I.1 Poluarea ecosistemelor acvatice [302530]

CUPRINS

INTRODUCERE

CAPITOLUL 1- ANALIZA CRITICĂ A CUNOAȘTERII

I.1 Poluarea ecosistemelor acvatice

I.2 Principalele clase de poluanți

I.3 Principalele surse de poluare

I.4 Epurarea apelor uzate

I,4,1 Procedee de epurare

I.5 Tehnici innovative ( microalge) – [anonimizat], specii

– ROLUL DUBLU AL MICROALG. EPURARE SI BIOCOMBUSTIBIL

CAPITOLUL 2- METODOLOGIE

II. A- SCOP ȘI OBIECTIVE

II. B- ORGANIZAREA PROGRAMULUI DE CERCETARE

II.C- Rezultate și discuții

CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

INTRODUCERE

În ultimii 100 [anonimizat]- economice, [anonimizat], asupra diversității biologice și ecologice. Un prim efect se resimte la nivelul ecositemelor acvatice.

Poluarea ecosistemelor acvatice cu nutrienți este o [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat] a [anonimizat], o [anonimizat], în special al oamenilor. [anonimizat], provin tot din poluarea cu substanțe chimice. Pentru a stăpânii aceste procese haotice este necesară o bună monitorizare a ecosistemelor.

[anonimizat].

[anonimizat]. [anonimizat].

În prima parte a [anonimizat]-a doua parte sunt prezentate treptele de epurare și tehnicile inovative în acest domeniu de epurare a apelor uzate.

I.1 POLUAREA ECOSISTEMELOR ACVATICE

Termenul de poluare a [anonimizat], [anonimizat], chimice și biologice ale apelor.

Una din definițiile cele mai acceptate este cea formulată de Consiliul OCDE în 1974 conform căreia poluarea este “[anonimizat], a [anonimizat], [anonimizat], să diminueze binefacerile sau să împiedice alte utilizări legitime ale mediului”(Rădulescu, C., 2008).

I.2 PRINCIPALELE CLASE DE POLUANȚI

Există o mare diversitate a poluanțiilor, aceștia sunt clasificați in funcție de diferite caracteristici, Cele mai importante caracteristici permit o prezentare scurta a principalelor clase de poluanți.

Tabel I.1. Compuși și ioni anorganici (Postolache, C., Postolache, C., 2000)

Tabel I.2. Poluanți organici (Postolache, C., Postolache, C., 2000)

I.3 PRINCIPALELE SURSE DE POLUARE ȘI PRINCIPALII NUTRENȚI

Clasificarea surselor de poluare se face în funcție de anunite caracteristci proprii, o scurta clasificare este prezentată

În funcție de distribuția spațială:

Surse punctiforme

Surse difuze

Există doua categorii de surse difuze:

Liniare: de exemplu scurgerile de suprafață, drumuri rutiere,drumuri aeriene

De suprafață: industria (Postolache, C., note de curs)

În funcție de frecvența cu care sunt deversați poluanții și timpul de staționare în compartimentul abiotic:

Surse permanente (exemplu: stațiile de epurare)

Surse periodice

Surse ocazionale (exemplu: deversările industriale)

Surse accidentale (exemplu: deversările accidentale) (Bloesch și colab.,2006).

După modul de generare:

Surse de poluare naturale

Surse de poluare artificiale (Bloesch și colab.,2006).

Principalii nutrienți care se găsesc în ecosistemele acvatice:

FOSFORUL (P):

În apele uzate fosforul se găsește sub următoarele forme:

Ortofosfat PO4 3+ – singura formă utilizată de plante

Polifosfat – polimeri ai acidului fosforic

Fosfat organic- cuprinde organisme vii și detritus organic (Ordin 163/2005).

AZOTUL (N):

În apele naturale, azotul se găsește sub formă de:

Azot organic

Azot liber (N2)

Amoniu (NH4+) și amoniac (NH3)

Nitriți (NO2-) și nitrați (NO3-) (Directiva privind nitrații,1991).

I.4 EPURAREA APELOR UZATE

Epurarea apelor uzate reprezină o inițiativă foarte importantă care trebuie luată în serios atât pentru binele societății în prezent cât și pentru viitorul nostru. Epurarea reprezintă metoda cea mai eficientă pentru combaterea și eliminarea poluării din ape.

Epurarea reprezintă un proces în cadrul căruia poluanții și contaminanții care sunt eliberați în mod condiționat sau nu în apele de suprafață sunt tratați prin diferite procese fizice, chimice și biologice.

Prima stație de epurare a fost construită în Timișoara în anul 1912, acesata reprezentând un mare pas în ceea ce privește această problemă majoră (www.timisoaraexpress.ro)

I.4.1 Procedee de epurare

Epurarea mecanică

Se bazeză pe procese fizice pentru separarea poluanților din apă, cuprinde și un proces preliminar pentru îndepărtarea materiilor grosiere. Materialele grosiere, solidele organice în suspensie sunt reținute cu ajutorul gratarelor și sitelor.Materialele reținute pe gatare și site pot fi curățate ca atare sau marunțite prin taiere, în unele cazuri acestea sunt incinerate.

În cea de-a doua etapă a treptei primare sunt prezente procese de decantare convențională prin intermediul deznisipatoarelor. În această etapă se îndepărtează materialele grosiere cu dimensiuni mai mari de 1 milimetru. Acest lucru se realizează și pentru protejarea dispozitivelor de transport a apelor, cum ar fi pompele și conductele (Sperling, M., 2007).

În cea de-a treia etapă apele uzate sunt conduse în instalații numite decantatoare, aici se realizeză sedimentarea substanțelor în suspensie și a celor aflate în dispersie coloidală care conțin și substanțe organice. Așa se realizează și reducerea de CBO, ceea ce se direcționează către treapta secundară. Decantatoarele sunt construcții din beton de diferite forme, acestea pot fi circulare sau rectangulare. Decantatoarele permit solidelor în suspensie cu densitate mai mare decât lichidul să migreze la fund. Materia depusă este cunoscută sub numele de nămol primar brut, acesta este transportat prin țevi în rezervoare mari de nămol, unde permite grasimilor și uleiurilor să se ridice la suprafață, acestea fiind reținute prin separatoare de grăsimi (Sperling, M., 2007).

Pentru o eficiență a acestei trepte, la puține stații de epurare se adaugă coagulanți, aceștia pot fi Sulfatul de Aluminiu, Clorura de Fier, care ajută la eliminarea Fosforului prin precipitare, acest proces este foarte întalnit la epurarea chimică (Sperling, M., 2007).

Mai există o situație tot la nivelul decantatoarelor în care solidele care au sedimentat rămân pe fundul rezervorului o lungă perioadă de timp și sub influența condițiilor anaerobe acestea sunt degradate (Sperling, M., 2007).

Epurarea chimică

Se bazeză pe procese fizico-chimice, aceste procese se produc atât în bazinul de amestec cât și în decantorul primar.

Apa care este supusă procesului de epurare este bogată în materie orgnică, prezentă sub două forme:

Materie organică dizolvată

Materie organică în suspensie (Sperling, M., 2007).

Acest tip de epurare chimică este utilizat atunci când se dorește o epurare eficientă, pentru accelerarea mecanismelor de descompunere ce apar și în mod natural.

Pentru eliminarea materiei organice sunt necesare operațiuni chimice la nivel înalt, un prim pas este acela de a introduce în bazin reactivi care interacționează cu poluantul dizolvat formând un compus greu solubil ce poate permite depunerea acestuia pe fundul bazinului sau respectivul compus este descmpus sau transformat într-un compus inactiv. Prin acesată metodă încearcă să se asigure eliminarea din apă a metalelor grele, cianurilor, fenolilor și coloranților.

