INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE ȘI ECOLOGICE [631845]

1
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
FACULTATEA DE INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE
INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE ȘI ECOLOGICE

SISTEME TEHNOLOGICE DE
EPURARE A APELOR UZATE CE
CONȚIN FENOL

Coordonator științific: Cristina Covaliu
Student: [anonimizat]
2019

2
Cuprins

Introducere …………………………………………………………………………………… Error! Bookmark not defined.
Capitolul 1. Studiul documentar privind epurarea apelor uzate menajere … Error! Bookmark not defined.
1.1 Interdependențe în mediul înconjurător ……………………………………. Error! Bookmark not defined.
1.2 Calitățile și proprietățile apelor naturale ……………………………………. Error! Bookmark not defined.
1.3 Sursele de apă ………………………………………………………………………. Error! Bookmark not defined.
Caracteristicile apelor uzate urbane ……………………………………………….. Error! Bookmark not defined.
1.4 Poluarea apelor …………………………………………………………………….. Error! Bookmark not defined.
1.5 Epurarea ș i autoepurarea apelor uzate ……………………………………… Error! Bookmark not defined.
1.5.2 Procedeul de coagulare-floculare …………………………………………… Error! Bookmark not defined.
1.5.3 Epurarea biologică ……………………………………………………………… Error! Bookmark not defined.
1.5.4 Instalații specifice epurării biologice cu nămol active ………………… Error! Bookmark not defined.
Capitolul 2. Defelonarea apelor uzate prin cataliză enzimatică ……………….. Error! Bookmark not defined.
2.1 Definirea fenolului …………………………………………………………………. Error! Bookmark not defined.
2.1.1 Propriet ăți al e fenolului ………………………………………………………. . Error! Bookmark not defined.
2.1.2 Utilizarea fenolului ………………………………………………………………. Error! Bookmark not defined.
2.1.3 Obținerea fenolului ……………………………………………………………… Error! Bookmark not defined.
2.1.4 Impactul fenolului asupra organismelor vii ……………………………… Error! Bookmark not defined.
2.1.5 Impactul fenolului asupra omului …………………………………………… Error! Bookmark not defined.
2.2 Metoda experimentală de determinare a conținutului de fenol …….. Error! Bookmark not defined.
2.3 Determinarea experimentală a timpului de eliminare a fenolului din apele rezidu ale cu ajutorul
nămolului ………………………………………………………………………………….. Error! Bookmark not defined.
Capitolul 3. Procedee de eliminare a fenolului din apele uzate ………………. Error! Bookmark not defined.
3.1 Biodegradabilitatea substan țelor organice …………………………………. Error! Bookmark not defined.
3.2 Microorganisme active în biodegradarea fenolului ………………………. Error! Bookmark not defined.
3.3 Procedee de epurare bilogică …………………………………………………… Error! Bookmark not defined.
3.3.1 Epurarea biologică în bazine de aerare cu nămol activ ………………. Error! Bookmark not defined.
3.3.2 Considerații asupra nămoluli activ ………………………………………….. Error! Bookmark not defined.
3.3.3 Procese de tratare a nămolul ………………………………………………… Error! Bookmark not defined.
Capitolul 4. Proiectarea tehnologică a instalației de eliminare a fenolului din apele reziduale ……….. Error!
Bookmark not defined.

3
Capitolul 5. Calculul economic ………………………………………………………….. Error! Bookmark not define d.
Concluzii ……………………………………………………………………………………….. Error! Bookmark not defined.
ANEXE ………………………………………………………………………………………….. Error! Bookmark not defined.
Bibliografie ………………………………………………………………………………………………………………………….. 64

4

Introducere

Fenomenul de poluare a însoțit specia umană încă de la a pariție, dar modificările în sens negativ
a componentelor mediului sau făcut simțite în ultimele decenii. Dezvoltarea industriei, apariția
aglomerărilor urbane, au ca rezultat cantități din ce în ce mai mari de reziduuri a căror reciclare
sau depozitare sunt greu de realizat din punct de vedere tehnic sau impun costuri foarte mari.
Cantitățile mari de reziduuri acumulate în apă, aer și sol, au depășit cu mult puterea naturală de
transformare și integrare în factorii de mediu. De asemenea, în ultimii ani au apărut rez iduuri
foarte toxice care nu pot fi reciclate. Toate acestea au dus la mari dezechilibre prin modificările
apărute în cadrul unor specii și chiar la dispariția aces tora.
Considerând că legătura între creșterea populației și polua re este directă, se poate presupune că
în viitor, dacă nu se iau măsuri corespunzătoare în domeniul protecției mediului, viața va deveni
imposibilă la nivelul planetei noastre.
Principala preocupare a omenirii și a guvernelor din lumea î ntreagă, în prezent și viitor, va
trebui să fie reprezentată de evitarea sau limitarea poluă rii apei ca primă acțiune de menținere a
actualelor resurse naturale.
Calitatea apelor este o prioritate a zilelor noastre, principala măsură pract ică de protecția calității
apelor de suprafață este epurarea apelor uzate. Epurarea apelor uzate are ca rezultat obținerea
unor ape curate, cu diferite grade de epurare în funcție de teh nologiile și e chipamentele folosite.
Proiectul de diplomă denumit “ Sisteme tehnologice de epurare a apelor reziduale ce conțin
fenol are ca obiectiv studierea metodelor de îndepărtare a fenolului din apele reziduale din stația
de epurare Petrobrazi. Aceste ape pot con ține o cantitate de fenol de până la 2% masă, chiar pot
depăși această valoare, iar legislația în vigoare afirm ă că, la deversare, apa trebuie să prezinte un
conținut de maxim 0,5 ppm masic.
În acest proiect este prezentată eliminarea fenolului prin procedee cuplate de extracție și cataliza
enzimatică.
Această lucrare reprezintă un studiu al cererii eliminării fenolului din apele uzate prin metode de
actualitate.

5

Capitolul 1. Studiul documentar privind epurarea apelor uzate me najere

Interdepend ențe în mediul înconjurător. Calitățile și proprietățile apelor natura le. Sursele de
apă. Caracteristicile apelor uzate urbane. Poluarea apelor. Epura rea și autoepurarea
apelor uzate.

1.1 Interdependențe în mediul înconjurător

Conform legislației în vigoare, factorii naturali ai mediului nec esari supuși protejării sunt:
 Apa
 Aerul
 Solul și subsolul
 Pădurile
 Fauna terestră și acvatică
 Rezervațiile și monumentele naturii

Fiecare factor de mediu dezvoltă o floră și o faună spe cifică care necesită un ambient cât mai
sănătos. Cunoașterea fiecărei stări de viață al fiecărui factor de mediu duce la o ocrotire eficientă
a mediului, de aceea este necesară cunoașterea surselo r de poluare și a poluanților.

Factorii perturbatori ai mediului sun t următorii:
 Creșterea demografică;
 Dezvoltarea agriculturii și a industriei;
 Exploatarea necontrolată a zăcămintelor de cărbuni, ț iței. ( vezi figura 1.1 )

6

Figura 1.1 Interdependența surselor de poluare din industria petrochi mică cu factorii de mediu și
de sănătate [1]

1.2 Calitățile și proprietățile apelor naturale

Apa este un lichid incolor, insipid și inodor, una dintre cele mai r ăspândite substanțe în natură,
prezentă pe aproximativ 4/5 din suprafața Pământului, găsindu -se în toate stările de agregare.
Apa provine din combinarea izotopilor O, O, O cu H, H, având ur mătoarea compoziție
masică H:O de 1:8, respectiv 11,1%H2 și 88,9% O2.
În practică se observă mai mulți indicatori de calitate ai apei, în jur de 200 de indicatori, ce pot fi
grupați în 12 clase, astfel:
1. Regimul oxigenului
2. Indicatori de agresivitate ai apei
3. Indicatori de salinitate
4. Prezența nutrienților
5. Poluanți anorganici generali

7
6. Poluanți organici generali
7. Micro poluanți – metale grele
8. Micro poluanți – pesticide
9. Radioactivitate
10. Microbiologie
11. Biologie
12. Debite
Valorile admise pentru indicatorii de bază sunt prevăzuți în Normativele Tehnice pentru
Protecția Apelor ( NTPA ), aceasta fiind sintetizată în două acte normative[2]:
 NTPA 001/2005, pentru descărcări în apele de suprafață
 NTPA 002/2005, pentru descărcări în canalizările orășenești
Tabelul 1.1 sintetizează limitele admise de cele două act e normative pentru principalii indicatori
de poluare[2]:

Tabel 1.1 Limitele admise e NTPA 001/2005 și NTPA 002/2005 pentru pricipalii indicatori
de poluare [2] :

Indicatorul de calitate U.M. NTPA
001/2005 NTPA
002/2005
pH – 6,5-8,5 6,5-8,5
Materii în suspensie Mg/dm3 35 350
Consum biochimic de oxigen la 5 zile ( CBO 5 ) Mg/dm3 20 300
Consum chimic de oxigen – metoda cu biocromat de potasiu(
CCO -C r ) Mg/dm3 70 500
Azot amoniacal ( NH 4+ ) Mg/dm3 2,0 30
Azot total Mg/dm3 10,0
Fosfor total ( P ) Mg/dm3 1,0 5,0
Sulfuri și hydrogen sulfurat Mg/dm3 0,5 1,0
Sulfați ( SO 42- ) Mg/dm3 600 600
Substanțe extractabile cu solvenți organici Mg/dm3 20 30
Produse petroliere Mg/dm3 5,0 –
Detergenți sintetici biodegradabili Mg/dm3 0,5 25
Pentru apa potabilă se impun anumite condiții de calitate, acestea fiind prezentate în tabelul 1.2
extras din STAS 1342-91[2](1):

8
Tabel 1.2 Condiții de calitate pentru apa potabilă ( mg/dm3 ) conform STAS 1342-91 [15]

Indicatori Valori admise Valori admise excepțional
1. Indicatori organoleptici-
miros, grade max,
gust, grade max
2
2
2
2
2. Indicatori fizici
Ph
Culoare, grade max,
Turbiditate, grade
5,5-7,4
15
5
Max. 8,5
30
10
3. Indicatori chimici generali
AL
Amoniu
lor total
Detergenți sintetici anionici
Duritate tptală, grade germane
ier max.
Oxigen dizolvat
CCO -Mn(O 2) ( cu permanganat )
CCO -Cr(O 2) ( cu bicromat )

0,05
0
0,55
0,2
20
0,1
6
2,5

3
0,2
0,5

0,5
30
0,5
6
3,0

5
4. Indicatori chimici toxici
Arsen
Azotați
Cadmiu
Cianuri libere
Mercur
Pesticide
Plumb

0,05
45
0,005
0,01
0,001
0,5
0,005
–
–
–
–
–
–

Structura apei
În molecula de apă, nucleele celor doi atomi de hidrogen formează cu nucleul atomului de
oxigen un unghi de 104s54´.Aceasta structura se poate explica, admitand hibridizarea sp³ a
atomului de oxigen. Din cei 4 orbitali hibrizi sp³ echivalen ți a atomului, doi formează legături σ
cu atomii de hidrogen (dH- O=0,099 nm), iar ceilalți doi formează sunt ocupați fiecare cu câte o
pereche de electroni neparticipanți. [3]
Unghiul HOH este mai mic decat 109s28´ datorită influenței exercit ate de perechile
neparticipante. Acestea contribuie și la polaritatea m oleculei(μ=1,85D), reprezentând polul
negativ, în timp ce atomii de hidrogen foarte slab ecranaț i reprezintă polul pozitiv. Polaritatea
mare a molecule de apă este determinată în principal de valo area momentului electric al legăturii

9
O-H, datorită diferenței mari de electronegativitate a celor două elemente(X0=3,5; XH=2,1; X0 –
XH=1,4), ca urmare electronii de legătură sunt deplasați spre nucleul oxigenului.[3]
Pentru ecranarea sarcinilor,protonii atrag perechile de elect roni neparticipanti de la atomii de
oxigen ai moleculelor de apă vecine, realizand astfel legături de hi drogen, nesimetrice bicentrice
care în stare excitată pot permite transferul protonului de la o moleculă de apă la alta cu formare
de ioni H O și HO‾.[3]
Având molecula puternic polară, apa este un bun solvent, ca pabil sa funcționeze ca donor de
electroni.În stare lichidă și de gheață, moleculele de a pă sunt asociate prin legături de hidrogen, a
căror existență face ca apa sa prezinte unele proprietăți anormale în raport cu masa moleculară.
Astfel, densitatea apei în loc să scadă continuu cu temperatur a, așa cum se întâmplă la
majoritatea lichidelor, are valoarea maximă la 277 K, =1,000kg dm ³ deoarece la aceasta
temperatură numarul legăturilor de hidrogen este maxim. La 273K , apa se solidifică și volumul
crește cu 9%, iar la 373 K apa trece în stare de vapori, mă rindu -și volumul de aproximativ 1700
ori. Intervalul de temperatura anormal de mare, în car e apa se află în stare lichidă (273 -373K)
este datorat tot legăturilor de hidrogen. Valoarea mare a călduri i specifice (4,18 kJ kg ) face ca
temperatura apelor să se schimbe mai lent decât a solului. De asemenea, căldura latentă de
vaporizare este anormal de mare 43,8 kJ kg mol. Apa ionizeaz a foarte puțin α=1/560 10 ) și din
aceasta cauză are o conductibilitate electrici foarte mica , K =1,04 10 ¹la 298 K.[3]

1.3 Sursele de apă

Sursele de apă din natură
Pentru consumul uman, vegetal, gospodăresc, animal sau indu strial poate fi utilizată apa sustrasă
din orice origine, după ce, în prealabil, a fost supusă unor tr atamente specifice, în funcție de
destinația acesteia. Sursele naturale de apă sunt următoare le[4]:
 Apa subterană
 Apă de suprafață
 Apa meteorică
Sursele subterane
Rezervele de apă subterană s -au format din apa meteorică ce s -a infiltrat prin straturile
permeabile de sol, până când a fost oprită de un strat imperm eabil. [4]
În funție de adâncime la care apa s -a acumulat, sursele subterane pot fi surse de adâncime sa u
surse freatice.
Sursele de apă de adâncime și -au menținut nivelul constant de -a lungul timpului și prezintă
următoarele caracteristici:
 Debitul apei este constant
 Temperatura constantă
 Proprietăți fizice și chimice aproape constante
 Poluanții pătrund cu greutate în aceste surse de apă datorită str atificării solului
 Conținut de oxigen dizolvat relative scăzut
 Apele sunt puternic mineralizate ( conțin o cantitate mai ma re de Fe, Mn, Ca, Mg, sulfați,
nitrați, etc.)

