul de colectare a nămolului cu racloare pe lanțuri este format din lanțurile speciale 1 (în număr de 2 sau 4 în funcție de lățimea bazinului decantorului) pe care sunt montate racletele 2 (pe un rând sau două în funcție de numărul lanțurilor de acționare). Lanțurile sunt acționate de la arborele 3 prin intermediul unor roți de lanț 4 poziționate corespunzător și urmează un traseu pe direcție longitudinală astfel încât ramura inferioară să asigure raclarea nămolului de pe radierul bazinului dinspre avalul către amontele acestuia, unde se găsește bașa de colectare a nămolului.

În cazul decantoarelor secundare longitudinale (vezi figura 1.27) ramura superioară a lanțurilor este astfel poziționată încât racleții se deplasează la suprafața apei având rolul de antrenare a spumei. Pentru realizarea conturului longitudinal de deplasare al lanțurilor cu racleți sunt folosite axele de întoarcere 5 prevăzute cu roțile de lanț 6 plasate corespunzător, în număr de 3 la decantoarele primare, dintre care una cu rol de întindere.

Ramura superioară a lanțurilor cu racleți este susținută prin intermediul ghidajelor 8 plasate pe pereții laterali ai decantoarelor, în cazul lanțurilor cu racleți pe un rând sau pe pereții laterali și pe mai mulți suporți centrali 9 (vezi figura 1.29) fixați pe radierul bazinului, în cazul lanțurilor cu racleți pe două rânduri.

Sistemul de acționare al lanțurilor cu racleți este format dintr-un motor electric și o transmisie mecanică compusă din reductorul 10 și transmisia cu lanț 11. Sistemul de racloare cu lanțuri este prevăzut cu un sistem de comandă automată care asigură funcționarea sa continuă în parametrii corespunzători care pot fi ajustați prin intermediul tabloului de comandă al sistemului.

Decantoarele secundare rectangulare trebuie să fie proporționate pentru a atinge distribuția optimă a fluxului influentului astfel încât vitezele orizontale să nu fie prea mari. E recomandat ca lungimea maximă a decantoarelor rectangulare să nu depășească de 10-15 ori adăncimea însă s-au folosit cu succes în stații de epurare mari. Unde lățimile decantoarelor rectangulare sunt cuprinse între 6 și 24 m se pot folosi mecanisme multiple de colectare a nămolului. În cazul decantoarelor longitudinale rectangulare sunt folosite două tipuri de mecanisme de colectare a nămolului: cu racloare pe lanțuri și poduri racloare.

Fig.1.29. Decantor primar longitudinal cu racloare pe lanțuri

1.5.2.Decantoare radiale

Decantoarele radiale sunt bazine de beton armat, având forma circulară în plan, în care apa introdusă printr-un tub central este distribuită radial și curge spre periferia bazinului, unde deversează într-un canal periferic de colectare; de aici, apa este condusă la prelucrari ulterioare sau evacuată în emisar.

Alcatuirea decantoarelor radiale (fig 1.23) a fost derivată de la decantoarele orizontale, rotind secțiunea lor longitudinală în jurul unui ax vertical ce trece prin peretele amonte; deci sunt decantoare de tip orizontal.

Eficiența lor economică este mai mare decât aceea a decantoarelor orizontale, deoarece forma lor este rațională; cu cât se depărteaza de tubul central particulele întâlnesc secțiuni de scurgere mai mari și adâncimi mai mici, ceea ce permite o sedimentare mai bună.

Deși adancimea decantoarelor radiale se poate reduce pâna hi = 2,50 – , în terenuri cu ape freatice la mică adâncime se pot ivi dificultăți de construcție.

Intrarea apei în cilindrul central trebuie să se faca pe la mijlocul înălțimii medii a decantorului. Pentru distribuția uniformă a apei se folosesc diferite sisteme ca: difuzoare, deschideri verticale în care caz se agață de podul rulant un grătar care să provoace liniștirea și difuzarea mai rară a apei uzate.

