Lucrarea este structurată pe patru capitole astfel: [305473]

PREFAȚĂ

Calitatea apelor este cel mai mult afectată de deversarea de către om de ape uzate. [anonimizat] a calității apelor de suprafață este să epurăm apele uzate. În urma procesului de epurare rezultă namoluri ce trebuiesc tratate pentru a putea fi integrate în natură fară a afecta mediul înconjurător. Modul de tratare a acestor nămoluri face obiectul prezenței lucrări.

[anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat]. Se mai adaugă canalele ce preiau apele pluviale. [anonimizat], de obicei un rau.

Dacă în stația de epurare se aplică o tratare necorespunzătore nămolurilor se poate risca să se ajungă la respingerea nămolurilor rezultate la depozitare sau acceptate într-o cantitate destul de mică la depozitele autorizate de deșeuri.

Principalul scop al tratării este acela de a [anonimizat]/valorificarea ulterioară. În al doilea rând este necesară reducerea/eliminarea riscului infectării solului și a [anonimizat].

Valorificarea energetică a [anonimizat], [anonimizat] a reduce consumurile proprii de energie în procesele de tratare a apelor uzate și a nămolului.

Lucrarea este structurată pe patru capitole astfel:

În primul capitol “Istoric și Aspecte Generale” se descrie apariția și evoluția stațiilor de epurare în decursul timpului.

La Capitolul 2: “Procedee și tehnologii de prelucrare avansată a nămolului” sunt prezentate procedeele folosite în stațiile de epurare pentru obținerea nămolului din apele reziduale și tehnologiile folosite pentru tratarea nămolului rezultat în vederea obțineri unui nămol cu costuri reduse de depozitare și utilizabil în agricultura cât și în obținerea de energie prin arderea acestuia.

Capitolul 3 : “Studiu de caz” descrie un procedeu de uscare a nămolului rezultat în statiile de epurare.

Capitolul 4 : “Concluzi” se extrag principalele concluzi rezultate în urma studiului de caz cât și din primele două capitol ale lucrări.

Capitolul 1:

Istoric și Aspecte Generale

Istoric

Primele stații de epurare au apărut în Anglia în secolul XIX. Inițial s-[anonimizat], [anonimizat]. Abia atunci s-a trecut la realizarea de stații de epurare.

În SUA tot mai puține ape uzate după epurare se descarcă din nou în emisar. [anonimizat], pentru recreere (lacuri), [anonimizat].

[anonimizat], El Paso si chiar Washington DC! Aceasta e [anonimizat], de aceea tehnologia se raspandeste in tari arabe si africane.

La nivelul României, o problema o reprezintă lipsa unei rețele de canalizare în anumite regiuni și ineficiența sistemului de epurare. Astfel, specialiștii Administrației Naționale Apele Române (ANAR) au constatat că apa folosită de 90% dintre românii de la sat nu ajunge în nici un sistem de canalizare. Cei mai mulți dintre aceștia aruncă apa folosită în apropierea casei. De asemenea, în România, gradul de racordare la rețele de canalizare și stații de epurare a apelor este de 57%.

Aspecte generale

Procesul de epurare a apelor uzate conduce la reținerea și formareaaunor cantități importante de nămoluri ce înglobează substanțeepoluante și substanțe inerte.

Procedeele de tratare a nămolurilor sunt foarte diverse și ca urmare nu se pot stabili rețete și tehnologii universal valabile, ci pentru fiecare stație de epurare trebuie studiate caracteristicile nămolurilor supuse prelucrării.

La baza tuturor procedeelor de tratare a nămolurilor stau două procese tehnologice distincte și anume stabilizarea nămolurilor prin fermentare și deshidratarea nămolurilor. Între aceste două procedee principale pot să apară diverse variante sau combinații de procedee a căror aplicare se face diferențiat în funcție de condițiile locale, cantitatea și calitatea nămolurilor, existența unor terenuri pentru amplasarea instalațiilor și platformelor de uscare și depozitare, sau destinația nămolurilor etc.

Clasificarea procedeelor de tratare a nămolurilor se poate face după mai multe criterii și anume:

– criteriul reducerii umidității;

– criteriul diminuării componenței organice;

– criteriul costurilor de prelucrare.

În Tabelul 1.1. se prezintă o clasificare după primul criteriu, cel al reducerii umidității care permite îmbinarea diferitelor procedee în schemele tehnologice ale stațiilor de epurare.

Tabelul .1.1. Clasificarea procedeelor de tratare a nămolurilor

Procedeele menționate în prima grupă se consideră ca fiind de fapt o etapă de pretratare a nămolurilor în vederea reducerii într-o limită mai scăzută a umidității, dar pot apărea modificări a structurii nămolului.

În a doua grupă sunt cuprinse procedee de deshidratare naturală: mecanică, cu o reducere semnificativă a umidității nămolurilor. Procedeele din această grupă, de regulă se combină cu cele din prima grupă de procedee.

În a treia grupă de procedee sunt incluse cele care conduc la reducerea avansată a umidității nămolului (până la o umiditate de 25%) unele dintre acestea constituind chiar soluții finale de prelucrare.

Din ultima grupă fac parte procedeele de prelucrare finală care trebuie să asigure fie reintegrarea nămolului în mediul înconjurător fără al polua, fie valorificarea potențialului de fertilitate în agricultură. În urma analizei tabelului de mai sus putem concluziona că procedeele de prelucrare conduc la obținerea următoarelor tipuri de nămoluri sau reziduri:

– nămol stabilizat (aerob sau anaerob);

– nămol deshidratat (natural sau artificial);

– nămol igienizat (prin pasteurizare, tratare fizico-chimică sau compostare);

– nămol fixat, rezultat prin solidificare în scopul imobilizării compușilor toxici;

– cenușă, rezultată din incinerarea nămolurilor.

În prezent în mod normal, nămolurile proaspete din stațiile de epurare urbane, sunt prelucrate în prealabil prin fermentare anaerobă (obținandu-se biogaz), după care urmează procesele de deshidratare naturală sau artificială și în final valorificarea lui în agricultură, ca fertilizator, dar numai dacă corespunde din punct de vedere bacteriologic. Prin fermentare anaerobă are loc și o mineralizare a substantelor organice, care devin inofensive față de mediu și se obține biogaz de fermentație. În cazul stațiilor de epurare de mici dimensiuni, pentru reducerea costurilor investiționale, se recomandă utilizarea fermentării aerobe.

Formarea nămolurilor

Epurarea apelor uzate, în vederea evacuării în receptorii naturali sau a recirculării, conduce la reținerea și formarea unor cantități importante de nămoluri ce înglobează atât impuritățile conținute în apele brute, cât și cele formate în procesele de epurare.

Cantitățile de nămol ce rezultă din epurarea apelor uzate depind de calitatea apelor uzate și de tehnologia de epurare adoptată. Cantitățile specifice de nămol reținute în stațiile de epurare sunt prezentate în Tabelul 1.2.

Tabelul 1.2. Cantități specifice de nămol reținute în stațiile de epurare

Schemele tehnologice aplicate pentru epurarea apelor uzate industriale și orașenești, din care rezultă nămoluri se pot grupa în două mari categorii: cele privind epurarea mecano-chimică și cele privind epurarea mecano- biologică. În Figura 1.1. și Figura 1.2. se prezintă principalele surse de nămol în cadrul schemelor de epurare menționate.

Figura 1.1. Surse de nămol din stația de epurare mecano-biologică

Din punct de vedere fizic, nămolurile provenite din epurarea apelor uzate se consideră sisteme coloidale complexe, cu compoziții eterogene, conținând particule coloidale (d< 1 n), particule dispersate (d'= 1 – 100 p), agregate, material în suspensie etc., având un aspect gelatinos și conținând foarte multă apă. Din punct de vedere tehnologic, nămolurile se consideră ca fază finală a epurării apelor, în care sunt înglobate produse ale activității metabolice, materii prime, produși intermediari și produse finite ale activității industriale.

Figura 1.2. Surse de nămol din stația de epurare mecano – chimică

Principalele tipuri de nămol ce se formează în procesele de epurare a apelor uzate sunt:

– nămol primar, rezultat din treapta de epurare mecanică;

– nămol secundar, rezultat din treapta de epurare biologică;

-nămol mixt, rezultat din amestecul de nămol primar și după decantarea secundară, obținut prin introducerea nămolului activ în exces în treapta mecanică de epurare;

-nămol de precipitare, rezultat din epurarea fizico-chimică a apei prin adaos de agenți de neutralizare, precipitare, coagulare – floculare.

Clasificarea nămolurilor după compoziția chimică conduce la luarea în considerare a două mari categorii:

– nămoluri cu compoziție predominant organică ce conțin peste 50% substanțe volatile în substanța uscată și care, de regulă, provin din epurarea mecano-biologică;

– nămoluri cu compoziție predominant anorganică ce conțin peste 50% din substanța uscată și care de regulă, provin din epurarea fizico-chimică.

1.2.2. Caracteristicile fizice ale nămolurilor

Principalele caracteristici fizice care prezintă interes în procesele de prelucrare a nămolurilor sunt următoarele:

1. Culoarea și mirosul care furnizează primele informații asupra stării nămolului. Nămolurile proaspete din decantoarele primare sunt de culoare cenușiu deschis și au un miros aproape imperceptibil. Ele conțin resturi menajere și intră ușor în fermentație producând gaze cu mirosuri neplăcute (hidrogen sulfurat). Nămolurile biologice din decantoarele secundare reținute după procesul de trecere a apei uzate prin filtrele biologice, au o culoare maronie, iar la cele de după bazinul de tratare biologică cu aerare (nămolul activat), culoarea acestora variază de la galben – brun, brun – cenușiu până la brun închis, în funcție de speciile bacteriene predominante.

2. Umiditatea sau conținutul de apă variază în limite foarte largi în funcție de natura nămolului (mineral sau organic), de treapta de epurare din care provine (primar, secundar, de precipitare etc). Umiditatea nămolului se exprimă în procente și se determină în laborator prin uscare în etuvă, la temperatura de 1050°C, sau cu ajutorul analizorului de umiditate (UMIDOTEST).

