Decantor Secundar Radial

Titlul temei: Decantor secundar radial.

1.Studiu documentar privitor la epurarea apelor uzate urbane.

1.1.Calitatea si proprietățile apelor naturale. Poluarea apelor. Caracteristicile apelor uzate menajere. Epurarea si autoepurarea apelor uzate.

1.2.Metode de epurare ale apelor uzate.

1.3.Tipuri de stații de epurare ale apelor uzate.

1.4.Echipamente si instalații din treapta biologică a stațiilor de epurare ale apelor uzate menajere.

1.5.Decantoare secundare.

1.6.Alegerea si motivarea soluției de instalație de raclare a nămolului care va fi utilizat.

2.Proiectarea unui decantor secundar radial de la stația de epurare a unei localități cu 50 000 de locuitori.

2.1.Stabilirea debitelor caracteristice de apă uzată ale localității.

2.2.Stabilirea parametrilor principali ai decantorului secundar radial.

2.3.Proiectarea mecanismului de acționare al podului rulant de raclare a nămolului.

2.4.Probleme legate de exploatarea si reținerea decantorului.

2.5.Probleme legate de protecția muncii in stațiile de epurare.

3.Materialul grafic.

3.1.Profilul tehnologic si proiecția in plan orizontal ale unei stații de epurare mecano-biologică.

3.2.Desenul de ansamblu al decantorului.

3.3.Desenul de ansamblu al reductorului din cadrul mecanismului de raclare.

3.4.Doua desene de executie din cadrul reductorului.

Capitolul 1.

Studiu documentar privitor la epurarea apelor uzate urbane

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

Calitatea si proprietățile apelor naturale

Asigurarea necesarului de apă este o chestiune de actualitate și face parte categoria se problemelor majore, acute și dificil de rezolvat ale civilizației contemporane. Amenințarea epuizării resurselor pare ireală, cu toate că este afirmată de mai multe autorități de prestigiu. Se poate presupune că există anumite legături între comentariile alarmante care apar tot mai frecvent în sistemul informațiilor de masă și concluziile pesimiste ale unor specialiști, dar pentru a putea fi demonstrată generalitatea crizei este nevoie de o verificare sistematică. „Trebuie explicată în primul rând dificultatea”paradoxală” de a asigura apa pe o planetă care, din rezerva proprie, s-ar putea inunda complet cu un strat de aproape 3 km grosime. Pentru a surprinde cauzele complexe și contradictorii care generează lipsa de apă, pentru a preciza influența poluării în agravarea situației, este obligatorie considerarea simultană a aspectelor cantitative și calitative. Recapitularea câtorva date fundamentale urmărește să sublinieze ideea că fiecare locuitor al Pământului trebuie să devină un militant conștient în lupta împotriva poluării”, [7].

Apa pură este o combinație chimică între hidrogen și oxigen (H2O) care la presiunea atmosferică de 760 mm col Hg și temperaturile din intervalul 0-100 °C se prezintă ca un lichid incolor,transparent, fără miros,fără gust, care în strat gros este ușor colorat în albastru, având, [27]:

Densitatea: 1000 kg/m3

Greutatea specifică (la 4oC): 9810 N/m3

Vâscozitatea dinamică: 1,31*10(-3) Ns/m2

Vâscozitatea cinematică : 1,31*10(-6) m2/s

Tensiunea specifică: 0,077 N/m2

În natură există doar apă naturală care conține impurități sub formă de particule de natură minerală sau organică aflate în suspensie sau dizolvate constituindu-se ca un sistem dispers cu o concentrație mică, [27].

Calitatea apelor

Calitatea apei constă în totalitatea caracteristicilor fizice, chimice, biologice și bacteriologice, exprimate cuantificat, care încadrează proba într-o categorie, astfel aceasta căpătând însușirea de a servi unui anumit scop. Planul mondial de supraveghere a mediului înconjurător GEMS, al Națiunilor Unite prevede urmărirea calității apelor prin trei categorii de parametri, [13]:

1. parametrii de bază: temperatura, pH-ul, conductivitatea, oxigenul dizolvat, conținut de colibacili;

2. parametrii indicatori ai poluării persistente: cadmiu, mercur, compuși organo-halogenați și uleiuri minerale;

3. parametrii opționali: carbon organic total, consum biochimic de oxigen, detergenți anionici, metale grele, arsenic, clor, sodiu, cianuri, uleiuri totale, streptococi.

În tabelul 1.1. se prezintă condițiile de calitate ale apelor de suprafață, subterane și tratate, precum și metodele specifice de analiză, [6].

Tabelul 1.1. Metode de analiză actuale pentru diverse tipuri de ape, [41].

*VIS = vizibil; AA= adsorbție atomică

Dintre criteriile de clasificare a apei cele mai importante sunt:

– sursa de proveniență;

– domeniul (sectorul) de utilizare, [41].

Din cauza dezvoltării economico-sociale intr-un ritm din ce in ce mai alert apare necesitatea gospodăririi raționale a resurselor de apă; pe măsură ce gradul de solicitare a apelor creste, calitatea își pierde treptat caracterul de noțiune relativ abstractă devenind o „dimensiune” a apei.

Calitatea apei mai poate fii apreciată și prin posibilitatea oferită de „sistemul saprobiilor” imaginat de Kolwitz și Marsson, care folosesc exclusiv indicatorii biologici care pot oferi o caracterizare globală a calității prin zonele saprobe definite după cum urmează, [12]:

„-poli-saprobă: apa cu un conținut foarte ridicat de substanțe organice si impurificare foarte accentuată;

-α-mezosaprobă: apa care are un conținut ridicat de substanțe organice și impurificare puternică;

-β-merosaprobă: apa cu un conținut moderat de substanțe organice și impurificare ușoară;

-oligosaprobă: apa cu un conținut redus de substanțe organice, practic fără impurificare”.

Calitatea apelor uzate evacuate în rețelele de canalizare și epurare cât și în emisarii naturali este reglementată de două normative:

„- NTPA 001/2005 – Normativ privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și orășenești la evacuarea în receptorii naturali.

– NTPA 002/2005 – Normativ privind condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților și direct în stațiile de epurare.”

Ambele normative sunt în concordanță cu Directiva Consiliului Europei 271/91 (modificată prin Directiva 15/98) care se referă la epurarea și evacuarea apelor uzate în mediul natural, [31,32,10].

Calitatea apelor din România este controlată conform organizării și principiilor metodologice ale Sistemului de Monitoring Integrat al Apelor din România (S.M.I.A.R.), restructurat conform cerințelor Directivelor Europene.

Prin activitatea de monitorizare a apelor se înțelege urmărirea comportării ecosistemelor acvatice, constituite din apele de suprafață (râuri, lacuri), apele subterane, apele costiere, apele din estuare.

Mărimile evaluate în cadrul unei activități de monitoring sunt de natură fizică, chimică, biologico-ecologică, toxicologică.

Urmărirea calității apelor de suprafață constă în monitorizarea parametrilor biologici hidromorfologici, fizico-chimici a principalilor poluanți sau a celor evacuați în cantități importante.

Potrivit reglementărilor se disting 5 clase de calitate, [9]:

Clas 1:-nu înregistrează abateri de la valorile de referință ale elementelor fizico-chimice de calitate;

Clasa a2-a:- limitele corespunzătoare acestei clase prezintă nivele scăzute de modificări ale indicatorilor de calitate față de limitele normale ale acestora, datorită activităților umane; sunt condițiile apei în care nu sunt afectate viețuitoarele din apă.

Clasa a 3-a: -valorile elementelor biologice de calitate variază moderat față de valorile normale ale proprietăților naturale ale apei;

Clasa a4-a: – prezintă dovezi de alterări majore ale valorilor elementelor biologice de calitate ale apelor naturale;

Clasa a5-a:-apă de proastă calitate care prezintă alterări majore ale proprietăților apelor naturale;

Evaluarea încadrării în clase de calitate în scopul stabilirii calității apei se face din punct de vedere fizico-chimic, [9].

Protecția calității apei constă în păstrarea, respectiv îmbunătățirea caracteristicilor fizico-chimice ale apelor pentru gospodărirea cât mai eficientă a acestora.

Calitatea este principala dimensiune a apei si a devenit o necesitate a dezvoltării economico-sociale, în special în ultimele decade, din cauza dificultăților apărute în procesul de îndepărtare a reziduurilor solide și lichide, [26].

Calitatea apei nu se menține în timp, ci variază datorită surselor de impurificare naturale sau artificiale, fapt ce impune controlul permanent al valorilor parametrilor prin care se definește calitatea apelor de suprafața și posibilitatea lor de a se constitui în surse de alimentare a așezărilor umane ori de utilizare în procesele industriale și activități agricole, [22].

Proprietățile apei pot fi:

•organoleptice- se referă la totalitatea caracteristicilor a căror determinare se poate face prin intermediul simțurilor cum ar fi miros,gust.

Mirosul apelor apare datorită substanțelor organice, a unor microorganisme vii (alge, protozoare), sau a unor substanțe chimice de sinteză rezultate în urma anumitor procese industriale.

Mirosul apelor uzate proaspete este aproape inexistent. Apele în curs de fermentare au miros specific, mai mult sau mai puțin pronunțat, în funcție de stadiul de fermentare în care se găsesc. În general, cantitățile mari de ape uzate industriale pot produce mirosuri neplăcute.

Gustul apare din cauza unor substanțe minerale dizolvate și este caracteristic acelora care depășesc o anumită concentrație:

-sărat – săruri de sodiu/clorură de sodiu

-amar – săruri de magneziu

-dulceag –săruri de calciu

Aprecierea mirosului și gustului apei este subiectivă deoarece se realizează în mod profesional de către degustători calificați care clasifică apă pe 6 clase:

-inexistent – lipsa gustului și mirosului detestabil

– foarte slab – miros și gust care nu pot fi depistate de consumator, dar pot fi găsite în laborator de cercetători

-slab – nu atrage atenția consumatorului, dar este depistabil, dacă se atrage atenția asupra lui

-remarcabil – poate fi depistat ușor și dă motive de îndoială față de apă

– distinct – atrage atenția și face apa neutilizabilă pentru băut

– foarte puternic – apă devine absolut neutilizabilă pentru băut.

•fizico-chimice

Indicatorii din variația cărora reies particularitățile apei:

-tulbureală apei: depinde de materialele din apă aflate în suspensie și de natura lor. Măsurarea tulburelii se face prin raportul dintre cantitatea de material solid dintr-o suspensie și cantitatea de apă din probă.

-culoarea se datorează prezenței în apă a unor substanțe dizolvate: compuși de mangan, clorofilă,oxizi ferici.

-temperatura este o mărime de stare locală care variază în funcție de proveniență apei și de anotimp.

-conductivitatea reprezintă caracteristica apei de a permite trecerea curentului electric

-radioactivitatea –proprietatea apei de a emite permanent radiații α,β,γ.

-duritatea apei rezultă din prezența în apă a sărurilor de Ca și Mg

•bacteriologice

Din punct de vedere microbiologic, în apă se dezvoltă diferite tipuri de bacterii care se pot clasifica în funcție de acționarea lor asupra organismului uman în:

-bacterii banale care nu au acțiuni asupra organismului

-colibacili-prezența acestora într-o anumită cantitate poate indica contaminarea apei cu apă din rețeaua de canalizare. Dacă nu depășesc o anumită concentrație nu afectează, dar dacă această cantitate crește, apa este contaminată. O prezență mare de colibacili poate indica existența bacilului febrei tifoide.

-bacterii saprofite-prezența acestora indică atât contaminarea apei cu dejecții umane și animale cât și prezența bacilului febrei tifoide

-bacterii patogene-produc îmbolnăvirea organismului uman, [27,12,5,3].

Poluarea apelor

Apa ocupă aproximativ 70,8% din suprafața Terrei și este unul din cele mai importante elemente care mențin majoritatea formelor de viață. Importanța apei nu constă numai în faptul că este componentul principal al organismelor vii dar și în acela că ia parte la organizarea structurală a biosistereprezintă caracteristica apei de a permite trecerea curentului electric

-radioactivitatea –proprietatea apei de a emite permanent radiații α,β,γ.

-duritatea apei rezultă din prezența în apă a sărurilor de Ca și Mg

•bacteriologice

Din punct de vedere microbiologic, în apă se dezvoltă diferite tipuri de bacterii care se pot clasifica în funcție de acționarea lor asupra organismului uman în:

-bacterii banale care nu au acțiuni asupra organismului

-colibacili-prezența acestora într-o anumită cantitate poate indica contaminarea apei cu apă din rețeaua de canalizare. Dacă nu depășesc o anumită concentrație nu afectează, dar dacă această cantitate crește, apa este contaminată. O prezență mare de colibacili poate indica existența bacilului febrei tifoide.

-bacterii saprofite-prezența acestora indică atât contaminarea apei cu dejecții umane și animale cât și prezența bacilului febrei tifoide

-bacterii patogene-produc îmbolnăvirea organismului uman, [27,12,5,3].

Poluarea apelor

Apa ocupă aproximativ 70,8% din suprafața Terrei și este unul din cele mai importante elemente care mențin majoritatea formelor de viață. Importanța apei nu constă numai în faptul că este componentul principal al organismelor vii dar și în acela că ia parte la organizarea structurală a biosistemelor și la activitatea metabolică celulară.

Directiva Parlamentului și a Consiliului European 60/2000/EC, a cărei semnatară este si Romania definește apa astfel:”Apa nu este un produs comercial, ci este un patrimoniu care trebuie protejat, tratat si apărat ca atare”, [30].

Necesarul zilnic de apă al omului este estimat la aproximativ 2L, consumată ca atare dar consumul de apă nu înseamnă doar atât, ci întreaga cantitate folosită pentru toate nevoile zilnice, de la cele menajere pană la cele de agrement.

Apa, in circuitul ei, trecând prin diverse tipuri de utilizări, se încarcă cu produși, materiale si substanțe, transformându-se in ceea ce se poate denumi printr-un termen general „apă uzată”, [10].

După Fair,Gayer si Okun poluarea înseamnă pătrunderea in apă a unor substanțe sau forme de energie cu un caracter si o concentrație care să modifice caracteristicile naturale ale apei in așa măsură încât calitatea acesteia este înrăutățită sau ea devine supărătoare pentru văz, gust si miros, [12,8].

Figura 1.1 Ape poluate cu substanțe chimice, [38]

Termenul de poluare vine de la substantivul „pollutio”, din limba latină, care tradus înseamnă profanare, murdărire. De fapt, în zilele noastre, această noțiune cuprinde o sferă mult mai largă, deoarece pe lângă fenomenele naturale care produc murdărirea, impurificarea cursurilor de apă, trebuiesc luate în considerare și acțiunile rezultate din activitatea economico-socială.

Termenul de „poluare” a apei se refera la acțiunea de introducere în resursele naturale, ca urmare a activității socio-economice sau în mod natural, a unor substanțe sau forme de energie care prin concentrație și caracterul lor modifică proprietățile și caracteristicile astfel încât ea devine supărătoare pentru simțurile omului sau improprie oricărei alte utilizări ulterioare.”

Aceasta este o definiție complexă deoarece face referire atât la fenomenul natural de murdărire și impurificare a râurilor cât și la cel dependent de activitatea omului în gospodărie și industrie, ținându-se cont și de fenomenul poluării termice (introducerea în apă a unor forme de energie), [3].

In literatura de specialitate, fenomenului de poluare al apei i s-au atribuit mai multe forme de definire cum ar fi, [10,15,39]:

„Prin poluarea apei se înțelege alterarea caracteristicilor fizice, chimice și biologice ale apei, produsă direct sau indirect de activitățile umane și care face ca apele să devină improprii utilizării normale, în scopurile în care această utilizare era posibilă înainte de a interveni alterarea”, [15].

Poluarea este definită de legislația Europeană din domeniul apelor ca: „Poluarea” reprezintă introducerea în mod direct sau indirect, ca rezultat al unor activități antropice, a substanțelor sau căldurii în aer, apă sau sol, care pot afecta sănătatea umană sau calitatea ecosistemelor, care pot provoca daune proprietății materiale, pot aduce prejudicii sau pot dăuna confortului sau altor utilizări legale ale mediului, [30,10].

Apa este considerată poluată atunci când îi sunt alterate compoziția sau condiția astfel încât devine mai puțin potrivită pentru oricare funcție sau scop pentru care ar fi fost adecvată în starea ei naturală.

„Prin poluare – impurificare, murdărire – a unei ape, se înțelege degradarea calităților fizice, chimice sau biologice ale acesteia, produsă direct sau indirect de activitățile umane sau procesele naturale; acestea fac ca apa să devină improprie pentru folosirea normală în scopurile în care ea era posibilă înainte de intervenția poluării (Negulescu,M., Antoniu, R., Rusu, G., Cușa, E., 1982)”, [39].

În timpul parcursului pe suprafața solului, sau în interiorul acestuia, apele se impurifică prin dizolvarea sau încărcarea cu suspensii din rocile care alcătuiesc terenul sau din murdăriile depozitate în mod natural sau artificial. De asemenea, apele de canalizare ce sunt introduse în emisar îl influențează diferit în funcție de compoziția și conținutul în substanță al apelor canalizate, dar și de caracteristicile emisarului. Astfel se disting:

impurificarea- acțiune pe care unele din substanțe o exercită asupra emisarului schimbându-i compoziția și reducându-i capacitatea de folosință;

murdărirea- acțiune pe care substanțele conținute în apele naturale și în apele de canalizare o exercită asupra emisarului schimbându-i atât compoziția cât și aspectul fizic

Atât impurificarea cat si murdărirea sunt provocate de substanțele de natură minerală și

organică, de origine vegetală sau animală; murdărirea și impurificarea artificială provin din apele din rețeaua de canalizare, apele uzate necanalizate, apele de precipitații care spală resturile de substanțe minerale și organice depozitate liber, [12,19].

degradarea = poluarea gravă, ceea ce o face improprie folosirii;

otrăvire = poluare gravă cu substanțe toxice, [41].

Figura 1.2 Principalele surse de poluare ale apei, [38].

Poluarea apei poate fi împărțită după mai multe criterii:

În funcție de modul în care se produce, poluarea poate fi naturală sau artificială.

Poluarea naturală a apei apare independent de activitatea social-economică a omului, ca urmare a încărcării apelor de suprafață cu poluanți naturali ca suspensiile minerale de tip: nisip, argilă fină, cloruri de sodiu etc., sau organice, cum sunt: resturile de animale sau plante aflate în diverse stadii de descompunere, ea fiind mult mai puternică în perioade de ape mari, deoarece râurile au capacitate de transport mare și slabă în perioadele de seceta.

Poluarea artificială a apei se datorează surselor de ape uzate de orice fel, apelor meteorice, nămolurilor. Ea este rezultatul activității omului în diversele sectoare economice sau în gospodării. Din această clasă fac parte poluarea urbană, industrială, agricolă, radioactivă și termică, [3].

După natura ei poluarea poate fi: fizică, chimică, radioactivă, biologică

Poluarea fizică rezultă din introducerea în apă a unor particule solide, insolubile, antrenabile, a căldurii reziduale respectiv a unor substanțe radioactive.

Particulele solide sunt considerate inerte din punct de vedere chimic și biologic, provenind mai ales din eroziunea solului, [27].

„Apele uzate urbane sunt definite ca ape uzate menajere sau amestec de ape uzate menajere cu ape uzate industriale și/sau scurgerile apei de ploaie. Poluarea apelor cauzată de aglomerările umane se datorează în principal următorilor factori, [40]:

-ratei reduse a populației racordate la sistemele colectare și epurare a apelor uzate

-funcționării necorespunzătoare a stațiilor de epurare existente

-managementului necorespunzător al deșeurilor

-dezvoltării zonelor urbane și protecției insuficiente a resurselor de apă

Poluarea urbană se constituie ca fiind rezultatul activității oamenilor pe teritoriile concentrărilor urbane. Apele uzate colectate de pe teritoriul unui oraș sunt apele uzate menajere și apele uzate publice”, [40].

Un oraș de 2.000.000 locuitori produce zilnic 2000 m3 noroi , extrem de nociv, care din cauza lipsei stației de epurare ajunge in rețeaua de canalizare si apoi in sursa de apă de suprafață.

Apele uzate publice se formează în construcții cu caracter public (bai publice, piscine, cinematografe etc.), provin de la spălatul străzilor, întreținerea clădirilor, garaje etc. Aceste ape au in general o încărcare preponderent minerală – anorganică, ele conținând particule de tipul argilei, nisipului, pietrișului mărunt.

Poluarea industrială provine de la întreprinderile industriale ca un efect al activității omului în diverse sectoare economice. Industria utilizează cantități importante de apă pentru realizarea proceselor tehnologice de producție, în care apa intră ca materie primă sau ca mediu de transport și îndepărtare a diferitelor reziduuri în procese de spălare deversând mai apoi în emisar (cursul natural) ape puternic impurifícate. Felul și gradul de impurificare este specific fiecărui tip de industrie, dar caracteristica lor comună este prezența impurităților în concentrație mare si a unor substanțe deosebit de toxice cu o mare stabilitate chimică. Uzinele de produse chimice deversează mari cantități de substanțe toxice, produși reziduali ai diverselor reacții chimice, din cele mai diferite substanțe: fenoli, azotați și azotiți, fosfați, detergenți etc.

“Întreprinderile din industria metalurgică evacuează prin apele uzate ioni ai unor metale grele ca plumb, zinc, crom, acizi și baze.

Industria alimentare aruncă prin apele uzate resturi de origine animală și vegetală, substanțe organice de diverse proveniențe, precum și o mare cantitate de viruși (unii microbi patogeni).

Întreprinderile din industria petrochimică deversează ape încărcate cu produse petroliere, fenoli, grăsimi emulsionate etc.

Industria farmaceutică de asemenea deversează ape cu un conținut ridicat de substanțe organice și cu o mare cantitate de microbi.

Întreprinderile ramurii ușoare a industriei evacuează in apa coloranți, detergenți, grăsimi etc.

În general se poate afirma că apele uzate din industrie, care se deversează direct în rețelele de canalizare orășenești, sunt cauza unei poluări chimice si biologice foarte grave; aceasta este si cauza pentru care prin lege s-a prevăzut obligația întreprinderilor da a-și epura parțial apele până la concentrațiile admisibile rețelei de o canalizare”, [3].

Poluarea agricolă apare pe zone concentrate la complexele agrozootehnice de creștere si îngrășare a animalelor si păsărilor. Ape provenite de aici au o mare încărcare organică ce prezintă un înalt grad de pericol. Nitrații si nitriții proveniți din agricultură provoacă, de asemenea probleme foarte grave.

Dificultatea a apărut in urma dorinței de creștere a volumului de producție,fapt ce a dus la mărirea volumului de îngrășământ utilizat. Ape uzate agricole apar si pe zone foarte întinse cele ale solurilor tratate cu ierbicide, substanțe chimice fertilizante, fungicide. Apele de precipitații spală solurile tratate si se încarcă cu aceste substanțe toxice. Aceste tipuri de ape nu pot fi colectate si epurate, așadar ele ajung în cursurile naturale direct fără un control și o epurare prealabilă. Acest lucru se întâmplă cel mai adesea atunci când solul este nisipos, [3,2,16,24].
„Poluarea termică- se datorează căldurii reziduale provenită din apele de răcire. Încălzirea emisarilor are efecte poluante importante deoarece cantitățile de căldură cedate sunt enorme și în continuă creștere. Modificarea echilibrului termic în cursurile naturale are ca efect creșterea excesivă a unor specii ale florei acvatice cu un consum exagerat de oxigen fapt care reduce posibilitățile de supraviețuire a faunei acvatice”, [3].

Poluarea radioactivă-rezultă din surse controlate – uzine producătoare de combustibil nuclear, de izotopi radioactivi, ape de răcire de la centralele atomoelectrice și surse necontrolate – căderi de substanțe radioactive din exploziile atomice, accidente nucleare etc. Dezvoltarea activităților care utilizează izotopi radioactivi sau care folosesc energia atomică din care rezultă deșeuri radioactive conduce la o poluare de tip nou, poluarea radioactivă, prin descărcarea acestora in oceane, mări sau in pânzele freatice de mare adâncime, [3].

Poluarea chimică are loc în urma evacuării în cursurile de apă a unor reziduuri industriale ce conțin diferite substanțe chimice, a scurgeri din cauza precipitațiilor, a îngrășămintelor chimice și pesticidelor folosite la tratamentele agricole precum și prin pătrunderea în apă a unor ape menajere.

Poluarea biologică este specifică apelor uzate urbane, apelor uzate industriale, industriei celulozei și hârtiei, apelor de la complexe zootehnice care sunt poluate cu materie organică și care pot constitui importante focare de infecții din cauza bacteriilor,virusurilor și materiilor organice fermentabile și putrescibile pe care le conțin. În aceste ape sunt prezente macro sau microorganisme care pot avea o acțiune directă asupra sănătății omului și animalelor, [27].

Sursele de poluare ale apei se clasifică în funcție de, [26,10]:

1-Acțiunea poluanților în timp:

-surse continue ca de exemplu canalizarea unui oraș, canalizarea instalațiilor industriale

– discontinue temporare sau temporar mobile cum sunt canalizările unor instalații și obiective care funcționează sezonier, nave, locuințe, autovehicule, colonii sezoniere, etc.

– accidentale – exemplu: avarierea instalațiilor, rezervoarelor,conductelor, etc.

2-Proveniența poluanților:

– surse de poluare organizate sunt surse de poluare cu ape reziduale și cu ape industriale

-surse de poluare neorganizate :apele meteorice, centrele populate amplasate în apropierea cursurilor de apă ce pot deversa reziduuri de diferite proveniențe și deșeuri rezultate dintr-o utilizare necorespunzătoare, [26].