Decantoarele secundare circulare se construiesc cu diametre cuprinse între 3 și 60 m, de altfel cele mai comune dimensiuni sunt de la 10 la 40 m. Raza decantorului ar fi de preferat să nu depășească de cinci ori nivelul apei. Sunt două tipuri de bază pentru decantoarele circulare: cu admisie centrală și cu admisie laterală. Ambele tipuri utilizează un mecanism ce are posibilitatea de a se roti, transporta și aduna nămolul de pe fundul decantorului

Fig 1.23 Varianta constructivă a decantorului secundar [ firma ADISS]

Podul raclor este alcatuit dintr-o grinda cu mai multi montanti prevazuti la partea inferioara cu lame racloare.Acestea curata namolul de pe radier si il conduc catre conul central care constituie palnia ce colecteaza namolul, de unde, namolul este evacuate prin diferenta de presiune hidrostatica, prin sifonare sau prin pompare, spre treapta de prelucare ulterioara a namolului. . Apa epurată trece peste lama deversoare, profilată în canalul colector periferic de unde este evacuată în emisar.

Podurile racloare cu sucțiune (fig 1.24) sunt destinate decantoarelor radiale secundare pentru:

raclarea fundului decantorului și evacuarea nămolului prin instalația de sucțiune-sifonare;

raclarea suprafeței apei din decantor și evacuarea spumei prin colectorul de spumă.

Podurile racloare cu sucțiune pot fi utilizate la diferite decantoare secundare:

cu fundul bazinului plat sau înclinat;

cu colectorul central metalic sau din beton.

Fig 1.24 Poduri racloare cu sucțiune pentru decantoare radiale secundare ADIRAC – RSS

[http://www.ADISS.ro]

1.5.3. Decantoare verticale

Sunt constructii cu forma in plan circulara sau patrata in care miscarea se face pe verticala de jos in sus.Sunt utilizate mai rar, fiind recomandate ca decantoare secundare dupa bazin cu namol activat sau filtre biologice, datorita avantajului prezentat de stratul gros de flocoane care mareste eficienta decantarii.

Namolul se depune in partea inferioara a bazinului, aranjata sub forma unui trunchi de con cu peretii inclinati fata de orizontala cu mai mult de 50o.

Functie de volumul zilnic de namol secundar, durata si volumul zonei de colectare a namolului intre doua evacuari aferent unei unitati de decantare, se stabilesc dimensiunile geometrice ale palniei de namol si modul de evacuare a namolului.

1.5.4. Decantoare cu etaj

Se mai numesc si decantoare Imhoff (acesta fiind cel care a inventat acest tip de decantoare), sau decantoare Emscher (dupa denumirea regiunii in care au fost aplicate pentru prima data).

Decantoarele cu etaj sunt constructii cu forma in plan circulara sau patrata care au rolul atat de decantare a apei cat si de fermentare a namolului obtinut.

Admisia si evacuarea apei in si din jgheaburi se face peste peretii frontali prevazuti cu placute deversoare metalice cu dinti triunghiulari.

Podul raclor este constituit dintr-o grinda transversala, sprijinita la capete pe doua trenuri de roti, deplaseaza ansamblele de suctiune, care colecteaza namolul depus pe radier, namol transferat in colectoarele mobile, iar apoi prin sifoane este transportat intr-un canal lateral de unde este evacuat.Apa epurata trece peste lama deversoare, profialte in canalul colector transversal, de unde este evacuata in emisar.

Principalul criteriu de stabilire a tipului avantajos este cel economic.