Reducerea volumului de nămol prin eliminărea apei și a schimbarea structurii acestuia, constituie elementul de bază în tratarea nămolurilor. Variația de volum, ca urmare a schimbării umidității, se poate determină cu relația:

În care , sunt umiditățile nămolului înainte și după uscare, în procente.

3. Greutatea specifică a nămolului depinde în mare măsură de greutatea specifică a materiilor solide pe care le conține, de umiditatea lor și de proveniența nămolului din cadrul stației de epurare, în sensul că nămolul primar brut are o greutate specifică de 1,004- 1,010 t/m³, nămolul activat în exces are valori mai mici, în jur de 1,00 t/m³ și după îngroșare, 1,003 t/m³.

Pentru calcule mai puțin precise dacă umiditatea medie a nămolurilor depășește 90% se poate considera greutatea specifică a nămolurilor egală cu cea a apei.

4. Filtrabilitatea este o proprietate importantă a unui nămol și reprezintă proprietatea acestuia de a ceda apa prin filtrare și se exprimă cantitativ, prin rezistența specifică la filtrare (în cm/g) și coeficientul de compresibilitate (s).

Pentru determinarea rezistenței specifice la filtrare se utilizează ecuațiile lui Poiseuille și Darcy pentru curgerea fluidelor prin medii poroase capilare, dar cu modificările propuse de Kozeny și Caraman pentru nămoluri.

5. Puterea calorică a nămolului variază în funcție de conținutul în substanță organică (substanțe volatile). Se poate determina experimental sau aproximativ cu ajutorul relației empirice:

PCn = Sv × 44.4

în care:

PCn – puterea calorică netă;

Sv – conținutul în substanțe volatile.

Experimental, puterea calorică se determină cu ajutorul bombei calorimetrice. Nămolurile primare caracterizate de o concentrație ridicată în substanțe organice au o putere calorică mai mare fată de nămolurile fermentate, asa cum rezultă și din Tabelul 1.3.

Tabelul 1.3. Puterea calorifică a diverselor nămoluri

1.2.3. Caracteristici chimice ale nămolurilor

1. Valoarea pH-ului variază pe parcursul desfăsurării procesului de fermentare mecanică a nămolului, dar trebuie să fie cuprins între 7 și 7,5 , adică un proces slab alcalin.

2. Substanțe solide totale. Nămolurile conțin, în medie, peste 90% apă, restul fiind substanțe solide care, din punct de vedere chimic, pot fi substanțe minerale și substanțe organice (volatile).

Determinarea compușilor de natură organică (volatilă) din rezidul, obținut după uscarea unei probe de nămol la 1050°C, se face prin calcinarea acesteia la temperatura de 5500°C. Un nămol primar conține 95 – 97% apă și 3 – 5% substanță solidă, din care circa 70% reprezintă partea volatilă (V). Dacă acest nămol este apoi fermentat, partea organică se reduce cu 40 – 50%, iar partea minerală (M) crește cu 60 – 65%.

3. Fermentabilitatea. Această proprietate a nămolurilor se determină prin analiza fermentării unui nămol proaspăt în amestec cu nămol bine fermentat, respectiv, două părți nămol proaspăt și o parte nămol fermentat. Acest amestec de nămol este urmărit timp de circa 30 zile.

Pe parcursul experimentului, se determină cantitatea și compoziția gazului produs, cantitatea de acizi volatili și pH-ul.

Din punct de vedere chimic în nămoluri predomină hidrocarbonații, grăsimile și proteinele.

Producția de gaz se referă la kg substanță organică, fiind maximă la materiile organice cu o compoziție ridicată de grăsimi de natură organică. În cazul nămolului proaspăt provenit din apele uzate urbane, cantitatea de gaz ce se poate produce este cuprinsă între 0,85 – 1,0 Nm³ gaz/kg materii solide organice degradate. Dacă se consideră materia organică din nămolul proaspăt, atunci producția poate fi estimată la 0,4 -0,7 Nm³ gaz/kg materie organică introdusă în bazin spre fermentare.

Cantitățile de acizi organici volatili trebuie să fie de circa 500 mg/dm3. Dacă se depășește valoarea 2.000 mg/dm3, apare riscul ca fermentarea mecanică să se oprească, astfel că fermentarea acidă va fi dominantă și deci vor apărea gaze rău mirositoare și un nămol extrem de periculos pentru calitatea mediului.

4. Metale grele și nutrienți. Conținutul de nutrienți (N, P, K) prezintă o importanță deosebită atunci cand se are în vedere valorificarea nămolului ca îngrășămant agricol sau ca agent de condiționare a solului. De asemenea, utilizarea în agricultură a nămolului este condiționată de prezența și de cantitatea de metale grele (cupru, cianuri, arsen, plumb etc), care au un grad ridicat de toxicitate și se acumulează în sol.

1.2.4. Caracteristici biologice și bacteriologice ale nămolurilor

Nămolurile proaspete (primare și secundare) prezintă caracteristici biologice și bacteriologice asemănătoare cu cele ale apei supuse epurării, cu mențiunea că diminuarea lor în fază apoasă se traduce cu o concentrare în faza solidă.

Diferitele procedee de prelucrare a nămolului, conduc și la diminuarea potențialului microbiologic al nămolului și în mod deosebit al potențialului patogen. În cadrul unor procedee de prelucrare se creează condiții de dezvoltare a microorganismelor capabile să transforme unele substanțe prezente din nămol în substanțe utile sau neutre în raport cu mediul înconjurător.

Astfel, în bazinul de fermentare anaerobă se dezvoltă microorganisme capabile de mineralizarea materiilor organice care realizează și o reducere relativă a potențialului patogen. În procesul de compostare, prin procese biochimice complete se produce o humificare a materiei organice, iar datorită temperaturii se produce și o dezinfecție a nămolului. Nămolurile rezultate din epurarea unor ape uzate industriale cu potențial patogen ridicat (ferme de animale, tăbăcării, abatoare etc) trebuie prelucrate în mod corespunzător.

Unele categorii de ape uzate ce nu prezintă un mediu prielnic de viață pentru microorganisme (pH acid, prezența unor metale toxice etc) conduc la formarea de nămoluri fără potențial patogen.

CAPITOLUL 2:

Procedee și tehnologii de prelucrare avansată a nămolului

2.1. Procedee de prelucrare a nămolului

Procesele de prelucrare a nămolurilor sunt multiple și variate, în funcție de proveniența și caracteristicile lor, dar și în funcție de modul final de evacuare. Clasificarea proceselor de prelucrare se poate face după diferite criterii, cum ar fi reducerea umidității, mineralizarea componenței organice etc.

2.1.1. Îngroșarea nămolului

Constituie cea mai simplă și larg răspandită metodă de concentrare a nămolului, având drept rezultat reducerea volumului și ameliorarea rezistenței specifice la filtrare. Gradul de îngroșare depinde de mai multe variabile, dintre care mai importante sunt: tipul de nămol (primar, activat, fermentat etc), concentrația inițială a solidelor, temperatura, utilizarea agenților chimici, durata de îngroșare etc. Prin îngroșare, volumul nămolului, pe seama apei eliminate, se reduce de circa 20 de ori față de volumul inițial, în schimb îngroșarea este eficientă până la o concentrație de solide de 8 -10%.

Îngroșarea se poate realiza prin decantoare – îngroșătoare gravitaționale, flotare sau centrifugare etc.

Îngroșarea gravitațională se realizează în decantoare verticale (pentru stații mici) sau decantoare radiale.

Gradul de îngroșare depinde de durata procesului și de înălțimea coloanei de apă (adancimea bazinului) din decantor. Pentru a evita apariția unor procese de fermentație a nămolului proaspăt a căror gaze afectează calitatea procesului de îngroșare, adancimea apei la perete nu trebuie să depășească 2,0 m. Panta radierului este mai mare față de cea a decantoarelor obișnuite, iar podul raclor este echipat cu o serie de bare metalice care se deplasează lent, cu o viteză de 1,0 rot/h, dirijând nămolul spre conul de colectare centrală, de unde apoi se extrage. În Figura 2.1. este prezentat un îngroșător de nămol.

În vederea dimensionării îngroșătoarelor de nămol se are în vedere două aspecte, fie dimensionarea se bazează pe experiența deja acumulată, fie se fac teste experimentale de laborator asupra nămolurilor care urmează a se îngroșa.

Figura 2.1. Îngroșător de nămol

În funcție de natura nămolului, timpul mediu de reținere al materiilor solide în îngroșător, este de 0,5- 2,0 zile, iar volumul nămolului se poate reduce la 20% din volumul inițial.

Îngroșarea prin flotare se aplică pentru suspensii care au tendința de flotare și sunt rezistente la compactare prin actiunea gravitațională. Se aplică procedeul de flotare cu aer insuflat sub presiune, care prin destindere la presiunea apropiată de cea atmosferică, elimină bule fine de aer care se atașează flocoanele.

Îngroșarea prin centrifugare se recomandă pentru nămolul activat în exces, atunci când nu se dispune de spațiu pentru executarea de decantoare – îngroșătoare.

Principiul de funcționare, precum și repartiția forțelor într-o astfel de instalație de îngroșare prin centrifugare este prezentată în Figura 2.2.

Figura 2.2. Principiul de funcționare a unui rotor centrifugal

În practică se folosește o centrifugă cu transportor elicoidal sau care reține circa 90% din materiile solide, nămolul activat în exces fiind în prealabil tratat cu floculanți. Sub influența floculanților nămolul este ridicat la suprafața lichidului și împins spre axa de rotație de unde este evacuat. Apa în schimb rămane pe pereții tamburului și este evacuată în partea opusă nămolului.

Ținând seama de viteza mare de rotație a echipamentului (de 6.000 rot/min), consumul de floculanți este mai mare datorită fragilității și ruperii flocoanelor, deci costurile de exploatare sunt mai mari decât în cazul altor procedee. În consecință nu se recomandă acest tip de instalații decât în cazurile deosebite, respectiv de spațiu. O astfel de instalație de îngroșare prin centrifugare a nămolului este prezentată în Figura 2.3.