3- Durata degradării naturale în apă a poluanților se poate face astfel:

-surse de poluare ce conțin poluanți biodegradabili, care pot reduce concentrația de oxigen din apă (proces numit dezoxigenare);

-surse cu poluanți greu biodegradabili, nocivi atunci când microflora nu-i poate transforma; afectează astfel flora și fauna acvatică (degradarea are loc după cel puțin 30 de zile);

-surse de poluare cu poluanți nebiodegradabili, care au o acțiune remanentă o anumită perioadă, degradarea lor începe după aproximativ 60 de zile;

-surse care conțin poluanți refractari (degradarea începe după cel puțin 2 ani).

4- Eutrofizarea apelor, definită ca: „îmbogățirea” apei cu nutrienți, în special fosfor și compușii ai azotului. Ea provoacă creșterea excesivă a vegetației acvatice. Eutrofizarea se poate produce atât în mod natural, când se însumează un număr de factori, dar și artificial, înțelegând prin aceasta intervenția umană, că urmare a deversărilor ridicate de compuși conținând fosfor și azot, [10].

Tabel 1.2. „Surse de poluare a apei și procesele de proveniență ale acestora, [41].

a)

b)

Figura 1.3. Poluarea cu ape uzate menajere, [38]

Caracteristicile apelor uzate menajere

Apa, în circuitul ei este utilizată in diferite domenii: procese industriale, folosințe menajere, încărcându-se cu diverși produși, materiale și substanțe, transformându-se astfel în ceea ce se poate denumi printr-un termen general „apă uzată”.

Caracteristicile apelor uzate sunt influențate de substanțele conținute și de transformările care au loc în timpul curgerii, proprietățile fiind scoase în evidență prin analize fizico-chimice, [10].

„Compoziția apelor uzate se stabilește pe baza analizelor de laborator care pun în evidență caracteristicile fizice, chimice, biologice și bacteriologice al acesteia. Aceste analize au drept scop, [26]:

furnizarea de informații despre gradul de murdărire al apelor uzate;

stabilirea randamentelor necesare pentru stațiile de epurare;

determinarea tehnologiei de epurare necesare.”

În vederea stabilirii tehnologiei și proiectării instalației de epurare a apelor uzate este necesar să se cunoască caracteristicile acestor ape. Ca atare, trebuie să se determine următoarele caracteristici, [26]:

caracteristici fizice;

caracteristici chimice;

caracteristici bacteriologice;

caracteristici biologice.

Caracteristici fizice

Caracteristicile fizice ale apelor uzate sunt : temperatura, turbiditatea, culoarea si mirosul.

Temperatura este cea mai importantă caracteristică fizică care influențează reacțiile chimice și

biologice produse în apele uzate. Temperatura cestora este de obicei mai ridicată decât a apelor de alimentare, cu 2 – 3°C. Acest factor este dependent de proveniența apei si de anotimp. Apa subterană (pană la adâncimea da 50 m are o temperatură cuprinsă intre 10.. .13°C; de la această adâncime in jos temperatura crește cu cate 1° pentru fiecare 33.. .35 m); Temperatura apelor de suprafață variază intre 0 si 27°. Temperatura apelor uzate deversate in emisar este dependentă de sursa de proveniența si variază intre 10 si 28 °.

Valorile diferite ale temperaturii apei uzate determină variații ale timpilor de retenție in decantoare, în timpul procesului de sedimentare, în timp ce în procesul biologic de epurare variația temperaturii determină obținerea unor grade diferite de epurare a apei uzate. La temperaturi mari, viteza de descompunere a substanțelor organice este mai mare iar conținutul de oxigen scade. Coagularea substanțelor în suspensie, de asemenea sunt influențate în mod deosebit de temperatură, [5,3,10,21].

Turbiditatea apelor uzate se referă la cantitatea de particulele foarte fine aflate în

suspensie care nu sedimentează în timp. „Acestea pot fi, sub aspectul naturii lor, minerale sau organice, iar sub aspectul originii lor, naturale (din sol) sau poluante (din reziduuri). Importanța acestei caracteristici constă în primul rând în aspectul neplăcut imprimat apei, dar în același timp particulele solide pot constitui suport pentru microorganismele care persistă astfel mai mult timp în apă.

Aparatele folosite pentru determinarea turbidității se numesc turbidimetre și folosesc metode bazate pe principiul transparenței, metode fotometrice și metode prin comparare. Aparatele moderne se bazează pe principiul măsurării intensității luminii dispersate. Substanțele care determină turbiditatea sunt de natură diversă, însușirea comună fiind aceea, că nu se află în stare de soluție ideală”, [5].

„Turbiditatea nu constituie o determinare curentă a apelor uzate, deoarece nu exista o proporționalitate directă între turbiditate și conținutul lor în suspensii. Analizele de laborator se exprimă în grade de turbiditate, 1 grad de turbiditate corespunzând la 1 mg SiO2/dm3 de apă. Orientativ, apele uzate menajere prezintă valori ale gradului de turbiditate în limitele de 400 – 5000 în scara silicei”, [36].

Culoarea apelor uzate se datorează prezenței în apă a unor substanțe dizolvate si oxizi

ferici, compuși de mangan, clorofila din frunze, acizi humici etc. .

Culoarea apelor reziduale menajere proaspete este gri deschis, nuanța închisă indicând începutul procesului de fermentare al materiilor organice existente în aceste ape. Alte variații de culori dovedesc prezența apelor uzate industriale în rețea. Totodată, această proprietate fizică a apelor uzate poate fi determinată de două aspecte: culoarea „aparentă” a apei uzate, care este dată de materiile aflate in suspensie si culoarea „reală” dată de materiile dizolvate, [10].

Figura 1.4 Ape uzate ce conțin substanțe dizolvate, [38]

Apele uzate care au culori diferite de cele de mai sus indică pătrunderea în rețea a unor cantități importante de ape uzate industriale.

Culoarea apei se poate exprima, de asemenea prin metode instituționalizate denumite grade de culoare platină-cobalt deoarece se folosește procedeul de comparație cu soluția etalon de clorură de platină și potasiu și clorură de cobalt. Un grad de culoare, determinat prin comparația probei cu soluția etalon la aceeași sursă de lumină, corespunde unui mg/l ion de platină (maximum 20 grade).

Din acest punct de vedere culoarea, ca și turbiditatea, poate duce la limitarea utilizării apei și este un indicator valoros de poluare a apei.

Culoarea apei împiedică absorbția oxigenului și fenomenul de fotosinteză în autoepurare, [5,3,10,21]

Mirosul apelor uzate proaspete este aproape insesizabil de aceea prezența lui poate indica

existența anumitor poluanți în apele uzate.

Intrarea materiilor organice din apa uzată în procese aerobe și mai ales anaerobe de descompunere determină emanarea de mirosuri de hidrogen sulfurat (H2S). Alte mirosuri indică, de asemenea existența unor substanțe chimice în apele uzate industriale.

Materiile volatile din apa uzată produc degajarea unor mirosuri în timpul transportului dar și în timpul epurării apelor uzate, [10,5,3].

Caracteristici chimice

Structura chimică a apelor uzate menajere este semnificativ influențată de proteinele, grăsimile și hidrocarbonații din produsele alimentare, precum și de compoziția apei din rețeaua de alimentare, care deține în anumite limite, carbonați, sulfați, cloruri, fier etc. Proteinele care aparțin organismului viu în procesul schimbului de substanțe conduc la formarea ureei CO(NH2)2 care, sub acțiunea bacteriilor fermentative, se transformă în azot amoniacal. Substanțele organice care intră în compoziția apelor uzate menajere, in afară de azot, mai conțin carbon, sulf, fosfor, potasiu, sodiu și clor sub formă de săruri.

Apele uzate orășenești prezintă caracteristici diferite de la un oraș la altul fapt pentru care

ele trebuiesc determinate pentru fiecare locație prin analize de detaliu.

Principalele caracteristici chimice ale apelor uzate sunt :

Aciditatea apelor uzate este determinată de prezența bioxidului de carbon liber, a acizilor

minerali și a sărurilor acizilor tari cu baze slabe. Aciditatea se măsoară în mg/dm3 de CaCO3- și reprezintă de fapt proprietatea apelor uzate de a reacționa cu o bază puternică (de obicei hidroxid de sodiu – NaOH).

Aciditatea se determină prin titrarea probei de apă uzată cu soluție de NaOH cu un pH de 8,3 unit. pH.

Alcalinitatea apelor uzate este dată de prezența bicarbonaților (HCO3), carbonaților

(CO3) și a hidroxizilor (OH). Apele uzate menajere sunt ușor alcaline, caracterizate prin valoarea pH-ului în limitele de 7,21-7,6 unit. pH. Alcalinitatea se măsoară în mg/dm3 de CaCO3 și se determină prin titrare cu soluție de acid sulfuric cu un pH de 4,5 unit. pH.

pH-ul apelor uzate poate fi acid sau alcalin și reprezintă un factor important în

desfășurarea proceselor biologice dintr-o stație de epurare deoarece determină în mare măsură aceste procese, o serie de tratamente ale apei, dar și caracterul corosiv al acesteia.

pH-ul reprezintă un parametru prin care se determină activitatea ionilor de hidrogen dintr-o soluție (Pondus Hydrogenii sau o denumire mai nouă este; Power of Hydrogen – pH – “puterea hidrogenului’)

Măsurarea acestui parametru se face pe o scară de la 0 la 14 unit. de pH, folosindu-se echipamente electronice prevăzute cu electrozi speciali.

Spre deosebire de aciditatea sau alcalinitatea unei ape, pH-ul exprimă numai intensitatea acidității sau alcalinității, adică nu există o legătură directă între el și procentul de acizi sau alcali care sunt în compoziția apei respective. Este posibil ca două soluții apoase să prezinte aceleași valori ale pH-ului, cu toate că concentrația lor în acizi sau baze este diferită, [10].

„Pentru desfășurarea normală a proceselor biochimice este necesar un domeniu de pH, cuprins între 6,5-8,5. Depășirea acestor limite duce la distrugerea completă a ciclului biologic.”

Controlul pH-ului trebuie făcut în toate punctele importante ale stației de epurare, deoarece de el depinde activitatea microorganismelor care acționează atât în cadrul proceselor aerobe cat și in cele anaerobe.

Potențialul de oxidoreducere (potențialul Redox, rH-ul) – furnizează informații importante asupra puterii de oxidare sau de reducere a apei sau nămolului, [5].

Materiile solide totale: conțin materiile solide în suspensie și materiile solide dizolvate.

Ele servesc la stabilirea eficienței procesului de epurare .Materiile solide în suspensie separabile prin decantare reprezintă nămolul din decantoarele primare. Materiile organice coloidale sunt eliminate în instalațiile de epurare biologice, [21].

Oxigenul dizolvat este un parametru chimic care indică în mod global gradul de poluare al

apelor cu substanțe organice.

Proprietatea oxigenului de a se dizolva depinde și de turbulența de la suprafața apei, de presiunea atmosferică, mărimea suprafeței de contact etc. Concentrația de oxigen din apa uzată indică faza de descompunere al substanțelor organice în instalațiile biologice și în apele naturale, [10].

Cantitatea de oxigen din apa uzată poate fi determinată prin metoda clasică in care se folosesc titrările de tip Winkler sau prin utilizarea dispozitivelor electronice ce măsoară pe lângă concentrația în mg/dm3 a oxigenului și temperatura apei uzate, [10].

Apele uzate conțin oxigen dizolvat în cantități reduse 1-2 mg/dm3, dar numai atunci când acestea sunt proaspete și după epurarea biologică. In funcție de gradul de poluare, apele de suprafață conțin cantități mai mari sau mai mici de oxigen.

Tabelul 1.3. Cantitățile de oxigen in apă la saturare, in funcție de temperatura apei, [5].

Apa care conține cantitățile de oxigen prevăzute în tabelul 1.3 este considerată saturată; peste aceste valori, se spune că apă este suprasaturată, iar sub aceste valori, este subsaturată.

„În general, o apa curată, neimpurificată conține o cantitate de oxigen care corespunde saturării ei; suprasaturarea apare foarte rar, când apa se găsește într-o turbulență excesivă, când este în prezența unor cantități mari de plante acvatice, care consumă bioxidul de carbon și elimină oxigenul în cadrul procesului de metabolism, îndeosebi în timpul zilelor însorite; subsaturarea se produce când apă este impurificată.

Cantitatea de oxigen care lipsește unei ape pentru a atinge valoarea de saturare se numește deficit de oxigen”, [5].

Conținutul de oxigen din apă reprezintă una dintre caracteristicile care indica cel mai bine starea de murdărire a unei ape, precum și stadiul de descompunere al substanțelor organice din instalațiile biologice și din apele naturale.

Concluzii importante se pot trage când această caracteristica este analizată in asociație cu consumul biochimic de oxigen și stabilitatea relativă.

Consumul biochimic de oxigen (CBO) se exprimă in mg/dm3 și reprezintă cantitatea de

oxigen consumată de bacterii și alte microorganisme pentru descompunerea biochimică, a substanțelor organice biodegradabile, în condiții aerobe, la temperatura și în timpul standard, de obicei 20 °C și 5 zile, în care caz se notează cu CBO5), [10].

Consumul biochimic de oxigen măsoară indirect cantitatea de materii organice care se descompun și direct consumul de oxigen cerut de organismele ce produc descompunerea. În apele uzate brute orășenești CBO5 variază între 100 și 400 mg/dm3, iar în apele uzate industriale el poate atinge valori de 50 mg/dm3.

Consumul biochimic de oxigen are loc în două faze:

Faza primară (denumita si faza carbonului), în care oxigenul se consumă pentru oxidarea materiilor organice. Etapa începe imediat și are de obicei o durată de 20 zile, la temperatura de 20°C, pentru apele de râu poluate cu ape uzate menajere sau industriale. Ca produse ale oxidării materiilor organice care conțin carbon, azot, sulf și fosfor, rezultă bioxid de carbon (CO2), care rămâne in stare de gaz în soluție sau se degajă.

Faza secundară (denumită si faza azotului) in care oxigenul se consumă îndeosebi pentru a transforma amoniacul in nitriți (NO2) si apoi in nitrați (NO3) începe după aproximativ 10 zile de la începutul procesului de descompunere si se desfășoară pe o durată foarte mare (100 zile si chiar mai mult). Aceste transformări constituie procesul de nitrificare a materiilor organice.

În afara consumului biochimic de oxigen există și consumul chimic sau imediat de oxigen. Acesta din urma are loc în procesele de reducere fără intervenția organismelor. Chiar și intr-o apă sterilă cererea este satisfăcută imediat, de obicei într-o oră.

Consumul chimic de oxigen (CCO) sau oxidabilitatea apei este cantitatea de oxigen, necesară

pentru oxidarea tuturor substanțelor organice oxidabile.

„Carbonul organic total (COT) constituie metoda prin care se determina nivelul de poluare

organică a apelor uzate. Valoarea COT poate fi determinată prin oxidarea materiilor organice si conversia lor in bioxid de carbon si apă. Gazul care este generat fiind captat printr-o soluție caustică de concentrație standard, iar cu un analizor de carbon este determinată concentrația materiilor organice din apă, [10].

Carbonul organic total (COT) pune în evidență cantitatea de materii organice din apele uzate prin

conversia lor în dioxid de carbon, [5,10].

Compușii azotului din apa uzată menajeră se găsesc sub forma de amoniac (NH3) și

amoniu (azotul amoniacal – NH4+); sunt doi compuși ai azotului care datorită instabilității chimice (NH3 – forma neionizată a amoniacului; NH4+ forma ionizată a amoniacului) pot fi determinați prin metode complementare de distilare, titrare sau spectrometrice.

Forma neionizată este nociva pentru mediul acvatic, concentrația NH3 (mg/dm3 ) fiind influențată de temperatura și pH-ul apei uzate (o valoare mare a temperaturii și pH-ului determină concentrații mai mari).

Azotul total din apa uzată menajeră se exprimă în mg/dm3 și este de fapt, suma tuturor

celorlalte forme de azot: azotul organic (NH3 ) și mineral(NH4+ ).

Azotul total se determină prin mineralizare, [10].

La analiza apei uzate se mai determina și amoniacul albuminoid.

„Azotul organic și amoniacul liber sunt utilizați ca indicatori ai substanțelor organice azotoase prezente în apa uzată, iar amoniacul albuminoidal ca indicator al azotului organic care se descompune”, [5].

Amoniacul liber este rezultatul descompunerii bacteriene a substanțelor organice. Existenta unei cantități mai mari de 0,2 mg/dm3 de amoniac liber, indică impurificarea cu ape uzate a apei analizate.

Apele uzate proaspete au un conținut ridicat de azot organic și unul scăzut de amoniac liber, iar apele mai puțin proaspete conțin aceste substanțe în proporții inverse,” [5].

Concentrațiile de azot organic și amoniac liber al unei ape oferă informații prețioase supra posibilităților de tratare biologică a apelor uzate. Ținând cont de existența acestor elemente in ape, se poate stabili dacă este utila adăugarea de azot suplimentar sau dacă tratarea în comun a unor ape uzate este avantajoasă.

Nitriții (azotiții) (NO2 ) și nitrații (azotații) (NO3) conținuți in apele uzate menajere sunt

rezultați din oxidarea incompletă a amoniacului și a substanțelor organice, în prezența bacteriilor nitrificatoare,iar prezenta lor indică o apă uzată proaspătă în curs de transformare, [10].

Nitriții sunt instabili și sunt reduși la amoniac sau sunt oxidați la nitrați. Prezența lor indică o apă proaspătă în curs de transformare. Cantitățile maxime de nitriți din apele uzate nu depășesc aprox. 0,1 mg/dm3.

Nitrații reprezintă cea mai stabilă formă a materiilor organice azotoase provenind din mineralizarea substanțelor de natură proteică sau din fertilizatori și pesticide ce conțin azot. Ei sunt doriți in râuri deoarece stimulează creșterea algelor și a altor plante verzi reprezentând o sursă de oxigen. Prezența lor indică o apă stabilă din punct de vedere al transformărilor. În apa uzată proaspătă, nitriții și nitrații sunt conținuți în concentrații mai mici decât o parte per milion.

Determinarea concentrației nitriților și nitraților din apa uzată se face folosind diferite metode spectrometrice, [5,10].

Depășirea anumitor concentrații de cloruri și sulfuri din apele uzate pot influența

procesele biologice de epurare . Concentrația de cloruri se măsoară în mg/dm3.

Sulfurile sunt rezultatul descompunerii substanțelor organice sau anorganice provenind îndeosebi din apele uzate industriale. Sulfurile dau naștere la mirosuri neplăcute.

Sulfurile din apele uzate menajere pot fi determinate și puse în evidență sub formă de sulfuri totale, sulfuri de carbon și hidrogen sulfurat, [10].

Acizii volatili indică progresul fermentării anaerobe a substanțelor organice. Ei formează prin fermentare bioxid de carbon și metan. In cazul unei bune fermentări, pentru apele uzate menajere, acizii volatili, trebuie să fie în jur de 500 mg/dm3 (peste 300 mg/dm3 și sub 2000 mg/dm3).

„Grăsimile și uleiurile, vegetale sau minerale, în cantități mari, formează o peliculă pe

suprafața apei, care poate împiedica aerarea, colmata filtrele biologice, inhiba procesele anaerobe din bazinele de fermentare etc”, [5].

Cele mai întâlnite gaze la epurarea apelor sunt hidrogenul sulfurat, bioxidul de carbon și

metanul. Hidrogenul sulfurat indică o apă uzată ținută un timp mai îndelungat în condiții anaerobe. In concentrații mari H2S este toxic. Metanul și bioxidul de carbon sunt indicatori ai fermentării anaerobe. Metanul este exploziv în amestec cu aerul, în proporție de 1:5 -1:15, [5].

Detergenții din apele uzate menajere fiind substanțe tensioactive dețin o structură

moleculară formată atât dintr-o grupare hidrofobă cat si dintr-una hidrofilă.

Compușii fosforului din apa uzată se pot găsi sub formă dizolvată și/sau în suspensie

fiind derivați din fosfați (PO4). Compușii fosforului din apa uzată pot fi.

– organici care rezultă în urma reacțiilor biologice, concentrațiile lor măsurându-se în mg/dm3 , iar determinările făcându-se prin metode cromatografice sau de extracție;

– anorganici care pot fi ortofosfați sau polifosfați,

De obicei în cazul apelor uzate menajere se determină fosforul total (mg/dm3) prin metode spectrofotometrice sau prin descompunere.

Metalele grele care se găsesc in apele uzate menajere sunt toxice pentru

microorganismele participante la epurarea biologică și la fermentarea anaerobă a nămolurilor. Determinarea concentrațiilor metalelor grele din apa uzată se face în laborator prin analize standard, conforme cu SR EN-urile în vigoare, folosindu-se în general metode ion-cromatografice, gaz-cromatografice sau metode spectrometrice, [10].

Putrescibilitatea este o caracteristică a apelor uzate din care rezulta posibilitatea unei ape

de a se descompune mai repede sau mai încet. Stabilitatea este inversul putrescibilității. Stabilitatea relativă se exprima prin raportul, dintre oxigenul disponibil în proba de analizat (sub formă dizolvată sau sub formă de nitriți și nitrați) și cererea de oxigen pentru satisfacerea fazei primare de consum a oxigenului, [5].

Caracteristici bacteriologice si biologice

Proprietățile bacteriologice și biologice ale apelor uzate menajere sunt reprezentate de gradul de încărcare al apelor uzate cu microorganisme de tipul bacteriilor, protozoarelor, algelor etc. Aceste microorganisme descompun materia organică din apele uzate și constituie indicatorul biologic ce caracterizează gradul de încărcare al apelor uzate cu substanțe organice sau gradul său de saprobitate, [10].

În apele uzate există mai multe tipuri de bacterii cum sunt:

– bacteriile banale, care nu sunt dăunătoare organismelor vii ;

– bacteriile coliforme, care în număr redus sunt inofensive, dar dacă numărul lor creste indică pătrunderea in apa a unor reziduuri umane sau animale;

– bacterii saprofite, prezente în apele bogate în substanțe organice;

– bacterii patogene, care sunt dăunătoare organismului uman deoarece produc boli hidrice

(febra tifoidă, holera, dezinteria).

Prin NTPA – 001/2005 (normativ privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate evacuate) sunt prevăzute și caracteristicile bacteriologice pe care trebuie să le îndeplinească apele uzate epurate înainte de deversarea în emisar.

Cele mai des întâlnite organisme microscopice in apele uzate sunt virusurile, bacteriile, ciupercile, protozoarele, rotiferii, larvele de insecte, viermii.

Absența organismelor din apă poate indica prezența unor substanțe toxice, [5,21].

Din punct de vedere al nutriției, bacteriile se împart în autotrofe și heterotrofe. Primele utilizează substanțele minerale pentru hrană. Ele își iau carbonul necesar pentru sinteza glucidelor, lipidelor și proteinelor din bioxidul de carbon, carbonați și bicarbonați.

Bacteriile heterotrofe au nevoie de materii organice ca sursă de energie și de carbon. Din grupa acestora fac parte: saprofitele care au rol principal în procesul de autoepurare, și parazitele, care se dezvoltă în corpul organismelor animale.

Determinarea gradului de infectare al apei cu bacterii patogene se realizează printr-o analiză a apelor, astfel punându-se în evidență existența bacteriilor din grupa Coli – ele prezentând un component tipic al microflorei intestinale, [36].

Din prezența unor organisme sau din absența lor se poate urmări mersul epurării biologice din stația de epurare sau al autoepurării pe cursurile de apă. „Totalitatea organismelor din apă constituie așa-numitul plancton, iar cele de pe patul râului formează bentosul.

In ultimul timp, in privința organismelor din emisar, își găsește o aplicare din ce în ce mai mare sistemul saprobiilor, care cuprinde speciile de organisme caracteristice apelor impurifícate cu substanțe organice.”

Identificarea speciilor din sistemul saprobiilor ajută la stabilirea gradului de impurificare a emisarului (anumite calități ale apei corespund unor anumite tipuri de organisme) și la cunoașterea procesului de autoepurare. Speciile de animale și vegetale din sistemul saprobiilor sunt grupate in patru categorii, [5,12]:

„specii polisaprobe, caracteristice apelor cu impurificare organica puternica (în număr foarte mic);

specii α-mezosaprobii, caracteristice apelor cu impurități organice (în număr mic);

specii β-mezosaprobii, caracteristice apelor cu impurificare organică mai mică (in număr mai mare decât cele din categoria α- mezosaprobii);

specii oligosaprobii, caracteristice apelor curate, neimpuriflcate (in număr mare)”, [5,12].

Epurarea si autoepurarea apelor uzate

„Pentru protecția apelor de suprafață receptoare, evacuarea apelor uzate este permisă, în cele mai multe cazuri, numai după ce acestea au fost epurate în instalații speciale de epurare numite stații de epurare. Aceste instalații (construite sau adaptate pentru acest scop) realizează accelerarea proceselor de epurare naturală și/sau folosesc diverse procedee fizico-chimice pentru diminuarea cantității/concentrației poluanților pe care îi conține apa uzată, astfel încât să fie respectate condițiile de evacuare impuse prin reglementările in vigoare (NTPA001/2002 sau avizul/autorizația de gospodărire a apelor)”, [20].

„Epurarea apelor uzate constituie ansamblul procedeelor fizice, chimice, biologice și bacteriologice prin care se reduce încărcarea în substanțe poluante organice sau anorganice și în bacterii. Ea are ca rezultat obținerea unor ape curate, în diferite grade de purificare funcție de tehnologiile și echipamentele folosite, și un amestec de corpuri și substanțe care sunt denumite generic nămoluri. Atât apele cât și nămolurile trebuie să fie deversate fără ca prin aceasta să se aducă prejudicii mediului înconjurător. Această condiție se poate realiza numai printr-o purificare avansată a apelor uzate. Astăzi se ține cont de faptul că anumite elemente precum azot și fosfor, care produc fenomene de eutrofizare în cursurile naturale, trebuie reținute în proporție cât mai mare”, [4].

Epurarea apelor uzate este un proces complex ce cuprinde două mari grupe de operații succesive:

– reținerea si/sau neutralizarea substanțelor nocive sau valorificabile prezente în apele uzate;

– prelucrarea materialului rezultat din prima operație.