10
 Datorită presiunii acestora, este facilitate procesul de fora j.
Pentru consumul din industria alimentară se recomandă utiliz area acestor surse de apă de
adâncime.
Sursele de apă freatice sunt întâlnite la diferite adâncim i (1-29m), în funcție de adâncimea
primului strat impermeabil. Aceste ape sunt rezultatul acumu lării precipitațiilor din regiunea
respective, dar și cel al infiltrațiilor ce pot avea loc î n proximitatea râurilor, fluviilor, lacurilor,
etc.
Aceste surse de apă pot fi impurificate în următoarele cazur i:
 Apa provenită din precipitații este de natură acidă
 Apa din precipitații provine de la nivelul solului, de unde est e îmbogățită cu materii
organice, microorganisme și chiar materii chimice
 Poluanții proveniți din apele industriale sau gospodărești aj ung în pânza freatică
 Apa freatică se găsește la o adâncime mică
 Straturile de sol nu rețin poluanții
Sursele de suprafață

Acestea sunt împărțite în două mari categorii, și anume:
A. După natura provenienței acumulării de apă
 Surse naturale- ape curgătoare, ape stătătoare,ape stagnante
 Surse artificiale- acumulări artificiale de apă, canale artificiale
B. După durata de existență
 Surse permanente –
 Surse nepermanente
 Surse accidentale ( șiroaie, viituri )
Apele curgătoare sunt reprezentate de fluvii, pâraie, torenți, râuri, viituri, șiroaie și prezint ă
următoarele caracteristici
 Debit variabil, acesta depinzând de cantitatea de precipitaț ii căzute, de temperatura din
regiunea respectivă și de anotimp
 Diferite proprietăți organoleptice care depind de sursele de poluare, dar și de natura
terenului străbătu t
 Proprietăți fizice, chimice și biologice variabile datori tă debitului, precipitațiilor, al
surselor de poluare și a climei regiunilor respective
Apele curgătoare au în compoziția acestora următoarele com ponente: oxigen, bioxid de carbon,
azot, hidrogen s ulfurat, metan, dar și alte mari cantități de substanțe o rganice și microorganisme
și, implicit, mari posibilități de impurificare datorită te renului străbătut și a deversărilor apelor
reziduale.
Apele curgătoare constituie o sursă de alimentare cu apă pentru consum doar dacă sunt tratate în
prealabil conform fiecărei situații.

11
Apele stătătoare reprezintă o sursă importantă de apă pent ru consum. Acestea sunt formate în
urma acumulărilor de apă în depresiuni naturale, formând măr i, lacuri și oceane.
Apel e mărilor și a oceanelor constituie cea mare cantit ate de apă de pe glob, dar prezintă anumite
caracteristici și nu pot fi utilizate în formă brută. Apa provenită din această sursă poate fi
utilizată după o anumită prelucrare care presupune costuri dest ul de ridicate.
Apa lacurilor naturale rămâne cea mai accesibilă sursă de apă , având următoarele particularități
 Variații mici de temperatură
 Cantități mici de suspensii
 Turbiditate mică
 Cantități reduse de microorganisme și substanțe organice
Acumulările de apă artificiale sunt constituite de lacurile de acumula re formate în urma blocării
controlate a cursului unor ape curgătoare. Aceste surse de apă prezintă avantaje din punct de
vedere al debitului, acesta fiind unul mare și constant, p ot fi utilizate pent ru producerea energiei
electrice și calitatea apei poate fi cu ușurință monitorizată și corectată în funcție de destinația
cerută.
Sursele de apă meteorice sunt surse temporare, depinzând de r egimul precipitațiilor din regiunea
respectivă. Prin circulația apei în natură, vaporii de apă proveniți din diferite surse( evaporarea
de la suprafața apelor, transpirația plantelor ) , condensea ză în atmosferă revenind pe sol sub
formă de precipitații( ploaie și zăpadă ). Având în vedere faptul că apa meteorică se purifică în
traseul atmosferic prin încărcarea cu diferite substan țe organice și minerale, calitatea acesteia
depinde de sursele de poluare din regiunea respectivă. De f apt, precipitațiile constituie un
fenomen de auto purificare a aerului atmosferic. [5;6]

Caracteristicile apelor uzate urbane

Calitatea apei este reprezentată de un ansamblu de valori convenționale ale proprietăților fizice,
chimice și biologice, acestea fiind diferite în funcție de de stinație.
Pentru aprecierea calității apei sunt utilizate doar cat eva dintre aceste proprietăți ale căror valori
sunt obținute prin determinări de laborator și prin acte norm ative.
A. Caracteristici fizice
Apele industriale prezintă următoarele caracteristici fizi ce:
1.Turbiditatea – c indică conținutul de materii în suspensie al apelor uz ate și al
emisarilor.
2.Culoarea – apele uzate proaspete prezintă o culoare de gri deschis, iar cele unde
fermentația materiilor organice a început prezintă o culoare de gri închis. Apele uzate industriale

12
prezintă diferite culori, în funcție de natura și proveni ența poluanților( spre exemplu apele de
culoare galbenă au în compoziție clor, iar apele de culo are verde provin de la fabricile de
conserve).
3. Mirosul –apare datorită prezenței substanțelor chimice în compoziți a apelor industriale
(spre exemplu mirosul neplăcut poate fi dat de hidrogenului sulfurat). Mirosul este datorat, în
general, de material organică care intră în descompunere.
4.Temperatura –influențează reacțiile chimice și biologice. Temperatura joacă un important
rol în descompunerea substanțelor organice din apele industr iale uzate.
Creșterea temperaturii are ca urmare creșterea vitezei de descompunere a substanțelor organice și
implicit la micșorarea cantității de oxigen și a altor gaze.

B. Caracteristici chimice

a. Materiale solide totale
Materiile solide totale sunt reprezentate de materiile so lide în suspensie și materiile solide
dizolvate și prezintă importante caracteristici în vede rea stabilirii eficienței procesului de
epurare.
Materiile solide în suspensie și materiile coloidale sun t separabile prin
decantare și pot fi vizibile cu ochiul liber.
Nămolul de decantare este rezultatul sedimentării acest or materii solide.
Materiile solide dizolvate reprezintă impurificarea orga nică a apelor uzate,
fiind oxidate în instalațiile de epurare biologică.

13

b. Oxigenul dizolvat

Tabelul 1. 3 prezintă cantitățile de oxigen dizolvat, la diferite temperature, conținute de o apă
curată.

Tabel 1.3 – Cantitățile de oxigen la saturare cuprinse într -o apă curate la diferite
temperaturi

Temp.CC) 0 5 10 12 14 16 18
Cant. O 2 14,23 12,80 11,33 10,83 10,37 9,95 9,64
(mg/dm")
Temp·CUC) 20 22 24 26 28 30 –
Cant. O 2 9,17 8,83 8,53 8,22 7,92 7,63 –
(mg/dm ')
Apa prezentată în tabel poartă denumirea de apă saturată c u oxigen; dacă sunt depășite aceste
valori spunem că apa este suprasaturată, iar sub aceste valori, apa este sub saturată. "Deficitul de
oxigen" reprezintă cantitatea de oxigen lipsă a apei pentru a atinge valoarea de saturare.

c. consumul biochimic de oxigen(CBO)
Consumul biochimic de oxigen al apei uzate reprezintă cantita tea de oxigen
consumată pentru descompunerea biochimică, în condiții aero be a materiilor solide totale
organice, la o anumită temperatură și într -un interval de timp standard ( în general 5 zile, iar
temperatura prezintă o valoare de 20°C; în acest caz rezul tatul este notat ca fiind CBO5 ).

Descompunerea biochimică este produsă în următoarele două faze:

14
1. Faza primară (a carbonului), în care oxigenul este cons umat pentru oxidarea
substanțelor organice. Din materiile organice care conțin C , N, S, P, se
formeaz ă bioxidul de carbon (C0 2), care se degajă sau care rămâne în soluție (7).

2.Faza secundară (a azotului), în care oxigenul se consu mă pentru transformarea
amoniacului in nitriți(N203) și apoi în nitrați (N20S), care înc epe după zece zile și se
desfășoară pe o durată mare, de 100 de zile, sau mai mult. Acest proces reprezinta procesul de
nitrificație al materiilor organice [7].

d) Consumul chimic de oxigen(CCO) – poartă denumirea de oxidabilitatea apei
Consumul chimic de oxigen măsoară conținutul de carbon din toate tipurile de materie
organică , prin stabilirea oxigenului consumat de bicromatul de potasiu în soluție acidă sau
permanganat de potasiu:

Cr2O72- + 8H+=2Cr3++4H2O+3O

d. Azotul

Azotul total (25-85 mg f/dm3în apa uzat ă brută) este format din amoniacul liber, azotul organic
și nitriții și nitrații.
Azotul organic și amoniacul liber sunt luați ca indicatori ai materiilor organice azotoase
prezente în apa uzată, iar amoniacul albuminoid drept indicator al azotului organic
descompozabil. (7)
Amoniacul liber reprezintă rezultatul descompunerii bacter iene a materiei organice.
Conținutul în azot organic și de amoniac liber al unei ape indu strial propune informații prețioase
privind posibilitățile de tratare biologică a apelor uzate. Ținând seama de conținutul de azot al

15
apei se poate stabili necesitatea adăugării de azot supliment ar, sau dacă tratarea în comun a unor
ape uzate este avanta joasă.

e. Nitriți și nitrați
Apa uzată proaspătă conține o concentrație foarte mică de nitrați, cantitățile semnificative
gasindu- se în instalațiile de tratare.
Nitriții sunt instabili și sunt reduși la amoniac sau sunt o xidați la nitrați. Prezența
acestora ne indică o apă stabilă din punct de vedere al tra nsformării.
Prezența nitraților în râuri este benefică deoarece repre zintă o sursă de oxigen. Nitrații
sunt activatorii algelor și a altor plante verzi care, prin acțiunea de fotosinteză, pot condu ce
la suplimentarea oxigenului din apă și la apariția feno menului de eutrofizare.
În bazinele cu nămol activ prezența nitraților indică o cant itate mare de nămol sau un
timp mare de parcurgere a apei prin bazin[ 7]. Filtrele biologice ale unei stații de epurare care
funcționează în limite normale sunt caracterizate de un efluent care contine nitrati, sau urme de
nitriți. Apele uzate brute prezintă o cantitate de nitrați ce variază între 0,1 – 0,4 mg l dm3. [7]

f. Clorurile și sulfurile
Clorurile sunt definite ca fiind substanțele anorganice, pro venite din urină, iar sulfurile
reprezintă rezultatul descompunerii materiilor organice și d in apele industriale.
Clorurile nu reprezintă un indicator al impurificării ape i deoarece acestea pot proveni
din nenumărate surse.
Constituenții chimici ce poartă denumirea de sulfuri dau naș tere mirosurilor neplăcute. La
trecerea apei uzate prin diferitele instalații de epurare, cantitatea de cloruri sau sulfur i din apa
brută este modificată.

16

g. Grăsimi și uleiuri
Grăsimile și uleiurile vegetale sau minerale în cantități semnificative formează o peliculă la
suprafața apei, contraproductiv în stațiile de epurare, deoarece pot colmata filtrele biologice,
împiedicând astfel dezvol tarea proceselor biochimice în bazinele cu nămol act iv sau de
fermentare a nămolului. Determinarea grăsimilor este importantă în cazul unor ape uzate
industriale unde apa uzată brută prezintă cantități de grăsimi cuprinse între 0,5 și 40 mg/dm' sau
chiar mai mult.

h. Alcalinitate, aciditate, pH

Aciditatea sau alcalinitatea apelor definește capacitatea acestora de a neutraliza baze sau
acizi. Apele industriale pot avea caracter acid sau alcalin, dar, pentru epurarea
apelor uzate, este preferabil ca acestea să fie slab alcaline.
În stația de epurare, pH -ul apei trebuie sa fie cuprinsă între 6,5 – 8,5.
j) Acizii volatili
Acizii volatili reprezintă rezultatul amestecului apei cu materia organică solidă, prin
descompunerea lor rezultând bioxidul de carbon și metanul.

i. Caracteristicile bacteriologice
Caracteristicile bacteriologice sunt utilizate în scopul determinării numărului, genului și
a condițiilor de dezvoltare a bacteriilor în efluentul s tației de epurare și în emisari. Bacteriile se
întâlnesc în număr mai mare vara, comparabil cu anotimpul rece.
Caracteristicile biologice oferă informații în privința evitării propagării și controlului bolilo r
contagioase, astfel că sunt făcute determinări asupra apel or uzate ș i a emisarilor.
Bacteriile coliforme în număr redus nu reprezintă un peric ol pentru organismul uman. Numărul

17
mare al acestora indică gradul de murdărire al apei cu rezi duuri umane și animale – în apă se
întâlnește enterococul Streptococcus faecalis și b acteria Clostridium perfringens; bacterii
saprofite în apele uzate, bacterii patogene periculoase pe ntru organismului uman, care poate
produce boli (febra tifoidă, holeră, dizenteria); bacte riofagii prezenți în apele uzate.