Figura 2.3. Centrifugă cu melc pentru sedimentarea nămolului

1- corp cilindro – conic; 2 – ax melcat; 3 – melc; 4 – conductă de alimentare; 5 și 6 – roți de curea; 7 – orificiu pentru evacuarea nămolului (desecat-ului); 8 – orificii pentru evacuarea apei ( a fugat-ului); 9 – carcasă.

Alimentarea cu nămol se face axial prin partea dreaptă, evacuarea nămolului se face prin partea stângă (desecat), iar evacuarea apei prin partea dreaptă.O altă metodă de îngroșare a nămolului este cea ce utilizează filtrul presă cu bandă. În Figura 2.4. este prezentată schematic modul de funcționare a unei astfel de instalații.

Figura 2.4. Filtru presă cu bandă

O construcție mai simplă este cea a filtrului presă ce utilizează panză filtrantă.Elementele de bază sunt camerele filtrante suprapunse prin care trece panza de filtru. Filtru dispune de canale de drenaj a apei.

În Figura 2.5. este prezentată o astfel de instalație.

Figura 2.5. Schema de funcționare a unui filtru presă

1 – placă de filtrare; 2 – canale pentru drenaj apă; 3 –orificiu pentru evacuare apă; 4 – cameră de filtrare; 5 – panză filtrantă; 6 – role de întoarcere.

O instalație mult mai modernă este cea ce utilizează vacum pentru dezhidratarea nămolului, prezentată în Figura 2.6.

Figura 2.6. Instalație de deshidratare cu vacuum

2.1.2. Fermentarea nămolului

Fermentarea nămolului, în vederea unei prelucrări ulterioare sau a depozitării se poate realiza prin procedee anaerobe sau aerobe – primele fiind cel mai des folosite. În procesul de fermentare, materialul organic este mineralizat, iar structura coloidală a nămolului se modifică. Nămolul fermentat poate fi mai ușor deshidratat, cu cheltuieli mai mici decat în cazul nămolului brut.

Fermentarea anaerobă a nămolului

Prin fermentare anaerobă se întelege procesul de degradare biologică a substantelor organice din nămoluri, prin activitatea unor populații bacteriene, care în anumite condiții de mediu (pH, temperatură, etc) descompun materiile organice din nămol prin procese de oxido –reducere biochimică în molecule simple de CH4, CO, CO2 și H2, care formează asa numitul gaz de fermentație sau biogaz și care are o putere calorică medie de circa 5.000 kcal/Nm³.

Procesele biochimice si microbiochimice ce stau la baza degradării materiilor organice sunt extrem de complexe și încă insuficient cunoscute, această situație datorându-se necunoașterii complete a modului de degradare (mineralizare) a compușilor organici complecși și insolubili. Acest proces este numit de unii, proces de condiționare a nămolului, având în vedere și modificările structurale. În același timp, prin fermentare sunt distruse parțial și unele bacterii patogene, restul bacteriilor nu se pot distruge decat prin pasteurizare.

Cinetica fermentării anaerobe se desfășoară sub influența a două grupe principale de bacterii care trăiesc în simbioză în același mediu fizic și chimic respectiv bacterii anaerobe și aerobe, care transformă, prin hidroliză, substanțele organice complexe (hidrații de carbon proteine, grăsimi) în substanțe organice mai simple (acizi organici inferiori, alcooli etc.) cu ajutorul enzimelor extracelulare. În continuare aceste substanțe sunt sursa de hrană pentru moleculele mai simple, care cu ajutorul enzimelor intracelulare sunt transformate în compuși simpli și inofensivi mediului: metan, dioxid de carbon etc.

Rezultă că fermentarea anaerobă este un proces complex care se desfășoară în două faze:

faza de lichefiere;

faza de gazeificare.

În prima parte a stadiului nemetanogen (hidroliza), celulele mai mari ale biopolimerilor, ce formează substanța organică din nămol, sunt transformate (lichefiate) în unități mai mici, permeabile membranelor celulelor microorganismelor. În a doua parte a acestui stadiu de fermentare (acidogeneză), moleculele mici solubile obținute în faza de hidroliză sunt transformate prin mecanisme variate dependente de structura compusului și de microorganismul implicat, în acizi grași volatili – AGV (acetic, lactic, propionic etc), compuși neutri (etanol), gaze (CO2 și H2S, amoniac) și apă. Microorganismele care concură la faza acidogeneză au un timp de generare foarte scurt în comparație cu cele specifice fazei metanogene.

Hidrogenul ce apare în procesul de metanogeneză nu este detectabil decat foarte rar, deoarece el este rapid și preferential oxidat de bacteriile metanogene cu reducere a gazului CO2 la CH4 și apă. Dacă H2 nu este oxidat pe această cale, atunci se va acumula un amestec de produși intermediari care pot inhiba descompunerea și utilizarea substratului prin modificarea pH-ului.

În cazul fermentării aerobe, microorganismele care catabolizează aceste transformări, vor consuma în întregime energia conținută în substanța organică și o vor transforma în căldură, precum și în energia necesară înmulțirii microorganismelor. Energia termică nu poate fi utilizată tehnic decât în cazuri cu totul particulare și aceasta duce la creșterea entropiei lichidului prelucrat. De asemenea, biomasa în exces va trebui prelucrată și reintrodusă în circuitul natural.

La începutul procesului, viteza de fermentare și de producere a biogazului este mică dar, apoi crește, pentru ca la sfarșitul procesului să descrească din nou, atunci cand producția de gaz se apropie de valoarea limită.

Durata minimă care trebuie avută în vedere este de 12 zile. Forma acestei curbe este asemănătoare cu cea a dezvoltării bacteriilor care participă la proces. În cazul experimentărilor efectuate în condiții dinamice (cu alimentare continuă) se poate evita timpul de pornire (de amorsare a procesului) prin folosirea de nămol inoculat cu bacterii metanogene sau prin amestecul nămolului proaspăt cu cel fermentat, adică prin recircularea nămolului din instalația de producere a biogazului.

Factorii care influențează procesul de fermentare se pot grupa în două categorii:

– caracteristicile fizico-chimice ale nămolului supus fermentării: concentrația substanțelor solide, raportul mineral / volatil, raportul dintre componenta organică și elemente nutritive, prezența unor substanțe toxice sau inhibitoare etc;

– condițiile de exploatare ale instalațiilor de fermentare: temperatura, sistemul de alimentare și evacuare, sistemul de încălzire, de recirculare, de omogenizare, timpul de fermentare, încărcarea organică etc.

În afara acestor factori legați de calitatea materialului și parametrii instalațiilor, mai sunt o serie de factori la nivelul celulei, legați de echipamentul enzimatic, mult mai dificil de sesizat și dirijat, necesitând metode de investigare deosebit de complexe.

Se vor analiza câțiva dintre factorii de influență asupra procesului, ce pot fi dirijați în sensul dorit.

Concentrația substanțelor solide din nămol trebuie să fie astfel aleasă încât să asigure apa fiziologică necesară bacteriilor. Se recomandă concentrații de 5-10% materii solide. Concentrații mai ridicate ale materialului, peste 12% creează dificultăți la pompare și omogenizare.

Componenta organică a fazei solide prezintă, de asemenea, importanță în procesul de mineralizare și în producția gazului. Se apreciază că o reducere minimă de 50% a componenței organice asigură o stabilitate relativă a nămolului. Compoziția gazului nu este influențată de gradul de descompunere al materiei organice, ci de componentele organice.

Cercetări efectuate arată că fermentarea anaerobă se poate aplica pentru majoritatea substanțelor organice, excepție făcând lignina și uleiurile minerale.

Influența substanțelor toxice ca: nichel, crom (tri- și hexavalent), zinc, cupru, plumb etc., au efect de inhibare și dereglare a procesului de fermentare anaerobă. Limitele de inhibare și dereglare a procesului sunt uneori controversate, influența toxică a metalelor fiind strâns corelată cu prezența sulfurilor care produc, cu ionii metalici, complexe netoxice pentru bacterii.

În Tabelul 2.1. se indică limitele de concentrații pentru unele substanțe cu efecte toxice în procesul de fermentare.

Tabelul .2.1. Limitele de concentrație pentru unele substanțe cu influență asupra procesului de fermentare

Influența pH-ului. Fermentarea anaerobă se desfășoară în condiții optime la pH = 6,8 – 7,6, interval în care producția și compoziția gazului sunt normale. Modificarea pH-ului apare la modificarea calității nămolului de alimentare sau la exploatarea incorectă a instalației.

Influența temperaturii. În general, fermentarea anaerobă se poate realiza într-un interval larg de temperatură, între 4 și 60°C, cu aclimatizarea microorganismelor în anumite zone de temperatură. Viteza de mineralizare este influențată de temperatură, în sensul creșterii duratei de mineralizare cu scăderea temperaturii.

Din punct de vedere termic, procesele de fermentare anaerobă se pot clasifica în trei categorii:

– fermentare criofilă (fără încalzire) la temperatura mediului ambiant;

– fermentare mezofilă (32-35°C);

– fermentare termofilă (55°C).

În practică este larg aplicată fermentarea mezofilă.

Amestecul – recircularea – inoculare are ca scop principal amestecul nămolului fermentat de la baza rezervorului de fermentare cu cel de la suprafață, prin aceasta obținându-se o mai rapidă degradare a substanței organice, respectiv o mai rapidă terminare a fermentării.

2.1.3. Instalații pentru fermentarea nămolurilor

Construcțiile pentru fermentarea anaerobă a namolului sunt foarte diferite, dar se pot clasifica după anumite criterii:

Astfel, dupa poziția spațiului de fermentare față de apa uzată deosebim:

comune cu apă uzată: fose septice, decantor cu etaj, iazuri de nămol;

separate de apa uzată: rezervoare și bazine de fermentare.