Principalii reactivi utilizați sunt:

Hidroxid de Calciu

Clor

Ozon

Sulfat feros Clorurat (Sperling, M., 2007).

Epurarea biologica

Acest tip de epurare se aplică pentru eliminarea din apă a poluanților organici biodegradabili aflați sub formă dizolvată sau coloidală. În apele care sunt supuse epurării biologice se găsește o mare varietate de microorganisme cum sunt bacterii, protozoare, ciuperci. Procesul de epurare biologică este foarte complex, intervin mai multe fenomene de natura fizică, chimică, biologică și hidraulică. Această metodă de epurare este una foarte eficientă, utilizează activitatea metabolică a unor importante grupe de microorganisme care au capacitatea de a degrada substanțele organice până la Dioxid de Carbon și apă. Epurarea biologică nu este o operație simplă, ci una complexă, schematic procesele chimice de degradare a substanțelor organice sunt reprezentate în figura I.1 (Sperling, M., 2007).

Figura I.1 – Procesul de degradare a substanțelor organice

Principalii parametrii de biodegradabilitate sunt

pH – care trebuie să aibă valori cuprinse între 6-8

raportul optim între încărcarea organică CBO5 și principalele elemente nutritive cum sunt Azot și Fosfor

raportul CBO5/CCOCr – care trebuie să aibă valori mai mici de 2,6, cu cât este mai mică valoarea, cu atât rata de biodegradare crește

raportul CBO20/CBO5 – inferior valorii de 1,5

indice de inhibare negativ

Viteza specifică de biodegradare este un parametru cinetic de o mare importanță pentru caracterizarea biodegradabilității unei substanțe, aceasta este definită prin cantitatea de substrat îndepărtată de unitatea de biomasă în unitatea de timp (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

Epurarea biologică cuprinde mai multe pocese de epurare dar cele mai des întâlnite sunt următoarele:

Iazuri de oxidare

Sisteme de nămol activ

Reactoare cu biofiltre (Sperling, M., 2007).

Iazurile de oxidare

Mai sunt denumite și iazuri biologice sau lagune, acestea sunt bazine de apă naturale sau artificiale care au adâncimi mici 1-2 metrii, dar care se întind pe suprafețe mari. Aceste bazine au rolul de a reține mari volume de apă care sunt supuse în mod natural ,dar cu o mică intervenție a factorului uman, unor procese de degradare a substanțelor organice, de sedimentare și dezinfectare.

Iazurile în funcție de caracterul procesului care se desfășoară în iaz se împart în trei categorii:

Iazuri aerobe – iazuri de adâncime mică, aici, procesul se desfășoară în întregul volum de apă din bazin.

Iazuri facultativ aerobe sau anaerobe – apar procese de fermentație și degradare în regim de oxidare a substanțelor organice

Iazuri aerobe de mare încărcare – în acest caz se realizează o stabilizare aerobă completă a materiei organice.

În funcție de modul de oxigenare al lagunelor există două categorii:

Lagune naturale – Procesul de oxigenare este natural

Lagune aerate – Procesul de oxigenare se realizează cu echipamente mecanice, adică este o aerare artificială.

Epurarea apei din iazuri este realizată prin procesele biochimice aerobe și anaerobe alături de cele fizice. La suprafața apei din iazurile biologice sunt prezente procesele aerobe, iar în zonele de mare adâncime au loc procese anaerobe, aici lipsa oxigenului duce la descompunerea mateiei organice în condiții anaerobe prin fermentație cu degajare de gaze. Un al proces întâlnit este cel de sedimentare a nămolului, acesta se realizează prin:

Biofloculare

Autofloculare (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

Epurarea apelor uzate prin intermediul spațiului radicular

Această metodă constă în trecerea apelor uzate prin bazine care folosesc mase de sol fizic, chimic si biologic active. În cadrul acestei metode se folosește o treaptă vegetală numită “treaptă hidrobotanică” amplasată in bazinul central, această traptă este constituită dintr-o varietate de organisme vegetale amplasate în șiruri succesive (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

Epurarea apelor uzate prin intermediul Nămolului activ

Procesul de epurare biologică cu nămol activ a fost descoperit de Arden in 1914 si aplicat pentru prima dată în 1916 la Worcester. Nămolul activ constituie unitatea structurală de bază a procesului de epurare. În componența nămolului se găsesc toate speciile care metabolizează substanța organică până la Dioxid de Carbon și apă (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

Tipurile de namol

După proveniența apei uzate:

Nămol de la epurarea apei uzate orașenești

Nămol de la epurarea apei uzate industrial

Dupa treapta de epurare

Nămol primar din decantorul primar

Nămol secundar din decantorul secundar

Nămol activ în exces sau nămol de la filtrele biologice amestecat cu nămol primar

Dupa stadiul de prelucrare în cadrul gospodariei de nămol

Nămol proaspăt

Nămol fermentat

Nămol stabilizat aerob

Nămol stabilizat anaerob

Nămol stabilizat chimic

După compoziția chimică

Nămol ce prezintă compoziția predominant organică conține substanțe volatile în substanța uscată într-un procent mai mare de 50%

Nămol ce prezintă compoziția predominant anorganică, conține substanțe minerale în substanța uscată într-un procent mai mare de 50% (Sperling, M., 2007).

În modul general etapele epurării apelor uzate în instalațiile de nămol activ sunt:

Apa uzată/influentul este preepurată mecanic prin sedimentarea suspensiilor, în decantorul primar (1), apoi este amestecată cu nămol recirculat și aerate cu biomasa ce este reprezentată de nămolul activ din bazinul de aerare (2), Oxigenul dizolvat are rolul de a menține necesitațile de mediu ale microorganismelor aerobe care sunt aglomerate în flocoane pentru ca acestea să se mențină în suspensie.

Apa care a fost supusă procesului de epurare / efluent, care este în procent de 95% lipsită de substanțe organice degradabile, este separată de nămol prin procesul de sedimentare al acestuia în decantorul secundar (3) și ulterior direcționată în râul receptor.

Nămolul activ care s-a depus în decantorul secundar este reutilizat/ reintrodus sau recirculat în bazinul de aerare unde va avea contact cu apa ce urmează sa fie tratata.

Nămolul activ aflat în exces, rezultat din procesele care au avut loc la nivelul bazinul de aerare/reactor, pentru a menține concentrația optimă de biomasă, este scos din sistem. Tot acest proces este prezentat in Figura I.2 (www.rasfoiesc.com)

Figura I.2 – Fluxul tehnologic al procesului de epurare cu nămol activ

Caracteristicile generale ale procesului de epurare biologica pentru indepartarea substanțelor organice din apele uzate

În acest proces iau parte fenomene de natură fizică,chimică,biologică si hidraulică.

Fenomenele fizice – se referă la – transferul de masă reprezentat de sedimentarea suspensilor solide aflate inițial în apa uzată, a suspensiilor rezultate în urma fenomenului de coagulare si a materialului celular sedimentabil din apă tratată

introducerea Oxigenului din aer în apă

difuzia Oxigenului dizolvat

difuzia substratului nutritive în celulele microorganismelor

adsorbția substanțelor dizolvate, a particulelor si a suspensiilor pe suprafata biomasei

desorbția produșilor de metabolism în mediu

Fenomene chimice – aceste fenomene sunt complexe și sunt cele care ajută la eficiența procesului, acestea sunt: – reacții catabolice – oxidarea substratului și respirația endogena

reacții anabolice – creșterea biomasei

procese de inhibare a reacțiilor enzimatice de către substanțele cu un grad de toxicitate.