De aici rezultând:

– ape epurate, în diferite grade, care pot fi vărsate în emisar sau valorificate în alte scopuri;

– nămoluri, care sunt prelucrate, depozitate, descompuse sau valorificate.

Metodele principale de epurare a apelor reziduale sunt diferite în funcție de poluanții existenți:, [41]

Cantitatea de apă uzată este strâns legată de consumul de apă; ea poate varia în funcție de: tipul locuinței, destinația acesteia, numărul de membri și activitățile desfășurate, intervalul orar, perioada anuală etc. Fluxul apei într-un sistem de consum consta in următoarele faze: captare tratare, transport, utilizare și evacuarea apelor uzate.

În figura 1.5. este prezentată schema generală de descriere a unui flux de apă într-un sistem de consum.

Figura 1.5 Schema unei folosințe de apă, [1,10]:

„1-sursa de apa; 2 – stație de tratare; 3 – stație de amestec; 4 – stație de epurare; 5 – receptor natural.

Folosința de apă este considerată ca fiind orice activitate umană sau unitate cu caracter social sau economic care are nevoie de apa, o utilizează iar după folosire și epurare o evacuează într-un receptor natural (curs de apă, lac etc.).

Mărimile care intervin în fluxul de apă prezentat mai sus sunt,[1,10]:

Necesarul de apă (Qn)

Apa recirculată (Qr)

Consumul de apă (Qc) care se compune din următoarele: Qc=QCP+QCt+QCe+Qcr+Qcc

unde:

-QcP- apa reținută în procesul de folosire

-Qct – pierderile în sistemul de tratare a apei prelevate;

-Qce – pierderile în sistemul de epurare a apei recirculate sau evacuate;

-Qcr – pierderile în sistemul de aducțiune, în rețeaua de distribuție și sistemul de recirculare internă a apei (inclusiv prin evaporare);

-Qcc – pierderile în sistemul de canalizare.

Cerința de apă (Qp) : QP=(Qn-Qr)+QCT+QCr

Apa evacuată (Qe) :Qe=QP-Qc”,[10].

Procedeele de epurare a apelor uzate, se pot clasifica, in funcție de procesele pe care se bazează, in următorul mod, [33]:

„ epurarea mecanică – in care procedeele de epurare sunt de natură fizică;

epurarea chimică – in care procedeele de epurare sunt de natura fizico-chimică;

epurarea biologica – in care procedeele de epurare sunt atât de natură fizică cat și biochimică;

treapta terțiară – are rolul de a înlătura compuși in exces

Combinarea acestor metode permite o purificare avansată, efluenții epurați putând fi reintroduși in circuitul economic”, [33].

O alta clasificare a procesului de epurare a apelor uzate menajere, este in funcție de natura acestuia, [10]:

autoepurare: se desfășoară prin procese naturale

epurare antropică: se clasifică mai departe în:

“epurare în sistem centralizat: totalitatea procedeelor și tehnicilor de colectare și epurare

a apelor uzate menajere folosind un sistem complex de instalații de canalizare și epurare pentru localități;

epurarea în sistem descentralizat: procedeele și tehnicile prin care problema colectării și

a epurării apelor uzate menajere se rezolvă la nivel local, gospodăresc, instituțional etc. Acest tip de sistem de epurare se poate subclasifica în:

procedee și tehnici de epurare extensivă, reprezentate de procedeele care necesită un timp îndelungat

procedee și tehnici de epurare intensivă, care sunt de tipul sistemelor de colectare și epurare primară precum și a stațiilor de epurare de capacitate mică”.

Figura 1.6. Succesiune de procedee într-o stație de epurare a apelor uzate menajere, [38]

„Adoptarea unui anumit procedeu depinde de, [10]:

– cantitatea efluentului;

– conținutul în poluanți;

– condițiile de calitate impuse la evacuarea apei epurate în emisar;

– mijloacele financiare ale agentului economic respectiv”.

După evacuarea în receptori apele uzate epurate sau neepurate sunt supuse unor procese de natură fizică, chimică și biologică, asemănătoare celor din stațiile de epurare. Toate aceste procese duc în final la autoepurarea apei din receptor, [5].

Autoepurarea apelor uzate presupune totalitatea proceselor fizice, chimice si biologice desfășurate în mediul natural, fără intervenția omului și care duc la micșorarea cantității de substanțe poluante din apă până la nivelul care nu prezintă pericol pentru buna funcționare a ecosistemelor, [10].

Din punct de vedere al proceselor care intervin pentru realizarea autoepurării are loc următoarea clasificare:

– autoepurare fizică și fizico-chimică, în cadrul căreia acționează procese ca diluare, sedimentare, absorbție, dizolvarea oxigenului în apă, oxidare, precipitare, neutralizare, coagulare etc.

-autoepurare biologică si biochimică in care are loc procesul de descompunere (biodegradare) a materiilor organice

Ținându-se seama de materiile poluante care pătrund in emisari, autoepurarea se mai poate clasifica astfel, [5]:

-autoepurare organică;

-autoepurare anorganica radioactivă;

-autoepurare microbiană

„Capacitatea unui curs natural de a primi si purifica efluenți de ape uzate depinde de, [4]:

a) gradul de diluție: raportul dintre debitul cursului natural si debitul efluentului

b) regimul hidraulic de curgere: influențează procesele de sedimentare la viteze mici sau de reantrenare a depozitelor formate atunci când crește debitul si deci se majorează capacitatea de transport în suspensie a cursului natural;

c) insolația cu variația ei diurnă și sezonieră: influențează direct reacțiile chimice și biochimice constituind o sursă de energie pentru procesul de fotosinteza,

d) temperatura este principalul factor care influențează cinetica proceselor chimice si biochimice, regimul oxigenului în apă, vitezele de sedimentare ale particulelor,etc”.

„Cunoașterea procesului de autoepurare, precum și a factorilor care contribuie la aceasta, este de o importanță deosebită, deoarece, pe emisar și in zonele unde se poate lua in considerare autoepurarea, cantitatea de impurități evacuate direct poate fi mai mare, micșorându-se capacitatea stațiilor de epurare, [5].

1.2.Metode de epurare ale apelor uzate.

Apele uzate care ajung în stația de epurare conțin: corpuri mari, suspensii grosiere minerale, grăsimi emulsionate sau neemulsionate, suspensii grosiere de natură organică, suspensii fine de natură organică sau minerale, suspensii coloidale minerale sau organice, substanțe minerale si/sau organice dizolvate, microorganisme; compuși pe bază de azot, fosfor, [4].

Epurarea apelor uzate este un proces ce cuprinde etape a căror denumire provine de la fenomenele pe baza cărora sunt formate, [3,25]:

a) epurarea mecanică- are la bază exclusiv procedee fizice care constau in: eliminarea corpurilor plutitoare, sedimentarea suspensiilor, flotare;

b) epurarea chimică sau fizico-chimica – bazată pe fenomene chimice si fizice cuprinde procese de: neutralizare, precipitare,coagulare, floculare, oxidare, sorbtie;
c) epurarea biologică – bazată pe activitatea unor microorganisme care descompun substanțele organice prin procese metabolice. Aceasta cuprinde: iazuri biologice, campuri de aspersie si infiltrare, filtre biologice, bazine de aerare cu namol activ;

d) epurarea finala sau avansata- consta in indepartarea impurificatorilor care nu au putut fi retinuti in celelalte trepte de epurare.

Procedeele de epurare mecanica constau in eliminarea din apele uzate a corpurilor mari, a impurităților care se depun si a celor care plutesc sau care pot fi aduse in stare de plutire din apele uzate, [5].

Preepurarea consta in îndepărtarea poluanților din apele uzate direct la sursă. In aceasta etapa se recurge la aplicarea unor tehnologii de epurare direct la sursă pentru reținerea poluanților la nivelul cerințelor impuse de rețeaua de canalizare. Metodele tipice utilizate in proces sunt: reținerea pe grătare, site, mărunțirea în dezintegratoare a corpurilor, până la dimensiuni ce permit trecerea printre barele sistemului, camere speciale destinate separării nisipului, pietrișului, [4].

Indiferent de proveniența lor, apele uzate, prezintă variații în timp ale debitelor și compoziției, datorită lipsei de uniformitate a consumurilor de apă și a conținutului acestora în substanțe poluante. Variațiile de debit în stațiile de tratare duc la instabilitatea vitezelor de curgere care este dăunătoare mai ales in bazinele de decantare, deoarece care vitezele mari de curgere antrenează în efluent materiale în suspensie sau chiar materiale deja sedimentate. In procesul de uniformizare au loc transformări chimice intre diferiții poluanți, cum ar fi reacții de neutralizare, de oxigenare, redox, de precipitare sau procese biochimice, ceea ce duce la o degrevare a etapei de epurare, [15].

„Epurarea mecanică a apelor uzate constituie prima treaptă de epurare a apelor uzate (primary treatment) și se bazează pe procese fizice de separare a poluanților. În această treaptă se îndepărtează, în special, materiile solide (cu densitatea mai mare de 1g/cm3) sau cele solide și lichide cu densități mai mici decât 1 g/cm3. De asemenea sunt reținute și substanțele organice, dar cu o eficiență relativ redusă (între 20 și 30%)”, [19].

În cadrul epurării fizico mecanice se disting următoarele etape, [41]:

1. Reținerea corpurilor și suspensiilor mari;

2. Prelucrarea depunerilor de pe grătare și site;

3. Sedimentarea;

4. Deznisiparea;

5. Decantarea

Eliminarea suspensiilor din apa se poate realiza cu următoarele utilaje principale: grătare si site; deznisipatoare; decantoare; filtre.

Procesul de separare gravitațională are la bază principiul mișcării într-un fluid aflat în câmp gravitațional. „Asupra particulelor relativ grosiere se exercită un ansamblu de forțe concurente format din: forța gravitațională, forța arhimedică și forța de frecare cu fluidul (Stokes). Rezultanta forțelor și inerția particulelor conduc la separarea acestora de masa fluidului fie prin sedimentare, cazul particulelor cu densitate mai mare decât a fluidului, fie prin flotație, cazul particulelor cu densitate mai mică decât cea a fluidului”, [25].

Prelucrarea suspensiilor reținute din apele uzate (nămolurile) se realizează în funcție de condițiile sanitare locale: ele pot fi îndepărtate și depozitate în starea în care se obțin, sau trebuiesc supuse în prealabil unor operații care le modifică o parte din calități. [28]

În cadrul etapei fizico-chimice, tratarea chimică a apelor reziduale are ca scop, [41]:

– coagularea materiilor solide în suspensie aflate în stare coloidală sau dispersate în particule foarte fine;

Coagulanții reprezintă substanțele chimice sub forma de dispersie care, adăugate în apă, ajută la aglomerarea particulelor sub forma unor flocoane din ce în ce mai mari, cu rezistenta mai buna care, sub acțiunea gravitației, se depun pe fundul bazinului, antrenând și particulele neaglomerate.

Precipitarea chimică reprezintă combinarea procesului de floculare cu cel de sedimentare, [41].

– corectarea pH-ului;

„Se face fie în scopul asigurării condițiilor necesare treptei de tratare biologică, fie pentru mărirea eficienței coagulării. Corectarea pH-ului se face prin introducerea de acizi sau baze în apa uzată. Tipul acestora este funcție de cantitatea, aciditatea sau alcalinitatea apei uzate, de volumul apei uzate, de caracteristicile ei chimice, de costul reactanților, de metoda de lucru, etc.”

– recarbonatarea se face prin introducerea de CO2 în apa uzată în scopul corectării pH-ului; în cele mai multe din cazuri, coagularea se face cu ajutorul varului.

– adăugarea de nutrienți în vederea epurării biologice;

„Toate microorganismele necesită o serie de elemente de bază cum sunt carbonul, azotul, fosforul, și sulful ca și urme de elemente ca potasiu, calciu, magneziu, fier, etc. Multe din apele uzate conțin aceste elemente, dar, unele nu le au în cantitate suficientă. Pentru obținerea concentrațiilor necesare, se adaugă substanțe care conțin aceste elemente.”

– condiționarea pentru filtrare etc.

Amestecarea și flocularea

„Flocularea este procesul prin care particulele se aglomerează în flocoane care sedimentează cu ușurință. Amestecarea apei în procesul de floculare este mai rapidă la început, apoi mai lentă, în avalul bazinului, pentru a evita distrugerea flocoanelor formate. Pe de altă parte, mișcarea trebuie să fie suficient de rapidă pentru a împiedica depunerea flocoanelor în vasul de reacție”, [41].

Flotația este procedeul prin care se elimina particulele fine aflate în suspensie, cu ajutorul bulelor de aer insuflate în apa; se aplică in funcție de densitatea particulelor. în apa uzată se mai introduce un spumant care are rolul de a menține spuma în care se găsesc particulele mai mult timp la suprafața apei,altfel exista riscul ca bulele să se spargă și particula să cadă din nou pe fundul bazinului.

La apele uzate menajere epurarea chimică se aplică la dezinfectarea apelor epurate parțial prin alte metode, la coagularea nămolurilor, la dezinfectarea instalațiilor, etc.”.

Nămolurile rezultate din aceasta etapa a procesului de epurare sunt conduse în decantoarele primare iar de aici, la instalațiile fermentare, [41,26,35].

În prezent, epurarea biologică a apelor uzate este considerată cea mai eficientă metodă de eliminare a substanțelor solide organice nesedimentabile (dizolvate sau coloidale), stabilizarea materiilor organice din nămoluri, reducerea nutrienților pe bază de azot și fosfor. Realizarea ei a devenit necesară în aproape toate de epurare datorită numărului mare de industrii și creșterii populației la orașe.

În epurarea biologică intervin o serie de fenomene: fizice, chimice, biochimice,. hidraulice, ceea ce ii oferă o complexitate deosebita, [17,5].

Biomasa existenta in proces reprezintă populația mixtă de bacterii, ciuperci și alte microorganisme care își desfășoară activitatea metabolică în instalația de epurare.

Transformările prin care microorganismele degradează substanțele în produși de ultimă degradare sunt:

a) descompunere aerobă (în prezență de oxigen)

b)descompunere anaerobă (în lipsa oxigenului), clasificare realizata in funcție de microorganismele care activează in procese.

Microorganismele anaerobe sunt folosite in fermentarea nămolurilor și la stabilizarea unor ape uzate industriale concentrate.

Microorganismele aerobe sunt utilizate de obicei în epurarea apelor uzate ce au caracter predominant organic, cum sunt compușii pe bază de carbon, azot sau fosfor – și pentru stabilizarea anumitor categorii de nămoluri.

Pentru epurarea biologică în regim aerob cele mai utilizate procedee sunt: cu nămol activ, cu peliculă biologică sau cu flocoane de nămol ce conțin atât bacterii aerobe cât și anaerobe, [41,17].

Prezența sau absența oxigenului in activitatea microorganismelor le clasifică în trei grupuri, [34]:

a) Bacterii obligat aerobe- trăiesc numai în prezența oxigenului molecular

b) Bacterii facultativ aerobe- grupează la un loc unele drojdii, bacterii denitrificatoare s.a.

c) Bacterii anaerobe- sunt organisme capabile să trăiască fără prezența oxigenului liber.

Totalitatea proceselor implicate în activitatea biologică a unei celule prin intermediul cărora energia și elementele nutritive sunt preluate din mediul înconjurător și utilizate pentru biosinteză, creștere sau pentru alte activități fiziologice secundare formează metabolismul bacterian.

Procesele biochimice din celula vie se clasifica după modul de utilizare a energiei în: procese de dezasimilație sau catabolism, unde se consuma materii organice și se produce energie si procese de asimilare sau anabolism, care înglobează reacții ce conduc la sintetizarea unui material celular nou pe baza energiei eliberate în faza de catabolism, [41,17].

Viteza de degradare a substanțelor organice de către microorganisme este influențată de mai mulți factori printre care se menționează, [11]:

temperatura apei reziduale (variază sezonier);

timpul de parcurgere a treptei biologice;

concentrația și felul substanțelor organice (biodegradabile sau nebiodegradabile)

cantitatea de oxigen dizolvat;

starea vremii (umedă sau uscată).

factori inhibitori

O parte din apele uzate provenite din industrie conțin poluanți specifici care nu pot fi înlăturați prin cele trei metode, ca de exemplu apele uzate ce conțin substanțe minerale solubile și substanțe organice nedegradabile biologic. În aceste cazuri se apelează la tehnici de epurare avansate, [15].

Procedeele de epurare cu adsorbție permit eliminarea unor cantități mici de substanțe

organice rămase după etapa biologică. Acest procedeu se aplică, în special, pentru îndepărtarea avansată a fenolilor, detergenților și a altor substanțe ce pot da un miros sau gust neplăcut apei de băut.

Procedeele de epurare cu schimbători de ioni se utilizează in mod frecvent pentru

eliminarea poluanților minerali care se găsesc în apă sub formă ionică: calciu, magneziu, sodiu, sulfați, nitrați, fosfați, amoniu, metale grele etc.

Procedeele de oxidare chimică se aplică pentru eliminarea substanțelor poluante

anorganice (cianuri, sulfuri, anumite metale grele etc.) și organice(fenoli, coloranți, anumite pesticide etc.), [41].

1.3.Tipuri de stații de epurare ale apelor uzate.

Stațiile de epurare reprezintă ansambluri de construcții si instalații care au ca obiectiv îndepărtarea din apele uzate a substanțelor solide in suspensie, a substanțelor dizolvate, a microorganismelor si a substanțelor toxice, in scopul aducerii calității apelor rezultate la o valoare cat mai apropiata de cea inițială poluării.

Ele se pot clasifica în funcție de rolul pe care i1 au față de epurarea totalității apelor uzate de pe un anumit teritoriu sau centru industrial în stații de epurare locale sau stații de epurare generale.

În funcție de complexitatea lor stațiile de epurare pot fi:

-într-o treaptă (mecanică) – se folosesc numai pentru epurarea apelor cu încărcătură minerală

-în două trepte: mecano-chimică sau mecano-biologică

-în trei trepte: mecanica, biologica si treapta de epurare terțiară/avansată

În treapta avansata are loc eliminarea nutrienților ( azot, fosfor), a suspensiilor solide, a unor substanțe organice greu biodegradabile sau nebiodegrabile, a substanțe chimice, a unor substanțe anorganice sau dezinsecția.

Figura 1.7. Stație de epurare cu o singura treapta (mecanica), [35]

Apa uzată care vine către stația de epurare conține: corpuri mari, suspensii grosiere minerale, suspensii minerale fine, suspensii de natura organica grosiere, etc. Pentru reținerea și/ sau neutralizarea fiecărui tip de impurități menționate mai sus trebuie prevăzut un procedeu, realizată o instalație și aceasta dotată cu echipamente adecvate.

Stație de epurare cu o singura treapta se adresează apelor cu conținut redus de substanțe chimice, având rolul de a reține substanțele insolubile exclusiv prin procedee fizico-mecanice. În acest tip de proces se folosesc instalații mecanice și hidraulice, realizându-se o reducere semnificativă a particulelor în suspensie.

Acest tip de stații rețin intre 40 si 60 % din suspensii, reduc cu 20 pana la 40% încărcarea cu substanțe organice CBO5 si reduc cu 10-20% încărcătură cu nutrienți (N,P), [27,3,35].

Figura 1.8. Stație de epurare mecano-chimica, [35]

Stațiile mecano-chimice sunt mai complexe fiind formate dintr-o treaptă mecanică și una chimică care prin coagulare-floculare, neutralizare, schimb ionic, oxidare chimică,dezinfectare (realizate prin tratarea apei cu reactivi chimici), reușesc să elimine din apă substanțele chimice dizolvate și în stare de suspensie coloidală.

Neutralizarea este operația care se aplică apelor pentru corectarea pH-ului (apele acide se tratează cu baze, iar cele preponderent bazice cu acizi).

Precipitarea este operația de destabilizare a soluțiilor coloidale în vederea formării, prin coagulare și floculare, a unor complecși care se depun gravimetric.

Schimbul ionic, oxidarea chimică a substanțelor organice biodegradabile dar foarte rezistente le acțiunea oxidanților obișnuiți.

Eficienta unor astfel de instalații: reducerea cantităților de suspensii si coloizi din apele uzate cu 65-85% (prin coagulare-floculare), [27,3,34].

Figura 1.9. Stație mecano-biologică în condiții apropiate de cele naturale, [35]

Figura 1.10. Stație mecano-biologică in condiții artificiale, [35]

Stațiile de epurare mecano-biologice, conform denumirii lor sunt alcătuite dintr-o treaptă biologică, ce urmează celei mecanice si se bazează pe activitatea unor microorganisme care mineralizează substanțele organice prezente în apă.

Eliminarea substanțelor organice în stare de suspensie coloidală sau dizolvate se realizează numai în urma reacțiilor biochimice din metabolismul celular.

Epurarea mecano-biologică se poate realiza atât in condiții apropiate de cele naturale ( câmpuri de irigații, de infiltrații, iazuri biologice, piramidă biologica din care varsă în emisar apele de drenaj ca ape epurate), cat si in condiții artificiale: (filtre biologice, bazine cu nămol activ), [3].

Figura 1.11.Elementele componente ale unei stații de epurare, [38]

Stația de epurare Bacău

Stația de epurare Bacău este amplasată în albia majoră a râului Bistrița pe malul drept în zona de sud-est a municipiului Bacău și a fost construită în două etape (1967 și 1972), fiind proiectată cu treapta de epurare mecanică și treapta de epurare biologică, ulterior proiectându-se o a doua linie, nedefinitivată în prezent în ceea ce privește treapta biologică.

       Tehnologia de epurare a apelor uzate, dotarea cu utilajele corespunzătoare, este valabilă acelei perioade și a rămas și în prezent, astfel ca eficiența de epurare a stației este mică și consumul de energie mare. Din aceast motiv R.A.G.C. Bacău are ca obiectiv investițional reabilitarea stației.

      Stația de epurare este dimensionată la un debit de 1585 L/s, influentul (totalitatea apelor uzate menajere, meteorice și industriale) împărțindu-se pe doua linii de epurare mecanică, respectiv 985 L/s pe treapta veche si 600 L/s pe treapta nouă.

        Fluxul tehnologic al apelor uzate pe cele două linii de epurare mecanică se împarte în circuitul apei și circuitul nămolului.

         Treapta biologică este de tipul bazin de aerare cu nămol activ.

Figura 1.12 Imagini ale stației de epurare Bacău [42]

Stația de epurare a firmei Wabag Water Services

În Romania WABAG Water Services SRL se concentreaza asupra constructiei si

managementului operational din industrie al apei si al apei uzate municipale si industriale.

WABAG WATER SERVICES SRL se ocupa de:

-Tratarea apei industriale: -Procesul tehnologic al apei

-Epurare a apelor uzate industriale: – Procese biologice aerobe

– Procese biologice anaerobe

– Procese chimice-fizice

-Tratare a namolului

-Operațiuni si mentenanță: – construcție, întreținere, operare, transfer

– management operațional și concepte

Fiecare instalație a stației de epurare este alcatuită din 3 etape de purificare: mecanică, chimică și biologică. Aceasta stație de epurare deține și o instalație de defenolare care tratează apele uzate numai pe bază de reacții bio-chimice pentru eliminarea substanțelor nocive, cum sunt : fenol, amoniu, cianuri și sulfuri, din apele reziduale industriale .

Treapta biologică se bazează pe metabolizarea impurităților organice în suspensie de către culturi de microorganisme aerobe si anaerobe.

Apele uzate sunt transferate la etapa fizico-chimică și slopsul este pompat în rezervoare. Impuritățile mecanice (nămol primar) sunt evacuate din decantor prin curățare periodică sau raclare continuă și sunt trimise la unitatea de condiționare a nămolului (tricantere Flottweg).

Apa uzată este pompată prin corecție de pH și prin adăugare de floculant, coagulant în unitatea de flotare a aerului și separată de uleiul flotat în rezervoarele de decantare. Nămolul flotator și cel depus sunt pompate în unitatea de condiționare a nămolului cât timp apa purificată este pompată la treapta biologică.

În treapta biologică aerul este injectat în apă. Se mai adaugă în rezervoarele de aerare nămol de retur (biomasă). Oxigenul dizolvat asigură creșterea organismelor aerobe și formează nămolul activ (particulele în suspensie). După sedimentarea în decantoarele secundare, o parte din nămol este recirculată în rezervorul de aerare și amestecat cu apa ce trebuie tratată, o cantitate mai mică este scursă și pompată spre deshidratarea nămolului. După separarea nămolului în decantoarele secundare, apa purificată ce nu mai conține substanțe organice biodegrabile, este transferată la bazinele de control ale fiecărei instalații. De aici o mare parte este recirculată pentru a fi folosită în rafinărie. După ce este masurată în cele două unități de debit Parshall, apa uzată care iese din stație este adaugată și drenată în râul Prahova, conform autorizațiilor de mediu.

Separatoarele API-treapta mecanică Bazin DAF

Treapta biologică Decantor secundar

Figura 1.13 Stația de epurare Wabag [11]

1.4. Echipamente si instalații din treapta biologică a stațiilor de epurare ale apelor uzate menajere

Epurarea biologica aeroba

Procesele de epurare biologică aerobă a apelor uzate se pot clasifica după modul de depunere a biomasei, astfel:

Procese în care microorganismele sunt suspendate în apă sub formă de flocoane, numite

procese de epurare biologică cu nămol activ.

Influentul cu impurități organice, dizolvate sau dispersate coloidal ajunge într-un bazin de aerare unde este pus în contact cu nămolul activ care consuma impuritățile biodegradabile din apa uzată, [5].

Pentru a se desfășura în condiții optime, procesele de epurare biologică aerobă necesită sisteme de aerare care să asigure microorganismelor specifice oxigenul necesar, el trebuind să asigure două funcții de bază :

– transferul oxigenului din aer (sau gazul introdus) în apă intr-un mod cât mai intens;

– să asigure circulația și omogenizarea flocoanelor de nămol activ în apa uzată, favorizând astfel interacțiunea sistemului format de apă, aer și flocoanele de nămol activ, [10].