j. Caracteristicile biologice
În apele uzate și în emisari pot fi întâlnite materii orga nice de diferite dimensiuni, de la cele mai
mici particule până la organisme vizibile cu ochiul liber.
Dintre organismele mici putem aminti: fagii și virusurile și ba cteriile. Ele pot fi
observate direct sau la microscop sau prin comportamentul lor în di ferite medii de cultură.
Aceste organisme, prin activitatea pe care o desfășoară, p ot fi: dăunătoare, nepericuloase,
folositoare. O serie de bacterii existente în apele uza te pot supraviețui un timp îndelungat,
determinând apariția bolilor hidrice, în concluzie sunt văt ămătoare.
Bacteriile aerobe sunt folositoare deoarece intervin în procesele de epurare. Determinarea
speciilor de organisme din sistemul saprobiilor conduce la st abilirea gradului de murdărire a
emisarului, tipului de organisme corespunzandu- i diversele calității pe care le are apa,
aceasta având importanță în cunoașterea intensității proces ului de auto epurare. Speciile
animale și vegetale din grupa saprobiilor cuprind următoarele c ategorii:

 specii polisaprobe – întâlnite la apele impurificate organic (aceste specii su nt
în
număr foarte mic).
 specii mezosaprobe – caracteristice apelor impurificate o rganic (sunt în număr
foarte mic ).
 specii oligosaprobe – caracteristice pentru apele curate (sunt in număr foart e
mare)

18
Conform STAS 4706/88, apele de suprafata împărțite În trei categorii de calitate: I , II,
III, trebuie să aibă următoarele caracteristici: [7]

Tabelul 1.4 Categorii de calitate pentru apele de suprafață și carac teristicile acestora [7]

Indicatorul Valori admise – categorii de calitate
mg/ 1, max I II III
NH/ 1 3 10
Fenoli antrnabili cu valori de apă 0,001 0,02 0,05
H2S și sulfuri – – 0,1
Oxigen dizolvat in apa min 6 5 4
Produse petroliere 0,1 0,1 0,1
Reziduu filtrabil, uscat la 105uC 750 1000 1200 I
Substante organice I

I a) CB0 5 5 7 12
b)CCO
– prin metoda cu perrnanganat de potasiu I
10 15 25
– prin metoda eu bicromat de potasiu I

I 10 20 30
Sulfati (SO/) 200 400 400
Hidrocaburi policiclice aromate 0,0002 0,0002 0,0002
Detergenți anionici 0,5 0,5 0,5

Este de dorit ca apa epurată în amestec cu apa receptorului să fie de maxim categoria III.
Este de preferat ca apa epurată în amestec cu apa receptorul ui să prezinte aceiași indicatori
de calitate ca apa receptorului, înaintea procesului de amestecare cu apa epurată.

19
Tabel 1.5 Domenii de utilizare a apelor In functie de categor ia de calitate [7]

Categoria de calitate a
apei
Domeniul de utilizare

I – alimentarea centralizatĂ cu apĂ potabilă;
– alimentarea centralizată cu apă a unităților de creștere
a animalelor, a intreprinderilor din industria
alimentară;
– reproducerea și dezvoltarea salmonidelor și
alimentarea cu apă a amenajărilor piscicole,
salmonicule; t
– zone naturale amenajate pentru înot, bazine nautice și
amenajate;

II – alimentarea cu apă a fondului piscicol, cu excepția
celor salmonicule;
– scopuri urbanistice și de agrement;
– alimentarea cu apă a unor procese tehnologice
industriale care necesită apa de categoria II;

III – alimentarea cu apă a sistemelor de irigare, a culturilor
agricole, a hidrocentralelor, a instalațiilor pentru
răcirea agregatelor, a stațiilor de spălare precum și alt e
activități care necesită apă de categoria III ;

20
1.4 Poluarea apelor

Poluarea este un fenomen produs ca urmare a activității umane. Auto poluar ea este definită ca
fiind fenomenul natural ce constă în distrugerea în masă a florei și a faunei apelor, în special în
perioadele de înmulțire intensivă, amintite și sub numele de înflorire a ap elor. În urma acestui
fenomen apa își crește conținutul de substanțe organice în de scompunere cu un consum ridicat de
oxigen, apărând unele fenomene de putrefacție și de degradare ș i de asemenea mai poate fi
cuprinsă antrenarea prin apele de șiroire a unor cantități semnificative de suspensii de pe sol.
Poluarea apelor a fost definită la Conferința Internațională privind situația poluării apelor din
Europa la Geneva din 1961 ca fiind “ modificarea directă sau i ndirectă a compoziției sau stării
apelor unei surse oarecare, ca urmare a activității omului, în așa măsură încât ele devin mai puțin
adecvate tuturor sau numai unora din utilizările pe care le poate căpăta în stare generală. “ [8]
Apa este unul dintre factorii de mediu cei mai afectați de fenomenul denumit poluare.
Substanțele poluante sunt cele care schimbă o serie de carac teristici ale apei, în special cele
organoleptice.
Fenomenul de poluare al apei este analizat doar prin pris ma acțiunilor directe sau indirecte ale
omului, care au ca rezultat î nrăutățirea proprietăților de orice fel al apei. [4]
Substanțele poluante conținute de apă sunt în număr mai mare față de cel din aer. Este estimat că
apele reziduale conțin circa 1000 de substanțe chimice organice( pet rol, hidrați de carbon,
lignină, biotoxine marine, taninii, toată gama de compuși de la hidr ocarburi până la structurile
cele mai complexe ), dar și anorganice ( fierul, combinaț iile fierului, metale grele -Cu,Zn, Pb, Ni,
Mn; săruri, acizi și baze libere )
Prevenirea și combaterea fenomenului de poluare a apei pr esupune cunoașterea substanțelor
poluante și maselor acestora. [4]

Surse de poluare

Modul de clasificare al surselor de poluare al apei este urm ătorul:
 După originea acestora – surse naturale și surse artificiale
 După frecvența su rsei de poluare- surse permanente, sezoniere, neorganizate
 După modul lor de organizare – surse organizate și sursele neorganizate
Aceste surse aparțin de:
 Zăcăminte sau roci solubile (sare, sulfați, etc ), care sunt străbătute de ape,
impurificându-le cu acestea
 Coroziunea- fenomenul pe care apa îl exercită asupra unei soluții, impur ificându -se cu
particule solide ( argilă, marnă )
 Vegetația prezentă în apă sau la suprafața acesteia, mai ales la apele stătătoare ( lacuri )
 Vegetația prezentă pe maluri ( frunze, ramuri, plante, care cad în apă )

21
Sursele natural de poluare nepermanentă sunt definite ca fiind n eorganizate, producându -se
foarte rar. Aceste surse depind de fenomene cum ar fi cutr emurele, acțiuni vulcanice, etc.
Sursele artificiale de poluare p ermanentă sunt reprezentat de surse organizate, având ca
reprezentanți apele uzate deversate în apele de suprafață sa u apele infiltrate în apele de
adâncime.
Apele reziduale sunt rezultatul anumitor activități, spre exemplu activitățile menaere, industri al,
agrozootehnice, publice, de salubrizare etc.
Sursele artificiale de poluare accidentale sunt definite ca fiind surse neorganizate, ce iau naștere
în urma anumitor accidente: deversarea apelor uzate fără a fi supuse unor tratamente, spargeri de
conduct e care transportă fluide cu caracter poluant, accidente navale, etc.
În funcție de natura poluantului, fenomenul de poluare poa te avea caracter:

 Fizic
 Radioactive
 Chimic
 Biologic

Poluarea fizică – aceasta constă în ridicarea temperaturii zonale a une i surse de apă, producându –
se prin deversarea apelor de răcire de la anumite activităț i industriale. Creșterea temperaturii apei
de suprafață pe o zonă anume este responsabilă pentru apariția unor dezechilibre biologice, dar și
a unor substanțe poluante de densitate mică, ambele interveni nd în procesul de epurare al apelor.
Poluarea radioactivă este cauzată de fenomene naturale, atunci când apa trece prin s traturi de
roci bogate în elemente radioactive, dar și de cauze art ificiale, atunci când apa este impurificata
cu poluanți radioactivi în timpul proceselor de lucru: exploat area și prelucrarea mine reurilor,
producerea de material nuclear, laboratoare de cercetare, termocentrale, agricultură, medicină.
Poluarea chimică – este cea mai răspândită formă de poluare a apei, de mult e ori fiind produsă în
mod conștient. Aceasta provine de la substanțe ce se găsesc în apele mena jere și cele orășenești,
din apele din combinatele agrozootehnice, din apele reziduale ale marilor complexe industriale.
Folosirea pesticidelor în domeniul agriculturii reprezintă un factor foarte important în poluarea
chimică a apei. Aceste substanțe pătrund în sursele de apă de supr afață și de adâncime prin
intermediul apei meteorice, influențând în mod negativ cali tatea acestor ape.
Poluarea biologică este de două tipuri primară și secundară și este determinată de pr ezența
particulelor vegetale și organismelor de natura animală di n apă.
Poluarea biologică primară este cauzată de bacteriile prez ente în apă, dar și de prezența virușilor
și a paraziților care produc așa numitele boli hidrice. Aceste microorganisme sunt provenite din
apele reziduale menajere, ale complexelor agrozootehnice, ale laboratoarelor din industria
alimentară, ale spitalelor sau solurilor contaminate.

22
Poluarea biologică secundară este datorată înmulțirii exce sive ale organismelor vegetale și
animale în apele în care sunt prezente reziduuri de natură o rganică sau anorganică.
În anumite limite, aceste organisme realizează o epurare biologică a apei, dar în cantități mari
reduc indicii de potabilitate a apei. [4, 9 ]

1.5 Epurarea și autoepurarea apelor uzate

Epurarea reprezintă un procedeu complex de reținere și neutral izare a impurităților sub formă de
suspensii, dizolvate sau coloidale, prezente în apele rezidual e menajere sau industriale din cadrul
stațiilor de epurare. Scopul acestui procedeu este acela de a îmbunătății calitatea apelor pentru ca
acestea să fie evacuate în emisar fără a influența flora și fauna.
Epurarea apelor uzate industriale și urbane este un procedeu ne cesar în prezent datorită
continuei dezvoltări ale societății. Creșterea populați ei și industrializarea continuă sunt factorii
principali care au condus la creșterea consumului de apă, a volumului de apă uzată, dar și a
complexității poluanților prezenți în aces te ape reziduale.
Epurarea apelor reprezintă procesul de reținere și neutrali zarea a substanțelor nocive dizolvate,
în stare coloidală sau de suspensii, prezente în apele uzate i ndustriale și orășenești, care nu sunt
acceptate în mediul acvatic în care se face deversarea apelor tratate și care permite refacer ea
proprietăților fizico -chimice ale apei înainte de utilizare.
Epurarea apelor uzate cuprinde două mari grupe de opera, și anum e: [10]
 Reținerea sau neutralizarea substanțelor nocive sau val orificab ile prezente în apele uzate
 Prelucrarea materialului rezultat din prima operație
Stația de epurare este formată dintr -o instalație sau dintr -un grup de instalații, construite sau
adaptate pentru a micșora cantitatea de poluanți prezentă în apele uzate.
Primele stații de epurare au apărut în Anglia în secolul XIX. Inițial s -au realizat canalizări, care
au rezolvat problema epidemiilor hidrice, dar au făcut din T amisa un râu mort ce degaja miros
pestilențial, încât în geamurile parlamentului au trebuit atârnate cârpe îmbibate cu clorură de
calciu.Abia atunci s- a trecut la realizarea de stații de epurare. Tot în Anglia s -au pus bazele
monitoringului. Parametrul "consum biochimic de oxigen" CBO5 a fost introdus în 1898 și a fost
conceput în concordanță cu realitățile englezești – temperatură de 200 C, timp de rezidență în râu
5 zile, tip de poluare predominantă fiind cea fecaloid -menajeră. Cele mai vechi aparate
cunoscute pentru tratarea apei, reprezentând utilizarea sifo nului în operații de limpezire, par
pictate pe zidurile egiptene ( secolele XV – XIII I.e.n ) În SUA, în 1984 existau 15438 de stații
de epurare care deserveau o populație de 172205000 locuitori, adică 73,1% . Procentul de
epurare a apelor din punct de vedere al încărcării organice măsurate pri n CBO5 a fost de 84% iar
din punct de vedere al suspensiilor de 86,3%. Pentru anul 2005 se pre vede atingerea unui nivel
de 16980 de stații de epurare care să deservească 243723000 locuitori, adică 86,6% . Procentul
de epurare a apelor din punct de vedere a l încărcării organice măsurate prin CBO5 e planificat să
atingă 89,9% iar din punct de vedere al suspensiilor de 88,9%. De exemplu în SUA se utilizează
ape uzate la prepararea de apă potabilă în orașe ca Palo Alto , Denver, El Paso și chiar

23
Washington DC! A ceasta e destul de scumpă, dar totuși mai ieftină decât desali nizarea apei
marine de exemplu, de aceea tehnologia se răspândește în ț ări arabe și africane. În Europa, s -au
făcut eforturi considerabile pentru tratarea apelor rezidual e și pentru reducerea ap elor uzate
deversate. Cu toate acestea, mai este încă de lucru până la punerea completă în aplicare a
directivei privind tratarea apelor reziduale urbane. Progr esul realizat până acum s -a datorat
investițiilor de capital și unor forme avansate de tratar e.[11]

În rafinăriile din țara noastră stațiile de epurare cuprind tr ei trepte de epurare, și anume.
 treaptă mecanică, unde are loc separarea suspensiilor și a produselor petroliere;
procedeul de separare este cel gravitational, pe baza difer ențelor de dens itate;
 treapta fizico- chimică – aici are loc corectarea pH- ului, coagularea și flocularea, flotația cu
aer, după care se realizeaza decantarea în decantoarele flotatoare;
 treaptă biologică – în cadrul acestei trepte are loc degradarea hidrocarburil or prin cataliza
enzimatică prin procedeul cu nămol activ, după aceea are loc decantarea secundară a
nămolului.