Fenomene hidraulice – acestea sunt și procese mecanice, se refera la: – fenomenul hidraulic de curgere

distribuția apei uzate în reactor.

timpi de retenție

viteza de sedimentare

încarcari hidraulice (www.rasfoiesc.com).

Acest proces presupune anumite secvențe:

Contactul dintre nămolul activ și apa uzată decantată în prezența principalilor nutrienți Azot si Fosfor

Omogenizarea și amestecarea continua a amestecului polifazic

Separarea nămolului activ de soluția apoasă și reîntoarcerea unei cantități de nămol activ în bazinul de aerare

Extragerea nămolului în exces din aerotanc (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011)

Fluidul polifazic din bazinul de aerare conține anumite componente care sunt dispersate în masa apei supusă epurării, acestea sunt:

Suspensii solide anorganice și inerte care nu au fost reținute în decantorul primar

Suspensii solide inerte care se produc ca urmare a morții microorganismelor

Substanțe organice poluante

Materii organice nedegradate

Biomasa activă (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011)

Există și anumiți agenți de inhibare ai acestui proces cu nămol activ, cum sunt: petrolul, Cromul, Cianurile, anumiți detergenți.

Modalitațile de epurare biologică utilizează diferite microorganisme arobe si anaerobe.

Microorganismele anaerobe sunt utilizate pentru fermentarea nămolurilor și fermentarea unor ape uzate industrial concentrate, cele aerobe sunt utilizate pentru epurarea apelor uzate cu caracter predominant organic, dar și pentru fermenatrea nămolurilor organice (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011)

Procesul de epurare aerob cu nămol activ în regim continuu cu recirculare

Apa uzată de proveniență menajeră este bogată în materie organică, pentru a parcurge întreg procesul de epurare, aceasta este aerată, iar după un timp se formează ”flocoane” de culoare brună care sedimentează în momentul întreruperii oxigenării și agitării, apoi își schimbă culoarea.

Procesul de epurare începe cu procesul de decantare al apei uzate, dupa care apa este directțonata într-un bazin de aerare unde are loc contactul cu flocoanele de nămol activ.

Floconul prezintă în structura sa o masa gelatinoasă secretată de microorganisme în care sunt cuprinse numeroase bacterii. Varietatea de microorganisme care constituie floconul diferă în funcție de mai mulți parametrii, cum ar fi:

natura substanței organice

concentrația substratului

pH-ul apei

temperatura

poluanții prezenți în masa apei

intensitatea mișcărilor hidrodinamice (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

După ce are loc contactul cu flocoanele de nămol activ, apa este supusă oxigenării, iar în prezența nutrienților ia naștere procesul biochimic de degradare a substanțelor organice. în urma acestui proces se formează un material celular nou care urmează să fie separat în decantorul secundar. Din întreg proces rezultă o mare cantitate de nămol din care o parte din nămolul separat se recircuă iar cealaltă parte se îndepartează din decantator catre procesul de gospodărire a nămolului.

Decantorul secundar este cel care reține flocoanele de nămol activ pe o perioada de 2-3 ore, apa care urmează să fie evacuată în emisar trebuie să fie cât mai curată.

Nămolul activ mai poate fi definit prin prezența flocoanelor produse la nivelul apei uzate datorită microorganismelor, în prezența oxigenului dizolvat și care s-au acumulat în concentrație suficientă pentru substratul existent prin recircularea flocoanelor formate anterior. Microorganismele din componența floconului activ efectuează toate reacțiile biochimice dacă Oxigenul și substratul pot pătrunde până în centrul floconului (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

Un alt fenomen întâlnit este cel de Biofloculare a nămolului activ – este un fenomen care influențează în mod direct caracteristicile de sedimentare, ea depinde de mai mulți parametrii, de natura fizică, chimică și biologică, aceștia sunt:

gradul de turbulență

mediul de cultură – substanțele tensioactive modifică structura floconului și mărimea lui hidraulică, ceea ce determină reducerea elasticității acestuia, acest fenomen de “modificare a floconului” este asemanator cu o spumă aflată la suprafața apei din bazinul de decantare și aerare,

vârsta nămolului – se apreciază prin raportul masei de microorganisme în aerare și debitul de microorganism libere.

sarcina organică specifică – se exprimă prin cantitatea de substrat care este pus la dispoziția microorganismelor în unitatea de timp, acest indice influentează structura și gradul de sedimentare al floconului (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

Parametrii – Nămol activ

Substanța solidă uscată – este un parametru cantitativ ce reprezintă totalitatea materiilor în suspensie prezente în masa apei. O bună determinare a substanțelor organice prezente în apa uzata se face doar prin calcinare la o temperatură de 600 0C, rezultând reziduu uscat. Acesta împreuna cu CCO si CBO5 sunt procese ce apar în epurarea biologică cu nămol activ (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

Parametrii de intrare în bazinul de aerare

Încarcarea organiăa a apei (influent)– Li = CBO5 – mg/l – acest parametru variază sezonier, orar, diurn, nocturn și în funcție de compoziția și concentrația apelor uzate care intră în stația de epurare.

Încărcarea in nămolul activ recirculat – Sd – mg/l – reprezintă cantitatea de suspensii solide uscate – concentrație specifică a nămolului recirculat.

Debitul de Oxigen transferat – Qox – Nm3O2/h – reprezintă și capacitatea de Oxigenare CO–Kg O2/h.

Necesarul de nutrienți – Nni – (Nn1 – Azot; Nn2 – Fosfor) – acest parametru indică dacă în apă sunt prezente elementele Azot si Fosfor.

Debitul de apă uzată – QT – m3/h – este reprezentat de suma dintre debitul total de apă Qi și debitul recirculat.

Debitul de npmol recirculat – QR – reprezintă volumul de nămol în soluție apoasă care se introduce în bazinul de aerare – recircularea se realizează pentru a se menține o concentrație mai mare de nămol activ în bazinul de aerare (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

Parametrii de iesire din bazinul de aerare

Debitul de apa incarcata cu suspensii – flocoane de namol activ – Acest mediu polifazic se caracterizeaza prin

incarcarea organica CBO5 care mai este prezenta in apa supusa tratarii -concentratia substantei volatile (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

Parametrii de evacuare din decantorul secundar

Debitul de apă tratată – Qe – reprezintă volumul de apă deversat în emisar în unitatea de timp.

Debitul de nămol evacuat – Qn – reprezintă o parte din nămolul total care a fost prezent în apa uzată. Dacă decantorul secundar funcționeaza corect, apa care este eliberată în emisar, concentrația în suspensii de nămol activ este egală cu zero. În apa tratată pot ramane eventual câteva microorganisme izolate.

Debitul de nămol recirculat – QR – este reprezentat de o parte din cantitatea de nămol extras din soluția apoasă din decantorul secundar , care a fost introdus odata cu apa uzată în bazinul de aerare, nămolul activ fiind folosit pentru însămânarea cu bacterii a instalației biologice de epurare.

Debitul de nămol în exces – Qex – este reprezentat de cantitatea de nămol extras din soluția apoasă, acest namol este direcționat către sectorul de gospodărire a nămolului (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

Parametrii funcționali și criterii de optimizare a procesului biologic de epurare

Conform Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011׃

Gradul de epurare / Eficiența de epurare / Randament de epurare – reprezintă raportul dintre încarcarea organică distrusă prin diferitele procese biologice și încarcarea organică care este adusă de influent în bazinul de aerare. Acest raport este exprimat în procente.