Fosele septice sunt construcții în care, într-un singur volum, se produce simultan atat decantarea apei, cât și fermentarea nămolului rezultat din sedimentare. Ele sunt folosite pentru obiective izolate care deservesc maximum 50 -100 locuitori, adică pentru un debit de până la 15 m3/zi. Timpul de decantare, respectiv de epurare este de minimum 2 zile și maxim 10 zile. Fluidul epurat poate fi evacuat în bazine de infiltrație existente în apropiere, sau se poate vidanja cu ajutorul unor utilaje speciale și se transportă la cea mai apropiată stație de epurare. Nămolul se evacuează odată sau de două ori pe an. După fiecare evacuare se lasă în bazin o cantitate de nămol vechi, adică un nămol ce conține bacterii metanice necesare pentru fermentarea nămolului proaspăt ce urmează a fi mineralizat.

Decantoare cu etaj îndeplinesc rolul de decantare a apei (etajul superior) și de fermentare a nămolurilor (etajul inferior), ambele funcțiuni fiind desfăsurate într-un bazin din beton armat cu forma în plan circulară sau dreptunghiulară. Problema cea mai dificilă la aceste decantoare consta în distrugerea crustei care se formează la suprafața bazinului, crustă formată din materiale usoare (grăsimi, păr, materiale fibroase etc.) care se ridică, împreună cu nămolul plutitor, de către gazele rezultate din procesul de fermentare

Iazuri de nămol, numite și lagune se amplasează în depresiuni naturale (foste cariere de nisip sau de cărămidă etc.) unde adâncimea este mai mare de 2,0 m, astfel încât să se creeze cât mai mult spațiu pentru nămol. În aceste iazuri se introduce nămolul pentru fermentare, deshidratare sau depozitare finală pe termen nedefinit. Această solutie, din motive igienice și de protecția mediului este mai puțin recomandată pentru fermentarea nămolurilor, dar este mult utilizată pentru deshidratarea naturală a nămolurilor. La proiectarea acestor iazuri se recomandă o încărcare de 20 kg materii solide din nămolul proaspăt la 1,0 m³ de lagună.

Rezervoare de fermentare (metan-tancuri) reprezintă soluția frecvent aplicată pentru localitățile ce depășesc 20.000 locuitori, ele putând fi de mică sau de mare încărcare. Se cunosc următoarele scheme tehnologice

Schema standard, pentru o instalație de mică încărcare cu substanțe organice constă într-o singură treaptă în care introducerea nămolului proaspăt și evacuarea celui fermentat se face prin intermitență (2-3 ori/zi). Lipsa agitării favorizează apariția în așa numitul digestor a următoarelor zone: zona de spumă (la partea superioară), o zonă de apă cu nămol, o zonă ocupată de nămol în curs de fermentare (zona activă) și zona inferioară în care se sedimentează nămolul fermentat și inert (mineral). Instalațiile de acest gen nefiind încălzite, au o durată de fermentare de peste 30 zile, specifică fermentației criofile.

Periodic se evacuează apa din nămol și spuma pentru a mări zona activă de fermentare. Instalațiile de fermentare de mare încărcare dispun în plus de un sistem de amestecare a nămolului și de o instalație de încălzire a nămolului, fapt ce asigură o creștere a productivității și o scurtare a perioadei de fermentare.

Temperatura interioară este de 30–350°C (fermentare mezofilă), iar durata de fermentare este de peste 15 zile. Datorită dezavantajelor acestor tipuri de instalații s-a trecut la modernizarea acestora și astfel s-a ajuns la instalații în două trepte, care rezolvă o parte din dezavantaje. O astfel de instalație este prezentată în Figura 2.7. și Figura 2.8.

Figura 2.7. Instalație de fermentare de mică încărcare

,

Figura 2.8. Instalație de fermentare în două trepte

S-a continuat modernizarea instalațiilor și a apărut o nouă generație de instalații de fermentare de contact (Figura 2.9.) care este asemănătoare cu cea precedentă, cu deosebire că aici nămolul fermentat din treapta a doua este recirculat în prima treaptă pentru însămânțarea nămolului proaspăt.

Figura 2.9. Instalații de fermentare de contact

Instalația funcționează în analog cu treapta biologică a bazinelor de aerare, dar în prezent nu cunoaște o răspândire prea mare.

Se recomandă utilizarea de rezervoare de mare capacitate, respectiv capacități de 8.000 m3, diametre de 12 m și înălțimi de 34 m care sunt mai economice din punct de vedere al bilanțului termic, față de soluția folosirii mai multor rezervoare mici însumând aceeași capacitate. De obicei se utilizează două rezervoare de aceeași capacitate, între care se prevede o construcție specială numită cameră de manevră. Aici sunt montate pompele de recirculare a nămolului, schimbătoarele de căldură, numeroase vane de manevră, echipamentul de control al fermentării, echipamentul electric de control, recuperatoarele de căldură, etc. Această camera trebuie să fie bine ventilată și prevăzută cu sisteme automate de alarmă la apariția pericolului de explozie datorită amestecului gaz metan cu aer.

Pe conducta de transport a gazul de fermentație (biogaz) spre gazometre și central termică, trebuie să se prevadă: o instalație de introdus mercaptan în biogaz, numită odorizator; o instalație de eliminare a hidrogenului sulfurat (purificator de H2S); o instalație de reținere a condensului și a eventualelor particule în suspensie și un debitmetru de gaz.

Fermentarea nămolului în două trepte este recomandată pentru stațiile de epurare ce deservesc localități cu peste 300.000 locuitori și are în vedere recuperarea unei cantități suplimentare de gaz, precum și realizarea unui nămol îngroșat cu calități superioare pentru procesarea ulterioară.

Rezervoarele de fermentare a nămolurilor sunt echipate cu aparate de măsură și control. Astfel, pentru controlul temperaturii nămolului proaspăt, fermentat și în curs de fermentare sunt folosite termometre plasate pe peretele rezervorului, la diferite niveluri, în interior. Pentru evidențierea nivelului apei de nămol, a crustei etc, se montează indicatoare de nivel care pătrund în bazin la diferite adâncimi, pentru ca tubul piezometric să fie umplut cu diferite tipuri de lichid în funcție de poziția tubului în rezervor.

De asemenea, se prevăd indicatoare de pH, precum și dispozitive de luare a probelor de nămol, de gaz (pentru a stabili concentrația gazelor) și dispozitive pentru prepararea și dozarea laptelui de var care intră în funcțiune în momentul în care procesul are tendința de a-și modifica pH-ul spre unul acid. Sunt prevăzute și aparate de măsurare a debitului de gaz, a debitului de nămol proaspăt și fermentat.

În țara noastră, gazul de fermentație este utilizat la prepararea agentului termic necesar procesului de fermentare (apă caldă, abur etc), precum și la încălzirea spațiilor administrative din cadrul stației de epurare.

În privința gazometrelor trebuie menționat faptul că există în prezent tendința, din motive economice și de exploatare, să se realizeze noi tipuri de rezervoare de înmagazinare bazate pe o membrană elastică din cauciuc special.

În Statele Unite ale Americii, biogazul produs este amestecat cu gazele naturale și este distribuit prin rețele de conducte spre a fi utilizat în domeniul casnic, iar în Japonia biogazul purificat este lichefiat, îmbuteliat și comercializat.

Fermentarea aerobă a nămolului

Acest proces constă, ca și fermentarea anaerobă, dintr-un proces de degradare biochimică a compușilor organici ușor degradabili.

Fermentarea aerobă se realizează în practică prin aerarea separată a nămolului (primar, secundar sau amestec) în bazine deschise. Echipamentul de aerare este același ca și pentru bazinele de nămol activ. Fermentarea aerobă a nămolului se recomandă mai ales pentru prelucrarea nămolului activ în exces, când nu există treaptă de decantare primară, sau când nămolul primar nu se pretează la fermentare anaerobă. Avantajele procedeului sunt:

– exploatare simplă;

– lipsa mirosurilor neplăcute;

– igienizarea nămolului (reducerea numărului de germeni patogeni) și reducerea cantității de grăsimi.

Un nămol se consideră fermentat aerob când componența organică s-a redus cu 20-25%, cantitatea de grăsimi a ajuns la maximum 6,5 % (față de substanța uscată), activitatea enzimatică este practic nulă, iar testul de fermentabilitate este negativ. Instalațiile de fermentare aerobă se dimensionează, de regulă, pentru durata de retenție de 8-15 zile, în funcție de caracteristicile nămolului, în care se include și o perioadă de aclimatizare la condițiile aerobe (nămol primar).

Comparând cele două sisteme de stabilizare biologic a nămolului organic, apare net avantajos procedeul de stabilizare anaerobă, mai ales sub aspectul energetic. În Tabelul 2.2. se dau date comparative ale celor două procedee.

Tabelul 2.2. Date comparative privind fermentarea anaerobă și aerobă

2.1.4. Condiționarea nămolului

Aducerea nămolurilor primare, secundare sau stabilizate în categoria nămolurilor ușor filtrabile se realizează, în principal, prin condiționare chimică sau termică. Se pot obține, teoretic, rezultate satisfăcătoare și prin adaos de material inert (zgură, cenușa, rumeguș etc.), dar acest procedeu prezintă dezavantajul de a crește considerabil volumul de nămol ce trebuie prelucrat în continuare.

Condiționarea chimică

Condiționarea nămolului cu reactivi chimici este o metodă de modificare a structurii sale, cu consecințe asupra caracteristicilor de filtrare. Agenții de condiționare chimică a nămolului se pot grupa în trei categorii:

– minerali;

– organici;

– micști.

Condiționarea termică

Acest mod de condiționare se realizează la temperaturi de 100-200°C, presiuni de 1-2,5 atm și durate de încălzire până la 60 min, depinzând de tipul și caracteristicile nămolului și de procesul utilizat. Părțile principale ale unei instalații de condiționare termică sunt: reactorul, în care se realizează tratarea nămolului la temperaturi menționate mai sus; schimbătorul de căldură, în care nămolul proaspăt este preîncălzit de nămolul tratat; boilerul pentru prepararea aburului necesar ridicării temperaturii în reactor și decantorul de nămol tratat.