Figura 1.2 Schema unei stații finale de epurare
Aceste trepte de epura re a apelor reziduale sunt grupate în trei categorii, după cu m urmează:

 etapa primară;
 etapa secundară;
 etapa terțiară.

24
1.5.1 Etapa primară de epurare

În general, apele uzate nu prezintă aceleași caracteris tici din punct de vedere hidraulic și al
fluidului de poluanți, de aceea este impusă o uniformizare pr in:

 bazine de liniștire – amplasate pe by- pass. Acestea au rolul de a stoca surplusul de apă ce
conține poluanți, pentru prima treaptă de tratare, evitându -se astfel depășirea debitului de
influent.
 bazine de omogenizare – aceste bazine sunt echipate cu sisteme de amestecare, Rolul lor
fiind Acela de a elimina varfurile concentrațiilor de poluanț i.
 bazine de siguranță – în general sunt goale. Rolul acestora este să poată sto ca apele uzate
în cazul în care acestea prezintă caracteristici anorma le sau dacă vreo defecțiune este
întâlnită în instalația de tratare.
Epurarea primară se produce în două trepte și anume:
 treaptă mecanică;
 treapta fizico-chimica.

 Treaptă mecanică
În cadrul acestei trepte, principalul proces de epurare e ste reprezentat de decantare, acest
fenomen având loc în decantoarele- separatoare.
Decantarea este procesul prin care s e realizează separarea particulelor solide sub acțiunea
greutății, din faza lichidă. Decantarea mai poate fi numi tă și sedimentare.
În acest proces sunt reținute suspensiile de orice mărime, care se depun prin gravitație și
coloidale (care se depun după c e au fost tratate cu coagulant). Procesul este realiza t în bazine
numite decantoare,care după sensul de circulație a apei pot f i: orizontale longitudinale, radiale
sau verticale.
În cadrul unei rafinării, decantoarele separatoare prezen te în cadrul acestei trepte asigură atât
separarea gravitațională a suspensiilor cât și cea a produsulu i petrolier.
Produsul petrolier brut care s- a separat la suprafața apei este colectat și pompat în re zervoare,
unde printr- o simplă decantare se va obține ceea ce se numește șlops, adică produsul petrolier
curat. Impuritățile mecanice depuse, slamul sau nămolul , sunt evacuate printr- o curățare
periodică a decantoarelor separatoare si trimis la staț ia de condiționare a nămolurilor. Slopsul
care are un conținut mai mic de 1% apă și impurități mecanice poate fi folosit în instalați ile de
distilare atmosferică ca și materie primă.[12]
Pentru epurarea mecanică a apelor de la rafinăriile de petro l sunt utilizate diferite tipuri de
separatoare decantoare. De reținut este faptul că nu sunt reținute substantele petroliere
emulsionate și dizolvate.

25
Principiul separatoarelor decantoare de produse petrolier e se bazează pe folosirea diferențelor de
greutate specifice ale componentelor sistemului ulei (pro dus petrolier) – apă – substanțe solide.
Uleiul se poate separa în strat prin procedee neconvențio nale numai dacă are particule cu
diametrul mai mare de 0,2 mm. Pentru proiectarea decantoa relor separatoare sunt decisivi trei
factori: viteza ascensională a picăturilor de ulei, calcu lata teoretic după legea lui Stokes,
diferențele în greutate specifică a fazelor uleioasă și apoasă și raporturile medii temperatură
viscozitate a apelor de
Decantoarele primare clasice pot avea formă longitudinal ă (paralelipipedică), radiala sau
vertic ală și sunt amplasate întotdeauna înaintea bazinelor de a erare. Acestea poartă de denumirea
de decantoare primare pentru a fi deosebite de decantoarele secundare care sunt montate după
treaptă biologică de epurare.

 Treapta fizico-chimica
Îmbunătățirea procesului de decantare prin coagulare
Atât în apele natural cât și în cele industrial pot fi înt âlnite substanțe cu caracter nociv, care sunt
încărcate electric negativ sub formă fin dispersată, de coloizi. Ele sunt păstrate în soluție datorită
diametrul ui foarte mic al particulei și datorită sarcinilor elect rice de același semn, care induc
forțe de repulsie. Procedeul responsabil pentru ruperea acest or forțe, destabilizându -le, și care
contopește particulele solide în compuși de dimensiuni mai mari care se pot sedimenta rapid
poartă denumirea de coagulare. Destabilizarea este realizată două etape:
 Neutralizarea sarcinii electrice a coloidului, prin adăugare a unui reactiv care
anihilează aceste forțe, sau afectează proprietățile lor hidrofile.[12]
 Aglomerarea particulelor destabilizate în agregate mari, prin provocarea de ciocniri
blânde între particule, care pot sedimenta rapid.[12]

26

Figura 1.3 Structura electrostatică a unei particule coloida le

Particulele în suspensie coloidală se caracterizează prin dimensiuni foarte mici și evident
suprafețe mari pe unitatea de volum (m2/m3) variind de la 6·102 m2/m3 la dimensiuni de 10 mm
până la 6 109 m2/m3 la dimensiuni de 10-6 mm. Timpul de sedimentare conform legii lui Stokes
sub influența gravitației este definit ca mărimea timpulu i pentru parcurgerea pe verticală a 1 m
de apă la 20 C. Coagularea este necesară pentru ca aceste particule să -și mărească diametrul.
[12]

1.5.2 Procedeul de coagulare-floculare
Prima etapă a acestui proces de epurare poartă numele de c oagulare și reprezintă reacția dintre
reactiv și apa cu coloizi, la o viteză mare, și, cu a gitarea puternică a masei de apă. Cea de -a doua
etapă poartă numele de floculare.
Coagularea (flocularea) , este efectuată prin distrugerea forțelor electrice (de respingere) care
stabilizează particulele coloidale.

27
Particulele coloidale prezente în apa brută sunt încărc ate negativ. Pentru neutralizarea sarcinii
negative, ionii pozitivi aflați în apa brută vor forma un scut în jurul particulei coloidale,
asigurând neutralitatea ansamblului.
Flocularea reprezintă fenomenul de aglomerare a acestor particule neutralizate în micro
flocoane apoi în flocoane mai voluminoase și decantabile. Pentru a îmbunătății calitatea
procedeului de floculare, este utilizat un alt reactiv ca re-i poate avantaja floculatia.
Procedeele de coagulare si flocularea depind de anumiți pa rametrii:
 Timpul de coagulare și floculare
 Coagulanții utilizați.
 Influența pH -ului
 Floculantii- în general, în stațiile de epurare sunt utilizați polimeri minerali (silice
activată) și polimeri naturali (amidon). Apariția de polim eri sintetici foarte diversificată
au fost responsabili pentru sporirea calității procesului f locularii.
 O deosebită importanță o are diferența de timp între momentul introducerii coagu lantului
și al floculantului. De fapt, un floculant este numai după ce s -a realizat coagularea.
Durata până la adăugarea floculantului depinde de natura coloi dului și de temper atura
apei brute.(12)
 mărimea coeziunii flocoanelor
 viteza de decantare a flocoanelor
Procesul de coagulare floculare este efectuat prin folos irea unor reactivi specifici care se
introduc în apa tratată, la un anumit moment. În general , reactivii de coagulare și de floculare
sunt de origine minerală, naturală sau polimeri sintetici.
În cazul în care sunt utilizați coagulanti minerali, pute m amintii polimerii de aluminiu și sulfații.
Polimerii de aluminiu au capacitatea de a neutraliza și de a favoriz a aglomerarea, aceasta ducând
la o coagulare foarte calitativă. .
Sulfații sunt reprezentanții unei alte categorii de substan țe utilizate în tratarea apelor și sunt de
mai multe tipuri
 sulfat feric solid;
 sulfat feric si hidroxid de sodiu;
 sulfat feros solid;
 sulfat feros și clor;
 sulfat feros și hidroxid de calciu

Bazine de floculare
Bazinele de floculare realizează agitația apei cu ajuto rul unor roți cu zbaturi dispuse în bazine
adiacente, în amonte de decantoare. Bazinele se dimens ionează la viteze de 0.2…0.4 m/s și timp
de trecere de 15…30 minute.[12]

28
Se amintește faptul că :
 la bazinele de floculare cu palete orizontale/verticale e tapa de amestec turbulent a
reactivului de coagulare lipsește [12]
 aceste sisteme sunt utilizate în perioada anilor 1960 când te oria destabilizarii particulelor
coloidale nu era complet definită.[12]

Figura 1.4 Bazin de floculare cu palete orizontale [12]

Decantoare suspensionale cu recirculare a nămolului
Aceste echipamente sunt caracterizate de amestecul nămo lului reținut anterior cu apa brută cu
ajutorul dispozitivelor mecanice. În decantor se disting două zone:
 zonă de decantare în care nămolul este separat de apa lim pezita
 o zonă de amestec în care se introduc apa brută și reactivii, unde nămolul este recircu lat
pentru realizarea unui procedeu de coagulare-floculare.

29

Figura 1.5 Camera de reacție cu agitatoarele pompa cu ax ver tical [12]

Floculatorul mecanic

Acest tip de floculator este folosit pentru formarea m icro flocoanelor.
Avantajele acestui echipament sunt următoarele:
 agitator electromecanic acționat cu turație variabilă ce asigur ă amestecul apă nămol și apă
polimer eficient urmărind variațiile de calitate apă brută ș i concentrațiile în decantor
 prin componente variabile- turație, doză de polimer și debitul de nămol recirculat a sigură
permanent obținerea unui coeficient maxim de coeziune a nămolului

1.5.3 Epurarea biologică

Epurarea biologică este cea mai eficientă și cea mai e conomică metodă de eliminare a
substanțelor solide organice ne sedimentabile (dizolvate sau col oidale), dar și de stabilizare a
materiilor organice din namoluri. În această etapă putem a minti și potențialul de reducere al
nutrienților pe bază de azot și fosfor.
Epurarea biologică este influențată de o serie de factori cu m ar fi: timpul de contact, care
reprezintă timpul de traversare a obiectivului tehnologic în care se desfășoară procesul biologic;

30
pH-ul; temperatura; oxigenul; încărcarea obiectivului tehnolo gic cu ape uzate (diluție), cu nămol,
nutrienți; prezența inhibitorilor de proces; condițiile hidrod inamice ale procesului – omogenizare
si amestecare.
Epurarea biologică este un proces complex în care intervi n diverse fenomene: fizice; chimice;
biochimice; hidraulice.
 Fenomene fizice – transferul de masă al oxigenului din aer în apă; adsorb tia
particulelor coloidale și a suspensiilor fine la suprafața bi omasei; desorbția produșilor
metabolici; sedimentarea gravitationala și altele.[12]
 Fenomene chimice – au loc prin reacții de hidroliză; reacții de hidratare; reac ții de
oxido- reducere; reacții de precipitare și coagulare; modifica rea pH -ului.[12]
 Fenomene biochimice – reacții de oxidare biochimică a substratului; respirație
endogenă; creșterea biomasei; inhibarea reacțiilor enzimati ce.[12]
 Fenomene hidraulice – regimul de curgere; timpul hidraulic de retenție; viteze de
sedimentare; încărcări hidraulice; curenți de convecție și de densitate; distribuția
mediului polifazic în bazinul de aerare. [12]
Tratamentele biologice utilizate în etapa de epurare biolog ică, folosesc două tipuri de
microorganism: aerobe si anaerobe.
Microorganismele anaerobe sunt utilizate în etapele de fe rmentare a nămolurilor și la stabilirea
unor ape uzate industriale concent rate. Reacțiile microorganismelor anaerobe au loc în absen ța
aerului.
Microorganismele aerobe se folosesc la epurarea apelor uz ate cu caracter predominant organic –
compuși pe bază de carbon, azot sau fosfor – și pentru stabilizarea anumitor categorii de
nămoluri.
În rafinării, cel mai întâlnit procedeu este epurarea biolo gică cu nămol activ.
Figura 1.6 Flux tehnologic al epurarii apelor uzate cu namol activ.[12]

31

1 – decantor primar; 2 – bazin de aerare (reactor); 3 – decantor secundar
A – influent; B – efluent spre râul receptor; C – nămol recirculat; D – namol excedentar spre
tratare.

Apa uzată, care este de fapt influentul stației de epurare, este pre separată mecanic, respectiv
este separată de o parte a suspensiilor. Separarea se face prin sed imentarea acestora în decantorul
primar, notat cu nr.( 1) , în figura, sau prin procese fiz ico-chimice, dacă se impune, este
amestecată apoi cu nămolul recirculat, (nămolul de în toarcere), după care este aerată împreună
cu nămolul activ, biomasa, în bazinu l de aerare – (2) , astfel încât oxigenul dizolvat să satisfacă
necesitățile de mediu al microorganismelor aerobe, aglom erate în flocoane, iar acestea să se
mențină în suspensie; [12]
Apa epurată care este efluentul stației de epurare, lipsită de peste 95% de substanțe organice
biodegradabile, este separată de nămol prin sedimentarea ace stuia în decantorul secundar – (3) și
condusă spre râul receptor;[12]
Nămolul activ depus în decantorul secundar este reîntors, adică recirculat, în bazinul de aerare și
amestecat cu apa de tratat;[12]
Nămolul activ excedentar, rezultat din procesele care au loc în reactor în timpul epurării este
scos din circuit, pentru ca în bazinul de aerare să ră mână concentrația de biomasă stabilită ca
fiind concentrația optimă.[12]

1.5.4 Instalații specifice epurării biologice cu nămol active

Bazinele de aerare sunt construcții din beton, de formă radială, dreptunghiulară sau pătrată.
Bazinele de aerare pot fi de două tipuri: cu aerare mecanică sa u cu aerare pneumatica . Aceste
două metode îndeplinesc o serie de funcții și anume:
 să asigure un transfer intens al oxigenului din aer în apa uzată și să contribuie la
realizarea în jurul floconului și în interiorul aces tuia a condițiilor aerobe;
 să realizeze un amestec cât mai bun între apa uzată și nămolul activ;
 să împiedice flocoanele nămolului să se depună pe radier ul bazinului, unde în absența
oxigenului, acesta ar intra în fermentare anaerobă.
Cantitatea de aer trebuie sa fie suficient de mare pen tru a menține în bazinul de aerare o
concentrație optimă a oxigenului, în general cea admisă este cea de de circa 2 mg/l. Pentru a se
menține o anumită concentrație de oxigen dizolvat într -un bazin de aerare se iau în vedere
următorii factori:
 cantitatea de oxigen transferată;
 timpul de staționare a apei în bazin;
 concentrația apelor uzate în impurități oxidabile;
 concentrația și caracteristicile nămolu lui activ din bazinul de aerare.