Figura 1.14. Schema tipica a unei instalații de epurare biologica cu nămol activ, [38]

Metodele de aerare ale bazinelor biologice cu nămol activ, [10]:

„a)metodă de aerare mecanică cu rotor imersat;

b) metodă de aerare mecanică cu rotor și ax orizontal;

c) metodă de aerare pneumatică cu sifon;

d) metodă de aerare pneumatică cu bule fine de aer

e) și f) metode de aerare mixte”.

Aeratoarele de tip HAFI reprezintă un procedeu modern de aerare utilizat in treapta biologică stației de epurare.

Instalația este proiectată pentru controlul automat al sistemului de aerare, astfel: pe fiecare conductă care asigură alimentarea cu aer în cele șase compartimente ale treptei biologice este prevăzut câte un robinet de reglare acționat electric, iar în fiecare compartiment este prevăzut câte un analizor de oxigen. Dacă valoarea reală a conținutului de oxigen găsita în bazinul de aerare diferă de valoarea de setare, cantitatea de aer va fi reglată automat.

Pe fiecare subcolector de aer este prevăzut câte un manometru și câte un traductor de presiune și alarmare, iar pe colector este prevăzut un manometru si un traductor de presiune, control și alarmare, care comandă depresurizarea (Blow Down Cycles) prin deschiderea unei electrovalve. Operația este necesară pentru a evita colmatarea panourilor de aerare și se realizează automat. Depresurizarea se poate realiza și manual, ori de cate ori este necesar.

Presiunile de setare pentru depresurizare și alarmare se vor stabili astfel încât să nu se ajungă la deteriorarea membranelor datorită colmatării.

Datele de proces ale instalației de aerare sunt măsurate și înregistrate de un automat programabil.

Din conductele de alimentare aerul este trimis prin conducte de alimentare către panourile de aerare fixate pe fundul bazinelor de aerare cu elemente de prindere din oțel inoxidabil.

Componentele panourilor de aerare sunt placa de bază fabricată din oțel inoxidabil austenitic, rezistent la coroziune și membrană elastică poroasă din material rezistent la medii agresive, montată etanș prin intermediul unor benzi periferice. Prin umflarea membranei, porii se deschid și apar bule fine de aer care se ridică lent spre suprafața apei din bazin. În acest mod, apa reziduală se îmbogățește în oxigen.

Pe fiecare conductă de alimentare există un robinet cu bilă care permite izolarea în vederea reparării în cazul în care apare o deteriorare a panoului (de exemplu, dacă membrana suferă în timp unele deteriorări determinate de contactul cu corpuri dure în timpul reviziilor sau datorită unor particule mari în suspensie, apărute accidental, aceasta se poate lipi cu adeziv special).

În cazul în care unul sau câteva panouri se deteriorează, activitatea acestora, datorită dispunerii în sistem, este acoperită de panourile învecinate, urmând ca repararea panoului să se facă cu ocazia reviziei generale a instalației.

Durata de viață a panourilor de aerare este de peste 10 ani, fără a se constata mărirea bulelor de aer emise, colmatarea, scăderea eficienței sau deteriorarea acestora, [11].

Procesele de epurare biologică aerobă in care cultura de microorganisme se dezvolta pe

dispozitive mobile, formând astfel instalații denumite contactoare biologice rotative.

Dezvoltarea microorganismelor pe suprafața discurilor conduce la formarea unui strat subțire de biomasă realizând așa numitele biodiscuri. Prin rotire, acestea pun în contact biomasa dezvoltată pe acestea cu substanțele organice din apa uzată și cu oxigenul din aer, [21, 10].

Apa epurată este separata gravitațional de nămolul activ într-un decantor secundar. O parte din nămolul activ separat în decantorul secundar este recirculată, ajungând din nou în bazinul de aerare, iar alta parte este evacuată ca nămol în exces în decantorul primar, [5].

Decantoarele secundare au ca scop reținerea nămolului, (materiile solide în suspensie separabile prin decantare, numite si pelicula biologică sau flocoanele de nămol activ).

Cele mai recomandate decantoare pentru separarea nămolului activ sunt cele verticale. La stațiile mari de epurare se recurge însă la decantoare radiale sau longitudinale, [10].

Figura1.15 Imaginile principalelor tipuri de aeratoare, [10]

a)aerator mecanic cu rotor imersat;

b) aerator mecanic cu rotor și ax orizontal,

c) aerator pneumatic;

d) aerator mixt, [10].

Filtrele biologice sunt construcții ale stațiilor de epurare în care cultura de microorganisme este depusă pe un suport inert constituit dintr-un material granular de umplutură (pietriș, zgură, cocs, material plastic) astfel formându-se o pelicula biologică ce contribuie la biooxidarea impurităților din apa uzata

-Filtru anaerob: mediul filtrant poros (in care se dezvolta microorganismele anaerobe);

-Filtru anaerob de contact: funcționează prin intermediul recirculării unei cantități de nămol activ sedimentat în decantorul secundar;

-Filtru anaerob în pat fluidizat: in cazul acestui tip de instalație este necesar sa se recircule o cantitate mai mare de apa uzata;

-Filtru anaerob cu alimentarea apei uzate în mai multe puncte, [10];

Figura 1.16. Filtrul biologic, [38]

Reactoarele biologice rotative: aceste echipamente constau in fixarea masei biologice pe un suport solid sub forma unui tambur cu suprafață specifică mare. El este imersat până sub ax intr-o cuvă străbătută continuu de apa uzată, fiind menținut intr-o mișcare de rotație lentă pentru ca la fiecare rotație, elementele suprafeței suportului sa poată pătrunde in apă și apoi sa revină in aer, asigurând astfel contactul peliculei biologice, formate pe suprafața suportului, cu poluanții din apa uzată și cu oxigenul atmosferic.

Epurarea biologică naturală se poate realiza pe câmpuri de irigare si filtrare, prin intermediul filtrelor de nisip sau în iazuri de stabilizare (iazuri biologice).

Câmpuri de irigare și filtrare

Datorită substanțelor fertile pe care le conțin, câmpurile de irigare și filtrare sunt constituite din suprafețe de teren folosite pentru epurarea apelor uzate și valorificarea acestora.

Câmpurile de filtrare sunt folosite de obicei in perioadele cu ploi abundente, de îngheț, când nu este nevoie de apă pentru culturi.

Câmpurile de irigare și filtrare se recomandă a fi folosite in zonele cu precipitații mai slabe, acolo unde folosirea substanțelor fertilizante din apa uzată este avantajoasă sau când substanțele fertilizante sunt in cantități mari (exemplu, in cazul unor ape uzate industriale).

Filtre de nisip

Apele uzate traversează nisipul la diferite intervale de timp, lăsând astfel terenului timpul necesar pentru aerarea naturală, în scopul desfășurării proceselor aerobe în condiții cât mai bune.

Filtrele de nisip se folosesc in general la epurarea unor efluenți proveniți fie de la decantoarele primare, fie de la treapta de epurare biologică. Evacuarea apei epurate se face cu ajutorul unor drenuri realizate la baza filtrelor.

Iazuri biologice sau de stabilizare

Iazurile biologice sunt bazine puțin adânci, care folosesc procesele naturale de îndepărtare din apele uzate a substanțelor organice și a suspensiilor, sub controlul parțial al omului.

După procedeul biologic care predomină în iaz se disting:

-iazuri anaerobe

-iazuri facultativ anaerobe – aerobe

-iazuri aerobe

Mlaștini

Mlaștinile sunt terenuri inundate cu apă care reprezintă suportul pentru creșterea unor plante cum ar fi stuful, trestia, papura, diferite specii de mușchi etc. Vegetația care ajunge la suprafață ajută la filtrarea și adsorbția constituenților din apele reziduale, [5,17].

1.5.Decantoare secundare

Sedimentarea este procesul fizic in timpul căruia particulelor solide organice sau anorganice sunt separate prin depunere gravimetrică în spații cu regim hidraulic controlat. Operația mai poate fi denumită și decantare sau după rolul procesului în tehnologia de tratare/epurare limpezire, clarificare sau îngroșare.

Decantorul este echipamentul din stația de epurare sau tratare capabil să rețină marea majoritate a suspensiilor conținute in apele uzate respectiv brute prin sedimentare – depunere gravitațională. Decantoarele reprezintă construcții complexe din beton, cu diferite forme geometrice, în care trebuie să se asigure condiții hidrodinamice favorabile procesului.

Ele se clasifică după următoarele criterii, [4,18]:

1. In funcție de modul in care se realizează procesul de sedimentare (decantare):

a) decantoare cu sedimentare liberă, naturală;

b) decantoare cu sedimentare activată cu reactivi chimici de coagulare-floculare și cu separare gravitațională sau suspensională;

2. După modul de îndepărtare a nămolului depus decantoarele pot avea:

a) curățire manuală;

b) echipamente mecanice de colectare și evacuare a nămolului;

c) echipamente hidromecanice sau pneumatice pentru îndepărtarea nămolului;

3. După direcția de curgere a apei prin decantor :

„ a) decantor longitudinal în care curgerea apei se realizează în lungul laturei mari a bazinului de formă paralelipipedică;

b) decantor vertical – curgerea apei se realizează pe verticală în sens ascendent, în contracurent cu particulele care se depun gravitațional, într-un bazin de formă cilindro-conică;

c) decantor radial – mișcarea apei se realizează pe direcția razei vectoare de la centru către periferia bazinului de formă cilindro-conică sau numai cilindrică.”

4.În funcție de destinația și poziția lor în schemă decantoarele se clasifică în:

„ a) decantor pentru tratarea apei de consum;

b) decantor pentru separarea nisipului din apă, este un decantor specializat – deznisipator;

c) decantor pentru ape uzate brute;

d) decantor pentru nămol activ – fiind în general al doilea în schemă el se numește decantor secundar;

e) decantor terțiar – decantor după treapta chimică sau existent în schemă după treapta de nitrificare;

f) decantor specializat pentru îngroșarea nămolului – concentrator de nămol.

5. După poziția construcției în raport cu nivelul terenului decantoarele pot fi, [18,4]:

a) îngropate;

b) semiîngropate;

c) aparente.”

Decantoare secundare

Alegerea tipului de cantor (longitudinal sau radial), a numărului și mărimii bazinelor de decantare se face in baza considerentelor tehnico-economice ale ansamblului stației da epurare.

„Ansamblul instalației de decantare trebuie prevăzut cu cel puțin două compartimente de decantare care să poată funcționa independent.

Ansamblul instalației de decantare trebuie precedat de un dispozitiv care să asigure distribuția uniformă a apei uzate la compartimentele de decantare”, [29].

Decantorul longitudinal

În general, decantorul longitudinal este folosit ca decantor primar pentru separarea particulelor din apele uzate brute, ca decantor pentru ape de consum în procese de tratare, ca separatoare pentru apele uzate din industria petrochimică, la deznisiparea apelor uzate.

Figura1.15. Decantor longitudinal, [38]

Figura1.16 Schema unui decantor longitudinal curățat mecanic, [18]

„1 – canal de aducțiune a apei brute;2 – sistem de liniștire;3 – antecameră;4 – conductă pentru evacuarea grăsimilor;5 – podul raclor;6 – lamă împingătoare pentru spumă;7 – bașa de nămol;

8 – zonă liniștită pentru sedimentare;9 – lamă racloare;10 – cochilă pentru colectarea flotanților;11 – canal cu deversor pentru colectarea și evacuarea apei tratate”

Apa uzată pătrunde in decantor prin canalul 1 și în zona în care acesta se lărgește, întâlnește liniștitorul 2. Peretele semiscufundat 4 separa zona de admisie a apei, în care se află bașa 7, de compartimentul de sedimentare 8 cu mișcare laminară. Grăsimile sunt evacuate pe conducta 3 obturată cu o vană plană, iar apa purificată deversează în canalul de evacuare 11. Spuma și flotanții formați sunt colectate in jgheabul cochilă 10.

Avantajele decantoarelor longitudinale, [18]:

„- ocupă o suprafață în plan mai mică în special atunci când sunt mai multe bazine;

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

– ușor de acoperit pentru captarea mirosurilor atunci când este cazul;

– oferă o lungime mai mare pentru sedimentare;

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

– pierdere de sarcină redusă între zona de admisie și evacuare; g) consum redus de energie pentru colectarea și evacuarea nămolului.

Dezavantaje:

– apariția zonelor moarte;

-lățime restrânsă la posibila deschidere a podului;

-costuri ridicate de întreținere a echipamentelor aferente”, [18].

Figura1.18. Decantor secundar orizontal longitudinal, [29]

„1 — Rigolă pentru colectarea apei decantate; 2 — pod raclor; 3 — deversor; 4 — rigolă pentru evacuarea nămolului; 5 — dispozitiv de sifonare a nămolului; 6 — pompă pentru evacuarea nămolului; -da — conductă de aducțiune a apei; ds — dispozitiv de distribuție a apei; de — conductă de evacuare a apei decantate”

Decantorul radial

„Decantoarele radiale sunt construcții din beton armat de formă cilindro-conică sau cilindrică. Diametrul lor este între 2…160 m; decantoarele cu diametrul până la 50 m au poduri racloare radiale, iar cele cu diametrul peste 50 m sunt dotate cu poduri racloare diametrale.

Radierul decantorului cu pod raclor radial este înclinat cu un unghi corespunzător unei conicități de 1/15, mai mare decât unghiul de taluz natural al nămolului depus sub apă și deci acesta ar trebui să curgă singur spre bașa centrală. În decantorul radial introducerea de apă uzată se face în centrul acestuia, simetric în plan și uniform pe verticală – mișcare axial-simetrică, iar evacuarea se realizează prin colectarea apei de pe întreaga circumferință exterioară. Direcția de curgere a apei este cea a razei vectoare de la centru către periferie. Viteza de sedimentare a particulelor discrete variază continuu pe măsură ce granula se deplasează către periferie.”

Pentru uniformizarea curgerii prin decantor se montează deversoare pe circumferința acestuia.

Figura 1.19. Traiectoria de sedimentare în decantorul ideal radial, [18]

Figura1.20. Decantor radial cu pod raclor, [18]

„1 – decantor; 2 – conductă admisie apă brută; 3 – zonă de sedimentare; 4 – suportul pivotului central și al jupei; 5 – canalul de colectare apă tratată; 6 – conul central; 7 – evacuare nămol; 8 – lame racloare; 9 – bașă; 10 – cale de rulare; 11 – mecanismul de antrenare.”

Pâlnia centrală asigură reducerea vitezei de curgere, modifică regimul hidraulic și realizează o alimentare cât mai uniformă a decantorului. Din zona de admisie apa ajunge în spațiul de sedimentare 3. Particulele mari și grele se depun imediat în zona bașei centrale 9. Apa se repartizează uniform în curgere către canalul colector inelar.

Nămolul depus pe radier alunecă spre bașa centrală 9 de unde prin presiune hidrostatică este îndepărtat în exterior pe conducta 7. Rolul podului raclor 4 este de a împinge depunerilor aderente către bașa centrală.

Decantoarele de mari dimensiuni dețin poduri racloare diametrale care au grupuri de antrenare la ambele capete. În general, ele sunt folosite ca bazine de sedimentare a nămolului activ – decantor secundar în schema tehnologică. Îndepărtarea nămolului după o durată de timp prea mare conduce la sufocarea acestuia. Pentru a se evita acest lucru se impune soluția podului raclor diametral care asigură un interval de timp mai redus între trecerea lamelor racloare printr-o zonă de sedimentare, [18,4].

Figura 1.22. Decantor orizontal radial secundar, [29]

„1 — Camera de distribuție cu dispozitivul de distribuție a apei;2 — pod raclor;3 — jgheab colector inelar fix;4 — jgheab colector mobil;5 — instalație de sifonare;6 — guri de aspirație;

7 — țevi verticale de aspirație;8 — deversor;9 — rigolă pentru colectarea apei decantate;

10 — pâlnie pentru colectarea nămolului;da—conductă de aducțiune a apei;de — conductă de evacuare a apei decantate;dn — conductă de evacuare a nămolului activat”

Decantoarele secundare sunt construcții descoperite care au rolul de a reține nămolul biologic produs în bazinele cu nămol activat sau în filtrele biologice. Decantoarele secundare orizontale longitudinale și radiale, se proiectează în conformitate cu prevederile STAS 4162/2 „Canalizări.

Decantoare secundare. Prescripții de proiectare.”Decantoarele secundare sunt amplasate în aval de bazinele cu nămol activat sau de filtrele biologice, în funcție de schema de epurare adoptată. 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.

Clasificare:

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.

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;

-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 .

Apa limpezită este evacuată printr-o rigolă perimetrală sau prin conductă inelară submersată prevăzută cu orificii ( fante ). Circulația apei se face orizontal și radial, de la centru spre periferie.

Instalația de alimentare trebuie concepută și dimensionată pentru a asigura o admisie și o repartiție uniformă a apei în zona de intrare în decantor. Pentru a se realiza acest lucru este necesar sa se ia in considerare următoarele: a) admisia apei în bazinul de decantare se va face prin mai multe puncte simultan b) în zona de intrare în decantorul longitudinal se va monta o grinda transversala semiscufundată peste care apa să deverseze lent asigurându-se o repartiție uniformă; c) dacă apa este adusa pe canale se va asigura un raport optim între lățimea canalului și cea a decantorului;

Instalația de colectare și evacuare a apei purificate (efluent).

La capătul aval al decantorului longitudinal este dispus un canal de colectare a apei decantate. „Pentru a evita curgerile preferențiale, care pot perturba procesul de sedimentare din bazin, trecerea apei din decantor în canalul colector se va face prin deversare uniformă.”

Viteza apei decantate este mai mică prin rigolă și mai mare pe conductă. Trebuie avut în vedere faptul că pe rigolă se formează colonii de alge care modifică rugozitatea pereților și frânează mișcarea.

Figura 1. 25. Forma deversorului, [18]

„Rolul instalației de colectare a efluentului este de: a) colectarea uniformă a debitului pe întreaga structură de evacuare; b) de a reduce posibilitatea liftării particulelor solide în mediul apos și scăparea lor în efluent; c) de a elimina posibilitatea antrenării materiilor flotante în efluent, [18].

Echipamentul de raclare și îndepărtare a nămolului.

În cazul decantoarelor curățite manual, nu se prevăd echipamente mecanice de raclare și de îndepărtarea nămolului.

„Decantoarele din stațiile de tratare și epurare sunt dotate cu echipamente de raclare, colectare și îndepărtare a nămolului, de tipul unui pod mobil prevăzut cu lamele submerse ce împing nămolul către un spațiu mai adânc denumit bașă (unde este stocat pentru un timp de retenție care permite o ușoară îngroșare) și cu împingătoare de spumă parțial imersate ce conduc materiile plutitoare către un dispozitiv culegător de flotanți.”

Viteza de deplasare a podului raclor este astfel potrivita astfel încât lamelele de raclare și de îndepărtare a nămolului să nu perturbe procesul de decantare și să nu răscolească depozitele de materiale formate prin depunere.

Instalația de colectare și evacuare a nămolului din bazin.

În construcția decantoarelor această instalație poate avea mai multe variante constructive:

a) conductă submersată amplasată cu gura de captare în bașa de nămol; curgerea nămolului prin această conductă se realizează datorită presiunii hidrostatice a apei din decantor;

b) evacuarea nămolului prin sifonare în exterior;

c) evacuare cu hidroelevator amplasat în zona bașei de nămol – soluție care se recomandă numai în cazuri speciale deoarece conduce la majorarea diluției fluidului bifazic;

d) evacuarea depunerilor cu instalație de tip gaz-lift amplasată direct pe podul raclor – soluție care permite majorarea concentrației în particule solide – fiind utilizată la deznisipatoare;

e) evacuare cu instalație mecanică formată din lanț și raclete – soluție utilizată la deznisipatoare și la decantorul stațiilor de tratare.”

Instalația de alimentare cu energie electrică.

Echipamentele mecanice aparținând instalațiilor de decantare sunt antrenate de motoare electrice asincrone, trifazate, de joasă tensiune și mică putere.

La decantoarele radiale alimentarea grupului de antrenare se face prin centrul bazinului, unde se amplasează un inel colector concentric cu pivotul și de aici prin cablu întins în lungul podului raclor se transmite energia electrică la grupul de antrenare.

Bazinul decantor (construcția).

Pentru proiectarea decantoarelor trebuie avute în vedere prevederile normativelor în vigoare. Bazinele se execută din beton armat protejat contra infiltrațiilor de apă și asigurat la stabilitate la plutire. Decantoarele longitudinale au raportul adâncime h/lungime L în gama h/L = 1/20…1/35.

Timpul de retenție este de minimum două ore, iar viteza de curgere a apei se limitează în funcție de proces astfel încât să se asigure un regim laminar uniform.

Bazinele rectangulare au o pantă ușoară către bașa de nămol de până la 1…2% pentru a favoriza scurgerea nămolului împins de către lama racloare și va permite scurgerea apei la golirea totală în perioadele de revizie, [4,18,28,29,38].

Decantoarele sunt prevazute cu sisteme de raclare pe radier.

Figura 1.26 „Raclor pentru decantor radial de apă in tratarea apei de consum, [4]

1 – zona centrală a pivotului; 2 – podul raclor, 3 – perete semiscufundat; 4 – lame racloare; 5- mecanism de antrenare.”

Din procesul de limpezire al apei brute de consum rezultă un nămol mineral, de aceea lamele racloare sunt segmentate și dispuse pe o singură linie. Nămolul este transportat de pe o lamă pe următoarea printr-o rotație completa întrucât, iar pentru ca iarna se poate forma pod de gheață, articulațiile lamelelor sunt sub nivelul posibil al gheții. Grinda 2 a podului raclor se sprijină pe pivotul central 1 și pe suportul de capăt cu mecanismul de antrenare 5. Lamele racloare dirijează nămolul către bașă.

Figura 1.28. Raclor pentru decantor cu radier orizontal (detaliu fărașului de colectare a nămolului cu țeava verticală), [4]

„1 – conductă de admisie apă uzată; 2 – colector evacuare apă tratată; 3 -sifon; 4 – colector fix pe pod; 5 – conductă verticală; 6 – făraș; 7 – conductă orizontală; 8 – pod; 9 – canal inelar; 10 – radierul orizontal al decantorului.”

Sub grinda principală a podului raclor sunt montate o serie de conducte verticale 5 montate în vârful unui unghi format din două planuri înclinate 6; Țeava verticală, flanșele de legătură și fărașul de raclare formează tronsonul de aspirație, iar țevile orizontale 7 cu obturatorul de capăt și cu colectorul de nămol de la celălalt capăt, formează tronsonul de evacuare. Colectorul 4 suspendat, se numește colector mobil deoarece se rotește odată cu podul raclor.

Nămolul adunat în colectorul mobil este ajunge în colectorul fix 2 cu ajutorul unui sifon. Colectorul fix metalic este dispus circular în jurul corpului central din beton care acoperă pâlnia de alimentare cu apă uzată 1 și susține pe pivot podul raclor diametral. Instalația de sifonare este constituita dintr- un tub sub formă de U întors prevăzut cu robinet de separație, o pompă de vid, pompă cu inel de lichid sau un ejector acționat pneumatic) și o conductă de descărcare.

Nămolul din colectorul fix este evacuat printr-o conducta poziționata sub decantorul 10, ce deține o clapeta de refulare care controlează debitul si sensul de curgere al nămolului spre un cămin adiacent, amplasat sub decantor.

In acest caz conductele verticale nu sunt articulate, fiind fixate de grinda podului, [4].

Figura 1.29 Pod raclor cu sucțiune pentru decantor radial secundar, [37]

a)Cu dispozitiv de alimentare și distribuție "Lalea Coandă”

b) Cu dispozitiv de alimentare și distribuție tip ADISS ’’ADIDIA”

Cu difuzor de alimentare sistem clasic

„1.Pivot central;2.Grinda;3. Mecanism de antrenare;4. Colector fix;5. Colector mobil;6.Sifon;

7. Dispozitiv de alimentare;8. Tronson refulare;9. Gura de aspirație;10. Balustrada;11. Lama deversoare;12. Tablou de comanda”

Figura 1.30 Pod raclor cu suctiune, [37]

Figura 1.31 Poduri racloare, [37]

Podurile racloare cu sucțiune sunt caracteristice decantoarelor radiale secundare pentru, [37]:

raclarea fundului decantorului si evacuarea nămolului prin instalația de sucțiune-sifonare

raclarea suprafeței apei din decantor si evacuarea spumei prin colectorul de spuma.

Podurile racloare cu sucțiune pot fi utilizate la decantoare secundare cu fundul bazinului plat sau inclinat sau la cele care au colectorul central metalic sau din beton.

Podul raclor este constituit dintr-o grindă rotitoare, sprijinită central pe un lagăr axi-radial și la periferie pe roata motoare. Ansamblele de sucțiune se rotesc și colectează nămolul depus pe radier, nămol transferat în colectoarele mobile, iar de aici prin conductele de refulare, este transportat în colectorul fix, iar mai departe, evacuat prin coloana centrală.

Apa epurată trece peste lama deversoare, profilată în canalul colector periferic de unde este evacuată în emisar, [37].

1.6.Alegerea si motivarea soluției de instalație de raclare a nămolului care va fi utilizat.

Alegerea soluției se face prin metoda DISTEH care permite cuantificarea nivelului tehnic al unui grup de utilaje, comparabile între ele, prin calcularea "distanței tehnice" față de un utilaj ideal,evidențiind totodată direcțiile de acțiune în activitățile de cercetare-proiectare-fabricație vizând realizarea unor utilaje cu înaltă competivitate.

Se vor compara diferite caracteristici tehnice de la mai multe utilaje acordându-se note, unde este cazul, sau pur și simplu comparându-le în funcție de importanța pe care o are caracterul criteriului: maxim sau minim.

Metoda DISTEH permite ierarhizarea echipamentelor analizate, funcție de utilitatea totală în exploatare a acestora, precum și ierarhizarea criteriilor de departajare, funcție de viteză de ameliorare a nivelului tehnic, deci indică ansamblele și principalele repere ale echipamentului care trebuie perfecționate în vederea creșterii competitivității acestuia.