1.6. Alegerea si motivarea solutiei de sistem de evacuare a namolului din decantoare secundare.

2. Proiectarea unui decantor secundar longitudinal cu sistem de raclare pe lanturi de la o stație de epurare a apelor uzate a unei localități cu 58000 de locuitori

Localitatea deservită de stația de epurare are 58000 de locuitori. Pe teritoriul localității își desfășoară activitatea o fabrică de pâine cu producția de 12 tone/zi, o fabrică de imprimat țesături cu producția de 8 tone/zi, o crescătorie de taurine cu 800 de capete și o crescătorie de curci cu 25000 de capete.

2.1. Stabilirea debitelor caracteristice ale apelor uzate ale localității

Rolul stațiilor de epurare a apelor uzate urbane de a purifica totalitatea apelor uzate ale unui centru populat până la un grad admisibil astfel încât să nu afecteze calitatea cursului de apă receptor în care sunt deversate după tratare. Apele uzate ale centrului populat sunt aduse la stația de epurare prin intermediul sistemului centralizat de canalizare care are rolul de a colecta apele uzate de la toți generatorii de apă uzată de pe raza centrului urban care, după localizarea lor sunt consumatorii de apă menajeri și sociali aflați în zona rezidențială a centrului populat, precum și unitățile industriale și agrozootehnice.

Debitul de ape uzate preluat din centrele urban și prelucrat de stațiile de epurare urbane nu este constant pe perioada unei zile, prezentând fluctuații în funcție de modul în care se consumă apa de alimentare în centrele urbane. De aceea se utilizează mai multe mărimi caracteristice care să definească cât mai bine acest debit fluctuant și anume:

– debitul zilnic mediu Qu zi med exprimat în unitatea caracteristică [m3/zi], sau în unitatea S.I.[m3/s] este valoarea medie a debitelor zilnice de apă uzată produse în centrul urban pe parcursul unui an;

– debitul zilnic maxim Qu zi max [m3/zi, m3/s] este valoarea maximă a debitelor zilnice de apă uzată produse în centrul urban pe parcursul unui an;

– debitul orar maxim de ape uzate Qu orar max [m3/h, m3/s] este valoarea maximă a debitelor orare de apă uzată produse în centrul urban pe parcursul unei zile;

– debitul orar minim de ape uzate Qu orar min [m3/h, m3/s] este valoarea maximă a debitelor orare de apă uzată produse în centrul urban pe parcursul unei zile;

Debitul de apă uzată a centrului urban se determină în funcție de consumul de apă potabilă a centrului urban, valorile caracteristice ale acestuia obținându-se după următorul algoritm succesiv: se calculează valorile caracteristice ale necesarelor și cerințelor de apă de alimentare din zonele rezidențială, industrială și agrozootehnică ale centrului urban, se calculează valorile caracteristice ale cerinței totală de apă de alimentare a centrului urban, apoi se calculează calculează valorile caracteristice ale debitului de apă uzată a centrului urban.

2.1.1. Determinarea debitelor caracteristice ale necesarului și cerinței de apă de alimentare din zona rezidențială a centrului populat

Debitul zilnic mediu Q zimed [m3/zi], zilnic maxim Q zi max [m3/zi] si orar maxim Q orar max [m3/zi] de apa de alimentare pentru centrele populate se determina cu relatiile urmatoare :

(2.1)

= 20769,3 m3/zi

(2.2)

= 22855,386 m3/zi

(2.3)

=1191,88 m3/oră

Debitul Qci [m3/zi] al necesarului de apă pentru combaterea incendiilor, în cazul în care se folosesc hidranți exteriori și nu au fost realizate studii speciale, se poate aprecia cu relația:

QCI=86,4*ninc*qhe

QCI=86,4*1*25

QCI=2160 m3/zi

in care ninc este numarul de incendii simultane din zona rezidentiala;

qhe este debitul unui hidrant exterior.