32
Capitolul 2. Defenolarea apelor uzate prin cataliza enzimatică

Definirea fenolului. Metoda experimentală de determinare a conținutului de fenol.
Determinarea experimentală a timpului de eliminare a fenolulu i din apele reziduale cu
ajutorul nămolului

2.1 Definirea fenolului

Fenolul, cunoscut și ca acid carbolic sau acid fenolic, este un compus organi c aromatic cu
formula moleculară C 6H 5OH, fiind primul reprezentant al clasei fenolilor. Este un c ompus solid,
cristalin, de culoare albă și volatil. Acest compus poat e cauza arsuri și de aceea este recomandată
utilizarea lui cu grijă.

2.1.1 Proprietăți ale feno lului

Fenolul este un benzen ce prezintă un caracter ușor ac id. Punctul de topire al acestuia este de
cca 41 °C și punctul de fierbere de 182 °C. Fenolul este întâlnit sub formă de cristale incolore
care prin oxidare sau impurități pot avea o culoare roz pân ă la roșu brun, aceste caracteristici
fiind prezente doar la temperature camerei. Compusul chimic are un miros înțepător caracteristic
aromat.

2.1.2 Utilizarea fenolului

Sir Joseph Lister folosește pentru prima oară fenolul în anul 1865 ca antiseptic la dezinfecția
ranilor, dar din cauza caracterului iritant a fost înloc uit în chirurgie de alte antiseptice. Fenolul
are un efect caustic asupra membranei celulei nervoase. Din cauza efectului bactericid se folosea
ca dezinfectant, fiind folosit și la cultivarea plantelor pr oducătoare de droguri ca erbicid. Fenolul
mai este folosit la producerea rășinilor artificiale ca bachelita care este un policondensat al
fenolului și formaldehidei. În timpul celui de- al Doilea Război Mondial, prizonierii erau omorâți
în lagărele germane cu injectii intracardiace cu fenol. La construcțiile de lemn se folosește
adezivul format din fenol rezorcina formaldehida. [13]

2.1.3 Obținerea fenolului
 Metoda oxidarii cumenului (Sinteza fenolului după metoda Hoc k): [13]
(2.1)
 Metoda acidului benzensulfonic cu hidroxid de sodiu (topirea alcalina a sărurilor acizilor
sulfonici aromatici): [13]

33
 C 6H 5=SO 3Na+2NaOH
C6H 5=ONa+Na 2SO 3+H 2O

2.1.4 Impactul fenolului asupra organismelor vii

Influența fenolilor asupra organismelor vii prezintă un caracter de cele mai multe ori în sens
reversibil.
Trebuie menționat faptul că o apreciere corectă a gradului de toxicitate al acest ui compus
implică admiterea faptului că fenolul reprezintă un compus ce afectează în mod puternic atât
microorganismele, cât și regnul vegetal și animal, chiar și omul.
Pentru un om, doză toxică de fenol este de 1g, iar cea leta lă este de 4 -15g.
În cazul contactului cu acest compus chimic, trebuie luat în calcul și suprafața de contact, nu
doar cantitatea absorbită, dar și timpul de absorbție al acestuia.
Fenolul în concentrații de 2% poate reprezenta un pericol, acesta putând provoca necroze,
gangrene, leziuni, vasculare.
Fenolul pur este mai puțin periculos decat solutiile acestuia.
Fenolul este un toxic celular care poate leza centrii ne rvoși superiori și producând, în final,
paralizii respiratorii. Se pot produce și blocări de miocard sa u nevrotice.
În urma intoxicatiilor cu derivați ai fenolului sau ai po lifenolilor pot apărea convulsii.
Fenolul acționează asupra membranei celulare, provocând dispariția stratului proteic și lipidic,
astfel distrugându-se celula.

2.1.5 Impactul fenolului asupra omului
Fenolul este un agent ce atacă sistemul nervos uman, da r poate cauza și leziuni asupra pielii,
mucoaselor datorită caracterului caustic, în special în m omentul în care este fierbinte.În
organismal uman, fenolul poate pătrunde prin piele ( prin c ontact ) sau pe cale pulmonară ( prin
inhalarea vaporilor de fenol ) și foarte puțin pe cale digestive deoarece acesta e ste metabolizat

34
aproape total în momentul pătrunderii în organism.Intoxicații acute pot fi întâlnite foarte rar în
domeniile industrial datorită acțiunii locale ale poluanților asupra pielii și a
mucoaselor. Gravitatea leziunilor provocate depinde de concentrația soluțiil or de fenol, dar și de
durata acțiunii și de suprafața lezată. Astfel, leziunile l ocale asupra tegumentelor, pot deveni
profunde, transformându- se în cangrene specifice acțiunii fe nolului. În cazul ingerarii, moartea
poate surveni într-un timp destul de scurt, prin sincopa respir atorie.
Intoxicația cronică poate fi întâlnită în momentul inhal arii în cantități mici și repetate de poluant
și poate determina iritarea căilor respiratorii, tulbur ări digestive și tulburări nervoase.
Fenomenele toxice generale ar apărea după un consum de minim 19g de fenol. Acțiunea
cea mai importantă a produsului nociv se manifestă asupra capi larelor și asupra centrilor nervoși
superiori, producând st area de șoc și moarte rapidă prin inhibiție sau comă și mo arte prin
paralizie respiratorie.
În cazul ingerarii la nivelul stomacului apar arsuri î nsoțite de vărsături, diaree. După pătrunderea
fenolului în circulația generală, apar semnele de intoxic are a sistemului nervos. Presupusa
victimă supusă intoxicării prezintă are cefalee, amețeli, stare de stupoare, urmată de
sensibilitate profundă. Fața devine palidă, pielea este rece și umedă, uneori poate fi și cianotică.
Pupilele sunt puternic contractat e, pulsul devine slab si neregulat, bătăile inimii
sunt greu perceptibile. Respirația devine din ce în ce mai ne regulată, iar temperature corpului
continuă să scadă.

35
2.2 Metoda experimentală de determinare a conținutului de fen ol
În general, analizele de laborator sunt efectuate atât la intrarea a pei în cadrul stației de epurare
cât și înainte de deversare.. În același timp sunt executat e și analizele pentru apele ce provin din
treptele fizico-chimice pentru a verifica calitatea aces tora înain tea intrării în treaptă biologică.
În cele ce urmează va fi prezentat modul de lucru STAS 7167/1992. [ 15]
1. Luarea si conservarea probelor . Probele se iau în probe de sticlă cu dop slefuit. Volumu l
probei este de 1 dm3. După recoltare probele se conservă prin adaugare de NaOH
granule, pana la pH 12 – 12,5 și pot păstra 24 de ore la temperatura de 4° C. in cazul in
care proba se analizează in maxim 4 ore de la momentul re coltării, aceasta nu se
mai conserva. [ 15 ]
2. Indepartarea interferentel or. La determinarea compusilor fenolici interfera substanțe
oxidante (clor, substanțe care eliberează iod după acidulare î n prezenta iodurii de potasiu),
compușii cu sulf, produsele uleioase și gudroanele, aminele aromatice coloratia și
turbiditatea produselor. [15 ]
2.1. substantele oxidante se indeparteaza imediat dura re coltare, prin adăugare de sulfat de
fier (III) pana la reacția negativă fata de hartia iod amidonata. [ 15 ]
2.2. interferența compușilor ell sulf se indeparteaza la distilare prin adăugare de sulfat de
cupru (II) la pH 4,5. [ 15 ]
2.3. Dacă proba contine produse uleioase sau gudroane, se aduce pH la 12 -12,5 prin adăugare
de hidroxid de sodiu granule, apoi se face 0 extractie cu tetra clorura de
carbon.Urmele de tetraclorura din stratul apos se indepartea za prin localzire usoara pe
baia de apa. [ 15 ]

36
2.4. Î n anumite condiții unele amine dau reacțiile de culoare pentru fenoli, conducând în
felul acesta la rezultate mai mari decat cele reale . Aceste interferențe se Indeparteaza
prin distilarea probei. [ 15 ]

3. Metoda spectrofotometrică cu 4 -aminoantipirina

Metoda se aplică atunci cand continutul de fenol este mai mic de 50 ppm. [ 15 ]
3.1. Principiul metodei.
După separarea prin distilare de substanțele interferențe și d e
agentii de conservare, compușii fenolici formează cu 4 -aminoantipirina la pH 1 0 ~j In
prezenta hexacianoferatului (III) de potasiu un complex pirazilonic, colorat in galben
portocaliu pana la rosu. [ 15 ]
3.2. Reactivi: [ 15 ]
 4 aminoantipirină, soluție 2%
 Soluție tampon
 Soluție hexacianoferat ( III ) de potasiu, soluție 8%
 Apă distilată

a. Soluție hexacianoferat ( III ) de potasiu, soluție 8%. Soluția se păstrează la rece și
la întuneric cel mult 10 zile. [ 15 ]
b. Soluție tampon pH 10. Se dizolvă 54g clorură de amoniu în 200 cm3 de apă, se
trece cantitativ într-un balon cotat de 100 cm3, se adaugă 350 cm3 de amoniac soluție
d=0,9, se aduce la semn cu apă și se omogenizeaza. Se control ează pH -ul soluției
obținute la pH metro. În cazul în care pH ul nu est e10 se corectează cu acid

37
clorhidric sau ammoniac. Soluția poate fi păstrată timp de două săptămâni în sticle
brune, etanșe, la +4 grade Celsius. [ 15 ]

Mod de lucru
Într- un pahar Erlenmeyer se iau 10 ml din soluția de analizat în c are se introduc 5 ml soluție
tampon, 2 ml soluție 4 -aminoantipirina 2%, 2 ml soluție hexacianoferat ( III ) DE POTASIU 8
%, se completează până la 500 ml cu apă distilată și se lasă 15 minute la întuneric. ( 15 )
Se ia câte o probă din fiecare și se analizează întâi pro bă martor și după aceea soluția cu conținut
de fenol cu spectrofotometru electronic HACH, acesta indicâ nd conc entrația de fenol din probă
analizată. [ 15 ]

2.3 Determinarea experimentală a timpului de eliminare a fenolulu i din apele reziduale cu
ajutorul nămolului
Modul de lucru pentru probă 1 : Într-un vas de sticlă de 10 l se adaugă 4 l de nămol biologic din
instalația de epurare 1, apoi se adaugă necesarul de nutrienți constând în 1, 632 g uree, 23,53 g
fosfat trisodic, adăugăm 8 l de apă și în final dozăm fenolu l pentru prima probă astfel încât să
obținem o concentrație inițială de 50 mg/l fenol. Pompa de aerare este pusă în funcțiune, iar
cantitatea de oxigen ce se află în vasul de reacție se măsoară cu sondă de oxigen, aceasta
indicând valoarea de 5,16 mg/l. După ce este analizată prima pro bă, se constată o scădere a
concentrației de la 50 la 30 mg/l, acesta reprezentând rezul tatul unei absorbtii fizice. La o oră,
concentrația de fenol scădea la 5 mg/l, după o altă oră se ajunge la 0,3 mg/l, iar la 3 ore se
observă o valoare de 0,05 mg/l, valoare admisă de legislaț ia în vigoare.Cantitatea de oxigen
măsurată din vas este de 5,03 mg/l.
Mod de lucru pentru probă 2 : Într-un vas de 10 l, se adaugă 4 l de nămol biologic din instalația
de epurare 1, se adaugă nutrienții astfel. 8, 422 g uree, 43,25g fo sfat trisodic, urmând să fie
introduși alți 8 l de apă distilată. După această procedură tr ebuie să dozăm fenolul astfel încât să
se ajungă la o concentrație inițială de 250 mg/l fenol. După ce este pusă în funcțiune pompa de
aerare, sondă de oxigen indică o cantitate de oxigen în valoare de 5,19 mg/l. Se extrage prima
probă și se constată o scădere a concentrației până la v aloarea de 58 mg/l, fenomenul purtând
numele de adsorbție fizică. După ce a trecut o oră, probă conține o concentrație de fenol de 12
mg/l, la 2 ore prezintă concentrația de 5,9 mg/l, iar după un interval de 3 ore conce ntrația scade
până la 0.66 mg/l, la 4 ore ajungandu -se la concentrația de 0,05 mg/l, valoare admisă de
legislația în domeniu. Cantitatea de oxigen rămasă în prob ă este de 5,01 mg/l.