Se ia în studiu o serie de poduri rulante de raclare a nămolului din decantoarele orizontale radiale de fabricație românească.

După alcătuirea unui tabel cu caracteristicile fiecărui utilaj se va efectua o aranjare a criteriilor în funcție de importanța lor, apoi se face o matrice în care se vor acorda note criteriilor în funcție de importanța fiecăruia față de cele anterior lui și se va mai efectua o altă matrice, numită decizională care va conține rezultatele finale ale calculelor acestei metode și după analiza ei se va putea observa ce utilaj are acordată notă cea mai mare, indicând faptul că acel utilaj este cel mai fiabil din gama studiată și prin urmare cel mai corespunzător din toate punctele de vedere.

Metoda DISTEH permite ierarhizarea criteriilor de departajare, adică indică ansamblele si subansamblele ce trebuie perfecționate.

Se utilizează următorul algoritm:

Se stabilește mulțimea „U” a utilajelor supuse analizei, alegandu-se utilaje cu aceeasi

destinație: {U1,U2,…, Ui};

Se stabilește mulțimea criteriilor de departajare„C” care influențează in sens pozitiv sau

negativ exploatarea: C={C1,C2,…,Cj};

Se realizează tabelul 1.4 în care sunt prezentate sintetic atât mulțimea utilajelor cât și

criteriile de departajare. Pentru fiecare criteriu se stabilește dacă valoarea optimă este un maxim sau minim.

Tabelul 1.4. Utilajele si criteriile de departajare:

Se elaborează vectorul de ierarhizare a importanței criteriilor in funcție de importanța lor in exploatare: C1,C6>C3,C4,C5>C2;

Tabelul 1.5

Se elaborează o matrice în care se acordă note de importanța criteriilor, comparând pe rând fiecare criteriu cu toate celelalte:

Ci I Cj Ci=1; Cj=1;

Ci P Cj Ci=2; Cj=0;

Ci PP Cj Ci=4; Cj=0,

Unde:

I,P,PP reprezintă importanța unui criteriu față de altul;

I-indiferent;

P-prezent;

PP-dublu prezent;

Se construiește matricea utilităților în care elementele matricei se calculează cu relația:

– pentru valoarea maximă

+ pentru valoareaminimă

Tabelul 1.6 Matricea unităților

Construiește matricea decizională (tabelul 1.4) în care elementele matricei se determină cu relția:=Cij*γj

Tabelul 1.7 Matricea decizională

În urma calculelor folosite pentru construirea matricei decizionale cu metoda DISTEH, a rezultat că cel mai fiabil este DRS, iar in continuare voi calcula decantorul radial secundar conform temei de proiect.

Capitolul 2

Proiectarea unui decantor secundar radial de la stația de epurare a unei localități

cu 50 000 de locuitori

Stabilirea debitelor caracteristice de apă uzată ale localității

2.1.1 Debitele caracteristice de ape uzate prelucrate în stațiile de epurare a apelor uzate urbane

Aspecte generale

Stațiile de epurare a apelor uzate urbane au rolul 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;

Debitului 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 valorile caracteristice ale debitului de apă uzată a centrului urban.

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

Necesarul de apă de alimentare pentru zona rezidențială a centrului populat se exprimă prin următoare mărimi caracteristice: debitul necesarului zilnic mediu de apă de alimentare Qzi med [m3/zi], debitul necesarului zilnic maxim de apă de alimentare Qzi max [m3/zi] și debitul necesarului orar maxim de apă de alimentare Qorar max [m3/h]. Valorile caracteristice ale necesarului de apă de alimentare din zona rezidențială a centrelor populate se determină cu următoarele relații:

(2.1)

(2.3)

în care: i – indice referitor la necesarul de apă în funcție de zonele diferențiate ale localității după gradul de dotare al clădirilor cu instalații de apă caldă și rece (vezi tabelul 2.1); i are valori între 1-5;

j – indice referitor la categoria de necesar de apă și anume: apă pentru nevoi gospodărești, apă pentru nevoi publice, apă pentru stropit spațiile verzi, apă pentru stropit străzi și spălat piețe; j are valori între 1-4;

N(i) – numărul de locuitori care locuiesc în zona i a localității;

qj(i) [l/om.zi] – debitul zilnic mediu specific din categoriile j ale necesarului de apă pentru locuitorii din zona i a localității, și anume: qg(i) – debitul zilnic mediu specific pentru nevoi gospodărești ale populației (vezi tabelul 2.1); qp(i) – debitul zilnic mediu specific pentru nevoi publice (vezi tabelul 2.1); qsv(i) – debitul zilnic mediu pentru stropit spațiile verzi care se poate aprecia global ca o ploaie efectivă (25 l/m2) la două săptămâni și 10 m2 spațiu verde/om conducând la o valoare qsv(i) = 17,9 l/om.zi, qsp(i) – debitul zilnic mediu specific pentru stropit străzi și spălat piețe se poate calcula analitic sau se poate aprecia global la 5% din debitul zilnic mediu specific pentru nevoi publice qp(i);

Qci [m3/zi] – debitul necesarului de apă pentru combaterea incendiilor;

Kzi – coeficientul de neuniformitate a debitului zilnic (vezi tabelul 2.1);

Ko – coeficientul de variație orară care se adoptă pentru fiecare din zonele diferențiate ale localității după gradul de dotare a clădirilor cu instalații de apă caldă și rece; când nu sunt alte valori justificate, pot fi adoptate valorile din tabelul 2.2

30% din locuitori se afla în zone în care apa se distribuie prin cișmele amplasate în curți

În zona 2: *50 000=15 000= 15000 locuitori.

70% din locuitori se afla în zone cu clădiri având instalații interioare de apă caldă și canalizare, cu preparare centralizată a apei calde (inclusiv cele cu clădiri racordate la termoficare)

În zona 5: * 50 000= 35 000 = 35000 locuitori

Tabelul 2.1, [14]

Tabelul 2.2, [14]

Numărul de incendii ce pot avea loc simultan: dintre care:

– 1 in zona rezidențială

– 1 in zona industrială

– 0 in zona agrozootehnică

Debitul qhe [l/s] al unui hidrant exterior – clădiri cu 1 – 4 etaje pentru o localitate cu 50000 de locuitori: =20 l/s.

Tabelul 2.3, [14]

qg=1,05 qp; qsv(i)=17,9 l/om*zi; qsp(i)= * qp(i);

=86,4120= 1728 /zi

= 17 770,5 m3/zi

= 19568,85 m3/zi

Pentru calculul coeficientului se folosește interpolarea atunci cand numarul de locuitori nu este specificat in tabel.

15000…………1,35

25000………..1,30

35000………..k0

50000………………1,25

=1026 m3/oră

Cerința de apă de alimentare pentru zona rezidențială a centrului populat se exprimă prin următoare mărimi caracteristice: debitul cerinței zilnice medii de apă de alimentare Qs zi med [m3/zi], debitul cerinței zilnice maxime de apă de alimentare Qs zi max [m3/zi] și debitul cerinței orare maxime de apă de alimentare Qs orar max [m3/h]. Valorile caracteristice ale cerinței de apă de alimentare din zona rezidențială a centrelor populate se determină cu următoarele relații:

(2.4)

(2.5)

(2.6)

în care: Qzi med [m3/zi], Qzi max [m3/zi] și Qorar max [m3/h] – debitele zilnic mediu, zilnic maxim și orar maxim ale necesarului de apă de alimentare pentru centrul populat;

Kp – coeficient prin care se ține seama de pierderile de apă în aducțiune și în rețeaua de distribuție și care poate lua valori între 1,08-1,10 în cazul sistemelor care se proiectează și urmează a fi executate și valori între 1,10-1,25 în cazul sistemelor existente la care se fac extinderi sau crește gradul de confort;

Ks – coeficient prin care se ține seama de nevoile tehnologice ale sistemului de alimentare cu apă și canalizare (spălarea aducțiunilor, a rețelei de distribuție și a rețelei de canalizare; nevoi ale stațiilor de tratare și epurare, evacuarea zăpezii, etc.), care are valorile: 1,02 în cazul în care întreținerea sistemului de alimentare care asigură apa potabilă este ușoară și 1,05-1,08 în cazul surselor subterane sau de suprafață de apă care necesită tratare în vederea îmbunătățirii, valoarea coeficientului variind în funcție de complexitatea tratării și de tehnologia de funcționare a obiectelor componente (în cazuri speciale, pe bază de justificări tehnice, se pot adopta și alte valori).

=1,1

=1,05

20524,92 m3/zi

22602,02 m3/zi

1190 m3/ora

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:

= 0,2374 m3/s

=0,2615 m3/s

=0,330 m3/s

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

Necesarul de apă de alimentare pentru zona industrială a centrului populat se exprimă prin următoare mărimi caracteristice: debitul necesarului zilnic mediu de apă de alimentare pentru zona industrială QnI zi med [m3/zi], debitul necesarului zilnic maxim de apă de alimentare pentru zona industrială QnI zi max [m3/zi] și debitul necesarului orar maxim de apă de alimentare pentru zona industrială QnI orar max [m3/h].

Structura fiecăruia dintre debitele caracteritice ale necesarului de apă QnI pentru alimentarea unităților industriale este următoarea:

(2.7)

în care: QnIt [m3/zi, m3/h] – debitul necesarului de apă tehnologică care trebuie să includă

apa pentru fabricarea produselor (apă inclusă în produsul finit), apa pentru răcirea utilajelor, aparatelor, agregatelor, produselor, etc., apa pentru răcirea rezervoarelor de fluide tehnologice sau combustibile, apa pentru producerea aburului și a apei calde, apa pentru spălarea materiei prime, a subproduselor și produselor finite, a instalațiilor tehnologice, prelucrarea materiei primei, prepararea soluțiilor, a unor substanțe, etc., apa pentru transportul hidraulic al materiei prime, al subproduselor și produselor finite (se recomandă a se evita transportul hidraulic cu apă de alimentare), etc.;

QnIg [m3/zi, m3/h] – debitul necesarului de apă pentru nevoi igienico-sanitare

care trebuie să includă apa pentru funcționarea instalațiilor sanitare, întreținerea clădirilor și spațiilor de producție și administrative (spălarea pardoselii, pereților, etc.) din unitățile industriale, precum și pentru funcționarea cantinelor, căminelor, grădinițelor, creșelor, punctelor medicale, spălătoriilor de rufe, etc. aferente acestora;

QnIi [m3/zi, m3/h] – debitul necesarului de apă pentru incendii care trebuie să

includă apa rezervată pentru prevenirea și stingerea incendiilor;

QnIn [m3/zi, m3/h] – debitul necesarului de apă pentru alte utilizări, care este un

termen apare în relații numai dacă există necesități nespecifice de apă ale unităților industriale, altele decât cele definite în termenii anteriori, și care se determină analitic.

Relațiile de calcul al debitelor caracteristice ale necesarului de apă de alimentare din zona industrială a centrelor populate pentru cazurile uzuale sunt următoarele:

(2.8)

=10938 m3/zi

(2.9)

=10954,3 m3/zi

=457,785 m3/ora

în care: l – indice referitor la numărul categoriilor de produse industriale fabricate;

Utl – numărul de unități din mărimea caracteristică a categoriei de produse industriale: tone, m3, bucăți, etc. (producție finită, materie primă sau după caz producție intermediară) în perioada considerată (în cazul de față pe zi).

ntl [m3/unitate caracteristică a categoriei de produse industriale] – necesarul de apă specific corespunzător unităților de capacitate a categoriei de produse industriale. În tabelul 2.9 sunt date orientative despre necesarul specific de apă pentru produse din diferite unități industriale;

mI – indice referitor la numărul de întreprinderi industriale care realizează categorii de produse;

m – indice referitor la numărul de folosințe;

Ugm – numărul de unități din mărimea caracteristică a folosinței: persoane, clădiri, schimburi, vehicule, etc. sau combinații: persoaneschimburi, vehiculeschimburi, etc. în perioada considerată (în cazul de față pe zi);

ngm [l/unitate sau combinații de unități caracteristice ale folosinței] – necesarul specific de apă corespunzător unităților sau combinațiilor de unități ale folosinței (vezi tabelul 2.5);

Kzi, Ko – coeficienți de neuniformitate a debitului zilnic (vezi tabelul 2.1), respectiv

coeficientul de variație orară (vezi tabelul 2.2);

ninc – indice referitor la numărul de incendii simultane la unități industriale;

n – indice referitor la numărul clădirilor din unitatea industrială atinsă de incendiu;

Qinc [l/s] – debitul specific de apă pentru stingerea din exterior a incendiilor din

clădiri, ținându-se seama de volumul Vn [m3] al clădirii neatinse de incendiu și gradul de rezistență la foc al clădirilor:

Tabelul 2.4, [14]

Tabelul 2.5, [14]

Debitul de apă pentru stingerea din exterior a incendiilor la clădiri industriale obișnuite

Tabelul 2.6, [14]

Necesarul de apă specific pentru diferite unități industriale

Mărimile caracteristice ale cerinței de apă de alimentare pentru zona industrială a centrului populat: 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:

(2.11)

12 633,39 m3/zi

(2.12)

12652,21 m3/zi

(2.13)

=528,742 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:

0,146 m3/s

0,146 m3/s

0,147 m3/s

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

Relațiile de calcul al debitelor caracteristice ale necesarului de apă de alimentare din zona agrozootehnică a centrelor populate pentru cazurile uzuale sunt următoarele:

(2.14)

(2.15)

=1,11,169,25+1,11,118,15+1,154,6+1,155,55+0=115,42 m3/zi

10,008 m3/zi

în care: o – indice referitor la categoriile de animale;

qZo [m3/1000animalezi] – necesarul specific total de apă, care ia valori în funcție de categoria i de animale și de tipul sistemului de evacuare a dejecțiilor corespunzător fiecărei categorii i de animale;

NZo – numărul de animale din categoria o;

KpiZo – coeficient care ține seama de acoperirea pierderilor admisibile de apă în incinta unităților zootehnice în funcție de categoria de animale (vezi tabelul 2.7);

KziZo – coeficientul de neuniformitate a debitului zilnic care este în funcție de categoria o de animale (vezi tabelul 2.7);

KoZo – coeficientul de neuniformitate a debitului orar care este, de asemenea, în funcție de categoria o de animale (vezi tabelul 2.7);

pZ – indice referitor la numărul de unități agrozootehnice din zona agrozootehnică ;

p – indice referitor la numărul de folosințe;

Ugm – numărul de unități din mărimea caracteristică a folosinței: persoane, clădiri,

schimburi, vehicule, etc. sau combinații: persoaneschimburi, vehiculeschimburi, etc. în perioada considerată (în cazul de față pe zi);

ngm [l/unitate sau combinații de unități caracteristice ale folosinței] – necesarul

specific de apă corespunzător unităților sau combinațiilor de unități ale folosinței (vezi tabelul 2.6);

Kzi, Ko – coeficienți de neuniformitate a debitului zilnic (vezi tabelul 2.1), respectiv coeficientul de variație orară (vezi tabelul 2.2);

rinc – indice referitor la numărul de incendii simultane la unități agrozootehnice;

r – indice referitor la numărul clădirilor din unitatea agrozootehnică atinsă de incendiu;

Qinc [l/s] – debitul specific de apă pentru stingerea din exterior a incendiilor din

clădiri, ținându-se seama de volumul Vn [m3] al clădirii r atinsă de incendiu și gradul de rezistență la foc al clădirilor.

Tabelul 2.7, [14]

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:

(2.17)

120,668 m3/zi

(2.18)

m3/zi

(2.19)

=11,56 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 de alimentare cu apă și canalizare (pentru pregătirea soluțiilor de reactivi, spălarea componentelor stației de tratare, spălarea colectoarelor de canalizare), care are valoarea 1,10;

KpZ – coeficient care ține seama de acoperirea pierderilor în aducțiune și rețelele de distribuție, care se stabilește prin calcule în funcție de soluțiile tehnologice și care se poate considera maxim 1,05 în lipsa datelor necesare;

Tabelul 2.8, [14]

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 2.17, 2.18, și 2.19.

0,002 m3/s

0,002 m3/s

0,003 m3/s.

2.1.5. 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:

33278,98m3/zi=35389,86m3/zi=1725m3/ora0,385m3/s0,409m3/s 0,479 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.

2.1.6. 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:

(2.23)

m3/zi = 0,308 m3s

(2.24)

m3/zi = 0,327 m3/s

(2.25)

m3/ora = 0,383 m3/s

(2.26)

m3/ora = 0,115 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 2.9.).

Tabelul 2.9, [14]

Stabilirea parametrilor principali ai decantorului secundar radial

Date cu privire la debitele de apă și nămol caracteristice decantorului conform STAS 4162/2-89

Quzimax [m3/zi] – debitul zilnic maxim de apă uzată a localității deservite de stația de epurare

Quzimax=28311.9 m3/zi

Quorarmax [m3/h] – debitul orar maxim de apă uzată a localității deservite de stația de epurare

Quorarmax= 1380 m3/h

nR – raportul de recirculare a apei în filtrele biologice, cu valori între 0,5 – 16, recomandat maximum 3

nR=2

ρns [kg/m3] – densitatea nămolului secundar

ρns=1030 kg/m3

wns [%] – umiditatea nămolului secundar

wns=99 %

tev [h] – perioada la care se evacuează nămolul secundar din compartimentele decantorului

tev=0,5 h

Date cu privire la construcția decantorului secundar radial

tdcmin [h] = timpul minim de decantare corespunzător debitului de calcul, cu valori recomandate de : – 1,5 h în cazul în care decantorul secundar este precedat de filtre biologice de mică sau mare încărcare sau șanțuri de oxidare;

– 3,5 h în cazul în care decantorul secundar este precedat de bazine de aerare cu nămol activat, exclusiv cele cu aerare prelungită;

– 3 h în cazul în care decantorul secundar este precedat de bazine de aerare cu nămol activat cu aerare prelungită ;

tdcminfb= 1.5h

tdcminba= 3.5h

tdcminbaap= 3h

tdcmax [h] = timpul maxim de decantare corespunzător debitului de calcul, cu valori recomandate de : – 2,5 h în cazul în care decantorul secundar este precedat de filtre biologice de mică sau mare încărcare sau șanțuri de oxidare;

– 4 h în cazul în care decantorul secundar este precedat de bazine de aerare cu nămol activat, exclusiv cele cu aerare prelungită;

– 4 h în cazul în care decantorul secundar este precedat de bazine de aerare cu nămol activat cu aerare prelungită ;

tdcmaxfb= 2.5h

tdcmaxba= 4h

tdcmaxbaap= 4h

tdvmin [h] = timpul minim de decantare corespunzãtor debitului de verificare, cu valori recomandate de :- 1 h în cazul în care decantorul secundar este precedat de filtre biologice de mică sau mare încărcare sau șanțuri de oxidare;

– 2 h în cazul în care decantorul secundar este precedat de bazine de aerare cu nămol activat, exclusiv cele cu aerare prelungită;

– 2 h în cazul în care decantorul secundar este precedat de bazine de aerare cu nămol activat cu aerare prelungită;

tdvminfb= 1h

tdvminba= 2h

tdvminbaap= 2h

Date cu privire la podul rulant de raclare a nămolului

wrl – coeficient de rezistență la rulare al roților lamelor de raclare, cu valori între 0,005 – 0,01

wrl=0,008

Gl [N] = greutatea ansamblului unei lame de raclare, cu valori între 1550 – 1750 N

Gl= 1600 N

Qpen [m3/s] – debitul pompei de evacuare a nămolului din decantor

Qpen= 0.11 m3/s

wrp = coeficient de rezistență la rulare a trenului podului radial raclor

wrp= 0.005

µrulrad = coeficient de frecare între organele de rulare și calea de rulare a lagărului pivotant al podului raclor

μrulrad= 0.02

µrulax = coeficient de frecare între corpurile de rulare și calea de rulare a lagărului pivotant al podului raclor

μrulax= 0.02

rrulrad [mm] = rază medie a căii de rulare a lagărului pivotant al podului raclor

rrulrad= 300mm

rrulax [mm] = raza medie a cãii de rulare a lagãrului pivotant al podului raclor

rrulax= 300 mm

pv [N/m2] = presiunea dinamică de bază dată de vânt

pv= 80 N/m2

ρapa [kg/m3] = densitatea apei uzate

ρapa=1000 kg/m3

g [m/s2] = accelerația gravitatională

g= 9.81 m/s2

2.2.1. Determinarea debitelor caracteristice și parametrilor principali ai decantorului secundar radial

Determinarea debitelor caracteristice de apă uzată si nămol ale decantorului radial

Quzimax [m3/zi] – debitul zilnic maxim de apă uzată a localității deservite de stația de epurare

Quzimax =28311.9 m3/zi

Quorarmax [m3/h] – debitul orar maxim de apă uzată a localității deservite de stația de epurare

Quorarmax =1380 m3/h

Determinarea debitului de calcul Qc de apă uzată care pătrunde în decantorul secundar din cadrul stației de epurare

Qc – debitul de calcul (dimensionare) de apă uzată care pătrunde în decantorul secundar din cadrul stației de epurare exprimat în [m3/zi]

Qc=Quzimax =28311,9 m3/zi

Qch – debitul de calcul (dimensionare) de apă uzată care pătrunde în decantorul secundar din cadrul stației de epurare exprimat în [m3/h]

Qch==1180 m3/h

Determinarea debitului QR maxim de recirculare care pătrunde în decantorul secundar din cadrul stației de epurare

QR [m3/h] – debitul maxim de recirculare care pătrunde în decantorul secundar din cadrul stației de epurare

Pentru cazul în care decantorul secundar este precedat de bazine de aerare cu nămol activ, debitul QR [m3/h] maxim de recirculare se calculează astfel:

QR=*Qc=825,764 m3/h

Determinarea debitului de verificare Qv de apă uzată care pătrunde în decantorul secundar din cadrul stației de epurare

Qv [m3/h] – debitul de verificare, de apă uzată care pătrunde în decantorul secundar din cadrul stației de epurare

Qv=Qch+QR==2005 m3/h

2.2.2 Determinarea parametrilor dimensionali și funcționali ai decantorului secundar radial

Determinarea suprafeței Ao orizontale utile de decantare

Determinarea suprafeței Ao [m2] orizontale utile de decantare se face pentru situația in care decantorul secundar este precedat de bazine de aerare cu nămol activ, exclusiv cele cu aerare prelungită.

1. Determinarea încărcării superficiale usc [m/h] corespunzătoare debitului de calcul:

usc [m/h] – încărcările superficiale corespunzătoare debitului de calcul, cu valori recomandate:

– între 0,7 – 1,2 m/h în cazul în care decantorul secundar este precedat de bazine de aerare cu nămol activat, exclusiv cele cu aerare prelungită;

usc=uscba=0,7

2. Determinarea suprafeței Aoc [m2] orizontale utile de decantare corespunzătoare debitului de calcul:

Aoc==1685 m2

3. Determinarea încărcării superficiale usv [m/h] corespunzătoare debitului de verificare:

usv=usvba=1,25 m/h

4. Determinarea suprafeței Aov [m2] orizontale utile de decantare corespunzătoare debitului de verificare:

Aov==1604 m2

5. Determinarea suprafeței necesare Aonec [m2], orizontală, utilă de decantare:

Aonec=1685

Determinarea numărului icdec de compartimente active necesare în decantor

icd – numărul de compartimente active necesare în decantor

icd=4

Numărul total minim de compartimente ale decantorului este corespunzător numărului de compartimente active plus un compartiment de rezervă.