Avantajele principale ale condiționării termice sunt: lipsa mirosurilor neplăcute în timpul condiționării, condiționare fără adaos de substanțe chimice și sterilizarea nămolului.

Principalele părți ale instalației menționate sunt: bazinul pentru stocarea nămolului proaspăt, schimbătorul de căldură în care nămolul proaspăt este preîncălzit de către nămolul tratat, reactorul în care se realizează tratarea nămolului la temperatura de 100 -200 șC, cazanul (boilerul) pentru prepararea aburului necesar ridicării temperaturii în reactor și bazinul de stocare a nămolului tratat. Această instalație de condiționare termică a nămolului are un consum de energic electrică de 3,0- 4,0 kWh/m3 nămol și de circa 1,5 dm3 păcură/m3, nămol pentru prepararea aburului. Cantitatea de abur, ținând seama de pierderile de căldură din sistem, este de 60- 70 kg abur/m3 nămol.

Cu toate neajunsurile de ordin energetic, condiționarea termică se recomandă a fi aplicată deoarece elimină mirosurile neplăcute, asigură sterilizarea nămolului prin distrugerea bacteriilor, reducerea conținutului de substanță organică, elimină necesitatea de reactivi chimici etc.

Elutrierea (spălarea) nămolului, împreună cu condiționarea chimică ocupă un loc important în cadrul tratării preliminare a nămolurilor. Elutrierea nămolului este un proces fizic de condiționare care asigură scăderea rezistenței specifice la filtrare prin eliminarea din nămolul fermentat sau brut mineral a coloizilor și a particulelor fin dispersate. Pe de altă parte, elutrierea reduce și alcalinitatea nămolului, necesară în special, când se prevede folosirea de reactivi pentru condiționarea nămolului (cazul vacuum – filtrelor). Deoarece în procesul de fermentare anaerobă a nămolurilor organice, cantitatea de amoniac ce se formează, la care se adaugă acizi organici și bicarbonați, conduc la o creștere a alcalinității față de nămolul brut, prin elutriere se reduce această alcalinitate, deci și necesarul de coagulant pentru condiționarea chimică. Ca agent de elutriere se utilizează apa de râu, de rețea, din stația de epurare (după treapta biologică), iar din punct de vedere tehnologic această operație se desfășoară în bazin deschis care funcționează într-o treaptă, în două trepte sau în contra curent.

2.1.5. Deshidratarea nămolului

În scopul prelucrării avansate sau eliminării finale, apare necesitatea reducerii conținutului de apă din nămol pentru diminuarea costurilor și volumelor de manipulat. În cazul stațiilor mici de epurare (debite mici de nămol), deshidratarea se poate realiza prin procedee naturale (platforme pentru uscarea nămolurilor sau iazurilor de nămol) în cazul în care se dispune de spațiu și sunt asigurate condițiile de protecție ale mediului înconjurător (protecția apelor subterane, așezărilor umane, aerului etc).

Platformele de uscare sunt suprafețe de teren îndiguite în care se depozitează nămolul. Dimensiunile platformelor de uscare sunt alese în funcție de metoda adoptată pentru evacuarea nămolului deshidratat. Când evacuarea nămolului se face manual, lățimea patului nu trebuie să depășească 4 m; evacuarea cu mijloace mecanizate permite o lățime de până la 20 m. Lungimea platformelor de uscare sunt determinate, în principal, de panta terenului și nu trebuie să depășească 50 m. Platformele pot fi așezate pe un strat de bază permeabil sau impermeabil. Stratul de drenaj permeabil se execută din zgură, pietriș sau piatră spartă cu o grosime de 0,2-0,3m (stratul de susținere), peste care se așează un strat de nisip sau pietriș mai fin, cu o grosime de 0,2 – 0,6 m. În stratul de susținere se îngroapă tuburile de drenaj pentru colectarea apei drenate.

Deshidratarea mecanică pe vacuum-filtre este procedeul tehnic cel mai larg utilizat în prezent pentru drenajul artificial al apei. Forma constructivă a vacuum-filtrelor poate fi diferită (cu disc, taler sau tambur), vacuum-filtrele cu tambur fiind cele mai utilizate pentru deshidratarea nămolurilor provenite din epurarea apelor uzate.

Productivitatea vacuum-filtrelor la deshidratarea nămolurilor provenite din epurarea apelor variază în limite largi: 5 – 10 kg /m²/h pentru nămol activ proaspăt și fermentat, 20 – 25 kg / m²/h pentru nămol amestecat fermentat și circa 30 kg /m²/h pentru nămolul primar fermentat.

Deshidratarea nămolurilor pe vacuum-filtre prezintă avantajul funcționării continue (spre deosebire de filtrele presă) și a capacității mari de filtrare. Dintre avantaje se pot semnala degradarea relativ rapidă a pânzelor filtrante, umiditatea destul de ridicată a turtei (70-80% și consum de energie mai mare decât al filtrelor presă).

Deshidratarea mecanică pe filtre presă

Caracteristica principală a acestor utilaje este concentrarea unei mari suprafețe de filtrare într-un echipament de dimensiuni reduse. Filtrele presă pot fi adaptate pentru o gamă largă de suspensii. Există multe variante constructive de filtre presă, deosebirile principale constând în forma și modul de funcționare a elementelor filtrante.

În aceste instalații, nămolul îngroșat sau condiționat este pompat cu pompe speciale în camerele filtrului presă. După umplerea camerelor se face deshidratarea prin creșterea presiunii, în final rămânând în cameră o turtă cu umiditate redusă, chiar sub 40%. Consumul de energie electrică este de circa 3 kW/h/m³ nămol.

Durata de deshidratare a nămolurilor pe filtre de presă se calculează pe baza a două componente esențiale și anume tipul de deshidratare propriu-zisă sau timpul de presare și durata de încărcare și descărcare a filtrului sau timpul auxiliar. Timpul auxiliar poate fi egal cu timpul de presare în cazul filtrelor presă cu încărcare și descărcare manuală sau mai redus 10-15 min, la instalațiile moderne.

Țesăturile filtrante, la filtrele de presă, pot fi naturale sau artificiale, iar alegerea condițiilor de exploatare ale instalației trebuie să se facă în funcție de tipul de nămol, timpul de deshidratare propriu-zisă pentru filtrare și condițiile impuse filtratului. Timpul de deshidratare pentru nămolurile rezultate din epurarea apelor uzate variază între 1 și 6 h, depinzând de caracteristicile nămolului, gradul de condiționare, presiunea de lucru, etc.

În Tabelul 2.3. se prezintă date asupra duratei de presare pentru diferite tipuri de nămol.

Tabelul 2.3. Timpul de presare a unor nămoluri industriale

Principalele avantaje ale filtrelor – presă sunt capacitatea mare de filtrare, consumul redus de energie, umiditatea scăzută a turtelor. Dintre dezavantaje se semnalează consumul mare de material filtrant, consumul ridicat de reactivi pentru condiționare, consumul mare de manoperă.

Deshidratarea mecanică prin centrifugare

Utilizarea centrifugelor pentru deshidratarea nămolului rezultat din epurarea apelor uzate și-a lărgit aplicabilitatea în ultimii ani, prin realizarea de utilaje cu performanțe ridicate și eficiența bună de deshidratare, mai ales datorită utilizării polimerilor organici ca agenți de condiționare.

Deshidratarea prin centrifugare poate fi definită ca o decantare accelerată sub influența unui câmp centrifugal, mai mare de două ori decât forța gravitației. Factorii care influențează sedimentarea centrifugală sunt aceiași ca și la sedimentarea convențională. Deshidratarea centrifugală este influențată și de o serie de parametri ai echipamentului, parametri constructivi ce trebuie aleși în funcție de scopul urmărit.

Tendința actuală se manifestă către utilizarea centrifugelor cu rotor compact și funcționare continuă. Aceste echipamente se pot grupa în trei categorii, cu domenii specifice de aplicare:

– centrifuge cu rotor conic, care produc o bună deshidratare și centrat limpede, dar neadecvate pentru solide fine;

– centrifuge cu rotor cilindric, care produc, în general, un centrat limpede;

– centrifuge cu rotor cilindro-conic, care produc și turte bine deshidratate și centrat limpede.

Pentru realizarea unui grad înalt de recuperare a solidelor din nămol (centrat limpede) se poate acționa prin descreșterea debitului de alimentare, creșterea consistenței nămolului, creșterea temperaturii și creșterea dozei de coagulant. Creșterea gradului de deshidratare a nămolului se poate realiza prin scăderea debitului de alimentare sau creșterea temperaturii, chiar și fără adaos de coagulanți.

Randamentul de recuperare atinge valori de peste 90%, iar umiditatea turtelor este variabilă în funcție de proveniența nămolului și gradul de condiționare.

În Tabelul 2.4. se indică performanțele obținute la deshidratarea unor nămoluri din industria textilă pe centrifuga cilindro-conică, cu nămol condiționat cu polielectroliți organici.

Tabel 2.4. Performanțe la deshidratarea prin centrifugare

Deshidratarea mecanică pe filtru presă cu bandă

Acesta este un echipament construit și introdus recent pentru deshidratarea nămolului. În general, se obțin performanțe bune, cu nămoluri având o concentrație inițială în solide de circa 4%.

Parametrii de exploatare care influențează performanțele echipamentului sunt debitul de nămol, viteza bandei, presiunea și debitul apei de spălare.

În Tabelul 2.5. se prezintă performanțele filtrului presă cu bandă pentru diferite tipuri de nămol.

Tablul 2.5. Performanțe la deshidratarea pe filtru presă cu bandă

2.1.6. Incinerarea nămolului

Dacă nămolurile rezultate din epurarea unor ape uzate industrial conțin compuși organici și/sau anorganici toxici ce nu permit valorificarea agricolă, depozitarea pe sol sau aplicarea procedeelor de recuperare a substanțelor utile, se face apel la incinerare ca singura alternativă acceptabilă. În timpul incinerării compușii organici sunt oxidați total, iar compușii minerali sunt transformați în oxizi metalici ce se regăsesc în cenușă.