38
Mod de lucr u pentru probă 3 : Într-un vas de sticlă de volum 10 1, se pun 4 1 nămol biologic din
instalatia de epurare, se pune necesarul de nutrienți 14.365 g ure e,123.021 g fosfat
trisodic, apoi se adaugă până la 8 1 apă distilată. După aceas tă procedură trebuie să dozăm
fenolul astfel încât să se ajungă la o concentrație inițială 1000 m g/I fenol. După ce este pusă în
funcțiune pompa de aerare, sondă de oxigen indică o cantita te de oxigen în valoare de 4,88 mg/l.
Se extrage prima probă și se constată o scădere a concen trației până la valoarea de 360 mg/l
fenomenul purtând numele de adsorbție fizică. După ce a tre cut o oră, probă conține o
concentrație de fenol de 230 mg/l, la 2 ore prezintă concentr ația de 220 mg/l, indicandu -ne astfel
o suprasaturarea a stratului biologic. Cantitatea de oxigen măsurată din vas este de 4 ,82 mg/l.
După acest interval se oprește aerarea probei, nămolul es te lăsat să decanteze și proba de nămol
decantat este introdusă într -o altă cuvă de aerare, este aerat în prezența apei distila te, este lăsat
din nou la decant at și se separă nămolul de apă. După toate aceste procedee nă molul este
introdus în vasul de reacție și se pun nutrienți astfel. 7.23g uree și 40.54g fosfat. Cantitatea de
oxigen măsurată din apă este de 5,20 mg/l. Se pune din nou în fun cțiune pompa de aerare, se
prelevă o primă probă și se observă o scădere bruscă a c oncentrației la 37 mg/I. În interval de o
oră concentrația de fenol ajunge la 8 mg/l, după două ore conce ntrația este de 3,2 mg/l , iar la trei
ore de la prelevarea probei avem o concentrație de numai 0,05 mg/I. Se măsoară o nouă
concentrție de este de 0,04 mg/l.
Mod de lucru pentru probă 4 : Într-un vas de 10 l, se adaugă 4 l de nămol biologic din instalația
de epurare 1, se adaugă nutrienții astfel. 124.68 g uree și 322,28 g fo sfat trisodic, urmând să fie
introduși alți 8 l de apă distilată. După această procedură tr ebuie să dozăm fenolul astfel încât să
se ajungă la o concentrație inițială de de 3500 mg/I fenol. Se extrage prima probă și se constată o
scădere a concentrației până la valoarea de 900 mg/l, feno menul purtând numele de adsorbție
fizică. După ce a trecut o oră, probă conține o concentr ație de fenol de 745 mg/I, la 2 ore prezintă
concentrația de 700 mg/l, iar după un interval de 3 ore concent rația scade până la 690 mg/l.
Cantitatea de oxigen rămasă în probă este de 4,94 mg/I. După acest interval se oprește aerarea
probei, nămolul este lăsat să decanteze și proba de năm ol decantat este introdusă într -o altă cuvă
de aerare, este aerat în prezența apei distilate, este l ăsat din nou la decantat și se separă nămolul
de apă. După toate aceste procedee nămolul este introdus în va sul de reacție și se pun nutrienți
astfel. 10,466g uree și 112.582g fosfat. Se observă o scădere bruscă a concentrației la a230 mg/I.
Cantitatea de oxigen măsurată din apă este de 5,22 mg/l. După ce a trecut o oră, proba conține o
concentrație de fenol de 70 mg/l, la 2 ore prezintă concentrația de 30 mg/l, iar după un i nterval
de 3 ore concentrația scade până la 6 mg/l, la 4 ore ajunga ndu-se la concentrația de 0,4 mg/l. La

39
6 ore de la intrarea în cea de- a doua treaptă se înregistrează o concentrație de fenol de 0,05 mg/I.
Se măsoară o nouă concentrațiede oxigen finală de 5,01 mg/l.

Rezultatele experimentale sunt prezentate în următorul tabel:

Tabel 2.1 Prezentarea rezultetelor experimentale [ 14 ]
Proba Timp T]=lO min T2=1 h T3=2h T4=3 h T5=4h Tc;=5 h Tr=6h
Concentrapa
Proba 1 Ci = 50mg/1 30 5 0,3 0,05 – – –
Proba 2 Ci = 250 mgll 58 12 5,9 0,66 0,05 – –
Proba3 I
Treapta 1 Ci = 1000 mg/l 360 230 220 – – – –
Treapta 2 Ci = 220 mg/l 37 8 3,2 1,5 0,8 0,005 –
Proba 4 I
Treapta 1 Ci = 3500 mg/l 900 800 745 700- 690 – –
\
Treapta 2 Ci = 690mgIJ 230 110 70 30 I 6 0,4 0,05

40
Capitolul 3. Procedee de eliminarea fenolului din apele uzate

Biodegradabilitatea substantelor organice. Microorganismele prezente în degradarea
fenolului. Procedee de epurare biologică

3.1 Biodegradabilitatea substantelor organice

Fenomenul de biodegradare reprezintă eliminarea compușilor c himici cu ajutorul organismelor
vii în cadrul protecției și epurării apei și prezintă mai mult e etape
 Primară
 Parțială
 Acceptabilă
 Totală
În cadrul degradării primare este schimbată identitatea compus ului.
În cadrul degradării parțiale sunt observate o serie de s chimbări în molecula subtanțelor, fără ca
aceasta să fie transformată în mod complet în compuși organici.
Biodegrabilitatea acceptabilă este etapa în care, în molecul e apar o serie de transformări care au
ca urmare îndepărtarea unor proprietăți nedorite ale substa nței.
Biodegradarea totală sau mineralizarea conduce la transformar ea substanței în oxizii elementelor
ce o compun și prin metabolism parțial în biomasă.
Substantele biodegradabile sunt compușii care, în apa emisarului sau în timpul utilizării a
instalației de epurare în treaptă biologică , dispar o parte din părțile vătămătoare deoarece au fost
degradate de o cultură de microorganisme.
În apele menajere pot fi întâlnite și substanțe de tipul cancerigen cum ar fi:
 3,4 benzipiren
 1 – natalamină
 Hidrocarburi aromatice complexe

Este de menționat faptul că orice substanță poate fi ataca tă de microorganisme și să fie degradată
la CO2 și apă, dar nu trebuie ignorați următorii factori ai compușilor ce urmează a fi eliminați:
 Structura chimică
 Configurația sterică
 Masa molecula ră
 Solubilitatea

În treapta de epurare biologică sunt cateva cazuri unde r andamentul de eliminare a elementelor
nedorite este unul scăzut, și anume:

41
 Randament complet scăzut în cazul impurităților degradate cu viteze mult prea lente sau
în condiții non economice ( anaerobe , catabolism , inducere, menținerea unor enzime ) [
7 ]
 În cazul impurităților degradabile la produși cu toxicitate la f el de mare cu a impurităților
inițiale ( pesticide, formate din hidrocarburi clorurate c a DDT, aldrin , dieldrin ) [ 7 ]
 Pentru hidrocarburile aciclice ramificate cu un atom de carbo n cuaternar [ 7 ]
 În cazul unor hidrocarburi mai simple precum etilenă cl orura de vinil, polietilena,
policlorura de vinil. [ 7 ]
Prin anii 1960 s- observat debutul cercetării biodegradabilității fenolilor r ealizată prin epurarea
biologică aerobică, ciclul de reacție al descompunerii fiind următorul:

Fenol → Catecol → Ortochinonă → Acid muconic → Acid acetic → CO2+ H2O [7]

În concluzie, compușii fenolici sunt perfect biodegradabili, chiar dacă concentrația acestora nu
este extrem de variabilă și astfel , apele uzate pot fi înai ntate spre etapa de epurare biologică
anaerobă doar după ce au trecut printr -o desulfurare.

3.2 Microorganisme active în biodegradarea fenolului

Câteva din microorganismele ce favorizează degradarea feno lului sunt culturile de Candida
maltosa L4, Candida arboreea, Candida robusta, Candida t ropicalis, Candida utilia, Nocardia,
Trichosporon cutaneum , Pseudomonas.
Aceste culturi au fost la început stu diate de către A.Spanning și H.Neujahr utilizand acest
compus ca unică sursă de carbon. În scurt timp s -a remarcat faptul că folosirea fenolului este
eficientă pentru că necesită o întreținere ușoară și re zultă o producție acceptabilă, aceea de 0,8 g
celule/g de fenol consumat.
Pentru studierea încorporării fenolului de către culturile de Candida maltosa L4 s -au investigat
activitățile fenol hidroxilazei și catecol – oxigenazei în extract brut din celulele crescute în
prezența unor surse de carbon.
Drojd ia de bere Candida tropicalis HP15 poate să folosească fenol din soluții de concentrații de
până la 2,5g/l, în calitate de sursă de carbon și energie. Candida tropicalis HP 15 degradează
compușii fenolici via beta -keto adipat. Drojdia de bere poate să metabolizeze câțiva fe noli
polihidrici cu bun randament. Drojdia de bere nu poate fol osi clorofenolii ca sursă de carbon
solid și de energie dar 3 si 4 clorofenolii au fost metabol izați în prezența glucozei. [ 8 ]
Candida tropicalis NO 708 metabolizează substanțial fenol ul ca unică sursă de carbon. Drojdia
de bere Candida tropicalis utilizează catecol si3,4 metil catecol pentru creștere și ca sursă unică
de carbon , dar nu utilizează crezolii sau hidroxibenzoații. [ 8 ]

42
3.3 Procedee de epurare biologică

3.3.1 Epurarea biologică în bazine de aerare cu nămol activ

În interiorul bazinul de aerare, nămolul activ biolog ic este amestecat cu apa utilizată și cu
oxigenul din aer în mod continuu. Pentru acest procedeu sunt in stalate un număr de la 8 la 16
aeratoare î n cele 2 bazine. Puterea absorbită de fiecare aparat se fac e în funcție de caracteristicile
constructive, viteza de rotație și de gradul de imersie.
Conținutul de oxigen dizolvat în cadrul acestui procedeu es te măsurat cu ajutorul unor
analizatoare de oxi gen. Aceste aparate vor comanda, modificand regimul de funcționare în
aeratoare.
Noroiul activ rezultată și apa utilizată vor trece apoi în decantoarele racloare circulară , prin
îndepărtarea mecanică a noroiului.
Bazinele de aerare pot avea ormam radial ă, dreptunghiulară sau pătrată și pot fi cu aerare
mecanică sa cu aerare pneumatica.
Principalele funcții ale acestor bazine sunt:

 Asigurarea unui transfer cât mai bun al oxigenul din aer în apa uzată și să contribuie la
formarea în aria floconului și în interiorul acestuia a condițiilor aerobe
 Formarea cat mai bună a unui conglomerat între apa ș i nămolul activ
 Împiedicarea depunerii flocoanelor pe radierul bazinului

Bazinele cu aerare pneumatica

Acest tip de aerare se caracterizează prin introducerea de bule de aer în apă.

Oxigenul provine cel mai frecvent din aerul atmosferic, caz în care procesul poarta denumirea
de aerare a apei . Se menționează că în loc de aer, se poate introduce și oxigen g azos pur, dar
acest tratament, mult mai costisitor se face numai în scopul oxidarii chimice a unor compuși greu
biodegradabili sau minerali, sau pentru eliminarea unor compusi gazo si, prin acestea realizându-
se o îmbunătățire semnificativă a calității apei tratate. [ 16 ]

Bulele de oxigen pot fi de mai multe tipuri:
 Mici, cu diametrul de 1-1,5 mm
 Mijlocii cu diametrul de 1,5-3 mm
 Mari cu diametrul mai mic de 12mm

43

Particulele sunt obținute prin distribuția aerului prin difuzori poroși sau , cu ajutorul panourilor
Messner.
Bulele mijlocii provin din distribuția oxigenului printr -o serie de conducte ce prezintă orificii de
diametrul 1,5-5mm.
Cu ajutorul plăcilor cu orificii de peste 5 mm diametru unt ob ținute bulele de dimensiuni mari.
Panoul Messner este un aerator cu suprafață mare de formare a particulelor de aer și sunt
montate pe radierul bazinului, iar o importantă caract eristică a acestora este funcționarea
intermitentă. Elementele sunt folosite pentru tratare a biologică a apelor reziduale în instalații,
identificarea zonelor de denitrificare , economia de ene rgie în scopul funcționării independente.
Avantajele epurarii pneumatice sunt următoarele:
 Eficiență sporită în procesul de aerare
 Economisirea de energie, uneori poate ajung e pană la 50%
 Reglarea cantității de oxigen în funcție de gradul de aera re
 Nu poate interveni fenomenul de obturare
 Cheltuieli minime

Figura 3.1 Bazine cu aerare pneumatica

În aceste figuri , apa, paralel cu mișcarea transversala creată de curentul introdus, prezintă ăi
mișcări longitudinale , fiind antrenată de curentul care e ste introdus și eliminat din bazin.
Astfel, sunt formați curenții în spirală, de la un capăt al celuilalt al bazinulu i, îndeplinind rolul
de agitator, dar și de îmbunătățire a transferului.

44

Figura 3.2

Bazine cu aerare mecanică

În cadrul acestui procedeu, apa este pusă în contact cu nămolul activ și aerul atm osferic , în
urma amestecării mecanice intense.Aeratoar ele mecanice sunt de 3 tipuri:

 Cu perii sau palete ( cu ax orizontal )
 Cu aspirație
 Cu rotor ( cu ax vertical )

Aeratoarele mecanice cu perii sau cu palate poartă denumire a de perii Kessener, rotoare
Mammuth sau aeratoare cu ax orizontal și sunt folosit e în cadrul majorității stațiilor de epurare.
Mod de funcționare: peria se învârte și astfel creează , în bazinul de aerare, curenți longitudinali,
care contribuie la aducerea la suprafață a straturilor infe rioare, favorizând contactul cu aerul
atmosferi c.

Pentru aeratoarele mecanice cu aspirație, la rotirea unui corp, apar depresiuni și suprapresiuni.În
zonele unde apare depresiunea sunt orificiile care au legă tură cu aerul atmosferic, care este
aspirat și amestecat în bazinul de aerare.
Aeratorul cu rotor ( cu ax vertical ) este compus din două elemente prin cipale

45

 Grupul de acționare ( motor și eductor )
 Rotorul propriu-zis

Rotorul este componenta principală a sistemului de aerare și este f ormat dintr -un disc de intrare
inferior și un disc de ieșire superior. Între aceste disc uri se montează paletele.

Gradul de eficiență de aerare depinde de foarte mulți facto ri, cum ar fi numărul pale telor, forma,
turația motorului, adancimea de imersie, etc.