Determinarea suprafeței Ao1 orizontale necesare a luciului de apă dintr-un compartiment activ al decantorului

Ao1 [m2] – suprafața orizontală necesară a luciului de apă dintr-un compartiment activ al decantorului

Aolnec==421,308 m2

2.2.3. Determinarea variantei tipodimensionale corespunzătoare a compartimentelor decantorului secundar radial

Decantoarele secundare radiale se aleg conform STAS:

Tabelul 2.10, [14]:

DSR=25

DRS – varianta tipodimensională corespunzătoare pentru compartimentele decantorului secundar radial

Determinarea suprafeței Ao orizontale efective a luciului de apă dintr-un compartiment activ al decantorului

Ao [m2] – suprafața orizontală efectivă a luciului de apă a decantorului

Ao=icd*DSR3=1692 m2

Determinarea încărcării superficiale Icc cu materii în suspensie a decantorului

Iss [kg/m2.zi] – încărcarea superficială cu materii în suspensie a decantorului

=71,114 kg/m2.zi

CN [kg/m3] – concentrația nămolului activat din bazinul de aerare care precede decantorul secundar, cu valori recomandate de 2,5…4 kg/m3

CN=2,5 kg/m3

Determinarea cantității Csds zilnice de materii în suspensie din decantorul secundar

Csds [kg/zi] – cantitatea zilnică de materii în suspensie din decantorul secundar

Csds=Iss*Ao=120300 kg/zi

Determinarea volumului Vns de nămol secundar reținut zilnic în decantor

Vns [m3/zi] – volumul de nămol secundar reținut zilnic în decantor

Vns==11680 m3/zi

Determinarea numărului iev de evacuări zilnice de nămol din decantorul secundar

iev – numărul de evacuări zilnice de nămol din decantorul secundar

iev==48

Determinarea volumului Vev de nămol secundar depus în decantor între două evacuări succesive

Vev [m3] – volumul de nămol secundar depus în decantor între două evacuări succesive

Vev==243,377 m3

2.2.4. Determinarea debitelor caracteristice de apă uzată si nămol corespunzătoare unui compartiment activ al decantorului

Qccomp [m3/h] – debitul de calcul (dimensionare) de apă uzată corespunzător unui compartiment activ al decantorului

Qccomp==294,916 m3/h

Qvcomp [m3/h] – debitul de verificare de apă uzată corespunzător unui compartiment activ al decantorului

Qvcomp==501,357 m3/h

Vnscomp [m3/zi] – volumul de nămol secundar reținut zilnic într-un compartiment activ al decantorului

Vnscomp==2921 m3/zi

Vevcomp [m3] – volumul de nămol secundar rezultat între două evacuări, aferent unui compartiment activ al decantorului

Vevcomp==60.844 m3

2.2.5. Determinarea parametrilor dimensionali ai variantei tipodimensionale corespunzătoare pentru compartimentele decantorului secundar radial

D [m] – diametrul compartimentelor decantorului

D=25m

D1 [m] – diametrul căii de rulare a trenului de roți ale podului de raclare

D1=DRS1=25.14 m

D2 [m] – diametrul deversorului rigolei de evacuare a apei limpezite

D2=DRS2=23.5 m

d1[m]- diametrul difuzorului de admisie a apei uzate în decantor

d1=DRS4=4 m

d2[m]- diametrul coloanei centrale de susținere a podului radial

d2=DRS5=3,6 m

d3=DRS6=4m

d3[m]- diametrul superior al bașei de colectare a nămolului

A01[m2]- aria orizontală efectivă a compartimentului decantorului la oglinda apei

A01=DRS3=423 m2

hs[m]- înăltimea de sigurantă a compartimentelor decantorului

hs=drs7=0,4 m

hu [m]- înălțimea utilă a compartimentelor decantorului

hu=DRS8=2,5 m

hd[m]- diferența de înălțime dată de înclinarea radierului compartimentelor decantorului

hd=DRS9=0,7 m

H[m]- înălțimea totală a compartimentelor si înălțimea la perete a compartimentelor H=DRS10=2,9 m

hb [m]- înălțimea bașei de colectare a nămolului din compartimentele decantorului, cu valori recomandate între 2 – 3 m

hb=3 m

Vb[m3]- volumul bașei de colectare a nămolului din compartimentele decantorului

Vb==13,226 m3

igb- numărul de goliri ale bașei pe parcursul unei evacuări a nămolului din decantorul secundar

igb==4,6

hnamcomp [m]- înălțimea nămolului din compartimentele decantorului între douã evacuări consecutive

hnamcomp==0,144 m

Hc[m]- adâncimea la centru a compartimentelor decantorului cu tipodimensiunile DRS16, DRS20, DRS25

Hc=DRS10+DRS9+hb=6,6m

b [m]- lațimea rigolei de evacuare a apei clarificate

b=DRS11 =0,6 m

Vu[m3]- volumul util al compartimentelor decantorului

Vu=DRS12=1058 m3

da[mm]- diametrul conductei de admisie a apei brute în compartimentele decantorului, care trebuie să aibă valori cuprinse între damin si damax

da=450 mm

damin[mm]- diametrul minim al conductei de admisie a apei brute în compartimentele decantorului

damin=DRS13=350 mm

damax[mm]- diametrul maxim al conductei de admisie a apei brute în compartimentele decantorului

damax=DRS14=500 mm

de[mm]- diametrul conductei de evacuare a apei clarificate din compartimentele decantorului, care trebuie sã aibă valori cuprinse între demin si demax

de=350 mm

demin[mm]- diametrul minim al conductei de evacuare a apei clarificate din compartimentele decantorului

demin=DRS15=300 mm

demax [mm]- diametrul maxim al conductei de evacuare a apei clarificate din compartimentele decantorului

demax=DRS16=400 mm

dn [mm]- diametrul conductei de evacuare a nămolului din bașele compartimentelor decantorului, care trebuie să aibă valori cuprinse între dnmin si dnmax

dn=250mm

dnmin [mm]- diametrul minim al conductei de evacuare a nămolului din bașele compartimentelor decantorului

dnmin=DRS17=200 mm

dnmax [mm]- diametrul maxim al conductei de evacuare a nămolului din bașele compartimentelor decantorului

dnmax=DRS18=300 mm

Determinarea timpului tdc de decantare corespunzător debitului de calcul

tdc[h]- timpul de decantare corespunzător debitului de calcul, care trebuie să aibă valori cuprinse între tdcmin si tdcmax

tdc==3,571 h

tdcmin[h]- timpul minim de decantare corespunzător debitului de calcul

tdcmin=tdcminba=3,5 h

tdcmax[h]- timpul maxim de decantare corespunzător debitului de calcul

tdcmax=tdcmaxba=4 h

Determinarea timpului tdv de decantare corespunzător debitului de verificare

tdv[h]- timpul de decantare corespunzător debitului de verificare, care trebuie să aibă valori mai mari decât tdvmin

tdv==2h

tdvmin[h]- timpul minim de decantare corespunzător debitului de verificare

tdvmin=tdvminba=2 h

2.2.6. Determinarea parametrilor principali ai podului radial de evacuare a nămolului

Determinarea parametrilor dimensionali și cinematici ai podului radial de evacuare a nămolului

Alegerea variantei de pod radial, din gama tipodimensională

Alegerea variantei de pod radial, din gama tipodimensională se face în corelație cu parametrii dimensionali ai compartimentelor, mai precis cu diametrul acestora.

Tabelul 2.11,[14].

Determinarea lungimii Lprr a platformei podului radial

Lprr[m]= lungimea platformei podului radial

Lprr=+dpr=13 m

Determinarea distanței Arr dintre axele roților trenului de rulare al podului radial

Arr[mm]=distanța dintre axele trenului de rulare al podului radial

Arr=Dr+103*Bprr+darr=2050 mm

dpr [m] – alungirea platformei podului radial corespunzătoare acoperirii trenului de rulare

dpr=0,4 m

Bprr [m] – lățimea platformei podului radial, cu valori uzuale între 0.8 – 1.5 m

Bprr=1,5 m

Dr [mm] – diametrul roților trenului de rulare al podului radial raclor

– pentru roți metalice sau metalice cu bandaje din teflon, are valori uzuale între 200 – 500 mm;

Dr=250 mm

darr [mm] – distanța legată de calculul ampatamentului trenului de rulare, cu valori între 200 – 400 mm

darr=300 mm

vprr [m/s] – viteza periferică a podului radial, cu valori între 0,01 – 0,06 m/s

vprr=0,05 m/s

Determinarea razei rr roților trenului de rulare a podului radial, în regim dinamic

rr[mm]=raza roților trenului de rulare a podului radial, în regim dinamic

rr=kdp*=121,25 mm

Determinarea vitezei unghiulare pr de rotire a podului radial

ωpr[1/s]=viteza unghiulară de rotire a podului radial

ωpr==0,003978 s-1

kdp – coeficient de deformare a pneurilor

kdp=0,97

2.2.7. Determinarea parametrilor dinamici și energetici ai podului radial de evacuare a nămolului

Determinarea lățimii și a lamelor de raclare a nămolului din compartimentele decantorului

s1[mm]=lațimea lamelor de raclare a nămolului din compartimentele decantorului

sl=103*hnamcomp+100=243,84 mm

hnamcomp [m]- înălțimea nămolului din compartimentele decantorului între două evacuări consecutive

hnamcomp==0,144 m

Determinarea volumului Vc de material sedimentat antrenat de către organele mecanice de raclare

Vc[m3]= volumul transportat de material sedimentat (nămol secundar) antrenat de către organele mecanice de raclare

Vc==6,951 m3

tgϕms- panta naturală a materialului sedimentat, cu valorea recomandată de 0,0417 pentru nămol secundar

tgϕms=0,0417

Determinarea forței Fms de rezistență a materialului sedimentat la antrenarea de către lamele de raclare

Fms[N]=forța de rezistență la antrenarea materialului sedimentat de către organele de

Fms=1,25*10-7*s12*(PS8-PS7)*γns=1464 N

γns [N/m3] – greutatea specifică a nămolului secundar

γns=10104,3 N/m3

Determinarea momentului Mms necesar pentru învingerea rezistenței materialului sedimentat la antrenarea de către lamele de raclare

Mms[Nm]=momentul necesar pentru învingerea rezistenței materialului sedimentat la antrenarea de către lamele de raclare

Mms=Fms*=10070 Nm

Determinarea momentului Mdeplame necesar pentru deplasarea lamelor racloare ale podului radial

Mdeplame[Nm]=momentul necesar pentru deplasarea lamelor racloare ale podului radial

Mdeplame==273,92 Nm

Determinarea momentului Mrul necesar pentru învingerea rezistenței la rulare a podului radial

Mrul[Nm]=momentul necesar pentru învingerea rezistenței la rulare a podului radial

Mrul=wrp*PS6*=946,3985 Nm

Determinarea momentului Mflp necesar pentru învingerea frecărilor din lagărul de pivotare a podului raclor radial

Mflp[Nm]=momentul necesar pentru învingerea frecărilor din lagărul de pivotare a podului raclor radial

Mflp=10-3*(μrulrad*PS5*rrulrad+μrulax*PS4*rrulax)=197,772 Nm

Determinarea momentului Mv necesar pentru învingerea forței determinate de acțiunea vântului

Pentru determinarea momentului Mv [Nm] necesar pentru învingerea forței determinate de acțiunea vântului este necesară stabilirea sumei Ai.ri [m3] a produselor dintre suprafețele frontale ale elementelor podului rulant expuse la acțiunea vântului și distanțele de la centrele de simetrie ale acestora până la axa de rotație a podului radial. Valorile suprafețelor frontale ale elementelor și a distanțelor de la centrele de simetrie la axa de rotație a podului, se determină pe baza formei constructive propuse pentru podul radial.

Se impune valoarea sumei Ai.ri:

ΣAiri=46,738

Mv==3739 Nm

Determinarea momentului Maprr necesar pentru acționarea podului raclor radial

Maprr[Nm]- momentul necesar pentru acționarea podului raclor radial

Maprr=Mms+Mdeplame+Mflp+Mv=15220 Nm

Determinarea puterii Pprr necesare acționării podului raclor radial

Pprr[W]- puterea necesară acționării podului raclor radial

Pprr=Maprr*ωpr=60,56 W

2.3.Proiectarea mecanismului de acționare al podului rulant de raclare a nămolului.

2.3.1. Stabilirea structurii și parametrilor cinematici ai sistemului de acționare a podului raclor pivotant de la decantorul radial secundar

Determinarea turației roții motoare a podului rulant

Figura 2.1 Determinarea vitezei

vt=ωrm*rrm

vrm=

vtrm=

vrm= rot/min

Estimarea preliminară a puterii motorului electric de acționare

PMEprel=10-3cs

Impun: cs=1,5

ηTRes=0,75

Alegerea preliminară a motorului electric de acționare:

Aleg preliminar motorul ASA 80a-8 care are:

PMEnom=0,18kW

nMEnom=660 rot/min

Determinarea raportului total de transmitere

iTR=

Stabilirea structurii transmisiei

iTR=ic*ired*il

Impun: ic=2

il=3

ηc=0,95

ηl=0,92

Rezulta: ired=

Reductorul trebuie sa aibă două trepte:

ired=itr1*itr2

Si dacă itr1=itr2=itr rezultă că:

ired=itr2=>itr=

ηtr=0,98

ηred=0,9604

Determinarea turațiilor și puterilor pe arborii transmisiei

n3=il*nprr=3*7,64=22,92 rot/min

P3= W

n2=itr*n3=3,794*22,92=86,958 rot/min

P2= W

n1=itr*n2=3,794*86,958=329,919 rot/min

P1==68,54 W

nMEred=ic*n1=2*329,919=659,838 rot/min

PMEred=

PMEnec=cs*PMEred=1,5*72,147=108,22W=0,108kW

Motorul electric ales este corespunzător.

Figura 2.2 Schema cinematică de acționare a podurilor rulante de la bazinele radiale

2.3.2 Proiectarea transmisiei sistemului de acționare a podului raclor pivotant de la decantorul radial secundar

2.3.2.1. Proiectarea transmisiei prin curea trapezoidală

Calculul transmisiei prin curele trapezoidale este standardizat prin STAS 1163-71. Calculul urmarește alegerea curelei trapezoidale, geometria transmisiei prin curele trapezoidale, numărul de curele, forța de întindere inițială și forța de apăsare pe arborii transmisiei, determinarea durabilitații curelei, precum și proiectarea roților de curea.

Alegerea curelei trapezoidale și dimensionarea transmisiei.

P=0,18kW

n=660 rot/min

ic=2

Aleg SPZ,DP1<100, conform STAS 1163-71, aleg Dp1=90 mm

Diametrul primitiv al roții conduse Dp2:

Dp2=(1-ξ) Dp1*iTC,

Unde : ξ-alunecarea elastică (2%)

Dp1-diametrul primitiv al roții conducătoare, ales la valoarea standardizată

Dp2-diametrul primitiv al roții conduse se standardizează

Dp2=(1-0,02)*90*2=176,4 mm

Aleg Dp2=180 mm

Tabelul 2.12. Diametrele primitive de curea trapezoidală (extras din STAS 1163-71) Dp [mm], [23]

Tabelul 2.13. Curele trapezoidale. Dimensiuni și lungimi primitive, [23]

Viteza periferică a roții conducătoare se consideră egală cu viteza de deplasare a curelei:

v1=

v1==3,1086 m/sv adm=30m/s

Alegerea distanței dintre axe A12:

0,7(Dp1+Dp2)A122(Dp1+Dp2)

0,7(90+180)A122(90+180)

189A12 540

Aleg A12*=500 mm

Lungimea primitivă a curelei:

Lporientativ=2A12 cos+β1+β2=2A12++=

Lp*=2*500++=1000+423,9+4,05=1427,95 mm

Conform tabelului 2.14 aleg 1250 mm din valorile preferate:

Tabelul 2.14. Lungimi primitive, [23].

Se recalculează distanța dintre axe :

8A122-2[2Lp-π(Dp1+Dp2)]A12+(Dp2-Dp1)2=0

8* A122-2[2*1250-π(90+180)]A12+(180-90)2=0

8* A122-3304,4* A12+8100=0

Δ=3304,42-4*8*8100=10659859,36

A1,2==>A1=410,584 mm2

A2=2,466 mm2

Valoarea definitivă a A12=410,584 mm2

Unghiul dintre ramurile curelei :

γ=2 arcsin2 arcsin=12,5845°=0,22 rad

Unghiurile de înfășurare ale curelei pe roata conducătoare respectiv condusă β1,β2 [radiani]

β1=π-γ=π-0,22=2,92 rad

β2= π+γ= π+0,22=3,36 rad

β1°=180°-γ°=180°-12,5845°=167,41°

β2°=180°+γ°=180°+12,5845°=192,58°

Calculul preliminar al numărului de curele z0:

Z0==0,1 curele

cβ=1-0,003(180°-β°1)= 1-0,003(180°-167,41°)=0,96223

Unde:

P-puterea pe arborele roții conducătoare

cf-coeficientul de funcționare se adoptă din tabelul 2.15.

cL-coeficientul de lungime al curelei se adoptă din tabelul 2.16

cβ-coeficientul de înfășurare al curelei pe roata mică: cβ=1-0,003 (180°-β°1)

β°1- unghiul de înfășurare pe roata conducătoare în grade

P0-puterea transmisă de o curea [kW], din STAS 1163-71,P0=1,2 kW

Tabelul 2.15. Valori pentru coeficientul de regim de lucru, cf, [23].

Tabelul 2.16 Valori pentru coeficientul de lungime, [23]

În funcție de z0, se determină numărul final de curele:

Z=

Z=, alegem numărul minim de curele, z=2

Unde: cz-coeficient ce ține seama de faptul că sarcina nu se transmite uniform prin cele z0 curele (tabelul 2.17)

Tabelul 2.17, [23]

Verificarea frecvenței îndoirilor

f==40[Hz]

f==4,97376,

Unde: x-numărul de roți de curea al transmisiei;

fa-frecvența maximă admisă; fa=40 Hz pentru curele clasice;

Forța de întindere inițială F0 și forța de apăsare pe arbori Fa :

F0=(1,5…2)Fu=1,7*57,9=98,43 N

Fa=(1,5…2)Fu=1,8*57,9=104,22 N

Fu=1000=1000=57,9N,

Unde: Fu=forța utilă ce trebuie transmisă.

Determinarea durabilitații curelei:

Durabilitatea efectivă de rezistență la oboseală a curelei trapezoidale se apreciază prin numărul de ore de funcționare, conform figurii 2.3.

Figura 2.3 Nomograma de durabilitate, [23]

Pj===0,09 kW

Ac=84 mm2

Dp1=90 mm

h=8 mm

v=v1=3,1086 m/s

=

Lh=f,

Unde:

Pj-puterea efectivă transmisă de o curea;

Ac- aria secțiunii curelei;

Dp1-diametrul primitiv al roții conducătoare;

h-înalțimea secțiunii curelei;

Proiectarea roților de curea:

Roțile de curea trapezoidală sunt standardizate în STAS 1162-84.Dimensiunile geometrice ale canalelor, în care pătrund curelele trapezoidale, permit funcționarea atât a curelelor clasice cât și a celor înguste, cu condiția să aibă același lp(tabelul 2.13).

În tabelul 2.18 se indică geometria canalelor roților de curea,[23]:

Tabelul 2.19 Elementele geometrice ale roților de curea,[23].

De1=90+2(8-2)+2(0,5+8)(1-sin)=107,26mm

De2=180+2*(8-2)+2(0,5+8)(1-sin)=203,185 mm

Di=90+2*(8-2)-=82,1 mm

B=0+2(0,5+8)cos=15,97 mm

De1=90+2(6+8)=118 mm

De2=180+2(6+8)=208 mm

B=0+2(0,5+8) (1+cos)=32,97 mm

Bm=0+2(0,5+8) cos=15,97+16=31,97 mm

Pentru a compensa alungirea curelei trapezoidale, în cazul în care distanța dintre axele de rotație ale arborilor se menține constantă, se folosesc role de întindere.Această rolă se montează pe ramura condusă, dispunerea ei putând fi pe partea interioară sau exterioară a curelei.

Controlul întinderii curelei se face după un timp de funcționare a transmisiei. Dacă cureaua nu a fost întinsă suficient, există pericolul patinării pe roată, care va conduce la încălziri locale.

Transmisiile prin curele se protejează cu aparatori din tablă sau plasă de sârmă.

2.3.2.2. Proiectarea unui angrenaj cilindric exterior

Calculul de proiectare al unui angrenaj cilindric cu dinți drepți are la bază metodologia de calcul cuprinsă în STAS 12268-84 și STAS 12222-84, particularizate condițiilor de funcționare a angrenajelor transmisiilor mecanice de uz general.

Determinarea elementelor dimensionale principale ale angrenajului cilindric exterior cu dinți drepți

Se cunosc: Treapta I

P=0,171 kW

n=329,92 rot/min

Distanțele dintre axe a12 (aw12)

Distanța minimă dintre axe se determină din condiția ca dantura angrenajului proiectat să reziste la oboseală, la presiune hertziană de contact (pitting). Relația de calcul a distanței minime dintre axe este:

==58,85 mm

Unde:

= 100000-110000 Mpa pentru danturi nedurificate, D< 350 HB

Impunem KH=110000 Mpa, D=300 HB+

KA-factorul de utilizare, KA=1,25 , (tabel 2.29)

Mtp-momentul de torsiune pe arborele pinionului in [Nmm]

Mtp=**=4949,47 Nmm

P-puterea pe arbore

n-turația arborelui

Ψd=- raportul dintre lățimea danturii și diametrul de divizare al pinionului, Ψd=1,1, (tabelul 2.30)

– rezistența la pitting, presiunea hertziană limită la oboseală [MPa] se adoptă odată cu materialul din care se fabrică roțile dințate:

=1,5 D+ 200=1,5*300+200= 650 MPa

u-raportul numărului de dinți, u=i12 dacă raportul de transmitere al angrenajului i121 (angrenaj reductor ), i12=

Tabelul 2.29 Factorul de utilizare KA, [23]

Tabelul 2.30 Factorul de lățime a danturii pentru angrenaje cilindrice, [23]

Alegem din STAS 6055-82 a12=63 mm

Modulul danturii roților dințate

Modulul minim al danturii roților dințate care formează angrenajul se determină din condiția ca dantura roților să reziste la rupere prin oboseală la piciorul dintelui. Relația de calcul a modulului minim al danturii este:

=0,285 mm,

Unde

– factorul global al tensiunii de la piciorul dintelui, =2…2,2 pentru danturi nedurificate, D<350 HB, aleg =2,1

-distanța dintre axe standardizată, a12=63mm

-rezistența limită la rupere prin oboseală la piciorul dintelui, se adoptă conform materialului; =0,4D+120=0,4*300+120=240 Mpa

Conform STAS 822-82, daca , se adoptă m=1 mm, pentru că nu se obține o precizie suficientă la roțile dințate de modul mic și de diametru relativ mare.

Cu distanța dintre axe și cu modulul standardizat, angrenajul rezistă atât la pitting cât și la rupere.

Calculul numărului de dinți ai roților dințate care formează angrenajul –z1 și z2

Se determină mai întâi numărul de dinți orientativ (probabil) ai pinionului din considerente geometrice și cinematice al angrenajului:

= ,

Unde:

și m au valorile standardizate

u-raportul numărului de dinți

Se adoptă z1=26 de dinți.

Odată ales numărul de dinți z1 al pinionului, se recalculează modulul danturii cu relația:

, se alege din STAS m=1 mm.

Fiind acum stabilit numărul de dinți ai pinionului, se determină numărul de dinți z2 ai

roții conjugate cu relația:

z2=z1*i12=26*=98,64 , se adoptă z2=98 dinți

Distanța de referință dintre axe – a 0 12

Distanța de referință dintre axe (distanța dintre axe în cazul când angrenajul ar fi nedeplasat) este dat de relația:

==62

Între distanța dintre axe standardizată a12 (a w12) și distanța de referință dintre axe a0 12 trebuie sa fie îndeplinite relațiile:

(angrenaj deplasat plus)6263

– (0,1…1,3)m63-62=1(0,1…1,3)*1

Condiția este îndeplinită.

Numărul de dinți z1 și z2 adoptați pentru pinion și roata trebuie ales astfel încât abaterea raportului de transmitere Δi să nu depășească abaterea admisibilă Δia, unde:

Δia=2,5 pentru reductoarele în mai multe trepte de reducere.

Se calculează mai întai raportul efectiv:

Relația de verificare a abaterii raportului de transmitere este:

Δi=*100%Δia

Δi=*100% Δia =2,5

0,632,5

Condiția este îndeplinită.

Calculul geometric al angrenajului cilindric exterior cu dinți drepți

Elementele geometrice ale angrenajului trebuie calculate cu o precizie suficient de mare.

Elementele cremalierei de referință

Daca generarea danturii se face cu freza melc se obțin la dantura roții elementele

cremalierei de referință.

α0=20°-unghiul profilului de referință

h0a*=1-coeficientul înălțimii capului de referință

h0f*=1,25-coeficientul înălțimii piciorului de referință

c0*=0,25- jocul de referință la picior

c0*max=0,35 dacă generarea danturii se face cu roata generatoare

hoa=m*hoa*=1*1=1

hof= m*h0f*=1*1,25= 1,25

ho=m(hoa*+hof*)=1(1+1,25)=2,25

co=m*co*=1*0,25=0,25

po=π*m=π*1=π

eo=so==

Calculul coeficienților deplasării specifice a danturii

Unghiul de rostogolire

, unde α=

Suma coeficienților deplasării specific ale danturii roților Xs=X1+X2

Xs=X1+X2=(z1+z2)=(26+98),

Unde:

invα=tgα-= tg(20°)-=0,015

invαw=tgαw-= tg(°)-=0,021

X1=Xs*=1,02*,

Unde:

λ=0,5 pentru danturi nedurificate

X2=Xs-X1=1,02-0,5=0,52

Elementele geometrice ale angrenajului

Diametrele de divizare:

d1=m*z1=1*26=26mm

d2=m*z2 =1*98=98mm

Diametrele de bază

db1=d1cosα=26 cos( 20°)=24,43 mm

db2= d2cosα=98 cos( 20°)=92,09 mm

Diametrele de rostogolire

dw1=d1= 26=26,41 mm

dw2= d2=98=99,57 mm

Diametrele de picior

df1=d1-2m(hof*-X1)=26-2*1(1,25-0,5)=24,5 mm

df2= d2-2m(hof*-X2)=98-2*1(1,25-0,52)=96,5 mm

Diametrele de cap

da1=2[a12+m(hoa*-X2)]-d2=2[63+1(1-0,52)]-98=28,96 mm

da2=2[a12+m(hoa*-X1)]-d1=2[63+1(1-0,5)]-26=101 mm

Înălțimea dinților

h1==

h2===2,25 mm

Unghiul de presiune la capul dintelui

αa1=arcos()= arcos(=32,47°

αa2=arcos()= arcos(=24,24°

Arcul dintelui pe cercul de cap

==0,59

==0,79

=tg-= tg(32,47°)-=0,069

=tg-= tg(24,24°)-=0,027

Pentru evitarea știrbirii dintelui la vârf se recomandă:

– pentru roți cu danturi durificate superficial

Condiția este îndeplinită.

Lățimea danturii:

b1=b2+(1…2)*m=29+1,5*1=30,5 mm, adopt b1= 31 mm

b2=d1()=d1*Ψd=26*1,1=28,6 mm , adopt b2=29 mm

Diametrele cercurilor începutului profilului evolventic:

dl1=db1= 24,43 =27,25 mm

dl2= db2= 92,09 =95,38 mm

Diametrele cercurilor începutului profilului activ al flancurilor roților:

dA1===25,27 mm

dA2===98,07 mm

Pentru a exista o angrenare corectă a celor două roți dințate, adică pentru a evita interferența danturii în procesul de angrenare, trebuie îndeplinite condițiile:

Condițiile sunt îndeplinite.

Gradul de acoperire + – =

+ – =2,63+7,025-8,11=1,54

Pentru a se asigura continuitatea procesului de angrenare se recomandă:

1,1 pentru angrenaje executate in treptele de precizie 5,6,7.

Numărul minim de dinți ai pinionului

Pentru evitarea interferenței la generarea danturii se recomandă ca numărul de dinți ai pinionului (pinionul având număr de dinți mai mic decât roata) să îndeplinească condiția:

,

Unde:

= =8,54

Condiția este îndeplinită.