Ninc=2 unul in localitate si unul in zona industriala sau ambele in zona industriala

Cerința de apă de alimentare pentru zona rezidențială a centrelor populate cuprinde total sau parțial următoarele categorii de apă:

– apă pentru nevoi gospodărești

– apă pentru nevoi publice

– apă pentru stropitul spațiilor verzi;

– apă pentru nevoile proprii ale sistemului de alimentare cu apă (preparare reactivi, evacuare nămol, spălare filtre, spălare aducțiuni, rezervoare, rețea, etc);

– apă pentru spălarea periodică a rețelei de canalizare; de regulă apa nu va fi apă potabilă decăt în cazuri bine justificate;

– apă pentru acoperirea pierderilor tehnic admisibile din sistem;

– apă necesară pentru combaterea incendiilor.

Valorile caracteristice ale debitului Qs ale cerintei de apa de alimentare pentru centrul popualt se calculeaza cu relatiile :

(2.5)

=23988,54 m3/zi

(2.6)

=26397,97 m3/zi

(2.7)

=1376,62 m3/ora

Kp – coeficient prin care se ține seama de pierderile de apă în aducțiune și în rețeaua de distribuție; KP=1,1

Ks – coeficient prin care se ține seama de nevoile tehnologice ale sistemului de alimentare cu apă și canalizare; KS=1,05.

Exprimarea valorilor caracteristice Q zi med , Q zi max și Q orar max ale debitului cerinței de apă de alimentare pentru centre populate în [m3/s] se face pe baza următoarelor relații de transformare:

(2.8)

= 0,278 m3/s

(2.9)

=0,305 m3/s

(2.10)

=0,382 m3/s

2.1.2. Determinarea debitelor caracteristice ale necesarului și cerinței de apă de alimentare din zona industrială a centrului populat

Tinandu-se seama de formele caracteristice pe care le iau debitele din component necesarului de apa de alimentare pentru unitati industrial, putem define urmatoarele valori ale debitului necesarului de apa. : QnI zi med [m3/zi]- debitul necesarului zilnic mediu de apă de alimentare pentru zona industrial, QnI zi max [m3/zi] – debitul necesarului zilnic maxim de apă de alimentare pentru zona industrială și QnI orar max [m3/h] debitul necesarului orar maxim de apă de alimentare pentru zona industrială .

Relațiile de calcul al debitelor caracteristice ale necesarului de apă de alimentare din zona industriala sunt urmatoarele :

(2.12)

=13668,2 m3/zi

(2.13)

=13671,47 m3/zi

(2.14)

=571,52m3/ora

Debitul cerinței zilnice medii de apă de alimentare pentru zona industrială QsI zi med [m3/zi], debitul cerinței zilnice maxime de apă de alimentare pentru zona industrială, QsI zi max [m3/zi] și debitul cerinței orare maxime de apă de alimentare pentru zona industrială QsI orar max [m3/h] se determină cu următoarele relații:

(2.15)

=15786,771 m3/zi

(2.16)

=15790,54 m3/zi

(2.17)

=660,1 m3/ora

Exprimarea debitelor caracteristice QsI zi med [m3/zi], QsI zi max [m3/zi] și QsI orar max [m3/h] ale cerinței de apă de alimentare pentru zona industrială în [m3/s] se poate face prin transformare utilizând relațiile similare 2.8, 2.9, și 2.10.

=0,183 m3/s

= 0,183 m3/s

= 0,183 m3/s

2.1.3. Determinarea debitelor caracteristice ale necesarului și cerinței deapă de alimentare din zona agrozootehnică a centrului populat

Valorile caracteristice necesarului de apa de alimentare pentru unitati zootehnice,QnZ zi med [m3/zi], QnZ zi max [m3/zi] QnZ orar max [m3/h] se determina cu relatiile :

(2.19)

= = 11,1

=104,115 m3/zi

(2.20)

=127,292 m3/zi

(2.21)

=11,93 m3/ ora

Valorile caracteristice ale debitului cerinței de apă de alimentare din zona agrozootehnică a centrului populat se determină pe baza valorilor caracteristice ale necesarului de apă din zona agrozootehnică, cu următoarele relații:

(2.22)

= 120.25 m3/zi

(2.23)

= 147,022 m3/zi

(2.24)

= 13,78 m3/ora

în care: QnZ zi med [m3/zi], QnZ zi max [m3/zi], QnZ orar max [m3/h] – valorile caracteristice ale

debitului necesarului de apă de alimentare pentru zona agrozootehnică;

KsZ – coeficient care ține seama de nevoile tehnologice ale sistemului , care are valoarea 1,10;

KpZ – coeficient care ține seama de acoperirea pierderilor în aducțiune și rețelele de distribuție, are valoarea 1,05.

Exprimarea debitelor caracteristice QsZ zi med [m3/zi], QsZ zi max [m3/zi] și QsZ orar max [m3/h] ale cerinței de apă de alimentare pentru zona agrozootehnică în [m3/s] se poate face prin transformare utilizând relațiile similare 2.8, 2.9, și 2.10.

= 0,0014 m3/s

= 0,0017 m3/s

= 0,038 m3/s.

2.4. Determinarea debitelor caracteristice ale cerinței totale de apă de alimentare a centrului populat

Valorilor caracteristice ale debitului cerinței totale de apă de alimentare a centrului populat, respectiv debitul total zilnic mediu Qs tot zi med [m3/zi, m3/s], debitul total zilnic maxim Qs tot zi max [m3/zi, m3/s] și debitul total orar maxim Qs tot orar max [m3/h, m3/s], se determină cu următoarele relații:

(2.25)

=39895,561 m3/zi = 0,462 m3/s

(2.26)

=42362,532 m3/zi = 0,489 m3/s

(2.27)

=2036,7238 m3/ora = 0,568 m3/s

în care:Qs zi med [m3/zi, m3/s], Qs zi max [m3/zi, m3/s], Qs orar max [m3/h, m3/s] – debitele

zilnic mediu, zilnic maxim și orar maxim ale cerinței de apă de alimentare pentru zona rezidențială a centrului populat;

QsI zi med [m3/zi, m3/s], QsI zi max [m3/zi, m3/s], QsI orar max [m3/h, m3/s] – debitele

zilnic mediu, zilnic maxim și orar maxim ale cerinței de apă de alimentare pentru zona industrială a centrului populat;

QsZ zi med [m3/zi, m3/s], QsZ zi max [m3/zi, m3/s], QsZ orar max [m3/h, m3/s] – debitele

zilnic mediu, zilnic maxim și orar maxim ale cerinței de apă de alimentare pentru zona agrozootehnică a centrului populat.

2.5. Determinarea debitelor caracteristice de ape uzate evacuate din centrul populat

Valorile caracteristice ale debitului de ape uzate evacuate din centrul urban, respectiv debitul de ape uzate zilnic mediu Qu zi med [m3/zi, m3/s], debitul de ape uzate zilnic maxim Qu zi max [m3/zi, m3/s], debitul de ape uzate orar maxim Qu orar max [m3/h, m3/s] și debitul de ape uzate orar minim Qu orar min [m3/h, m3/s] se stabilesc în funcție de valorile caracteristice similare ale cerinței totale de apă de alimentare a centrului populat, cu următoarele relații:

(2.28)

= 31916,4488 m3/zi = 0,369 m3s

(2.29)

= 33890,025 m3/zi = 0,392 m3/s

(2.30)

= 1629,379 m3/ora = 0,456 m3/s

(2.31)

= 847,25 m3/ora = 0,235 m3/s

în care: Qs tot zi med [m3/zi, m3/s], Qs tot zi max [m3/zi, m3/s] și Qs tot orar max [m3/h, m3/s] sunt

valorile caracteristice ale debitului cerinței totale zilnice medii, zilnice maxime, respectiv orare maxime de apă de alimentare ale centrului populat și unităților industriale și agrozootehnice aferente;

p – coeficient adimensional în funcție de numărul de locuitori ai centrului populat

(vezi tabelul 2.15).