Pentru incinerare se recomandă reducerea prealabilă a umidității nămolului brut și evitarea stabilizării aerobe sau fermentării anaerobe, care diminuează puterea calorică a materialului supus incinerării.

Prelucrarea nămolului înainte de incinerare trebuie să conducă la autocombustie. Ținând cont de un necesar de 2.6 MJ/kg pentru evaporare și pierderi de energie de minimum 10%, se recomandă o umiditate a nămolului la alimentare de circa 50%.

Incinerarea nămolului semiplastic, cu putere calorică mică și conținut ridicat de apă impune echipament special, pentru a menține un raport adecvat suprafață/volum în timpul combustiei.

În acest scop, pentru incinerarea nămolului se utilizează cuptoare rotative cilindrice, cu vetre multiple sau cu pat fluidizat.

Cuptorul rotativ

Constă într-un cilindru căptușit cu material refractar, cu axul puțin înclinat față de orizontală. Nămolul este injectat la capătul amonte și, în timp ce este ars, este transportat la cealaltă extremitate prin mișcarea de rotație a cilindrului. Pentru a asigura o bună funcționare a cuptorului este necesar să se mărunțească materialul, înainte de alimentare, pentru a obține o suprafață suficient de mare și a asigura o distribuție uniformă a acestuia.

Cuptorul cu pat fluidizat

Constă într-un cilindru vertical, echipat cu dispozitive de injectare a aerului la partea inferioară și un suport pentru susținerea stratului de nisip fin care este fluidizat cu ajutorul aerului insuflat. Nămolul se introduce la partea superioară. Instalația de incinerare cu strat fluidizat cuprinde următoarele faze: pregătirea nămolului (reținerea corpurilor grosiere, mărunțirea sub 10 mm, deshidratarea mecanică) și combustia propriu-zisă a materialului la o temperatură de 600….800°C. Apa din nămol se evaporă, în timp ce substanța combustibilă se gazeifică și arde cu adaos, uneori, de combustibil convențional. Energia necesară unui astfel de proces este de circa 260 kWh/t material solid.

Cuptorul cu vetre multiple

Se compune, în esență, dintr-un cilindru vertical din oțel căptușit cu cărămidă refractară și un ax central, care se rotește cu 1 rotație/minut și pe care se montează brațele de agitare. Părțile axului și agitatorului din zona de combustie trebuie să fie confecționate din materiale rezistente la temperaturi ridicate. În acest tip de instalație se crează trei zone de combustie: zona de uscare, zona de combustie și zona de răcire. Nămolul este injectat la partea superioară și este injectat la partea inferioară datorită brațelor de agitare, care asigură și repartizarea pe vetre, pentru a se obține o suprafață de contact cât mai mare. Aerul necesar combustiei este introdus la partea inferioară; aerul rece este preîncălzit în preîncălzitor, unde cenușa caldă evacuată transferă căldură aerului.

Alte tipuri de instalații

Pentru incinerarea nămolului sau a altor reziduuri industriale apoase se mai utilizează instalații de oxidare umedă, instalații de piroliză, incinerare prin automatizare etc. Este avantajos ca incinerarea nămolului să se realizeze împreună cu gunoaiele menajere și alte reziduuri industriale, alegându-se tipul de instalație în corelație cu caracteristicile materialelor. La incinerarea în comun cu gunoaiele menajere, nămolul trebuie deshidratat până la o umiditate apropiată de a gunoiului și adăugat în proporție de 10-15% (față de gunoi); cele mai multe instalații de ardere sunt dotate cu echipamente pentru recuperarea căldurii.

2.1.7. Valorificarea și evacuarea finală a nămolurilor

Valorificarea nămolurilor nu constituie un scop în sine în epurarea apelor uzate urbane, ea trebuie considerată numai ca fiind un mijloc de îndepărtare a nămolurilor din zona stațiilor de epurare, fără a avea un impact negativ asupra mediului. Nămolul din stațiile de epurare urbane conțin, în afară de gazele de fermentare, unele substanțe care pot fi valorificate. Unele dintre acestea, cum sunt substanțele hrănitoare pentru sol și plante și-au găsit o largă utilizare. În schimb, recuperarea de metale și de alte substanțe utile se aplică în special, la nămolurile provenite din apele uzate industriale.

Valorificarea nămolurilor ca fertilizatori ai solului depinde de procesul de tratare a acestuia. În plus, nămolul furnizează solului substanțe organice și elemente chimice, cum sunt Fe, Mn, Zn, Cu, Mo etc. dar, în același timp, el poate conține și o serie de elemente și substanțe nedorite, care, depășind o anumită concentrație pot deveni dăunătoare atât pentru sol și plante, cât și pentru apele de suprafață și subterane. În această categorie intră metalele grele, microorganismele patogene și compușii organici persistenți.

Pentru eliminarea pericolului de infectare a solului, a culturilor, apelor freatice etc, cu germeni patogeni, ouă de paraziți etc, trebuie luate o serie de măsuri de diminuare a potențialului infecțios. În acest scop, specialiștii consideră necesară o tratare suplimentară a nămolului (lichid sau deshidratat) în vederea dezinfecției lui recomandând pasteurizarea, iradierea, tratare cu agenți chimici, compostarea etc.

Pasteurizarea constă în încălzirea nămolului la 80 – 900ș C cateva minute, înainte sau după fermentare, utilizând vapori de apă caldă, arzătoare sau instalații cu microunde. Un alt procedeu de dezinfecție termică il reprezintă și uscarea nămolului.

Dezinfecția nămolului se poate face prin iradiere cu Co-60.

Compostarea constituie un procedeu de mineralizare a materiei organice conținute în nămol cu ajutorul microorganismelor, realizându-se în final un material inofensiv, cu volum și greutate reduse, ce poate fi utilizat fără dificultăți, din punct de vedere igienic, ca îngrășământ agricol. Nămolul se pretează mult mai bine la compostare dacă este amestecat cu gunoi menajer.

2.1.8. Aspecte legislative privind valorificarea nămolului în agricultură

Prin Legea Protecției Mediului s-a stabilit cadrul legislativ global în cadrul căreia urmează să se emită ordine, directive și instrucțiuni specifice pe domeniu, între care se va detalia și problema reciclării nămolurilor provenite de la stațiile de epurare urbane în general și avalorificării în agricultură, în particular, în strânsă corelare cu parametrii fizico- chimici ai nămolului, între care foarte important rămane, conținutul în apă, concentrația în substanțe organice biodegradabile, concentrația în metale grele și agenți patogeni. Aceste instrucțiuni devin absolut necesare în momentul de față, deoarece până la nivelul anului 1990 problema evacuării nămolului din stațiile de epurare din țara noastră nu era soluționată în nici un fel prin acordurile și avizele de funcționare.

În prezent, în condițiile în care proprietatea privată asupra terenurilor în general, și agricole, în special, s-a stabilit prin lege, evacuarea nămolului pe terenuri trebuie să se facă conform unor norme tehnice și condiții legislative convenabile pentru stațiile de epurare și cu atât mai mult pentru deținătorii de terenuri. În acest context, livrarea nămolului către agricultori se va face în condițiile respectării actelor normative ce se referă la calitatea și controlul acesteia. Pentru a avea o vedere de ansamblu asupra acestei probleme, se vor prezenta unele aspecte legislative din țările cu mare experiență în acest domeniu, care vor servi ca elemente orientative la elaborarea normelor tehnice de depozitare și valorificare a nămolului rezultat din stațiile de epurare din România.

La nivel european, valorificarea în agricultură a nămolului din stațiile de epurare urbane a făcut obiectul unei reglementări comune (Consiliul European – 1986) cunoscută sub denumirea Directiva CEE 86/278 care are rolul de a reglementa utilizarea nămolului în agricultură în așa fel încat să se evite efectele nocive asupra solului, vegetației, animalelor și omului, încurajând, totodată, utilizarea lui de către agricultori tocmai pentru a coordona legislația internă a țărilor componente, astfel încât să nu apară disfuncționalități în comercializarea produselor agricole.

Conform acestei Directive a CEE, nămolurile furnizate pentru agricultură trebuie să fie insoțite de un document în care să se precizeze:

originea nămolului cu identificarea responsabilului pentru producerea și livrarea lui, inclusiv indicarea tehnologiei de tratare;

caracteristica șarjei livrate, respectiv greutatea, starea fizică, conținutul în substanțe uscate, în elemente fertilizante și concentrația în metale grele;

prescripții și recomandări de utilizare (doze), frecvența de aplicare în funcție de concentrația în metale grele).

2.2. Tehnologii de prelucrare avansată a nămolurilor

Epurarea apelor uzate

Epurarea- reprezintă procesul complex de reținere și neutralizarea substanțelor dăunatoare dizolvate, în suspensie sau coloidale prezente în apele uzate industriale sau menajere în stații de epurare. Principalul scop este de a îmbunătății calitatea acestor ape pentru a putea fi deversate în emisar fără a prejudicia flora sau fauna. După ce apa este epurată în stații de epurare ea poate fi chiar refolosită în anumite domenii sau procese tehnologice.

Epurarea apelor uzate poate fi în funcție de caracteristicile apei și cerințele evacuării în emisar mai mult sau mai puțin complexă astfel având stații de epurare simple mecano-biologice sau stații de epurare complexe. Apele uzate cu caracter predominant anorganic vor fi tratate în stații de epurare numai prin mijloace fizico-chimice de reținere și neutralizare: sedimentare, neutralizare, precipitare, coagulare, floculare, adsorbție pe cărbune activ, schimb ionic. Apele uzate cu caracter predominant organic sunt epurate într-o stație de epurare prin procedee fizico-biologice.