Relațiile de calcul pentru verificarea dimensională a danturii roților dințate

Pentru execuția danturii roților dințate, pe lângă elementele geometrice calculate anterior, mai trebuie determinate, spre completare, unele elemente geometrice necesare controlului dimensional:

Calculul și verificarea cotei peste dinți se face la danturile exterioare, care au modulele mai mici de 8 mm.

Lungimea (cota) peste „N” dinți-WN

,

Unde:

„N”- numărul de dinți peste care se măsoară lungimea WN

=

=

+0,5=4,154, adopt 4.

=

=

, adopt 15.

Arcul dintelui pe cercul de divizare

s1=m()=1()=1,93

s2=m()= 1()=1,95

Coarda de divizare a dintelui

==1,9282

==1,9498

Înălțimea la coarda de divizare

===1,48+0,035=1,515

===1,5+0,0097=1,5097

Coarda constantă a dintelui

=1=1,93*0,88=1,698

==1,95*0,88=1,715

Înălțimea la coarda constantă

=1,5-0,31=1,19

=1,52-0,31=1,21

Calculul forțelor din angrenajul cilindric cu dinți drepți

Forțele nominale din angrenajul cilindric cu dinți drepți se determină funcție de momentul de torsiune motor existent pe arborele pinionului.

Forța normală pe dintele pinionului Fn1, aplicată în mod convențional în punctul de intersecție al liniei de angrenare cu cercul de divizare, se descompune într-o forță tangențială Ft1 și una radială Fr1 la cercul de divizare. Aceste forțe au ca reacțiuni forțele din roata conjugată.

Forțele tangențiale

Ft1=Ft2===380,7284 N

Forțele radiale

Fr1=Fr2=Ft1*tgα=380,7284*tg (20)=138,57 N

Forța nominală pe flancul dintelui

Fn=Ft1=380,7284*=405,16 N

Alegerea lubrifiantului și a sistemului de ungere a angrenajelor cilindrice cu dinți drepți

Condițiile de alegere a lubrifiantului sunt impuse, în primul rând, de tipul angrenajului, de regimul său cinematic și de încărcare. Pentru reductoarele cu două trepte de reducere, regimul cinematic și de încărcare este determinat de treapta lentă.

Pentru transmisiile deschise cu viteze periferice mai mici de 1 m/s se utilizează ca lubrifianți: U 75,U 85, U 100 STAS 562-86.

Se alege lubrifiantul U85.

Verificarea de rezistență a danturii angrenajului cilindric cu dinți drepți

Verificare la oboseală prin încovoiere a piciorului dintelui

Tensiune de încovoiere de la piciorul dintelui:

,

Unde:

,

Unde:

-tensiunea de încovoiere la oboseală la piciorul dintelui

– forța reală tangențială la cercul de divizare

=380,7284*1*1,03*0,99*1,479=574,2

=,

Unde

– forța nominală tangențială la cercul de divizare

-factorul de utilizare, =1( tabel 2.29)

– factorul de utilizare, =1,03, (tabelul 2.31)

0,4491

-factorul repartiției frontale a sarcinii, (tabelul 2.32)

-factorul repartiției frontale a sarcinii, (tabelul 2.32)

4

=f()-factorul repartiției sarcinii pe lățimea danturii,(tabelul 2.33)

==1,479

– factorul repartiției sarcinii pe lățimea danturii

=

lățimea danturii roților

m-modulul danturii

-factorul de formă a dintelui,

-factorul gradului de acoperire 0,7

=0,25+=0,25+=0,737

-tensiunea admisibilă la oboseală prin încovoiere la piciorul dintelui

-rezistența limită de rupere prin oboseală la piciorul dintelui, 240 MPa

-factorul de siguranță la rupere prin oboseală la piciorul dintelui, adopt

-factorul numărului de cicluri de funcționare, adopt =1

-factorul concentratorului de tensiune din zona de racordare a piciorului dintelui, adopt

=1

-factorul de dimensiune, =1

Condiția este îndeplinită.

Tabelul 2.31 Factorul dinamic Kv, [23]

Tabelul 2.32 Factorul repartiției frontale a sarcinii ,,[23]

Tabelul 2.33 Factorul repartiției sarcinii pe lățimea danturii pentru solicitarea piciorului dintelui , [23]

Verificarea solicitării statice de încovoiere a piciorului dintelui la încărcare maximă

Calculul urmărește evitarea deformațiilor plastice ale dinților cu duritate mai mică de 350HB, respectiv ruperea fragilă prin șoc a danturii durificate superficial (DF350HB).

Tensiunea maximă de încovoiere la piciorul dintelui este dată de relația:

,

Unde:

-factorul de șoc maxim

,

Unde:

Nmm

– momentul de torsiune maxim care poate aparea la pornire, la oprire, sau în cazul blocării accidentale a transmisiei în timpul funcționării;

-momentul de torsiune nominal pe arborele pinionului;

-tensiunea admisibilă la solicitarea statică prin șoc a pinionului dintelui;

-rezistența de rupere statică prin încovoiere,620-660 Nmm2(tabelul 2.34)

– coeficientul de siguranță la solicitarea statică prin șoc a piciorului dintelui.Se adoptă

Condiția este îndeplinită.

Tabelul 2.34, [23]

Verificarea la presiune hertziană, în cazul solicitării la oboseală a flancurilor dinților (verificarea la pitting).

Tensiunea hertziană de contact de pe flancul dințlor aflați în angrenare se determină în punctul de tangență al cercurilor de rostogolire.

500,21

,

Unde:

=*1*0,885*1=500,21,

Unde:

– factorul modulului de elasticitate al materialului,(tabelul 2.35)

– factorul zonei de contact, ==2,35

-factorul de acoperire,==0,82

-factorul repartiției frontale a sarcinii, (tabelul 2.32)

– factorul de repartiție a sarcinii pe lățimea danturii

-lățimea minimă de contact a danturii

-diametrul cercului de divizare

u-raportul numerelor de dinți

-tensiunea hertziană admisibilă la solicitarea de oboseală a flancurilor dinților

-factorul de siguranță la pitting, (tabelul 2.36)

– rezistența limită la oboseala superficială de contact a flancurilor dinților (la pitting),(tabelul 2.34)

-factorul rugozității flancurilor dinților, se adoptă

-factorul raportului durității flancurilor,se adoptă Zw=1

-factorul inflenței ungerii,ZL=1 pentru angrenaje cu ungere normală.

-factorul influenței vitezei periferice a roților,

Zv=CZV+ 0,85+0,885

CZV=0,85+0,08

-factorul numărului de cicluri de funcționare, se adoptă

Tabelul 2.35. Factorul modulului de elasticitate al materialului, [23].

Tabelul 2.36 Factorul de siguranță pentru roți dințate cilindrice, [23]

Condiția este îndeplinită.

Verificarea la solicitarea statică de contact a flancurilor dinților

=

362,27,

Unde:

-factorul de utilizare, =1

-factorul de șoc maxim

-presiunea hertziană statică admisibilă a flancului dintelui,

=2,82,8*280=784 MPa( tabelul 2.37)

Condiția este îndeplinită.

Tabelul 2.37 Presiunea hertziană statică admisibilă pe flancurile danturii, [23]

Treapta a II-a de reducere

P=0,168 kW

n=86,96 rot/min

Distanțele dintre axe a12 (aw12)

==91,24 mm

Unde:

,impunem KH=110000 MPa, D=300 HB+

KA-factorul de utilizare, KA=1,25 , (tabel2.29)

Mtp-momentul de torsiune pe arborele pinionului în [Nmm]

Mtp=**=18448,5 Nmm

P-puterea pe arbore

n-turația arborelui

Ψd=- raportul dintre lățimea danturii și diametrul de divizare al pinionului, Ψd=1,1, (tabelul 2.30)

– rezistența la pitting, presiunea hertziană limită la oboseală [MPa] se adoptă odată cu materialul din care se fabrică roțile dințate

=1,5 D+ 200=1,5*300+200= 650 MPa

u-raportul numărului de dinți, u=i12 dacă raportul de transmitere al angrenajului i121 (angrenaj reductor ), i12=

Alegem din STAS 6055-82 a12=100 mm

Modulul danturii roților dințate

Modulul minim al danturii roților dințate care formează angrenajul se determină din condiția ca dantura roților să reziste la rupere prin oboseală la piciorul dintelui. Relația de calcul a modulului minim al danturii este:

=mm,

Unde:

– factorul global al tensiunii de la piciorul dintelui, =2…2,2 pentru danturi nedurificate, D<350 HB, aleg =2,1

-distanța dintre axe este standardizată, a12=100mm

-rezistența limită la rupere prin oboseală la piciorul dintelui, se adoptă conform materialului; =0,4D+120=0,4*300+120=240 MPa

Conform STAS 822-82, daca , se adoptă m=1 mm, pentru că nu se obține o precizie suficientă la roțile dințate de modul mic și de diametru relativ mare.

Cu distanța dintre axe și cu modulul standardizat, angrenajul rezistă atât la pitting cât și la rupere.

Calculul numărului de dinți ai roților dințate care formează angrenajul –z1 și z2

Se determină mai întâi numărul de dinți orientativ (probabil) ai pinionului din considerente geometrice și cinematice ale angrenajului:

= ,

Unde:

și m au valorile standardizate

u-raportul numărului de dinți

Se adoptă z1=41 de dinți.

Odată ales numărul de dinți z1 al pinionului, se recalculează modulul danturii cu relația:

, se alege din STAS m=1 mm.

Fiind acum stabilit numărul de dinți ai pinionului, se determină numărul de dinți z2 ai

roții conjugate cu relația:

z2=z1*i12=41*=155,55 , se adopta z2=157 dinți

Distanța de referință dintre axe – a 0 12

Distanța de referință dintre axe (distanța dintre axe în cazul când angrenajul ar fi nedeplasat) este dat de relația:

==99 mm

Între distanța dintre axe standardizată a12 (a w12) și distanța de referință dintre axe a0 12 trebuie să fie îndeplinite relațiile:

(angrenaj deplasat plus)99

– (0,1…1,3)m100-99=1(0,1…1,3)*1

Condiția este îndeplinită.

Numărul de dinți z1 și z2 adoptați pentru pinion și roată trebuie ales astfel încât abaterea raportului de transmitere Δi să nu depășească abaterea admisibilă Δia, unde:

Δia=2,5 pentru reductoarele în mai multe trepte de reducere.

Se calculează mai întâi raportul efectiv:

Relația de verificare a abaterii raportului de transmitere este:

Δi=*100%Δia

Δi=*100% Δia =2,5

0,922,5

Condiția este îndeplinită.

Calculul geometric al angrenajului cilindric exterior cu dinți drepți

Elementele geometrice ale angrenajului trebuie calculate cu o precizie suficient de mare.

Elementele cremalierei de referință

Dacă generarea danturii se face cu freza melc se obțin la dantura roții elementele

cremalierei de referință.

α0=20°-unghiul profilului de referință

h0a*=1-coeficientul înălțimii capului de referință

h0f*=1,25-coeficientul înălțimii piciorului de referință

c0*=0,25- jocul de referință la picior

c0*max=0,35 dacă generarea danturii se face cu roata generatoare

hoa=m*hoa*=1*1=1

hof= m*h0f*=1*1,25= 1,25

ho=m(hoa*+hof*)=1(1+1,25)=2,25

co=m*co*=1*0,25=0,25

po=π*m=π*1=π

eo=so==

Calculul coeficientilor deplasării specifice a danturii

Unghiul de rostogolire

,

Unde: α=

Suma coeficienților deplasării specifice ale danturii roților Xs=X1+X2

Xs=X1+X2=(z1+z2)=(41+157)

Unde:

invα=tgα-= tg(20°)-=0,015

invαw=tgαw-= tg(°)-=0,0187

X1=Xs*=1*,

Unde:

λ=0,5 pentru danturi nedurificate

X2=Xs-X1=1-0,5=0,5

Elementele geometrice ale angrenajului

Diametrele de divizare:

d1=m*z1=1*41=41mm

d2=m*z2 =1*157=157mm

Diametrele de bază

db1=d1cosα=41 cos( 20°)=38,52 mm

db2= d2cosα=157 cos( 20°)=147,53 mm

Diametrele de rostogolire

dw1=d1= 41=41,41 mm

dw2= d2=157=158,58 mm

Diametrele de picior

df1=d1-2m(hof*-X1)=41-2*1(1,25-0,5)=39,5 mm

df2= d2-2m(hof*-X2)=157-2*1(1,25-0,5)=155,5 mm

Diametrele de cap

da1=2[a12+m(hoa*-X2)]-d2=2[100+1(1-0,5)]-157=44 mm

da2=2[a12+m(hoa*-X1)]-d1=2[100+1(1-0,5)]-41=160 mm

Înălțimea dinților

h1==

h2===2,25 mm

Unghiul de presiune la capul dintelui

αa1=arcos()= arcos(=28,88°

αa2=arcos()= arcos(=22,76°

Arcul dintelui pe cercul de cap

==0,66

==0,85

=tg-= tg(28,88°)-=0,047

=tg-= tg(22,76°)-=0,022

Pentru evitarea știrbirii dintelui la vârf se recomandă:

– pentru roți cu danturi durificate superficial

Condiția este îndeplinită.

Lățimea danturii:

b1=b2+(1…2)*m=45+1,5*1=67,5 mm, adopt b1= 68 mm

b2=d1()=d1*Ψd=41*1,1=45,1 mm , adopt b2=45 mm

Diametrele cercurilor începutului profilului evolventic:

dl1=db1= 38,52 =40,08 mm

dl2= db2= 147,53 =150,50 mm

Diametrele cercurilor începutului profilului activ al flancurilor roților:

dA1===40,18 mm

dA2===156,46 mm

Pentru a exista o angrenare corectă a celor două roți dințate, adică pentru a evita interferența danturii în procesul de angrenare, trebuie îndeplinite condițiile:

Condițiile sunt îndeplinite.

Gradul de acoperire + – =

+ – =3,6+10,48-12,42=1,66

Sau

=

=3,6+10,48-12,42=1,66

Pentru a se asigura continuitatea procesului de angrenare se recomandă:

1,1 pentru angrenaje executate în treptele de precizie 5,6,7.

Numărul minim de dinți ai pinionului

Pentru evitarea interferenței la generarea danturii se recomandă ca numărul de dinți ai pinionului (pinionul având număr de dinți mai mic decât roata) să îndeplinească condiția:

,

Unde:

= =8,54

Conditia este indeplinita.

Relațiile de calcul pentru verificarea dimensională a danturii roților dințate

Pentru execuția danturii roților dințate, pe lângă elementele geometrice calculate anterior, mai trebuie determinate, spre completare, unele elemente geometrice necesare controlului dimensional:

Calculul și verificarea cotei peste dinți se face la danturile exterioare, care au modulele mai mici de 8 mm.

Lungimea (cota) peste „N” dinti-WN

,

Unde:

„N”- numărul de dinți peste care se masoară lungimea WN

=

=

+0,5=5,85, adopt 6.

=

=

, adopt 18.

Arcul dintelui pe cercul de divizare

s1=m()=1()=1,93

s2=m()= 1()=1,93

Coarda de divizare a dintelui

==1,9292

==1,9299

Înălțimea la coarda de divizare

===1,5+0,022=1,522

===1,5+0,0059=1,5059

Coarda constantă a dintelui

=1=1,93*0,88=1,698

==1,93*0,88=1, 698

Înălțimea la coarda constantă

==

1-0,252+0,44=1,188 mm

==

1-0,252+0,44=1,188 mm

Calculul forțelor din angrenajul cilindric cu dinți drepți

Forțele tangențiale

Ft1=Ft2===899,92 N

Forțele radiale

Fr1=Fr2=Ft1*tgα=899,92 *tg (20)=327,54 N

Forța nominală pe flancul dintelui

Fn=Ft1=899,92 *=957,67 N

Verificarea la rezistență a danturii angrenajului cilindric cu dinți drepți

Verificare la oboseală prin încovoiere a piciorului dintelui

Tensiune de încovoiere de la piciorul dintelui:

,

Unde:

,

Unde:

-tensiunea de încovoiere la oboseală la piciorul dintelui

– forța reală tangențială la cercul de divizare

=899,92 *1*1,02*0,99*1,479=1344,02,

Unde:

– forța nominală tangențială la cercul de divizare

-factorul de utilizare, =1( tabel 2.29)

– factorul de utilizare, =1,02, (tabelul 2.31)

0,186

-factorul repartiției frontale a sarcinii, (tabelul 2.32)

-factorul repartiției frontale a sarcinii, (tabelul 2.32)

=f()-factorul de repartiție a sarcinii pe lățimea danturii,(tabelul 2.33)

==1,479

– factorul de repartiție a sarcinii pe lățimea danturii

=

lățimea danturii roților

m-modulul danturii

-factorul de formă a dintelui,

-factorul gradului de acoperire 0,7

=0,25+=0,25+=0,7

-tensiunea admisibilă la oboseală prin încovoiere la piciorul dintelui

-rezistența limită de rupere prin oboseală la piciorul dintelui, 240 Mpa

-factorul de siguranță la rupere prin oboseală la piciorul dintelui, adopt

-factorul numărului de cicluri de funcționare, adopt =1

-factorul concentratorului de tensiune din zona de racordare a piciorului dintelui, adopt

=1

-factorul de dimensiune, =1

Condiția este îndeplinită.

Verificarea solicitării statice la încovoiere a piciorului dintelui la încărcare maximă

Calculul urmărește evitarea deformațiilor plastice ale dinților cu duritate mai mică de 350HB, respectiv ruperea fragilă prin șoc a danturii durificate superficial (DF350HB).

Tensiunea maximă de încovoiere la piciorul dintelui este dată de relația:

,

Unde:

-factorul de șoc maxim

,

Unde:

Nmm

– momentul de torsiune maxim care poate aparea la pornire, la oprire, sau în cazul blocării accidentale a transmisiei în timpul funcționării;

-momentul de torsiune nominal pe arborele pinionului;

-tensiunea admisibilă la solicitarea statică prin șoc a pinionului dintelui;

-rezistența la rupere statică prin încovoiere,620-660 Nmm2(tabelul 2.34)

– coeficientul de siguranță la solicitarea statică prin șoc a piciorului dintelui.Se adoptă

Condiția este îndeplinită.

Verificarea la presiune hertziană, în cazul solicitării la oboseală a flancurilor dinților (verificarea la pitting).

Tensiunea hertziană de contact de pe flancul dinților aflați în angrenare se determină în punctul de tangență al cercurilor de rostogolire.

549,39

,

Unde:

=*1*0,972*1=549,39,

Unde:

– factorul modulului de elasticitate al materialului,(tabelul 2.35)

– factorul zonei de contact, ==2,39

-factorul de acoperire,==0,78

-factorul repartiției frontale a sarcinii, (tabelul 2.32)

– factorul de repartiție a sarcinii pe lățimea danturii

-lățimea minimă de contact a danturii

-diametrul cercului de divizare

u-raportul numerelor de dinți

-tensiunea hertziană admisibilă la solicitarea la oboseală a flancurilor dinților

-factorul de siguranță la pitting, (tabelul 2.36)

– rezistența la limita la oboseală superficială de contact a flancurilor dinților (la pitting),(tabelul 2.34)

-factorul rugozității flancurilor dinților, se adoptă

-factorul raportului durității flancurilor,se adoptă Zw=1

-factorul inflenței ungerii,ZL=1 pentru angrenaje cu ungere normală.

-factorul influenței vitezei periferice a roților,

Zv=CZV+ 0,85+0,972

CZV=0,85+0,08

-factorul numărului de cicluri de funcționare, se adoptă

Verificarea la solicitarea statică de contact a flancurilor dinților

=

362,27,

Unde:

-factorul de utilizare, =1

-factorul de șoc maxim

-presiunea hertziană statică admisibilă a flancului dintelui,

=2,82,8*280=784 MPa (tabelul 2.36)

Condiția este îndeplinită.

2.3.2.3. Proiectarea transmisiei prin lanț

La viteze de până la 15 m/s au largă aplicare transmisiile cu lanțuri și eclise, bucșe și role. În condiții de calitate superioară (precizie și execuție ridicată) și de ungere ireproșabilă,

transmisiile prin lanț pot fi utilizate până la viteze de 30 m/s.

Proiectarea unei transmisii prin lanț necesită rezolvarea următoarelor etape:

-alegerea lanțului și stabilirea geometriei transmisiei

-verificarea lanțului la uzare,la rupere, la oboseală a elementelor zalelor, spargerea rolelor prin șoc

-proiectarea roților de lanț

-montajul, reglarea și protecția transmisiilor de lanț

Alegerea lanțului și calculul geometriei transmisiei

În calculul transmisiei de lanț se consideră cunoscute:

P=0,165 kW; n=22,92 rot/min; il=3 ; ηl=0,92;

Se calculează, mai întâi, pasul maxim al lanțului din condiția de solicitare dinamică minimă a acestuia, în funcție de turația roții conducătoare și a numărului de dinți ai acesteia.

Pmax===222,346 mm,

Unde:

z1- numărul de dinți ai roții conducătoare (tabelul 2.20)

n1-turația arborelui roții conducătoare

Tabelul 2.20.Numărul de dinți ai roții motoare, [23]

S-a ales z1= 25 dinți

PD===0,121 kW,

Unde:

PD-puterea limită admisă

P-puterea de transmis

cp-factor de încărcare (tabelul 2.21)

cs-coeficient de suprasarcină (tabelul 2.22)

Tabelul 2.21 Coeficient de suprasarcină,[23]

Tabelul 2.22 Valorile coeficientului de încărcare, [23].

Alegerea lanțului de transmisie se face folosind diagrama puterii limită admisibile (figura 2.4)

Aleg lanțul simplu 0,6A cu pasul p=9,525 mm

Pentru calculul geometric al transmisiei prin lanț se consideră ca fiind elemente cunoscute:

-datele constructive ale lanțurilor de uz general cu role și zale scurte, conform tabelului 2.23 și figura 2.5

-numărul de dinți ai roții conducătoare, z1

-numărul de dinți ai roții conduse, z2=il*z1=3*25=75 dinți

-pasul p pentru tipul de lanț adoptat (tabelul 2.23)

Figura 2.4. Diagrama puterii limită admisibile, [23]

Tabelul 2.23 Principalele date constructive ale lanțurilor de uz general cu role și zale scurte(după STAS 5174-66), [23]

Figura 2.5 Reprezentarea lanțurilor de uz general cu role și zale scurte (STAS 5174-66), [23]

Distanța dintre axe stabilită inițial (A*12) este orientativă:

AminAAmax303,35A762, aleg A= 500 mm

Amin=p=9,525=303,35 mm

Amax=80p=80*9,525=762 mm

Determinarea lungimii orientative:

=1000+476,25+63,32*0,181=1487,74 mm

Lanțul se livrează cu un număr de zale, în conformitate cu prescripțiile STAS 5174-66, căruia îi corespunde o anumită lungime a lanțului.Se recomandă ca numărul de zale să fie un număr par. Această condiție este impusă de modul de impunere a lanțului.Deci va trebui stabilit mai întâi numărul de zale și apoi lungimea lanțului.

Determinarea numărului orientativ de zale :

===156,19 zale

Numărul de zale se adoptă la o valoare întreagă, număr par Xt.Pentru valoarea adoptată se recalculează lungimea lanțului Lt, după care se recalculează distanța finală dintre axe, A12.

Adopt Xt=158 zale.

=0

(158-)*9,525+=0

*1028,7+5751,097=0

Δ=1028,72-4*2*5751,097=1012214,914

A1=508,7mm

A2=22,61mm

Valoarea finală a distanței A12=508,7mm.

Unghiul dintre ramurile lanțului γ

γ=2arcsin==2*arcsin(0,149)=17,138°=0,3 rad

Unghiul de înfășurare a lanțului pe roțile de lanț β1,2

β1=π-γ β1°=180°-γ°

β2=π+γ β2°=180°+γ°

β1=π-0,3=2,84

β2=π+0,3=3,44

β1°=180°-17,138°

β2°=180°+17,138°=197,138°

Viteza lanțului

v=

v=

Verificarea lanțului

Calculul de verificare a lanțului constă în calculul la uzare a lanțului, calculul de rezistentă la rupere, la oboseală a elementelor zalelor și calculul de rezistentă la solicitări dinamice (distrugerea prin spargerea rolelor sau a bucșelor).

Rezistența la uzare a lanțului

Calculul de rezistentă la uzare se apreciază prin presiunea efectivă de contact existantă între rola și bolțul lanțului. Se consideră o distribuție de presiune constantă atât pe direcție radială, cât și de-a lungul bolțului.

39,69N

=1*1*1,155*33,5=39,69N

Unde:

F1==1833,33+0,0034+8,47=1858,78 N

Fu==1833,33 N

Fc=q*v2=0,4*0,092=0,0034 N

Fg=4,16*10*0,4**10-3=8,47 N

=4,16

s===15,26

==1,155

F1-forța din ramura conducătoare

Fu-forța utilă de transmis, [N]

P-puterea de transmis, [kW]

v-viteza lanțului, [m/s]

Fc- componenta din forța centrifugă care solicită lanțul la tracțiune, [N]

q-masa lanțului pe metru liniar,[kg/m], (tabelul 2.23)

Fg-forța de întindere a lanțului datorată greutații celor două ramuri ale transmisiei, [N]

s-săgeata ramurii conduse

g-accelerația gravitațională, g

sr- săgeata relativă, sr=(1…3)%

j-numărul de rânduri de zale ale lanțului simplu/multiplu (j=1 pentru lanț simplu)

a1-lungimea bucșei (figura 2.5 și tabelul 2.23)

d3-diametrul bolțului (figura 2.5 și tabelul 2.23)

padm-presiunea de contact admisibilă

cu-coeficientul regimului de ungere (tabelul 2.24), cu=1

np-numărul de picături;==0,085

crs-coeficientul regimului de solicitare, crs=1,(figura 2.6 și cs=1,5 din tabelul 2.21)

cf- coeficientul drumului de frecare

Lh-durata de funcționare,[h],(8000…..10000 ore)

Ap-distanța dintre axe exprimată în număr de pași ai lanțului,()

itl-raportul de transmitere

-presiunea de referintă admisibilă(tabelul 2.25),=33,5 Mpa

Condiția nu este îndeplinită.