Încărcarea hidraulică a bazinului de aerare – lh – m3 apa uzată/m3 bazin*zi – Acest parametru indică dimensionarea bazinelor de nămol activ

Încărcarea organică a bazinului – lb – kg CBO5/m3 bazin*zi – Acest parametru se calculează prin raportul dintre încărcarea organică a influentului care intră în bazinul de aerare într-o zi și volumul bazinului de aerare.

Încărcarea organică a nămolului activ – ln – kg CBO5/kg s.s.u*zi – Acest parametru se calculează prin raportul dintre debitul masic de încarcare organică într-o zi și încarcarea în materii solide uscate aflate în suspensie care se găseste în bazinul de aerare. Mai poate fi considerat un raport hrană/biomasă sau substrat/ microorganisme.

Concentrația în substanțe solide uscate în susoensie în bazinul de aerare – S – mg/l sau kg/m3 – reprezintă masa substanței solide uscate prezente în lichidul din bazin.

Raportul de recirculare a nămolului – β – % – reprezintă procentul din nămolul extras din decantorul secundar care este recirculat ăn bazinul de aerare.

Indicele Volumului de nămol – IVN – Acest parametru are la baza proprietatea de sedimentabilitate ce reprezintă o indicație asupra caracteristicilor de sedimentare a nămolului activ, IVN se obține prin decantarea particulelor de nămol timp de 30 de minute.

Nămol în exces – Qnex – este reprezentat de cantitatea de nămol extras din Soluția apoasă din decantorul secundar.

Temperatura – Odată cu creșterea temperaturii crește și gradul de sedimentare datorită intensificării cineticii biochimice în metabolism. La temperaturi scăzute, sub 100 C nu se poate desfașura faza de nitrificare în timpul degradării substratului organic deoarece nămolul activ nu se poate realiza.

pH-ul apei – pH-ul propice pentru dezvoltarea microorganismelor este cuprins între valorile 6.5-7.5, însa în apele cu un caracter usor acid, fiind un mediu bun pentru dezvoltarea ciupercilor, iar gradul de sedimentare al nămolului este redus. În cazul în care în ape sunt prezenți acizi organici biodegradabili se observă un progress al proceselor biologice și totodată scade și gradul de aciditate. În cazul apelor uzate cu caracter ușor alcalin nămolul activ floculează bine, dar există și riscul sa-i fie perturbată creșterea.

Potențialul Redox –În diferitele medii de cultură sunt prezente multe sisteme redox, însa este indicat să se măsoare potențialul redox în cazul proceselor de natură aeroba sau microaerobă, cu condiția ca acestea să fie corelate cu activitatea microbiană.

Spumarea – prezența spumei defavorizeaza procesele biochimice, poate indica apariția de infecții, de boli ale microorganismelor. Combaterea fenomenului de spumare trebuie făcută din stadiu incipient, aceasta realizandu-se fie prin creșterea gradului de oxigenare, fie prin adăugarea de agenti antispumanți care sunt substanțe tensioactive și nu are niciun efect asupra metabolismului celular.

Indicele energetic specific – Condiția de bază pentru o bună funcționare a bazinului de aerare este reprezentată de menținerea continuă sub formă de suspensie a flocoanelor de nămol activ. Pentru un randament al epurării sunt necesare flocoane de dimensiuni mari, acestea fiind dependente de gradul de turbulență, dacă intensitatea turbulenței este mare, aproximativ 290 µm, există posibilitatea fragmentării floconului, însa la o turbulență mică apare fenomenul de aglomerare, astfel încat trebuie stabilită o intensitate optimă a turbulenței, aproximativ 60-70µm.

Oxigenul necesar procesului aerob – C.O – kg O2/h – reprezintă fluxul de Oxigen, cantitatea de Oxigen transferat din aer in apă. Oxigenul stă la baza procesului de oxidare biochimică (procesul metabolic de degradare a substantei organice pana la CO2 si H2O).

Capacitatea de Oxidare – reprezintă cantitatea de Oxigen transferată din aer in apă prin intermediul echipamentului de oxigenare care eliberează doar Oxigen și Ozon, acest echipament este amplasat în bazinul de aerare.

Timp de aerare – ta – evidențiaza timpul minim de oxigenare pentru ca întreg procesul să decurga în condiții normale.

Timp de retenție hidraulică – tr – este reprezentat de rapotul dintre debitul de apă uzată și volumul bazinului de aerare.

Incărcarea hidraulică în suspensii – Se poate defini incărcarea hidraulică de suprafață a bazinului de aerare, este o mărime care trebuie să fie utilizată la precizarea vitezei ascensionale în proces necesare menținerii în stare de suspensie a tuturor particulelor care nu s-au depus în treapta fizică și a flocoanelor de nămol activ.

Vârsta nămolului – tn – zile – este echivalent cu timpul de retenție al solidelor TRS, reprezintă timpul mediu în care un flocon de nămol activ rămane în suspensie în zona de oxigenare. Acest parametru permite măsurarea capacității de acțiune a nămolului activ în procesul de degradare a substanței organice (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

Procesul discontinuu de operare cu nămol activ

Mai este cunoscut și sub denumirile de încărcare secvențiala sau lagună hibrida. în acest procedeu este utilizat un singur bazin în care se află apa uzată după procesul de decantare și nămolul activ. Procesul activ are anumite avantaje comparative cu cel continuu:

flexibilitate operatională mai ridicată

nu mai este necesară o stație de repompare a nămolului recirculat ca urmare a eliminării necesarului clarificării efluentului

populația heterogenă din reactorul biologic poate fi expusă la variații mari ale încărcării organice, ceea ce nu permite obținerea de nămol activ în exces. Această metodă este una benefică și economică, ce prezintă un randament ridicat privind degradarea compușilor ce au la baza Carbon și tot odată benefic pentru procesul de denitrificare și eliminarea Fosforului (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

Ciclurile procesului nu sunt foarte numeroase, fiind 4 cicluri pe zi, dar rezultatele aplicării acestora sunt eficiente si eficace, Pasul numărul patru al acestei metode permite contactul materiei organice din apa uzată cu nămolul activ, ce permite adsorbția și eliminarea compușilor degradabili de natura biologică, cele patru cicluri sunt:

admisia apei uzate în bazin ce conține 25% apa și 75% nămol

aerarea și agitarea amestecului polifazic timp de 3 ore

sedimentare timp de 2 ore

evacuarea apei epurate pe o perioadă de o jumătate de ora, în acest timp permite evacuarea apei epurate/efluentului în procent de 25% din volumul bazinului.

Bazinul este de formă diferită față de cel folosit în cazul procesului continuu cu lagună aerată, acesta are formă cilindrică-conicăa iar datorită pereților laterali înclinați permite recircularea flocoanelor, bazinul prezintă un centru mai adanc, acest lucru favorizînd reținerea și recircularea pe verticală a nămolului (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

PROCESUL DE EPURARE BIOLOGICA AEROBA CU PELICULA BIOLOGICA

Procesul de epurare cu film biologic este reprezentat de un film biologic fixat pe un suport fix sau în mișcare, ce conține biomasa necesară epurarii. Filtrul odat pus pe suport intră în contact cu Oxigenul atmosferic și cu apa uzată supusă procesului de epurare. Schematic, biofiltru se poate așeza după decantorul primar, după instalația de epurare cu nămol activ cu o ridicată concentrație de încarcătură astfel încat se poate optimiza degradarea materiei organice,

Spre deosebire de procesul de epurare cu nămol activ în care floconul reprezintă unitatea structurală ce conține toate speciile necesare mineralizării substanțelor organice, în acest proces de epurare speciile de microorganism sunt grupate și organizate în ordinea reacțiilor de degradare a materiei organice, acest lucru făcând microorganismele mai stabile la diferitele șocuri ale procesului de epurare.