Tabelul 2.15

2.2. Stabilirea paramentrilor principali ai decantorului secundar longitudinal

Dimensionarea tehnologica a decantorului secundar longitudinal s-a facut pe baza unui soft special de calcul, tinand seama de :

Debitele de calcul Qc si de verificare Qv ale apelor uzate;

Incarcarea superficiala uS;

Incarcarea superficiala a materiei in suspensie ISS;

Timpul de decantare td .

Debitul de calcul Qc reprezinta debitul zilnic maxim stabilit cu relatia:

Qc = Q u zi max

Qc = 22860 m3/zi

= 952,308 [m3/h]

Debitul de recirculare QR(debitul namolului recircula in schemele de epurare cu bazine de aerare cu namol activat, sau debitul apei epurate recirculate cu filter biologice de mica sau mare incarcare) se adopta in m3/h si se determina cu relatia :

QR

QR=666,616 [m3/h]

Debitul de verificare Qv se calculeaza dupa formula:

Qv=Qch+QR

Qv=1619 [m3/h]

Incarcarea superficiala reprezinta debitul apelor uzate afferent unui m2 de suprafata orizontala utila de decantare.Incarcarile superficiale corespunzatoare debitelor determinate mai sus se determina utilizand relatiile :

usc = [m/h]

usv= [m/h]

Valorile incarcatorilor superficiale s-au ales din STAS 4162/2-89 pentru bazine de aerare cu namol activat excesiv cele cu aerare prelungita.

Dupa ce am ales incarcaturile superficiale putem calcula aria utila a decantorului si aria de verificare a acestuia:

Aoc==1058 m2

Aov==1012 m2

Aria suprafetei orizontale utile de decantare se alege ca fiind cea mai mare dintre cele doua valori calculate.

Ao=1058 m2

Incarcarea superficiala cu materii in suspensie ISS reprezinta cantitatea totala de materii in suspensii, aferenta unui metro patrat de suprafata orizontala de decantare, in decurs de o zi; se determina cu relatia :

ISS==91,8 [kg/m3zi]

Cantitatea zilnica de materii in suspensie se determina:

ISS*Ao=Csds=97140 kg/zi

Volumul de namol active retinut zilnic se determina ca un raport intre cantitatea zilnica de materii in suspensie si densitatea namolului inmultita cu umiditatea namolului (exprimata in procente):

Vns==4715 [m3/zi]

Evacuarea namolului secundar se poate face in continuu ( daca rezulta cantitati mari), sau intermittent (la o perioada de 4-6 ore pentru a se evita intrarea namolului in fermentare).

Numarul de evacuari zilnice se determina astfel :

iev==21,622

Volumul de namol secundar care rezulta intre doua evacuari se calculeaza cu:

Vev==218,083[ m3]

Numarul de compartimente active se alege:

icd = 2

Mentiune. Numãrul total minim de compartimente ale decantorului este corespunzãtor numãrului de compartimente active plus un compartiment de rezervã.

Suprafata orizontalã a luciului de apã dintr-un compartiment activ al decantorului se determina impartind suprafata totala la numarul de compartimente active:

Ao1 = Ao / 2 =529,06 [m2]

Din STAS 4162/2-89 se alege latimea unui compartiment de 9 m si lungimea intre 55 m si 75 de m.

B = 9 m

L=Ao1 / B

L = 60,519 m

Adancimea utila trebuie sa se incadreze intre si .Acest lucru se verifica, adancimea utila de decantare fiind 3,3 m .

Adancimea totala a compartimentului de decantare, masurata in sectiunea mijlocie, la jumatatea acestuia de la zona de intrare a apei in decantor este :

H= 4 m.