Aleg lanțul simplu 0,8A cu pasul p=12,7 mm.

Distanța dintre axe stabilită inițial (A*12) este orientativă:

AminAAmax303,35A, aleg A= 500 mm

Amin=p=12,7=404,25 mm

Amax=80p=80*12,7=1016 mm

Determinarea lungimii orientative:

=1000+635+63,32*0,322=1655,38 mm

Determinarea numărului orientativ de zale :

===130,34 zale, adopt 132 zale

=0

(132-)*12,7+=0

*1041,4+10213,8=0

Δ=1041,42-4*2*10213,8=1002803,56

A1=510,7mm

A2=10mm

Valoarea finală a distanței A12=510,7mm.

Lt=12,7*132=1676,4 mm

Unghiul dintre ramurile lanțului γ

γ=2arcsin==2*arcsin(0,197)=22,82°=0,39 rad

Unghiul de înfășurare a lanțului pe roțile de lanț β1,2

β1=π-γ β1°=180°-γ°

β2=π+γ β2°=180°+γ°

β1=π-0,39=2,75

β2=π+0,39=3,53

β1°=180°-22,82°

β2°=180°+22,82°=202,82°

Viteza lanțului

v=

v=

Verificarea lanțului

Rezistența la uzare a lanțului

36,18N

=1*1*1,08*33,5=36,18N

F1==1375+0,0086 +2,75 =1377,75 N

Fu==1375 N

Fc=q*v2=0,6*2=0,0086 N

Fg=0,9*10*0,6*510,7*10-3=2,75 N

=0,9

s===71,5

==1,08

Condiția este îndeplinită.

Tabelul 2.24, [23]

Figura 2.6

Tabelul 2.25, [23]

Rezistența la rupere a elementelor zalelor lanțului

Rezistența la rupere a elementelor zalelor lanțului se calculează atât la solicitare statică, cât și la solicitare variabilă(solicitare la oboseală). Solicitarea statică se exprimă prin intermediul coeficientului de siguranță static:

Cst=

Cst=

Unde: Sr-sarcina statică minimă de rupere a lanțului, Sr=14, (tabelul 2.23)

F1-forța din ramura conducătoare

Rezistența la șoc (distrugerea prin spargere) a rolelor sau a bucșelor

Calculul de rezistență la șoc a elementelor lanțului constă în limitarea turației roții mici de lanț și a frecvenței angrenării zalelor de lanț cu dinții roților de lanț:

22,92 rot/min2500 rot/min

60,

Unde:

-turația roții mici

-turația maximă admisibilă,(tabelul 2.26)

-frecvența angrenării zalelor de lanț cu dinții roților de lanț

-frecvența maximă admisibilă,(tabelul 2.27)

Tabel 2.26 Turația maximă admisibilă a pinionului, [23]

Tabelul 2.27 Frecvența maximă admisibilă, [23]

Proiectarea roților de lanț

Materialul, forma și dimensiunile danturii roților de lanț depind de tipul lanțului (cu bolțuri, cu bucșe, cu role), de felul și mărimea lanțului (simplu sau multiplu), de condițiile de exploatare (sarcină, viteză) și de condițiile de montaj.

Materialul ales pentru confecționarea roților de lanț este OLC 20, având rezistența la tracțiune de 4,5 MPa și Duritatea Rockwell 52-60 HRC, conform tabelului 2.28.

Tabel 2.28, [23].

Semifabricatele necesare realizării roților de lanț se execută prin forjare (matrițare), turnare sau din elemente sudate, cu prelucrare mecanică ulterioară în funcție de forma roții, mărimea diametrului de divizare și de seria de fabricație (numărul de bucăți ce urmează a fi fabricate în cadrul unei comenzi).

Forma și dimensiunile frontale ale danturii roților de lanț:

Pasul de coardă, p [mm],p=12,7 mm

Diametrul de divizare, Dd[mm],===101,32 mm

===303,27 mm

Diametrul nominal al rolei lanțului, d1 [mm], (conform tabelului 2.23) d1=8,51 mm

Diametrul de fund, Di [mm], Di=Dd-d1=Di1=101,32-8,51=92,81 mm

Di2=303,27-8,51=294,76 mm

Diametrul de vârf, De [mm], De max 1 =Dd1+1,25p-d1=101,32+1,25*12,7-8,51=108,68 mm

De max 2 =Dd2+1,25p-d1=303,27 +1,25*12,7-8,51=310,63 mm

De min 1=Dd1+p(1-)-d1=101,32+12,7(1-)- 8,51=104,7 mm

De min 2=Dd2+p(1-)-d1=303,27 +12,7(1-)- 8,51=295,03 mm

104,7108,68, aleg = 105 mm

310,63, aleg = 300 mm

Diametrul rolei-calibru, dc [mm], dc=d1=8,51 mm

Dimensiunea peste role, la număr impar de dinți M [mm], M=Dd*cos +dc nominal

M1=Dd1*cos +dc nominal=101,32* cos +8,51=109,83 mm

M2=Dd2*cos +dc nominal=303,27 *cos=311,71 mm

Raza de curbură a locașului rolei, R1 [mm],

R1min=0,505 d1=0,505*8,51=4,3 mm

R 1max=0,505d1+0,069 =0,505*8,51+0,069 =4,43 mm

Unghiul locașului rolei, δ[°]:

δmax1=140°- = δmax1=140°- =136,4°

δmax2=140°- = δmax2=140°- =138,8 °

δmin1=120°- = δmin1=120°- =116,4 °

δmin2=120°- = δmin2=120°- =118,8°

δmin1 δ δmax1116,4 ° δ 136,4°, aleg δ=120°

δmin2 δ δmax2118,8° δ 138,8 °, aleg δ=130°

Raza de curbură a flancului dintelui, R2 [mm],

R21=0,12d1(z1+2)= 0,12*8,51 (25+2)=27,57 mm

R22=0,12d1(z2+2)= 0,12*8,51 (75+2)=78,63 mm

R2max1=8*d1*()*10-3= 8*8,51*()*10-3=54,80 mm

R2max2=8*d1*()*10-3=8*8,51*()*10-3=395,2 mm

Lățimea dintelui, B1 [mm], B1=0,93 a min=0,93*7,75=7,2 mm

Teșirea dintelui, f [mm], f=0,1 p…0,15 p=0,1*12,7…..0,15*12,7=1,27…1,9

Raza de teșire minimă, R3min [mm], R3min=p=12,7 mm

Raza efectivă de racordare la obada roții, R 4ef [mm], R4=0,3 mm pentru9,525 pmm

Diametrul obadei roții, D5 [mm],

D51=p*ctg-1,05b1max-2R4ef-1=12,7*ctg-1,05*11,81-2*0,3-1=86,53 mm

D52=p*ctg-1,05b1max-2R4ef-1=12,7*ctg-1,05*11,81-2*0,3-1=289,01 mm

Bătaia radială a cercului de fund:

TBr=8*10-4*Di+0,08 [mm], fără a scădea sub 0,15 mm sau fără a depăși 0,76 mm

TBr1=8*10-4*Di1+0,08=8*10-4*92,81+0,08=0,154 mm

TBr2=8*10-4*Di2+0,08=8*10-4*294,76 +0,08=0,315 mm

Bătaia frontală plană a dinților

TBf=9*10-4Di+0,08 [mm], însă fără a scădea sub 0,25 mm sau a depăși 1,14 mm

TBf1=9*10-4Di1+0,08=9*10-4*92,81+0,08=0,163 mm

TBf2=9*10-4Di2+0,08=9*10-4*294,76+0,08=0,345 mm

2.4. Probleme legate de exploatarea și întreținerea decantoarelor

Exploatarea decantoarelor

Decantarea apelor uzate este influențată de concentrația și vârsta lor, precum și densitatea, forma și dimensiunile particulelor. Apele uzate concentrate decanzează mai repede decât cele diluate. Pe de o parte, apele uzate intrate în fermentație decantează mai lent decât apele proaspete, deoarece dimensiunile particulelor sunt mai reduse ca urmare a degradării biologice, pe de altă parte tind a rămâne în suspensie fiind antrenate de gazele care se ridică din nămol de la fundul bazinului către suprafața apei.

O particulă densă decantează mai ușor decât una ușoară; o particulă cu o suprafață mare, în raport cu greutatea sa, decantează mai lent decât una cu suprafață mai mică; o particulă cu o formă neregulată este supusă unei forțe de frecare mai mari și decantează mai lent decât o particulă cu formă regulată. Particulele granulare sedimentează cu o viteză constantă, independent unele față de altele și fără a-și schimba dimensiunea, forma și greutatea.

Flocoanele (materii organice în suspensie, precipitate obținute prin coagulare, microorganisme asociate) tind să se aglomereze în timpul sedimentării, schimbându-și dimensiunea, forma și densitatea relativă. Aglomerările de flocoane sedimentează, de obicei, mai repede decât flocoanele individuale.

Cu cât o suspensie este lăsată să decanteze un timp mai îndelungat, cu atât supernatantul va conține mai puține particule. Cu toate acestea, perioadele lungi de sedimentare nu conduc în totdeauna la creșterea gradului de înlăturare a solidelor sedimentabile, mai ales în situațiile în care acestea sunt formate din nămol organic, care după un anumit timp fermentează.

Indiferent de tipul constructiv al decantorului,eficiența de decantare este influențată de modul in care apa este alimentată și repartizată în decantor, precum și de evacuarea acesteia. Pentru acesta decantoarele sunt prevăzute cu dispozitive de repartizare a apei uzate cât mai uniform în bazin, deflectoare, etc. În același timp, ieșirea apei din decantoare trebuie să se facă cât mai uniform, în acest scop prevazându-se deversoare, pentru a obține o bună eficientă, este nevoie că acesta să fie perfect orizontal și cu lama reglabilă. De asemenea, toate decantoarele sunt prevăzute cu dispozitive de colecatre a spumei, a substanțelor plutitoare; la cele cu racloare, dispozitivele sunt anexe ale acestora, evacuarea făcându-se în mod automat din timp în timp.

Întreținerea decantoarelor

Decantoarele și toate instalațiile mecanice trebuie inspectate de câteva ori în cursul fiecărui schimb. Utilajul de evacuare a nămolului, dispozitivele de înlăturare a produselor plutitoare și pompele trebuiesc controlate din punct de vedere al funcționării, iar suprafața apei se ține mereu sub observație. Nămolul plutitor sau abundența bulelor de gaz sunt indicii că funcționarea utilajului sau mersul procesului de decantare sunt defectuoase.

Decantoarele de aceeași dimensiune au eficiența mai mare atunci când debitul este egal distribuit tuturor bazinelor de decantare și în acestea, pe toată suprafața cât mai uniform. Acesta se poate asigura numai dacă deversoarele sunt perfect orizontale, curate și fără depuneri sau vegetație acvatică. Debitele neegale conduc la timp de trecere diferit în diversele bazine și, întotdeauna au ca efect o înrăutățire generală a îndepărtării suspensiilor și a CBO-ului.

Pentru o repartizare cât mai uniformă a debitului la decantoare, uneori stația de epurare este prevăzută cu o instalație cu șicane. Scopul șicanei este acela de a ajuta la o cât mai bună distribuție a debitelor. Șicana trebuie păstrată curată și bună in stare de funcționare, in caz contrar eficiența ei este mult mai redusă.

Dacă distribuția in decantor se face prin pereții găuriți sau deflectoare, curățirea acestora trebuie să constituie de asemenea o preocupare. Dispozitivele de evacuare a spumei trebuie reglate din timp în timp pentru a evita antrenarea unei cantități mari de apă.

Dacă nu sunt prevăzute dispozitivele de evacuare a spumei, îndepărtarea acesteia trebuie să se facă manual, cu scule construite în consecință, de către personalul de exploatare a stației.

Nămolul depus în decantor trebuie evacuat permanent. Pentru aceasta se folosesc două metode:

Metoda gravitațională

Metoda mecanică;

Metoda gravitațională, mai simplă, folosită numai în decantoarele de mici dimensiuni, la cele verticale, constă in deplasarea nămolului depus pe radier spre centrul acestuia, sub acțiunea gravitației. Pentru aceasta radierul este construit foarte înclinat. Laturile înclinate trebuie raclate o dată pe zi, pentru a nu da posibilitatea nămolului să se acumuleze. Majoritatea stațiilor de epurare folosesc echipamente de colectare mecanică a nămolului din bazinele de decantare care au radierul ușor înclinat.

Instalațiile de colectare a nămolului pot funcționa după diferite programe, în funcție de

tipul stației și al echipamentelor și de caracteristicile apelor uzate. Calitatea nămolului evacuat variază de la o stație la alta, fiind în funcție de:

caracteristicile apelor uzate: concentrația de suspensii, vârsta, decantabilitatea etc;

caracteristicile bazinului de decantare: arie, volum, timp de decantare etc;

amenajarea bazinului de decantare inclusive metode de înlăturare a nămolului.

Nămolul brut colectat gravitațional sau mecanic este acumulat în pâlniile de nămol și

apoi evacuat prin conductele de descărcare în puțurile de nămol ale stațiilor de pompare, care îl trimit fie în rezervoarele de fermentare a nămolului, fie în bazinele de nămol activ. Câteodată nămolul este pompat chiar din pâlniile de nămol. Concentrația în materii solide a nămolului pompat din decantoarele primare variază între 5%-8%.

Pomparea poate fi continuă sau intermitentă. Când se folosesc mai multe pompe,

o pompă trebuie să pompeze nămolul numai dintr-o singură pâlnie colectoare. Nu se recomandă ca o singură pompă să evacueze nămolul din mai multe pâlnii colectoare în același timp. Diferențele de pierdere de presiune din conducte, densitatea, vâscozitatea si factorii de colmatare vor face ca dintr-o pâlnie să fie pompat mai mult nămol, iar din alta mai puțin.

Pomparea trebuie să dureze, de preferință, puțin timp și să se facă la intervale

mici. În stațiile mici unde personalul supraveghează stația cu intermitență, nămolul poate fi pompat numai o dată sau de două ori pe zi, în timp ce la stațiile mari unde există personal mai numeros, nămolul trebuie pompat din oră în oră. Dacă pomparea se face prea des, se evacuează din decantorul primar un nămol slab îngroșat, cu multă apă, ceea ce conduce la deranjarea procesului de fermentare anaerobă a nămolului.

Acolo unde este prevăzut un sistem de spălare, este bine să se spele conductele

prin care se pompează nămolul o dată pe săptămână pentru a se evita înfundăturile. Conductele trebuie, de asemenea spălate și în situațiile in care nămolul devine greu de pompat.

Eficiența decantoarelor secundare va putea fi îmbunătățită și se vor putea asigura

condiții mai bune de exploatare, dacă se respectă următoarele indicații de întreținere:

să se înlăture în mod regulat depunerile acumulate la șicanele distribuitoarelor

de la intrarea în decantor și la deversoarele de la ieșire; în general, aceste operații se pot face cu ușurință, utilizând mătura sau o perie si jetul de apă; frecvența lor este stabilită de către operator, pe bază de experiență;

să se curețe în mod regulat utilajul de înlăturare a spumei; acumulările pe acest utilaj

constituie o sursă de miros neplăcut și dau un aspect inestetic stației;

să se mențină capacele acoperitoare la locul lor, exceptând situațiile în care exploatarea

instalației impune înlăturarea acestora;

să se spele și să se înlăture cât mai repede posibil toate scurgerile de apă uzată și de

nămol;

să se evite scurgerile de la presetupele pompelor centrifuge pe planșele construcțiilor, iar

dacă acestea se produc, să se dirijeze spre canalele de evacuare;

să se întocmească un grafic de ungere pentru tot utilajul mecanic; necesarul de ungere

pentru fiecare piesă rezultată din cartea tehnică.

Porțiunea de sub apă a decantorului trebuie inspectată în mod regulat: de obicei, o dată pe an este suficient.

Stabilirea celor mai potrivite perioade pentru această operație depinde de starea timpului, de cerințele epurării si de personalul disponibil. Pentru realizarea ei este necesar:

să se golească bazinul de decantare, descărcându-i conținutul în alt bazin, atunci când

este posibil;

să se inspecteze tot utilajul mecanic, urmărindu-i uzura și coroziunea acestuia;

să se controleze: racleții de lemn, saboții de uzură, lanțurile principale, lanțurile de

transmisie, pinioanele, șinele de ghidaj, dispozitivele de înlăturare a spumei etc; de la instalațiile de colectare mecanică a nămolului;

să se înlocuiască sau să se repare toate piesele defecte, sparte sau foarte uzate;

să se regleze lanțurile și să se verifice dacă racleții au un joc adecvat față de pereții

bazinului (cel puțin 2,5 cm);

să se controleze toatele piesele de metal sub aspectul coroziunii, să se înlocuiască unde

este cazul și să se aplice o vopsea de protecție;

să se controleze toate piesele de beton și să se repare suprafețele deteriorate;

Dacă se constată o coroziune neobișnuită a betonului sau a pieselor metalice, s-ar putea

impune aplicarea unor îmbrăcăminți de protecție. Uneori, sunt necesare stadii pentru rezolvarea unor asemenea probleme. Exploatarea unui decantor secundar este strâns legată, în multe privințe de funcționarea altor instalații din stația de epurare. Prin urmărirea cu atenție a funcționării decantorului secundar se pot evita o serie de neajunsuri în treapta de epurare biologică și mai ales, la fermentarea anaerobă a nămolului.

Deranjamente in exploatare.

Acestea se pot produce din mai multe motive.

Nămolul plutitor: se produce din cauza fermentării anaerobe a nămolului depus in decantor si flotarea lui de către gazele de fermentare, la suprafața lichidului.

Prevenirea și remedierea constau în evacuarea cât mai completă sau cât mai des a nămolului depus, aplicându-se una dintre următoarele metode:

se lasă să funcționeze racloarele mecanice o durată mai lungă;

se înlocuiesc racleții de lemn rupți sau deformați;

se înlătură cât mai complet nămolul din toate părțile mai adânci ale decantorului, prin

pompare sau evacuare gravitațională;

se îndepărtează prin răzuire sau utilizându-se jetul de apă, nămolul care s-a lipit pe

radierul decantorului.

Nămolul negru și mirositor. Cauza apariției acestuia este reprezentată de apele brute care intră în fermentarea anaerobă sau apele de nămol separate la bazinele de fermentare a nămolului au o concentrație prea mare.

Prevenirea și remedierea: pentru ca apele uzate să nu mai fermenteze, se procedează astfel:

se deconectează toate fosele septice din sistemul de canalizare;

se pretează apele uzate care conțin concentrații mari de substanțe organice, care

fermentează cu ușurință, cum sunt cele de la fabricile de conserve, de lactate, de bere;

se introduce clor in canalul colector sau înaintea decantorului, pentru a întârzia sau a

reduce posibilitatea de fermentare a apelor uzate;

se preaerează reziduurile organice;

se îmbunătățește scurgerea în colectoarele de canalizare pentru a reduce acumulările de solide care ar putea fermenta anaerob

Pentru ca supernatantul separat in rezervoarele de fermentare sa nu influențeze negativ funcționarea decantorului secundar, se procedează astfel:

se corectează și se îmbunătățește fermentarea nămolului, pentru a obține o apă de nămol

cu caracteristici cât mai bune;

se micșorează cantitatea de ape de nămol evacuate la decantorul primar;

se amână, dacă este posibil, evacuarea apei de nămol pana când se obține o calitate mai

bună a acesteia;

se descărcă o parte sau toată apa de nămol ce se evacuează, în alte părți ale stației de

epurare, cum ar fi: platformele de uscare a nămolului, iazuri de nămol sau bazine de aerare, până când calitatea acesteia se îmbunătățește;

se predecantează apele de nămol;

Decantarea excesivă în canalele de intrare. Aceasta are drept cauză viteza de curgere a apei prea mică prin canalul de scurgere.

Prevenirea si remedierea se realizează astfel:

se reduce suprafața secțiunii transversale prin instalarea unui perete interior dintr –un

material adecvat, de-a lungul unei laturi a canalului;

se agita apa prin barbotare de aer sau prin alte mijloace, pentru a preveni depunerile.

Modificările intermediare ale debitului. Sunt cauzate de variațiile mari ale vitezei de pompare. Prevenirea si remedierea acestora se realizează prin:

se pornesc si se opresc pompele în raport cu cantitatea de apă care trebuie pompată;

se stabilește un program de funcționare a pompelor, în funcție de debitul maxim si minim

de ape uzate care se poate trece prin stație;

se caută să se mențină un debit de pompare apropiat de cel cu care apa uzată intră în

stație;

Nămolul se înlătura greu din partea adâncita a bazinului si din pâlniile de colectare din

cauza conținutului mare de ape uzate în nisip, argile sau alte materiale grele; viteza scăzuta de curgere a nămolului în conductele de evacuare.

Prevenirea si remedierea se realizează astfel:

se reduce conținutul de nisip prin instalarea de deznisipatoare, prin îmbunătățirea

funcționarii acestora si prin eliminarea surselor de nisip ce intră în canalizare;

se reduce cantitatea de argilă, prin eliminarea sursei, acolo unde este posibil în special

când canalizarea este in sistem divizor;

se răscolește materialul depus;

se desfundă conductele mai frecvent;

se revizuiesc conductele de nămol.

2.5 Probleme legate de protecția muncii în stația de epurare

Personalul dintr-o stație de epurare este expus la o serie de pericole, ca: leziuni fizice, infectări ale organismului, lipsa de oxigen, inhalarea de gaze sau vapori nocivi, etc.

Aceste pericole se evită mai întâi prin executarea unor lucrări de siguranță și folosirea echipamentului de protecție necesar.

Pentru prevenirea leziunilor fizice este necesar ca:

– obiectele să se ridice cu grijă, fiind sprijinite pe mușchii de la picioare, nu pe spate. Se folosesc trolii si electromacarale pentru obiectele grele.

– să se evite căderile. Trebuie să se acorde atenție la folosirea scărilor verticale sau a scărilor înguste. Se instalează bare de protecție la scările mai înalte de 3 m. Uneltele si echipamentul portabil să se păstreze la locurile stabilite. Pasajele si scările sa nu fie acoperite cu grăsimi, ulei sau gheață. Pământul rămas după lucrări să se îndepărteze din zonele de lucru;

– să se ridice capacele de la gurile de acces cu ajutorul unui troliu cu cârlig. Capacele cele mai puțin grele să nu fie lăsate parțial peste gura de acces, ci să tragă complet în afară.

– să se poarte mănuși la manipularea obiectelor grele. Pentru toate părțile mobile ale mașinilor, să se prevadă apărători din metal;

– să se evite electrocutările; legătura cu pământul să fie bine făcută și toate firele expuse să fie izolate;

– să se folosească centuri de siguranță când se pătrunde prin gurile de acces în bazinele mai adânci de 2,5-3 m;

– să se ia măsuri de prevenire și combatere a incendiilor, conform normelor în vigoare.

Pentru prevenirea infectărilor organismului se are în vedere faptul că apele uzate cât și produsele lor auxiliare constituie un pericol real pentru personalul de exploatare. Acestea pot provoca o serie de boli, cum ar fi: febra tifoidă, dizenteria, hepatita infecțioasă, tetanosul, etc.

Se recomandă următoarele măsuri preventive:

– asigurarea apei de băut necontaminate, prin evitarea racordărilor între conductele de apă potabilă și conductele de ape uzate sau nămoluri;

– să se prevadă o trusă de prim-ajutor pentru tratarea imediată a tăieturilor si rănile mai mari;

– să se prevadă spații pentru dușuri, schimbul îmbrăcămintei, săli de mese, etc.

– să se facă vaccinări periodice contra febrei tifoide și tetanosului, pentru tot personalul;

– să se poarte mănuși de cauciuc la curățirea pompelor sau a altor instalații care implică contactul direct cu apele uzate.

Prevenirea lipsei de oxigen se asigură prin:

determinarea conținutului de oxigen prin folosirea de indicatoare special;

realizarea unei ventilări (aerisiri) corespunzătoare. În camera sau în construcții, ventilația

se asigură prin: ferestre deschise, uși, prize de aer curat lângă tavan și canale de aspirație mecanică, ventilatoare. În bazine, ventilația se asigură prin: aer comprimat, ventilatoare portabile, etc.

Prevenirea degajării gazelor sau vaporilor otrăvitori. Aceștia acționează în mod direct sau

indirect, în mod vătămător sau distructiv asupra sănătății sau vieții omului. Ele prezintă pericol de arsuri, explozii, asfixieri, otrăviri, etc.

În gurile de ieșire adânci, puțuri și bazine, prevenirea pericolelor prezentate constau in:

evacuarea de probe pentru gazele sau vaporii inflamabili sau explozivi, cu indicatoare

portabile:

efectuarea de probe pentru hidrogen sulfurat și bioxid de carbon cu fiole speciale;

observarea cu atenție a oricăror mirosuri străine sau iritarea ochilor;

La grătare și instalații aferente, prevenirea pericolelor se face astfel:

– se folosește echipamentul electric antiexplozibil și nu se lucrează cu lămpi cu flacăra liberă;

– se asigură o bună ventilație, prin curent natural de aer sau mijloace mecanice.

În bazinele de nămol, camera de nămol și în bazinele de fermentare prevenirea

pericolelor se face astfel:

se va evita revărsarea nămolului;

se asigură o buna aerisire;

se folosește echipament electric antiexploziv;

se controlează periodic atmosfera cu un indicator pentru gaze;

se evită toate sursele de aprindere din apropierea bazinelor de fermentare;

se controlează regulat toate conductele și instalațiile auxiliare, spre a detecta eventualele

pierderi de gaze, etc.

În afara măsurilor prezentate până aici, se vor respecta indicațiile prezentate în cadrul

capitolului de exploatare la fiecare instalație în parte. De asemenea, se vor respecta normativele în vigoare în ceea ce privește igiena și protecția muncii, precum și acordarea echipamentului de protecție și de lucru necesar.