O importantă diferențiere între procesul de epurare cu nămol activ și filtru biologic este acela că în cazul procesului cu nămol activ, amestecul polifazic ce conține flocoanele trebuie să fie în permanență agitat pentru a le putea mentine în starea de suspensie.

Avantajele epurării aerobe cu peliculă biologică

activitate biolologică de nivel superior

creșterea randamentului de epurare datorită recirculării nămolului

economie de energie

repopularea rapidă a peliculei după desprinderea filmului

exploatarea este de un grad de dificultate foarte scăzut

Parametrii procesului biologic cu pelicula biologica

Conform Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011 este prezentată următoarea clasificare a parmetrilor׃

Incarcarea organică specifică de suprafață – Ios – kgCBO5/m2*zi – reprezintă raportul dintre încărcarea organică a influentului și suprafața corpurilor de umplutură care este proporțional cu cea a peliculei biologice.

Incărcarea organică specifiă de volum – Iov – kgCBO5/m3*zi – este reprezentat de raportul dintre cantitatea zilnică de materie organică care intră în instalația de epurare cu peliculă biologică și volumul corpurilor de umplutură care sunt montate în filtru și susțin filmul.

Incărcare hidraulică specifică Ih – m3/m2 ora – acest parametru este reprezentat de raportul dintre debitul de apă uzată și suprafața orizontală a filtrului biologic prin care se scurge apa uzată.

Cota de retenție a apei în biofiltru – acest parametru este reprezentat de raportul dintre volumul de lichid prezent în spațiul granular în regim permanent și volumul total al filtrului.

Incărcarea organică specifică a peliculei organice – Isp – kg CBO5/kg s.s.u pelicula si zi – este reprezentat de raportul dintre cantitatea de materie organică care intră zilnic în instalația de epurare cu peliculă biologică și masa de substanță solidă uscată a filmului biologic.

Viteza de degradare a materiei organice – K – mg CBO5 / ora – aceasta este o marime dependent de natura substratului și de condițiile de operare în sistemul peliculă biologică – lichid – aer (Robescu, D., Stroe, F., Presura, A., Robescu, D., 2011).

Tratarea namolurilor

Namolul care rezulta in urma procesului de epurare prezinta un grad ridicat de umiditate, deoarece in timpul procesului nu se realizeaza o buna separare a apei de namol. Exista si anumite modalitati de tratare a namolului rezultat, ingrosarea namolului si deshidratarea namolului (Stoicescu, A., 2011).

1.Ingrosarea namolului

Acest proces reduce capacitatea de deshidratare a namolului. Acest process implica activitati care vor reduce umiditatea fara modificari fizice ale namolului, acesta fiind in continuare fluid, avand la baza concentrarea/ingrosarea namolului prin amestecarea cu namoluri uscate, concentrare mecanica, fermentare si elutrire (spalare) (Stoicescu, A., 2011).

2.Deshidratarea namolurilor

Namolurile carora li s-a aplicat metoda de ingrosare, in special ingrosarea prin fermentatie, inca mai contin mari cantitati de apa, ceea ce ingreuneaza procesul de incarcare si transport. Namolurile care nu sunt transportate, valorificate si tratate final, mai pot fi pompate si depozitate final in halde de steril sau depresiuni.

In mod normal in statia de epurare se realizeaza si deshidratarea namolurilor pentru a usura transportul si manipularea namolului (Stoicescu, A., 2011).

Conform Stoicescu, A., 2011, deshidratarea se poate realiza prin doua procedee:

Deshidratarea prin metode naturale

Aceasta metoda este cea mai utila si cea mai des folosita deoarece nu necesita utilaje multe sau muncitori calificati. Include procesele de evaporare si drenare. Un punct slab sau o limita a acestei metode este legata de spatiul mare necesar amplasarii constructiei. Aceasta metoda este aplicata in special asupra namolurilor care au o utilitate ulterioara in agricultura, deoarece nu se utilizeaza substante chimice ca in cazul deshidratarilor mecanice. Namolul este depozitat in rezervoarele si bazinele de fermentare pentru deshidratare. In rezervoare si bazinele de fermentare gazele se afla sub presiune, iar atunci cand namolul ia contact cu aerul, gazele se ridica la suprafata si odata cu ele si substantele solide care in mod normal au tendinta de a se depune, dar sub influenta gazelor acestea se ridica, permitand ,astfel, separarea celor doua medii, lichidul care este relative limpede ramane in partea inferioara si este drenat. Aceasta metoda de deshidratare se poate realiza si in iazuri de namol sip e platforme de uscare a namolului.

Deshidratarea artificiala

Deshidratarea artificiala prin procedee mecanice statice

Aceasta metoda permite eliminarea apei libere si apei legate din namol. Pentru a indeparta apa libera aflata intre particulele solide ale namolului, acesta este supus unor actiuni mecanice de compresiune sau depresiune. Pentru a indeparta apa legata coloidal si capilar, namolul este tratat cu coagulanti. Dispozitivele care permit realizarea acestor procedee sunt filtrle vacuum, filtrele cu presiune si filtrele cu presa.

Deshidratarea prin metode dinamice

In aceasta metoda nu sunt utilizati coagulanti si nu este nici un consum ridicat de energie. Aceasta metoda din cauza faptului ca nu indeparteaza in procent ridicat substantele fine din namol, mai este necesara o a doua metoda de deshidratare prin centrifugare si filter si site.

Deshidratarea prin metode termice

Aceasta metoda presupune incalzirea namolului la temperature de 3000C, astfel incat rezulta vaporia care sunt introdusi in camera separate si spalati si supraincalziti la temperaturi de 7000C, din aceasta supraincalzire se va elimina mirosul vaporilor.

Deshidratarea prin metode biologice

Aceasta metoda este rar folosita, se realizeaza atunci cand este in amestec cu gunoiul menajer. Se realizeaza in gramezi sau impreuna cu compostarea gunoiului.

Deshidratarea in gramezi- Namolul fermentat si concentrat este deshidratat pe platforma si apoi este depozitat in gramezi unde dezvolta o temperatura de 700C ce permite uscarea lui pana la umiditatea de 10 %. Acestei metode ii sunt puse anumite obstacole legate de mirosul degajat si mustelor, astfel incat este necesara aplicarea unor masuri sanitare foarte stricte.

Compostarea in comun cu gunoiul menajer – Namolul deshidratatin filter vacuum este amestecat cu gunoiul menajer si apoi transportat intr-un tambur biostabilizator in care temperatura ajunge pana la 1200C, aici namolul amestecat cu gunoiul menajer este depozitat o zi si maruntit, apoi este triat si depozitat in gramezi de inaltimi mici. Namolul amestecat cu gunoil de grajd care acum este sub forma de gramezi mici isi continua procesul de fermentare aeroba pentru cateva zile, astfel incat devine un bun ingrasamant agricol ce are o umiditate de aproximativ 70% (Stoicescu, A., 2011).

EPURAREA APELOR CU MICROALGE

Utilizarea microalgelor în sectorul de epurarea a apelor uzate a început în urmă cu 75 ani. În prezent acestea sunt foloite la scară largă atât în țările dezvoltate cum sunt Australia, Statele unite ale Americii, Thailanda, Taiwan și Mexic, cât și în cele aflate în curs de dezvoltare (Abdel-Raouf, N., Al-Homaidan,A.A., Ibraheem, I.B.M., 2012).