Inaltimea namolului in decantor se determina prin raportul volumului de namol evacuate la suprafata de decantare a compartimentului :

h namol comp= = 0,206 [m]

Determinarea debitelor caracteristice pentru un singur compartiment:

Qccomp ==476,154 [m3/h]

Qvcomp = = 809,462[m3/h]

Vnscomp = = 2358 [m3/zi]

Vevcomp = = 109,042[m3]

Qccomp [m3/h] – debitul de calcul (dimensionare) de apã uzatã corespunzãtor

unui compartiment activ al decantorului

Qvcomp [m3/h] – debitul de verificare de apã uzatã corespunzãtor

unui compartiment activ al decantorului

Vnscomp [m3/zi] – volumul de nãmol secundar retinut zilnic

într-un compartiment activ al decantorului

Vevcomp [m3] – volumul de nãmol secundar rezultat între douã evacuãri,

aferent unui compartiment activ al decantorului

Determinarea timpului de decantare se face in felul urmator :

tdc == 3,667 [h]- timpul de decantare corespunzator debitului de calcul

tdv ==2,062 [h]-timpul de decantare corespunzator debitului de verificare

Determinarea parametrilor principali ai sistemului de colectare a namolului cu racloare pe lanturi

Lantul de transport al racletilor este de tip “lant transportor” (STAS 10075-8167) cu indicativele de M112 cu pas de 100 mm.

S-a ales din STAS un lant cu urmatoarele caracteristici :

Grosimea rotii de lant – 31mm

Inaltimea – 40 mm

Forta – 1,12*105 N

Greutatea lantului – 7,4 kg/m

Din cauza latimii mari a compartimentelor decantorului se aleg doua randuri de racloare, ceea ce inseamna ca numarul de lanturi utilizate pentru raclarea fiecarui compartiment este de 4.

Dimensiunile caracteristice ale racletilor se determina cu relatiile

Lungimea lrac[mm] se calculeaza cu relatia

lrac= b – (350+y), unde b –latimea corespunzatoare unui singur rand de racleti

y – marimea care tine seama de forma radierului

lrac =3950 mm;

Inaltimea raclorului poate fi cuprinsa intre 100-350 mm. Se alege h = 250mm;

Distanta dintre lanturile corespunzatoare unui rand de racleti :

elant=lrac – 280 =3670 mm

Lungimea conturului lantului de transport :

Llant = 121,5 m

Numarul de zale ale lantului :

izale=

Deoarece numarul de zale este fix, lungimea lantului nu se mai recalculeaza.

Ghidajele pe care sunt montate ramurile lanturilor de transport a racletilor sunt confectionate din bronz sau material plastic, racletii fiind preavazuti cu patine special in zonele de contact cu ghidajele.

Lungimea ghidajelor inferioare ale lanturilor cu racleti se determina cu :

Lginf = L – a2 – 2,5 = 58,019 [m] ;

Lungimea ghidajelor superioare se determina astfel :

Lgsup= (L – a2 – H – hla) +10-3 * hrac+0,5 *Ddlant – 2,5

Lgsup= 54,478 [m];

Numarul total de racleti se calculeaza :

Numarul de racleti de pe ramura inferioara :

Numarul de racleti de pe ramura superioara :

Volumul maxim de material sedimentat tranportat de racletii de pe ramura inferioara se calculeaza in functie de numarul de racleti de pe ramura superioara:

Volumul de material sedimentat transportat de un raclete se determina :

Vrac = 10-9 * lrac* hrac* srac

Vrac = 0,0059

Volumul de material sedimentat evacuat în basã corepuzãtor cãruia este pornitã pompa de evacuare :

Vpp =[m3],cVc=5 ;

Inaltimea limita a basei se determina in functie de volumul de material sedimentat

Forta maxima de rezistenta pe directie orizontala care apare la raclarea materialului:

Fms=1,25 * 10 -10 * h2rac * lrac* γms* ilant *irac inf =38590 N