Tipuri de procedee de epurare

Epurarea mecanică

Asigură eliminarea din apele uzate a:

– substanțelor grosiere, în suspensie sau plutitoare (grătare rare și dese);

– grăsimi în stare liberă, substanțe petroliere (separatoare de grăsimi);

– particulelor minerale discrete: nisipuri d > 0,2 mm (deznisipatoare);

– particule minerale și organice în suspensie (decantoare primare);

Epurarea mecanică (primară) este obligatorie în toate schemele stațiilor de epurare independent de mărimea debitului și configurația tehnologică a proceselor și treptelor de epurare considerate.

Epurarea biologică convențională (secundară)

Asigură eliminarea din apele uzate a materiilor în suspensie, substanțelor organice coloidale și dizolvate (biodegradabile) având ca principal constituent carbonul.

Este puțin eficientă în eliminarea: azotului, fosforului, metalelor grele, detergenților, germenilor și paraziților și a substanțelor ”refractare”.

Epurarea avansată

Asigură reținerea din apele uzate a substanțelor: azot, fosfor, detergenți, anumite metale grele și unele substanțe refractare.

Epurarea avansată poate fi realizată prin procese încorporate în epurarea biologică destinate eliminării compușilor carbonului și/sau poate fi realizată în procese independente după treapta de epurare biologică convențională.

Epurarea terțiară

Asigură reținerea din apele uzate a substanțelor refractare (altele decât cele reținute în epurarea biologică convențională și/sau avansată).

Epurarea terțiară se adoptă pe baza încărcărilor efluentului treptei biologice și a unor cerințe speciale pentru efluentul stației de epurare (ex: limitare încărcare bacteriologică, reutilizare apă epurată).

Principiul constructiv al unei stații de epurare a apelor uzate

Deși diferă prin dimensiuni și tehnologii folosite, cea mai mare parte a stațiilor de epurare a apelor uzate orășenești au o schemă constructivă apropiată. Există și unele realizate pe verticală, tip turn, dar majoritatea sunt pe orizontală. Ocupă relativ mult teren, dar o parte din instalații se pot realiza în subteran, cu spații verzi deasupra.

Distingem o treapta primară, mecanică; o treaptă secundară, biologică; și la unele stații o treapta terțiară – biologică, mecanică sau chimică.

Treapta primară constă în mai multe elemente succesive: grătare rare și dese

Grătarele sunt obiecte tehnologice care au rolul de a reține din apele de canalizare suspensiile și corpurile mari, grosiere, Figura 2.10.

Se impune și analiza descărcării bazinului de retenție la debite și nivele mari pe emisar.

În funcție de cota colectorului pentru apele uzate influente în SE:

– grătarele se vor amplasa în amonte de stația de pompare în situațiile când cota radier-colector influent nu depășește 3.0 m;

– pentru adâncimi mari ale colectorului influent (> 4 m) grătarele se vor amplasa în aval de stația de pompare și adoptând măsuri pentru reținerea suspensiilor grosiere în chesonul stației de pompare;

– pentru stații de pompare cu transportoare hidraulice, grătarele se pot amplasa în aval de acestea;

Figura 2.10. Grătare

Realizarea unei eficiențe ridicate în reținerea materiilor în suspensie și materiilor grosiere conduce la randamente sporite pentru construcțiile și instalațiile de epurare a apei din aval de grătare, precum și pentru construcțiile de prelucrare a nămolurilor. În acest scop sunt de preferat grătarele sau sitele fixe sau mobile, prevăzute cu șnec înclinat cu funcționare continuă și automatizată care efectuează practic patru operațiuni importante: (Figura 2.11. și Figura 2.12.)

– rețin corpurile grosiere;

– extrag din apă reținerile de pe grătar și le spală de substanțele fine de natură organică;

– presează reținerile micșorându-le volumul și umiditatea, le transportă la suprafață, în containere.

Figura 2.11. Reziduri grosiere în forma inițială, colectate în containere

Figura 2.12. Reziduri procesate, spălate/tocate, colectate în containăre

Sitele au rol identic grătarelor, dar au ochiuri dese, reținând solide cu diametru mai mic.

Deznisipatoare

Deznisipatoarele sunt construcții descoperite care rețin particulele grosiere din apele uzate, în special nisipul, cu diametrul granulelor mai mare decât 0,20 – 0,25 mm.

Amplasarea deznisipatoarelor se face în mod curent după grătare și înaintea separatoarelor de grăsimi. În cazul existenței unei stații de pompare echipată cu transportoare hidraulice, deznisipatoarele pot fi amplasate și în avalul acesteia.

Deznisipatoarele se clasifică în:

– deznisipatoare orizontale longitudinale; (Figura 2.13.)

– deznisipatoare tangențiale;

– deznisipatoare cu insuflare de aer;

– deznisipatoare – separatoare de grăsimi cu insuflare de aer.

Alegerea tipului de deznisipator se face printr-un calcul tehnico – economic, luând în considerație mărimea debitului, natura terenului de fundare și spațiul disponibil; procedeul de canalizare; se va adopta soluția având costuri reduse și care asigură și performanțelete hidrologice cerute.

Figura 2.13. Deznisipatoare orizontale logitudinale

Separatoare de grăsimi

Separatoarele de grăsimi sunt construcții descoperite care utilizează principiul fizic al flotației naturale și artificiale pentru separarea din apă a grăsimilor, uleiurilor, produselor petroliere și a altor substanțe nemișcibile și mai usoare decât apa.

Aceste tipuri de separatoare rețin grăsimile aflate în apă sub formă liberă (peliculă sau film) ori sub formă de particule independente formând cu apă emulsii mecanice de tip mediu sau grosier (diametrul particulelor de grăsime dp > 50 mm ).

În schema tehnologică a stației de epurare, separatorul de grăsimi se amplasează între deznisipatoare și decantoarele primare, deznisiparea apelor uzate în amonte de separatoarele degrăsimi este obligatorie.

La stațiile de epurare medii (Quz, max, zi= 50 … 250 l/s) și mari (Quz, max, zi > 250 l/s) se recomandă utilizarea deznisipatorului – separator de grăsimi cu insuflare de aer. (Figura 2.14.)

În stațiile de epurare a apelor uzate orășenești se utilizează frecvent următoarele tipuri de separatoare de grăsimi:

– deznisipatoare – separatoare de grăsimi cu insuflare de aer;

– separatoare de grăsimi cu insuflare de aer la joasă presiune;

– separatoare de grăsimi cu plăci paralele sau cu tuburi înclinate.

Figura 2.14. Separator de grasimi

Decantorul primar

Decantoarele primare sunt construcții descoperite care au rolul de a reține din apele uzate orășenești sau industriale cu caracteristici similare, substanțele în suspensie sedimentabile gravimetric care au trecut de deznisipatoare și separatoare de grăsimi. ( Figura 2.15. și Figura 2.16.)

Decantoarele primare sunt amplasate în aval de separatoarele de grăsimi sau de treapta de deznisipare atunci când separatoarele lipsesc din schema de epurare, în cazul stațiilor de epurare ce deservesc o canalizare în procedeu unitar sau mixt decantoarele vor fi precedate obligatoriu de deznisipatoare, lucru ce se impune și în procedeul separativ pentru debite ce depășesc debite de 3.000 m³/zi .

Substanțele reținute poartă denumirea de nămoluri primare, umiditatea acestor nămoluri este wP = 95 … 96%, în aceste nămoluri sunt conținute și o parte din substanțele organice din apele uzate, astfel încât decantoarele primare rețin odată cu materiile în suspensie și substanțe organice.

Alegerea tipului de decantor, a numărului de compartimente și a dimensiunilor acestora se face pe baza calculului tehnico-economic comparativ, a cantității și calității apei brute și a parametrilor de proiectare recomandați pentru fiecare caz în parte.

Figura 2.15. Decantor primar

Figura 2.16. Decantor primar

Stații de pompare apă uzată

Stațiile de pompare se folosesc în stațiile de epurare pentru ridicarea apelor uzate sau epurate la cote care să permită curgerea între obiectele tehnologice de pe linia apei sau în emisar, în situațiile când datorită fluxului tehnologic al stației de epurare sau variației nivelurilor de apă în emisar nu se dispune în permanență de diferența de nivel necesară pentru asigurarea curgerii gravitaționale.

Pentru necesitatea stației de pompare influent în stația de epurare se va întocmi o evaluare tehnico – economică în care se va lua în considerație:

– amplasarea primelor obiecte din stația de epurare la cote joase fără stație de pompare influent;

– stație de pompare influent cu ridicarea obiectelor din stația de epurare.

Analiza se va efectua integral pentru linia apei astfel încât să se asigure un flux gravitațional în stația de epurare cu max. o singură stație de pompare.

Amplasarea stațiilor de pompare

Amplasarea stației de pompare pentru ape uzate în cadrul unei stații de epurare:

– se poate face la intrarea în stație, într-una din secțiunile fluxului tehnologic;

– la ieșirea din stație, înainte de evacuarea apelor epurate în emisar;

– amplasamentul optim se definitivează în urma unui calcul tehnico-economic comparativ;

– în interiorul stațiilor de epurare mijlocii și mari se recomandă cel mult o pompare a apelor uzate, exceptând stațiile de epurare mici și foarte mici unde pot exista soluții optime și cu mai multe pompări pe linia apei;

Elemente tehnologice de legătură între obiectele treptei de epurare mecanică

Elementele tehnologice de legătură între obiectele treptei de epurare mecanică cuprind:

– canale (jgheaburi) și conducte de apă, nămol, aer, gaze de fermentare;

– camere de distribuție egală sau inegală a debitelor de apă și de nămol;

– cămine de vane pe canalele și conductele de apă uzată și nămol;

– cămine de vizitare pe conductele de apă uzată și nămol.

Jgheaburile (canalele) servesc la curgerea apelor uzate, a nămolului precum și a apelor epurate. Prin jgheaburi se realizează curgere cu nivel liber.

Conductele servesc la transportul apelor uzate în cazul pompărilor, a nămolului proaspăt sau fermentat și lucrează sub presiune.