Decantoarele secundare fac parte din treapta de epurare bi ologică și au rolul de a absorbi
materiile solide în suspensie din nămol, particule se parabile prin decantare.Evacuarea nămolului
activ din aceste componente are loc în mod continuu.

Figura 3.3 Bazin de aerare mecanică cu aspirație

3.3.2 Considerații asupra nămolului activ

Flocoanele de nămol sunt componente formate din masă ge latinoasă ( masă zoogletă ) , produsă
de către microorganisme alcătuite din bacterii și subst anțe inerte. Componenta care formează
partea gelatinoasă este de natură polizaharidica și are rolul de a proteja celulele bacteriene de
atacurile protozoarelor sau de acțiunea nocivă a substanțel or chimice.
Nămol activ este un amestec de organisme variate cu căi met abolice proprii., el putând fi
considerat un biotop sau ecosistem natural format în anumit e condiții de mediu și cu trăsături
proprii.
Componentele nămolului activ sunt: alge, ciuperci, protozoare, metazoare și bacterii.
Microscopic, se pot observa mai multe faze ale formării nămolului activ:
1. Apariția bacteriilor izolate adaptate la impuritățile organi ce existente în mediul apos
2. Dezvoltarea liberă a bacteriei în masa lichidului

46
3. Aglomerarea rapidă bacteriilor în flocoane
4. Dezvoltarea flocoanelor și scăderea numărului de bact erii libere
5. Apariția flagelatelor și dezvoltarea lor numerică
6. Apariția ciliatelor libere și apoi a celor fixe
Formula chimică a nămolului acti ve este (C5H7NO2)n
Fenomenele care au loc în timpul formării și distrugerii nămolului active sunt :
 Oxigenarea substanțelor organice
 Sinteza celulelor noi
 Autoliza nămolului pînă la bioxid de carbon , amoniac și a pă
Evoluția nămolului active prezintă p atru faze:

Faza I , este partea în care nămolul activ se aclimati zeaza
Faza a II- a , este cea de creștere exponențială a calității de nă mol activ. Majoritatea substanțelor
organice sunt absorbite de către celule și transformate în biomasă.
Faza a III- a este faza staționară, numărul de microorganisme nou for mate fiind egal cu numărul
de organisme care mor
Faza a IV- a sau faza de declin sau faza endogenă , este etapa în care masa nămolului activ se
reduce, masa organică fiind folosită pentru asigurarea necesității energetice ale ce lulelor.
Este de menționat faptul că trebuie bine menținute condiț iile de funcționare a fazei a doua pentru
o bună funcționare a instalațiilor de epurare biologică.
Una dintre cele mai interesante caracteristici ale a ctivității metabolice bacteriene o reprezintă
intensitatea ei excepțională comparativ cu cea a organism elor superioare. Aceasta activitate
metabolică este posibilă datorită suprafeței foarte mari a celulelor microbiene în raport cu masa
ei.
O altă caracteristică a microorganismelor este capacita tea de a sintetiza constituenți celulari,
folosind substanțe total diferite de cele sau chiar substan țe toxice.
Procesul de dezvoltare al compușilor din cele trei cla se : hidrați de carbon , proteine, lipide ,
prezintă trei faze:
1. Moleculele sunt scindate în unități structurale de monoz aharuri, acizi grași,
glicerină,rezultând material organic pregătit pentru a pătr unde prin peretele
celular pentru a participa la procesele eliberatoare de energie și pentru a furniza
unități structurale necesare sintezei protoplasmei celular e.
2. Produsele primei faze sunt parțial oxidate de bioxidul de carbon și apă și se
eliberează și energie
3. Produsele fazei a doua sunt oxidate în bioxid de c arbon și apă prin ciclul acizilor
tricarboxilici.

47
În urma proceselor de oxido- reducere rezultă energie ce este stocată în legăturile b ogate în
energie ( macroergice ) și ale moleculelor de A.T.P ( adenozintrifosfat )
Reacțiile chimice la care unt supuse celulele vii și care sunt reprezentative pentru metabolismul
celular sunt:
 Scindarea și formarea legăturii de C -C , care are loc prin decarboxilarea cetoacizilor,
carboxilarea cetonelor sau acizilor, aditia la dubla legătură
 Adiția sau îndepărtarea hidroge nului ie prin sistem redox pecial – lanț respirator , fie în
orice altă substanță a metabolismului intermediar
 Scindarea și formarea combinatiilor compuse , care se fo rmează prin reacții de hidroliză
 Adiția sau îndepărtarea atomului de azot sub formă de amo niac care poate fi efectuată
prin reacții de hidroliză
Modificările suferite la nivelul culorii nămolului din bazinele de aerare constituie principalul
factor calitativ pentru aflarea modificărilor apărute î n compoziția apelor și care nu au fost
detectate în laborator.
Culoarea inițială a nămolului din bazine este maro caram iziu. Momentul apariției unui spume
albicioase, fără a modifica culoarea compusului, indică începutul pătrunderii unor impurificatori
în cantități sporite față de cele cu care nămol ul este adaptat.
Evoluția stratului de spumă de la suprafața aeratoarelor poat e fi motivul supra oxigenării
nămolului biologic au mai poate apărea și în cazul în c are au loc degajări mari de amoniac sau
alți compuși toxici rezultați din fermentarea anaerob ă a depunerii de nămol.
Schimbarea culorii la gri- albicioasa se datorează prezenței prafului de cocs sau di verși alți
catalizatori epuizați.
Culoarea gri foarte închis este datorată prezenței de compuși fenolici sau sulfurici, peste limita
admisă.
Colorația nămolului tinde să ajungă până la negru dacă exis tă o lipsă prelungită a oxigenului
dizolvat , datorat unei aerări necorespunzătoare sau datorită prezenței în apă a unor impurificato ri
puternic reducători.
Șocurile petroliere peste 2000 mg/l sunt resimțite în bazinel e de aerare prin apariția unor pete
caracteristice și a innegririi spumei.
Cantitățile de produse peste limita admisă în bazinele de aerarea provoacă nămol ului un regre în
activitatea sa, numit inhibiție,unde o parte din protozoare mor: EPISTYLIS, VORTICELLA,
apărând bacterii filamentoase și micelii de ciuperci.
Substanțele nutritive adăugate sunt absolut necesare menține rii și dezvoltării nămolului biologic
activ.
Oxigenul este principalul factor pentru existența și menținerea vieții. Acest lucru este valabil și
pentru nămolul biologic care reprezintă tot un organism viu.

48
Pentru cel două trepte de epurare biologică din cadrul stației de epurare Petrobrazi , s-a stabilit
necesarul de oxigen dizolvat. Pentru bazinul primei trepte s-au stabilit limite cuprinse între 1,8-
2,8 mg/l oxigen dizolvat, pentru cel de al doilea bazin 3-4 mg/ l oxigen dizolvat.
Prezența microorganismelor ca Epistylis, Vorticella și Rosi feri în compoziția nămolului activ și
a flacoanelor de nămol legate între ele sunt semnele une i ape bine epurate.
Apariția unor bule ( forme luminoase ) indică un exces de produse petroliere în bazinele de
aerare, iar cand nămolul pare împușcat, adică prezintă goluri mari în masa sa putem spune că
există o concentrație ridicată de sulf.
La apariția compușilor fenolici în apele din aerator , flocoanele sunt dispersate și mai puțin
dense.
Mișcarea compușilor biologici poate fi un alt indicator a l modificărilor apelor care alimentează
treptele biologice.
Mișcările lente pot fi datorate șocurilor de poluanți sa u a lipsei de hrană pe când o mișcare
rapidă poate fi rezultatul prezenței poluanților iritanți , toxici, a unor compuși noi sau a unei
suprasaturări c u biogene în special în concentratii crescute de fosfor.
Principalele microorganisme ce apar adesea în nămolul acti v al stației de epurare Petrobrazi
sunt: ( vezi anexele )
1. Lionotus – ciliat care plutește la suprafața flocoanelor și indică o b ună oxigenar e a
nămolului
2. Aspidica – este asemănător cu un crustaceu, constituind un indiciu al n ămolurilor în
dezvoltare
3. Philo Alina – rotifer sensibil la variațiile încărcărilor cu poluanți. Aces ta se dezvoltă
foarte bine în nămolurile active bine floculate și oxige nate
4. Paramecium
5. Vorticella – prezentă în nămolurile active bine oxigenate. În fazele de șoc de
impurificatori se încetează , luând forma unei păstăi sau g lobulara, revenindu -si după
trecerea șocului
6. Epistylis – ciliat care formează colonii dense
7. Actineta , Podopliria – apar la schimbarea de temperaturi sau la apariția de poluanți
În cadrul rafinăriei ploieștene randamentul de epurare al apelor este direct proporțional cu masa
de microorganisme aflate în bazinele de aerare.
Limitele de evacuare în emisar a apelor de epurare impuse prin avize sunt:

Tabel 3.1 Limitele de evacuare a poluanților în emisar

49
POLUANT CONCENTRAȚIA MAXIMĂ ADMISĂ
( mg/l )
sulf 0,5
fenol 0,1
suspensii 50
Produs petrolier 1-8
CBO5 20
CCO 100

Un indicator prin care se poate caracteriza randamentul unei stații de epurare consumul chimic
de oxigen. Valoarea de CCO variază în funcție de încărcarea de poluanți , astfel obținându -se un
randament de 70-80%.
Sunt cazuri în care apele unt epurat ecu ran damente mai mici decât cele obișnuite, fără a se
cunoaște cauzele care determină această evoluție.

3.3.3 Procese de tratare a nămolul

Din punct de vedere igienico- sanitar, prelucrarea nămolului trebuie să îndeplinească urm ătoarele
criterii:
 Reducerea contactului dintre lucrători și materialul supus prelucrăr ii
 Prevenirea dezvoltării mirosurilor în timpul prelucrării, transportului și utilizării
 Distrugerea germenilor patogeni
 Obținerea materialelor apte pentru stocare și utilizare

Din punct de veder e economic, procedeele de prelucrare trebuie să țină seam a de:
 Costul utilajelor
 Disponibilitatea de spațiu
 Disponibilitatea forței de muncă
 Disponibilitatea de utilizare ulterioară
Din punct de vedere tehnic, trebuie să ținem seama de:
 Cunoașterea proprietăților și caracteristicilor nămolul ui
 Alegerea și dimensionarea corectă a utilajelor
 Scheme de prelucrare elastice cu posibilitate de adaptare ra pidă în caz de avarii

50
Tabel 3.2 Procese de prelucrare a nămolului
Tipuri de procese
de prelucrare a
nămolului Scopul și funcțiile Realizare prin:
Îngroșarea  îndepărtarea apei
 reducerea volumului
 omogenizare
 creșterea eficienței în
procesele anterioare  centrifugare
 filtrare
 flotare
 sedimentare
Stabilizarea  diminuarea potențialului
patogen
 reducerea volumului și masei;
diminuarea putrescibilitate
 producerea de gaz
combustibil  fermentare anaerobă
 stabilizare anaeroba
Condiționarea  modificarea structurii
 îmbunătățirea filtrabilitatii și
compatibilității
 creșterea gradului de captare a
dolidelor  condiționare termică cu material
inert
 condiționare chimică, spălare
Dezinfecție  reducerea potențialului
patogen
 asigură valorificarea agricolă
a apei  pasteurizare
 iradiere
 tratare cu var
 compostare
Deshidratare  îndepărtarea apei
 reducerea consumului de
energie și a cheltuielilor de
transport în procesele
următoare
 filtrare în filtre presă,
vacuum
 centrifugare
 uscare pe platformă
Uscare  îndepărtarea avansată a apei
 sterilizare  uscare sau uscătoare vetre
etajate cu bandă sau atomizor
Incinerare  distrugerea totală a
materialului organic
 îndepărtarea totală a apei
 conversia materialului  oxidare umedă
 piroliză
 incinerare
Eliminare finală  îndepărtarea în cadrul
instalației
 reintegrarea în cadrul natural
 valorificarea potențialului util  utilizarea ca îngrășământ
agricol, ca amendament pentru
refacerea terenului degradat
 utilizarea ca material de
construcții
 depozitarea pe sol sau în
subteran

51
Pentru utilizarea nămolului ca îngrășământ sau amendame nt agricol este necesar ca acesta să fie
stabilizat prin fermentare anaerobă în prezența microorgani smelor. Astfel, se reduce cantitatea de
material organic ușor putrescibil, care reprezintă un poten țial infecțios și apar și mirosurile
neplăcute.
Stația de epurare PETROBRAZI are în componență un bazin de colectare a nămolului, care a
fost separat în decantoare, care se circulă cu ajutorul unor pompe o parte din nămolul activ, iar
excesul de nămol este trimis mai departe spre o stație de preparare a nămol ului, unde are loc
îngroșarea sau incinerarea acestuia.

52
Capitolul 4. Proiectarea tehnologică a instalației de eliminare a fenolului din apele
reziduale

4.1 Alegerea solventului de extracție

Una dintre metodele de eliminare a fenolului din apele uza te este extracția cu solvenți
nemiscibili: benzenul, izopropilbenzenul, acetatul de butil, metil – tert- butil eterul, terț – amil
metil eterul etc.
Alegerea acestui solvent se face în funcție de constan ta lui de repartiție definită astfel:

Kr =Y/X (4.1)
Unde:
Y – cantitatea de solvent / c antitatea de solvent de extracție
X – cantitatea de solvent/ cantitatea de solvent purtător

4.2 Simularea schemei tehnologice

1. Alegerea schemei tehnologice
Pe platforma Petrobrazi apele reziduale conțin adesea 20000 m g/l de fenol. Eliminarea acestuia
până la un conținut de 0.05 ppm masic impus de condițiile de med iu se poate face prin extracție
cu solvenți nemiscibili pâna la un conținut de 3500 mg/l urmat de un procedeu de cataliza
enzimatică , în urma căruia fenolul ajunge la cantita tea dorită.
Pentru eliminarea fenolului s- a ales ca solvent de extracție IPB -ul ( izopropilbenzenul ). Solvent
de extracție este recirculat de la o coloană de regenera re a solventului cu un conținut maxim de
1000 mg/l de fenol. Schema tehnologică propusă este alcătuit ă dintr -o coloană de extracție
cuplată cu o coloană de fracționare în scopul regenerarii solventului.