Utilizarea microalgelor a devenit esențială datorită diferitelor beneficii pe care acestea le posedă, ele fiind utilizate în industria cosmetică, farmaceutică, dar și în procesul de epurare a apelor uzate. Au fost identificate 60 de genuri și 80 de specii de alge, din care 8 genuri au prezentat un caracter mai tolerant la apele reziduale, acestea sunt:

Chlorella

Euglena

Oscillatoria

Chlamydomonas

Scenedesmus

Nitzaschia

Navicula

Stigeoclonium (Abdel-Raouf, N., Al-Homaidan,A.A., Ibraheem, I.B.M., 2012).

Pentru diminuarea nivelului de eutrofizare se poate implementa tratarea „terțiară” cu ajutorul algelor.

Deoarece cerințele de amenajare a spațiului pentru epurarea cu microalge a apelor uzate sunt destul de ridicate, acest proces necesitând întinderi pe suprafețe mari, se fac eforturi foate mari pentru realizarea acestui lucru, dar un prim impuls este cel legat de eficiența de îndepărtarea a principalilor nutrienți Azot și Fosfor de către microalge pe perioade foarte scurte ( Lavoie și De la Noűe,1985, citat de Abdel-Raouf, N., Al-Homaidan,A.A., Ibraheem, I.B.M., 2012).

Sistemele de epurare cu microalge pot epura și apele care conțin :

deșeuri umane (Shelef și colab.,1980, citat de Abdel-Raouf, N., Al-Homaidan,A.A., Ibraheem, I.B.M., 2012).

Deșeuri animale (Lincoln și Hill,1980, citat de Abdel-Raouf, N., Al-Homaidan,A.A., Ibraheem, I.B.M., 2012).

Deșeuri agro-industriale (Zaid-ISO, 1990, citat de Abdel-Raouf, N., Al-Homaidan,A.A., Ibraheem, I.B.M., 2012).

Costurile totale pentru a realiza un proces complet de epurare care vizează eliminarea amoniacului, azotatului, fosfatului, metalelor grele și unii compuși organici sunt foarte ridicate, dar culturile de microalge pot reprezenta o soluție cu un randament mai ridicat și un cost mai scăzut datorită capacității microalgelor de a utiliza azotul anorganic și fosforul pentru dezvoltarea lor dar și capacitatea lor de elimina unii compuși organici și metalele grele (Richmond, A., 1986; Rai și colab., 1981, citat de Abdel-Raouf, N., Al-Homaidan,A.A., Ibraheem, I.B.M., 2012).

Algele pot fi utilizate în procesele de epurare a apelor uzate pentru diferite scopuri, aceste având eficiență ridicată în îndepărtarea nutrienților azot (N) și fosfor (P), reducerea consumului chimic de oxigen (CCO), reducerea consumului biochimic de oxigen (CBO) dar și pentru îndepărtarea metalelor grele (Abdel-Raouf, N., Al-Homaidan,A.A., Ibraheem, I.B.M., 2012).

Specii de microalge utilizate în epurarea apelor uzate:

Speciile de alge se dezvoltă pe diferite concentrații de ape reziduale, speciile întâlnite în procesul de epurare al apelor uzate sunt speciile Cianofite și Clorofite (Natalia Donțu,2013)

Chlorella sp. – această categorie de clorofite cuprinde mai multe specii, dar cea mai importantă și cea mai frecventă este Chlorella vugaris – specie de alge cel mai des utilizată, deoarece oferă cel mai mare randament în epurare, aceasta specie este foarte des utilizată și în alte domenii. Speciile genului Chlorella sunt utilizate în special pentru epurarea apelor uzate municipale, orășenești și industriale (Yecong Li,, Yi-Feng Chen, Paul Chen, Min Min, Wenguang Zhou, Blanca Martinez, Jun Zhu, Roger Ruan, 2011).

Figura I.3 – Chlorella vulgaris (http://tpe-mars.olympe.in)

Din categoria microalgelor, s-a observat prezența cu frecvență ridicată a speciilor genului Chlorella. În figura I.4 este prezentată o imagine obținută prin microscopie optică a sistemului microalge-bacterii (100x).

Figura I.4 – Specii ale genului Chlorella

Scendesmus sp., Phormidium sp., Botryococcus sp., Chlamydomonas sp., – aceste genuri de cianofite reprezintă game largi de microalge utilizate și în epurarea apelor uzate municipale.

Figura I.5 – Phormidium foveolarum (http://ccala.butbn.cas.cz)

Anabaena sp., Anabaenopsis sp., Aphanizomenon sp., Nadularia sp, Oscilatoria sp., Spirulina sp., Phormidium sp., Nostoc sp., Nostochpsis sp., și Scytonema sp. – aceste genuri de microalge care aparțin grupului de cianofite, sunt des utlizate și pentru epurarea apelor agro-industriale dar și ca produse farmaceutice și alimentare (Spirulina sp.) (Giorgos Markou, Dimitris Georgakakis, 2011).

Figura I.6 – Specie a genului Spirulina (http://cfb.unh.edu).

„Speciile de alge se dezvoltă pe diferite concentrații de ape reziduale. De exemplu, speciile cianofite din genurile Phormidium, Oscillatoria, Synechocystis, Nostoc, Spirulina se dezvoltă în mediile cu adaos de ape reziduale cu concentrațiile de la 5 până la 25%. Clorofitele sunt mai tolerante la ape reziduale, spre deosebire de cianofite. Unele specii din genurile Chlorella, Scenedesmus, Dunaliella, Kirchneriella etc. preferă mediile cu adaos de ape reziduale de la 1 până la 40%. Algele macrofite, conform datelor de ultimă oră din literatură, se dezvoltă foarte bine în mediile cu adaos de 10% și 25% ape reziduale, iar limita de toleranță față de adaos de ape reziduale este de 50%. Odată cu creșterea concentrației de ape reziduale este inhibată dezvoltarea algelor și se reduce la minimum capacitatea de asimilare a azotului și fosforului din apă [10]. Scopul cercetărilor noastre a fost de a stabili concentrațiile de ape reziduale optime pentru dezvoltarea speciilor Chlorella vulgaris, Synechocystis salina, Phormidium foveolarum și Tribonema viride și de a stabili cantitatea maximală de biomasa acumulată de fiecare specie în parte” (Natalia Donțu,2013).

ROLUL DUBLU AL MICROALGELOR

Odată cu trecerea timpului Sistemele Socio – Economice s-au dezvoltat considerabil, având la bază resursele Capitalului Natural.

Multe resurse naturale cum sunt petrolul, gazele naturale și cărbunele au capacitatea de regenerare destul de lentă, ceea ce dezechilibrează total balanța dintre producție și consum, astfel încât se poate spune despre anumite resurse că sunt în pericolul de epuizare.

Această problemă globală necesită soluții alternative viabile și reale, o cale de un interes major este cea de bioconversie a energiei solare conservată în masa oganismelor fotosintetice.

Organisme fotosintetice sunt algele, care prezintă un rol foarte important deoarece au capacitatea de a acumula în procesul de fotosinteză de zeci de ori mai multă energie solară decât plantele fotosintetice superioare (Victor Șalaru, Vasile Șalaru, Maria Ichim, Ion Toderaș, Ștefan Manea,2007).

În categoria algelor vorbim atât despre macroalge cât și despre microalge, care în unele țări cum ar fi SUA, Japonia, Olanda, acestea sunt cultivate și se dezvoltă în iazuile biologice ale sistemelor de epurare. Cantitatea de alge poate ajunge până la 50 tone/ ha-masă uscată, rezultatul metanizării acestei cantități de alge se poate obține până la 70-80 mii kw/tonă (Victor Șalaru, Vasile Șalaru, Maria Ichim, Ion Toderaș, Ștefan Manea,2007).