2. Simularea coloanei de extracție
Pentru o coloană de extracție echipată cu trei talere teo retice, la temperatură constantă ( 40
grade Celsius ) și presiune atmosferică . S -a modificat debitul de solvent de extracție ( IPB )
recirculat de la coloana de regenerare cu un conținut de 1000 m g/l fenol și s – a urmărit
concentrația de fenol în faza rafinat.
Pentru o coloană de extracție echipată cu patru talere teoretice operată la temperatură constantă
( 40 de grade Celsius ) și presiune atmosferică s -a modificat debitul de solvent de extracție
recirculat cu 1000 mg/l fenol și s – a urmărit concentrația de fenol din faza rafinat.

53

Tabel 4. 1 Date de intrare în simularea coloanei de extracție
Mărime Valoare, unități de măsură
Apă reziduală
 Debit
 Concentrație de fenol

20m3/h
20000 ppm masic
Solvent de extracție
 Debit izopropil benzen
 Concentrație de fenol
Variabil , m3/h
1000 ppm masic
Număr de talere teoretice 3, 4 variabil
Model termodinamic NRTL ( pentru două faze lichide )
Model de calcul Lichid- lichid

Tabel 4.2 Rezultatele simulărilor pentru coloana de extracție c u trei talere teoretice

Debit IPB , m3/h Concentrația fenolului în faza rafinat ,
Ppm masic
10 14300
15 11700
20 9527
25 7763
30 6372
35 5294
40 4462
45 3820
50 3323

Tabel 4.3 Rezultatele simulărilor pentru coloana de extracție c u patru talere teoretice
Debit IPB, m3/h Concentrația fenolului în faza rafinat , ppm masic
10 14200
15 11400
20 8984
25 6989
30 5449
35 4360
40 3475
45 2877
50 2446

54
4.3 Simularea coloanei de regenerare a solventului
Coloana de regenerare a solventului este o coloană de fracționare clasică alimentată cu fază
extract de la vârful coloanei de extracție. Această fa ză cuprinde trei componenți: fenolul extras,
solvent de extracție ( izopropilbenzen ) și apa stabilizată în solvent de extracție în valoare
corespunz ătoare temperaturii de operare de 40 de grade Celsius.
Scopul coloanei de fracționare este obținerea ca produs di stilat solvent de extracție de puritate,
iar ca produs de bază fenolul. Apa prezentă în cantități mi ci se va găsi la vârful coloanei de
fracționare în fază de vapori care , după condensarea totală și răcire se separă în două fracții
lichide la echilibru.

O schemă tehnologică a instalației de eliminare a fenolului din ape le reziduale prin extracție cu
izopropilbenzen este alcătuită din coloana de extracție e chipată cu patru talere teoretice, operată
la 40 de grade Celsius Și presiune atmosferică, alimentată cu 25 m3/h soluție apoasă cu 20000
ppm masic fenol,, iar pe la baza coloanei se introduc 40 m3/l solvent de extracție, cu un conținut
de fenol de maxim 1000 ppm masic.

4.4 Simularea coloanei de uscare a solventului de extracție

Coloana de uscare a solventului de extracție este o coloană numai cu zonă de stripare. Ea este
operată la presiunea atmosferică. Produsul vaporizat de l a vârful coloanei , după condensare și
răcire la 40 de grade Celsius, se separă în două faze lich ide la echilibru: faza organică care se să
reflux și faza apoasă care merge la canal. Produsul de b ază al acestei coloane este solventul de
extracție cu un conținut de maximum 20 ppm masic apă și cu a celași conținut de fenol oținut la
coloana de regenerare. Fluxul de solvent de extracție o bținut la coloana de regenerare ca fază
organică din vasul separator, la temperatura de 40 grade Celsius și 80 mmHg, este preluat cu o
pompă , se amestecă cu faza organică obținută după condensar e și răcire în vasul separator al
coloanei de uscare și împreună sunt preîncălzire prin sc himb de căldură până la 10 de grade
Celsius fluxul lichid de la baza coloanei de uscare.

55
Capitolul 5. Calculul economic

În acest capitol se estimează cheltuielile de operare în instalația de eliminare a fenolului din
apele reziduale.
Cheltuielile de operare se referă la :
 Cheltuieli cu apa de răcire la condensatoare
 Cheltuieli cu aburul saturat la refierbatoare
 Cheltuieli cu energia electrică de la pompe

Cheltuielile totale anuale de operare se calculează cu re lația:
Ct= C apă + C abur + C en el ( 5.1 )

Unde:
 C agent răcire reprezintă costul anual al apei de răcire
 Cabur – costul anual al energiei electrice
Se consideră că durata de funcționare a coloanei este de 8000 ore /an
Costul anual al apei de răcire este:
Capă=D*P apă*8000 (5.2)
Unde D este debitul volumic al apei
P apă – prețul apei, lei/m3
La condensatorul coloanei de regenerare a solventului și l a coloana de uscare s -a folosit apă
recirculată care costa 1500 lei/m3 . Calculul costului an ual al apei de răcire este prezentat în
tabelul următor:

Tabel 5.1 Costul anual ala pei de răcire în instalație

Coloană de regenerare Coloană de uscare
Debit apa, m3/h 1214,36 0.932
Cost, lei/an 1214,36*1500*8000 0.932*1500*8000
Cost total, lei/an 1.45855*10 10

Costul anual al aburului saturat se calculează cu relația:
Cabur= D*P abur* 8000 ( 5.3)
Unde D- debitul masic de abur saturat, t/h

56
Pabur- prețul aburului saturat , lei/t
Se consideră prețul aburului saturat fiind de 800 000 lei/t

Costul anual al energiei electrice din instalație este suma costurilor cu energia electrică la toate
pompele din instalație.
Costul energiei electrice la o pompă se calculează cu relația:
Cen el = E * P en el ( 5.4)
Unde E – energia electrică consumată la iecare pompă, KWh
P en el – prețul energiei electrice, lei /KWh
Se co nsideră un preț de 2200 lei / KW.
Energia consumată la fiecare pompă se calculeazăcu rel ația:
E= N p*τ (5.5)
Unde N P – putereapompe , KW
τ – timpul de operare , 8000 ore/an
Puterea pompei este: Np=
(5.6)
Unde – căderea de presiune între refulare și aspirația pompei , N/M3
V – debitul volumic al pompei, m3/s
randamentul pompei
Pentru coloana de extractive a fenolului necesare următ oarele pompe:
– De alimentare cu soluție apoasă P t
– De alimentare cu solvent de extractive P 2
– De flux extract ( alimentare coloană de rege nenrare ) P 3

57
Datele necesare pentru calculul costurilor cu energia de pom pare la coloana de extractive sunt
indicate în tabeluld e mai jos:
Tabelul 5.2 Costurile anuale cu energia de pompare la coloana de ext racție
Pompă P1 P2 P3
V, M3/s 0,3338 0,01137 0,01148
τ, ore/an 8000 8000 8000
, bar 4,978*105 0,9*105 4,99*105
p 0,8 0,8 0,8
N, KW 4,369 1,2883 7,1594
E, KWh/an 34952 10306,4 57275,2
Total cost energie
lei/an 7,689*107 1,546*107 8,591*107
Total cost energie
lei/an

Pentru coloana de regennerare a solventului de extracție sunt necesare următoarele pompe:
– De reflux P 3
– De solvent de extracție P 4
– De produs de bază P 5
Datele necesare pentru calculul costurilor cu energia de pompare la coloana de la coloana de
regenerare a solventului de extracție sunt indicate în tabelul de mai jos:
Tabel 5.3 Costurile anuale cu energia de pompare la coloana de rege nerare
P3 P4 P5
V, M3/s 0,00731 0,011344 0,000371
τ, ore/an 8000 8000 8000
, bar 0,02*105 1,09*105 0,68*105
p 0,8 0,8 0,8
N, KW 0,0244 1,5504 0,0316
E, KWh/an 195,2 12403,2 252,8
Total cost energie
lei/an 292800 1,8605*107 379200
Total cost energie
lei/an 1,9277

Pentru colcoana de uscare a solventului de extracție sun t necesare următoarele pompe:
– De fază apoasă P6
– De faza organica P 7

58

Tabel 5.4 Costurile anuale cu energia de pompare la coloana de usca re
Pompă P6 P7
V, M3/s 0,000003916 0,00001544
τ, ore/an 8000 8000
, bar 0,99*105 0,99*105
p 0,8 0,8
N, KW 0,0005 0,0019
E, KWh/an 4 1,52
Total cost energie lei/an 6000 22800
Total cost energie lei/an 28800

Cheltuielile totale pentru instalația de eliminare a fenolul ui sunt:
CT=1.45855*1010+2.346*1011+1.4388*1010=2,3479756*1011 lei / an (5.7)

59
Concluzii

Proiectul de diplomă numit Sisteme tehnologice de epurare a apelor uzate ce conțin fenol este
alcătuit din cinci capitole.
Primul capitol prezintă câteva noțiuni despre proprietăț ile apei, importanța acestuia ,este
explicat procesul de epura re al apelor , dar și metodele prin care se ajunge la pro dusul dorit, și
anume o apă epurată ce prezintă o concentrație de fenol conform normelor în vigoare.
Capitolul doi detaliază etapele defelonării apelor reziduale prin cataliza enzimatică. Este def init
fenolul , sunt prezentate câteva metode de determinare a acestuia și este detaliat procesul de
eliminare al acestui compus chimic prin procedeele de coagular e și de floculare.
Capitolul trei conține procedeele de epurare a fenolului d in apele rezid uale de la S.C
PETROBRAZI S.A . De asemenea este prezentat modul în care mi croorganismele influențează
eliminarea anumitor compuși din nămolul activ și necesitat ea prezenței acestora în treaptă de
epurare biologică.
În capitolul patru s-a prezentat modal itatea de proiectare a unei instalații de eliminare a
fenolului din apele reziduale ce pot avea un conținut de 20000 m g/l de enol prin extracție cu
izopropilbenzen până la un conținut masic de 3500 ppm masic fe nol.
Pentru eliminarea fenolului din apele reziduale s- a propus o schemă tehnologică alcătuită dintr –
o coloană de extracție, o coloană de regenerare a solv entului și o coloană de uscare a solventului
de extracție.
În cadrul capitolului cinci s- a făcut calculul cheltuielilor de operare în instalația de extracție a
fenolului.

60
ANEXE

Anexa 1.1

Microorganism Vorticella

Anexa 1.2

61

Microorganism Paramecium

Anexa1.3

62

Microorganism Lionotus

Anexa 1.4

63

Rafinăria Petrobrazi

Cu o capacitate anuală de rafinare de 4,5 mil tone de țiței, P etrobrazi este una din cele mai
importante rafinării din România.
La Petrobrazi, țițeiul este procesat și transformat înt r-o gamă largă de produse petroliere de
calitate de la benzină, motorină, GPL, la carburanți pentru aviație și alte produse pe bază de
uleiuri minerale. Producția Petrobrazi poate acoperi necesar ul de carburanți pentru 3 milioane de
autoturisme/an.
În prezent, Petrobrazi funcționează la cele mai înalte standarde de mediu și performanță și poate
procesa întreaga producție de țiței a OMV Petrom din România.
Scurt istoric
Istoria rafinăriei Petrobrazi începe în 1934 când a fost înfii nțată rafinăria Creditul Minier cu o
capacitate de rafinare de 300.000 tone/an.
Distrusă aproape în întregime în al Doilea Război Mondi al, rafinăria a fost reconstruită și
reconfigurată de -a lungul anilor, reflectând contextul de piață și strategia acționariatului.
După privatizare, Petrobrazi a beneficiat de investiții de peste 1,5 miliarde de euro pentru
proiecte de modernizare între 20 05 și 2017.

64
Bibliografie

1-Vaicu, Lydia, Protecția și tratarea și epurarea apelor vol. II, Editura Acad emiei București, 1975
2- HOTĂRÂRE nr352 din 21 aprilie 2005 privind modificarea și completarea Hotărârii Guvernului nr.
188/2002 pentru aprobarea unor norme privind condițiile de descărcare în mediul acvatic a apelor uzate
3- http://www.rasfoiesc.com/educatie/fizica/APA-Structura- si-proprietatile22.php
4- Negulescu M si colab. , Politica mediului inconjurator, ed.tehnica, bucuresti 1995
5- Stugren B ., Bazele ecologiei generale, ed. Șt. Și Enciclopedică, București, 1982
6- Stugren B. , Ecologie generală, E.D.P., București, 1965
7- Negulescu M. , Epurarea apelor uzate orășenești, Editura Tehnică, Bucuresti 1989
8- Trîmbițașu Eva, Fizicochimia mediului. Factorii de mediu și poluarea lor, Editura Universității din
Ploiești,2002
9- Rojanski Vladimir si colab., Economia și protecția mediului, Ed. Trib una economică. Bucureșt i, 1997
10- Vulpașu E., Chimia apei, Editura Conspress, București, 2008
11. Safta V.V., Toma L., Elemente de proiectare a echipamentelor și instalați ilor din treapta mecanică a
stațiilor de epurare a apelor uzate, Editura Printech, 2003 ( Medeea Company )
12. material didactic, UPG, Ploiești
13. https://ro.wikipedia.org/wiki/Fenol
14. Colectiv, Studii efectuate de institutul de energetică chimică și biochimică
15. STAS 7167/1992
16. http://www.scritub.com/geografie/ecologie/STUDIUL-AERARII- APELOR45712.php

65