Microalgele prezintă în prezent o atenție la nivel global, deoarece pentru a susține activitățiile antropice este nevoie de o mare cantitate de energie, iar estimările au arătat că biomasa algală poate oferi aproximativ 25% din necesarul de energie la nivel mondial. Tot microalgele reprezintă o sursă importată pentru produsele chimice, farmaceutice și aditivi alimentari, dar microalgele pot fi utilizate pentru producerea de biocombustibil (I. Rawat, R. Ranjith Kumar, T. Mutanda, F. Bux, 2011).

Sursele alternative de biocombustibil sunt limitate, unele dintre culturile care pot genera biocombustibil au întâmpinat anumite probleme și au generat probleme de secuitate alimentară, culturile acestea sunt:

Trestia de zahăr

Soia

Semințele de rapiță

Porumb

Ulei de măsline (I. Rawat, R. Ranjith Kumar, T. Mutanda, F. Bux, 2011).

Avantajele utilizării microalgelor ca sursă de biocombustibil sunt:

Rată ridicată de creștere

Cerințe minime de teren

Conținut lipidic ridicat

Mediu de dezvoltare – apele uzate (I. Rawat, R. Ranjith Kumar, T. Mutanda, F. Bux, 2011).

Dezavantajul utilzării microalgelor ca sursă de biocombustibil este acela că microalgele sunt în general unicelulare , acestea se află în suspensie și este dificil de recoltat, dar există o gamă de metode de recoltare cum este prin centrifugare, floculare, microfiltrare . Un alt dezavantaj este legat de extracția lipidelor, care este un proces complex, dar este în curs de dezvoltare. În prezent există două sisteme comerciale de cultivare a microalgelor:

Iazuri pistă deschise și închise

Fotobioreactoare închise

Celulele microalgelor sunt foarte mici, de la câțiva micrometrii pâna la ordinul zecilor de micrometrii, acest lucru defavorizează procesul de recoltare, mai ales ținând cont de faptul că mediul lor este reprezentat de cantități uriașe de apă (Mata, T.M., Martins, A.A.,2012).

Recoltarea biomasei microalge poate contribui cu 20-30% la costul total al producerii acesteia (Grima și colab., 2003 citat de Mata, T.M., Martins, A.A.,2012).

Procesul de recoltare cuprinde două procese, cel de recoltare vrac și îngroșare.

Recoltarea vrac – este un proces util, acesta are ca scop recoltarea separată a biomasei, se realizează prin floculație și flotație.

Îngroșarea – acesta este procesul următor recoltării vrac, iar recoltarea se poate face prin centrifugare sau filtrare (Mata, T.M., Martins, A.A.,2012).

Pentru recoltarea algelor din suspensii diluate, fără adaos de flotanți, Levin și colab. în anul 1962 a dezvoltat o eficiență a spumei flotanților, o modalitate pilot care este reprezentată de recoltarea masei de apă într-o coloană lungă care conține soluția de alimentare, iar ea este aerată mai de jos, iar o coloană de spumă stabilă se produce și se recoltează dintr-un braț lateral în partea de sus a coloanei (Mata, T.M., Martins, A.A.,2012).

După procesul de recoltare urmează procesul de deshidratare, însă după aceste două procese, în masa algală se mai gasește o cantitate de 80%-85% apă, astfel încât mai este necesar un poroces de deshidratare suplimentar pentru a reduce semnificativ cantitatea de apă și pentru a rămâne 99% substanță solidă. Metodele de uscare sunt complexe, se poate prin pulverizare de aer, uscare prin congelare, uscare în pat, uscare pe rafturi. Uscarea la soare prezintă dezavantaje deoarece este necesară o suprafață mare (Mata, T.M., Martins, A.A.,2012).

Un alt proces este reprezentat de distrugerea celulară, etapă necesară pentru perturbarea membranei celulare a celulei, fapt ce ajută la extracția agentului de interes. Acest lucru se poate realiza prin procese fizice cum sunt omogenizarea celulelor, producerea de vibrații prin ultrasunete dar și prin procese non-fizice prin șoc osmotic prin congelare. Extracția substanțelor bioactive se poate realiza prin ultrasunete, microunde, măcinarea, ceea ce nu influențează cantitatea de lipide prezentă în celula microalgelor (Mata, T.M., Martins, A.A.,2012).

Acest întreg proces al microalgelor ca sursă de biocombustibil este unul complex și costisitor, dar el trebuie îmbunătățit deoarece ne confruntăm cu o criză a resurselor naturale și comparativ cu alte alternative de biocombustibli, microalgele au mai multe avantaje.

CAPITOLUL II

Calitatea apei supusă epurării cu microalge

Epurarea apei propriu zisa s-a realizat in bioreactor cu volum de 2 L, unde au fost introduse micoalge sub formă de filament. Bioreactorul este luminat de o lampă fotosintetică cu intensitate de 250 µmol/m2 /s, care permite dezvoltarea microalgelor și bacterilor. În bioreactor temperatura exprimată în grade Celsius și pH-ul sunt parametrii pe care îi putem controla, pe care îi putem completa, astfel, dacă dorim un mediu mai acid adaugăm acid, daca dorim un mediu mai slab acid, adăugăm bază. Rezultatele epurării propriu zisă se obțin sub formă de grafic.

Figura I.3 – Epurarea propriu zisă în bioreactor

În bioreactor se agaugă influentul care este un compus obținut din industria laptelui, acesta este filtrat prin vată de sticlă, deoarece în compoziția sa are materii în suspensie și dorim o separare a acestora. Influentul filtrat conține cantitatatea necesară de ioni amoniu dar o cantitate prea mare de materie organică, astfel încât este diluat de 10 ori, pentru a obține cantitatea normală de materii organice, dar cantitatea de Azot după diluare este mult mai mică, ceea ce necesită adăugarea de Clorură de Amoniu – NH4Cl – pentru a ajunge la concetrația dorită.

Figura I.4 – Filtrarea influentului prin vată de sticlă

Parametrii monitorizați la nivelul apei supusă epurării cu microalge

Determinarea Consumului chimic de Oxigen cu dicromat de potasiu – CCOCr

Ioni Amoniu

Azotit – N-NO2-

Azotat – N-NO3-

Fosfat – PO4-

Clorofila A

Concentrația biomasei

Determinarea Consumului chimic de Oxigen prin metoda cu Dicromat de potasiu– CCOCr

CCO al apei, determinat prin metoda cu dicromat de potasiu, reprezintă cantitatea de oxigen consumată prin oxidarea chimică totală a compușilor organici la produși anorganici. Un număr foarte mare de compuși organici sunt oxidați în proporție de 90%-100%.

Pentru analiza acestui parametru sunt necesare 3 probe

Proba propriu zisă

Proba martor

Proba pentru verificarea reactivilor – c

Figura I.5 – Proba de apă uzată

Tabel I.3 – Mod de lucru – CCOCr

Figura I.6 – Plită cu racordare la refrigerenți

Figura I.7 – Probe înainte de titrare

Figura I.7 – Probe după titrare

Mod de calcul

CCOCr =

În care

C – concentrația cantității de substanță a soluției de sulfat de fier (II) și amoniu, exprimată în mol la litru

V0 – volumul probei luat în lucru, înainte de diluție dacă este cazul, exprimat în mililitri

V1 – volumul soluției de sulfat de fier (II) și amoniu, folosit pentru titrarea probei martor, exprimat în mililtri

V2 – volumul soluției de sulfat de fier (II) și amoniu, folosit pentru titrarea probei de analizat, exprimat în mililitri.

8000 – constanta, reprezintă masa molară a ½ O2, exprimată în milgrame pe litru.

(SR ISO 6060, )

Determinarea prin cromatografie ionică a ionilor dizolvați de Li+, Na+, NH4+, K+, Mn2+, Ca2+, Mg2+, Sr2+ și Ba2+

Această metodă este de determinare a cationilor Li+, Na+, NH4+, K+, Mn2+, Ca2+, Mg2+, Sr2+ și Ba2+ dizolvați în apă.

Principiul metodei

Separarea prin cromatografie în fază lichidă a ionilor Li+, Na+, NH4+, K+, Mn2+, Ca2+, Mg2+, Sr2+ și Ba2+ cu ajutorul unei coloane de separare. Este utilizat ca fază staționară un schimbător de cationi cu capacitate scăzută și în general ca fază mobilă soluții apoase ale acizilor mono și di- bazici.

Acești cationi sunt detectați prin conductometrie (CD). Este foarte important ca eluanții să aibă o conductivitate suficient de redusă, tocmai de aceea, detector conductometrici sunt adeseori asociați cu un dispozitiv post-coloană(precum un schimbător de anioni), ceea ce reduce conductivitatea eluantului și transformă cationii separați în baza lor corespondentă.

Concentrația fiecărui cation se determină prin etalonarea modului de lucru complet. Cazurile particulre pot necesita o etalonare cu ajuorul metodei adaosurile etalon (SR EN ISO 14911, 2006).

Reactivi

Clorhidrat al acidului DL-2,3-diamino propionic (DAP), C3H8N2O2HCl.

Acid clorhidric HCl

Acid metansulfonic CH4O3S

Acid piridin -2-6-dicarboxilic (PDA) C7H5NO4

Acid tartric C4H6O6

Acid azotic HNO3

Azotat de Litiu LiNO3

Azotat de Sodiu NaNO3

Cloură de Amoniu NH4Cl

Azotat de Potasiu KNO3

Azotat de mangan tetrahidrat Mn(NO3)2*4H2O

Azotat de calciu tetrahidrat Ca(NO3)2*4H2O

Azotat de magneziu tetrahidrat Mg(NO3)2*4H2O

Azotat de stronțiu Sr(NO3)2

Azotat de bariu Ba(NO3)2

Eluanți – acid clorhidric, acid metansulfonic, acid tartric, acid azotic.

Figura I.8 – Aparatură pentru cromatografie ionică (SR EN ISO 14911, 2006)

Mod de calcul

Concentrația masică (ρi) a cationilor din soluție este exprimată în miligrame e litru, aceasta este exprimată în funcție de suprafața sau înălțimea picului.

Calculul cu ajutorul funcției de etalonare de ordinul întâi

ρi =

ρi – concentrația masică a ionului i, exprimat în miligrame pe litru

a0,i – ordonata la origine a fucției de etalonare, exprimată în milimetri sau microvolți secundă

bi – panta funcției de etalonare, exprimată în mm*l/mg

Yi – valoare măsurată (mărimea semnalului) ca înălțime sau suprafață a picului, exprimată în milimetri sau microvolți secundă.

Calculul cu ajutorul funcției de etalonare de ordinul doi

Exprimarea rezultatelor

Rezultatele trebuie raportate cu maxim două cifre semnificative, exemplu Sodiu (Na) – 120 mg/l

Determinarea spectrofotometrică a conținutului de clorofilă a

Clorofila a este pigmentul fotosintetic esențial al algelor verzi, Cantitatea de clorofilă a al apelor de suprafață reprezintă un indicator al stării lor trofice. Cei mai importanți metaboliți ai cloofilei sunt feofitina și feoforbida, iar reportul clorofila a/ feopigmenți este un indicator al stării fiziologice a algelor.

Pricipiul metodei

Filtrarea unei probe de apă pe o membrană pentru a izola și a concentra planctonul vegetal și alte materii în suspensie.

Reactivi

Acid clorhidric – HCl – 3 mol/l

Etanol – C6H5OH soluție apoasă 90%

Aparatură

Spectrometru – permite măsurarea absorbanței în domeniul vizibil până la 750 nm

Dispozitiv de filtrare sub vid

Filtre de fibră de sticlă – filtrarea probelor de apă, care rețin peste 99% din particulele cu diametru mai mare de 1 mm

Filtre pentru filtrarea extractelor

Centrifugă

Baie de apă

Tuburi de extracție (SR ISO 1996)

Mod de lucru

Se extrage din mediu (bioreactor) volumul dorit într-un cilindru, apoi filtrăm la pompa vid cu filtru de 1,6 µm și diametru de 47mm. Filtrul care conține particule masei filtrate este pus într-o sticlă cu dop etanș și se adaugă un anumit volum de alcool etilic încălzit în prealabil la 75șC în baie de apă.

După 24 de ore, timp în care sticluța a stat la întuneric, se scoate tot volumul din sticluță și se filtrază prin filtru de hârtie cu bandă albastră nr. 390 cu diametru de 12,5 mm. Citim la spectrofotometru la 665nm și 750 nm cu o cuvă de referință care conține solventul utilizat.

După citirea la spectrofotometru, proba se repune în sticluță și pentru acidifiere se adaugă HCl, iar în următoarele 5-30 minute se face încă o citire la spectrofotometru la 650nm și 750 nm.

Figura I.9 – Extracția clorofilei a

Exprimarea rezultatelor

Concentrația ρc a clorofilei a, exprimată în micrograme pe litru se calculează cu următoaeea ecuație

ρc =

A = A665-A750 – Absorbanța extractului înainte de acidifiere

Aa = A665-A750 – Absorbanța extractului după acidifiere

Ve = volumul de extracție, exprimată în mililitri

Vs = Volumul probei de apă filtrată, exprimată în litri

Kc = 82 l/µg*cm – valoarea coeficientului specific de absorbție spectrală a clorofilei a

R = 1,7 – raportul A/Aa pentru o soluție de clorofilă a pură transformată prin acidifiere

R= 1,0 – raportul A/Aa pentru o sluție de clorofilă a care prezintă produși de degradare a clorofilei a

d – drumul optic al cuvei, exprimat în centimetri

103 = factorul dimensional ce se aplică lui Ve.

=

Concentrația ρp a feopigmenților , exprimată în micrograme pe litru se calculează cu următoaeea ecuație

ρp = ρc

pentru R=1,7 concentrația de clorofilă a a unei probe de apă se poate calcula și prin ecuația

ρc =

iar concentrația feopigmenților cu ecuația

ρp =

Determinarea concentrației biomasei

Mod de lucru

Se ia în calcul un volum de probă, se filtrază la pompa de vid cu filtru de 1,6µm dimensiunea porilor și diametru de 47 mm, filtrul se spală cu 150 ml apă distilată., apoi se pune într-o fiolă preîncălzită. Fiola este încălzită la etuvă la o temperatură de 105 șC, se așteaptă până se ajunge la o temperatură constantă. Se lasă în exicator.

Filtrul este folosit pentru a trece proba prin el, apoi filtrul cu biomasa este pus într-o fiolă la 90șC timp de 24 de ore. După cele 24 de ore, se cântărește, se lasă la răcit timp de 30 minute în exicator. Calculăm diferența dintre greutatea finală și greutatea inițială pentru a afla greutatea biomasei.

Pentru a afla concentrația biomasei avem

Volum ințial………………..greutatea biomasei

1000 ml ……………………x

X = concentrația biomasei expimată în gram subsanță uscată/l