Camerele de distribuție sunt construcții, de preferință circulare, care se amplasează pe canalele și conductele de legătură din incinta stațiilor de epurare în scopul repartizării egale sau inegale a apei sau nămolului spre diferite obiecte ale stației de epurare.

Amplasarea camerelor de distribuție în profilul tehnologic se va face astfel încât să fie asigurată, la orice debit, deversarea neînecată. Garda de neînecare se va considera de minim 5-10 cm.

Decantoare secundare

Decantoarele secundare sunt construcții descoperite care au rolul de a reține nămolul biologic produs în bazinele cu nămol activat sau în filtrele biologice.

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

Substanțele reținute în decantoarele secundare poartă denumirea de nămol biologic, iar în cazul în care decantoarele secundare sunt amplasate după bazinele de aerare, substanțele reținute poartă denumirea de nămol activat.

Clasificare

Decantoarele secundare se clasifică astfel:

a) După direcția de curgere a apei prin decantor :

– decantoare orizontale longitudinale;

– decantoare orizontale radiale;

– decantoare verticale;

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

b) După modul de evacuare a nămolului:

– decantoare cu evacuare hidraulică pe principiul diferenței de presiune hidrostatică;

– decantoare cu evacuare hidraulică cu ajutorul podurilor racloare cu sucțiune.

2.2.1. Uscarea nămolurilor

Uscarea nămolului se realizează prin evaporarea apei și reducerea umidității la un conținut de substanță uscată superior la 35 – 40 %. Prin uscarea nămolului se reduc costurile de transport și depozitare prin obținerea unor volume de nămol reduse și distrugerea agenților patogeni și extinderea ariei de utilizare.

Turtele uscate de nămol pot fi utilizate ca material fertilizator sau pentru îmbunătățirea calității solului, pentru depozitarea prin împrăstierea pe pământ sau pentru incinerare.

Tehnologia uscării realizează eliminarea prin evaporare a apei interstițiale prezentă în nămoluri.

Uscarea poate fi:

– parțială: 10-30% umiditate;

– totală: conținut de apă 5-10%.

Uscarea este aplicată nămolurilor deshidratate; deshidratarea fiind un proces mai puțin costisitor comparativ cu uscarea.

Eliminarea apei interstițiale a unui nămol, într-o etuvă la t°C = const. prezintă două faze: (Figura 2.17.)

Figura 2.17. Fazele uscarii

Conform diagramei se pune în evidență:

– faza de uscare rapidă la viteză constantă (zona 1);

– faza de uscare lentă (zona 2).

Uscarea poate fi:

– direct: nămolul se află în contact cu gazul de combustie;

– indirect: aportul caloric se realizează prin suprafețe de schimb încălzite de vapori.

Uscătoarele sunt dimensionate în funcție de cantitatea de apă de evaporat.

Schema tehnologică a unei instalații de uscare se prezintă în Figura 2.18.

Figura 2.18. Schema instalație de uscare a nămolurilor

1 – Nămol deshidratat influent; 2 – Sistem de amestec (șurub elicoidal); 3 – Nămol uscat recirculat pentru eliminare aderență; amestecul: 40-50% umiditate; 4 – Nămol uscat la 80-100 °C; 5 – Sistem de răcire cu apă; 6 – Ciclon de separare particule; 7 – Turn de condensare.

2.2.2. Valorificarea energetică a nămolului

În România, în următorii ani cantitatea de apă uzată colectată prin rețelele de canalizare va fi într-o continuă creștere. NTPA-011 din H.G. nr. 188 din 28.02.2002 actualizată până la data de 19.10.2011, prevede la art. 5, alin. (1) lit.b) ca până la 31 dec. 2018, toate zonele de aglomerări umane cuprinse între 2000 și 10000 l, să fie prevăzute cu rețele de canalizare.

Astfel cantitatea de apă uzată supusă procesului de epurare va crește, determinând în același timp și creșterea cantităților de nămol procesate și implicit, creșterea consumurilor energetice specifice proceselor de tratare a apelor uzate și a nămolului de epurare.

Ținând cont de alinierea legislației românești la Regulamentele Europene, în următorii ani se vor înăspri condițiile de eliminare și depozitare a deșeurilor. În conformitate cu prevederile O.M. nr. 95 din 12 feb. 2005, nămolurile de epurare tratate sunt clasificate ca și deșeuri nepericuloase, admise la depozitare.

În conformitate cu OUG 78 din 16 iun 2000, privind regimul deșeurilor, actualizată până la data de 30 iunie 2011, nămolurile de la stațiile de epurare netratate sau improprii pentru folosință agricolă sunt clasificate ca și deșeuri periculoase și nu sunt admise la depozitare.

O tratare necorespunzătoare a nămolurilor în stațiile de epurare poate crea riscul ca acestea să nu fie admise la depozitare sau să fie acceptate la depozitele autorizate de deșeuri, în cantități limitate.

Principalul scop al tratării este acela de a reduce conținutul de apă din nămol, diminuând astfel costurile cu transportul și depozitarea/valorificarea ulterioară. În al doilea rând este necesară reducerea/ eliminarea riscului infectării solului și a apelor freatice cu poluanți organici, viruși și agenți patogeni.

Ordinul Ministrului Mediului și Gospodăririi Apelor 757/26.11.2004 pentru aprobarea Normelor Tehnice referitoare la depozitarea deșeurilor, prevede că nămolul de epurare este acceptat la depozitare numai dacă conținutul de apă este maxim 65%.

Consumurile energetice mari, înregistrate în funcționarea instalațiilor de tratare sunt determinate de gradele mari de reducere a poluanților impuse de legislația românească aliniată la cea comunitară, România fiind considerată, conform H.G. nr. 188 din 28.02.2002, zonă sensibilă supusă eutrofizării.

Valorificarea energetică a nămolului prin incinerare, în sistem de cogenerare, transformă conținutul energetic al nămolului în energie termică și electrică, care vor fi folosite ulterior pentru a reduce consumurile proprii de energie în procesele de tratare a apelor uzate și a nămolului.

Capitolul 3

Studiu de caz

Namolurile provenite de la epurarea apelor uzate

Uscarea namolului deshidratat de la compania de procesare mezeluri MEDA PROD `98.

Nămolurile sunt rezultatul epurări apelor uzate cu ajutorul stației de epurare. Acestea reprezintă produsul finit ce trebuie uscat si depozitat.

Din aceasta cauză am încercat să găsesc o soluție de uscare a nămolului cu costuri cât mai reduse, construind un captator solar din lemn, acoperit cu tablă galvanizată cu grosimea de 0,3 mm (Figura 3.1.) pentru reflexia luminii iar exteriorul acestuia a fost acoperit cu 10 straturi de polistiren de 3 mm (Figura 3.2.) grosime pentru reținerea călduri în interior. Deasupra captatorul a fost acoperit cu o folie de plastic pentru etansare. (Figura 3.3. și Figura 3.4.)

Figura 3.1. Materialele folofite la construcția captatorului

Figura 3.2. Învelișul de polistiren

Figura 3.3. Folia pentru etansare

Figura 3.4. Captatorul solar

Experimentul l-am realizat pe nouă probe de nămol formate din trei cantități diferite ajezate astefl:

trei tăvițe cu namol uniform a câte 35 g, 50 g și 75 g;

trei tăvițe cu nămol neuniform a câte 35g, 50 g și 75g;

trei site din metal cu nămol neuniform a câte 35g, 50 g și 75g.

Probele au fost cântărite cu ajutorul balanței de precizie.

Pe parcursul experimentului temperature și umiditatea din interiorul captatorului solar au fost măsurate din zece în zece minute cu ajutorul apartului Data Logger (Figura 3.5.), iar temperature exterioară a fost luată conform datelor de meteorologie descarcate de pe siteuri de specialetate (Figura 3.6.).

Figura 3.5. Data Logger

Figura 3.6. Temperatura în ziua experimentului

Experimentul a început la ora 09:57:31 și s-a finalizat la 14:57:31. Captatorul a fost lăsat în soare fără probele de nămol 40 de min. dupa care au fost introduce cele nouă probe de nămol și lăsate până la finalul experimentului fără a se umbla la ele.

După cele cinci ore cât a durat experimentul s-au observat următoarele scăderi în greutate la toate probele de nămol:

La proba de nămol uniform s-au înregistrat următoarele: (Tabelul 3.1. și Figura 3.7.)

De la 35,13 g a scăzut la 13,25 g pierzânduse 21,88 g (62,28 %); (Figura 3.8.)

De la 50,04 g a scăzut la 26,24 g pierzânduse 23,8 g (47,56 %); (Figura 3.9.)

De la 75,02 g a scăzut la 49,96 g pierzânduse 25,06 g (33,40 %). (Figura 3.10.)

Tabelul 3.1. Probe de nămol uniform

Figura 3.7. Probe de nămol uniform

Figura 3.8. Nămol uniform 35,13 g – 13,25 g

Figura 3.9. Nămol uniform 50,04 g – 26,24 g

Figura 3.10. Nămol uniform 75,02 g – 49,96 g

La proba de nămol neuniform s-au înregistrat următoarele:(Tabelul 3.2. și Figura 3.11.)

De la 35,30 g a scăzut la 14,49 g pierzânduse 20,81 g (58,95 %); (Figura 3.12.)

De la 50,28 g a scăzut la 25,40 g pierzânduse 24,88 g (49,48 %); (Figura 3.13.)

De la 75,06 g a scăzut la 47,06 g pierzânduse 28 g (37,30 %). (Figura 3.14.)

Tabelul 3.2. Probe de nămol neuniform

Figura 3.11. Probe de nămol neuniform

Figura 3.12. Nămol neuniform 35,30 g – 14,49 g

Figura 3.13. Nămol neuniform 50,28 g – 25,40 g

Figura 3.14. Nămol neuniform 75,06 g – 47,06 g

La proba de nămol neuniform pe sită de metal s-au înregistrat următoarele:(Tabelul 3.3 și Figura 3.5.)

De la 35,21 g a scăzut la 18,57 g pierzânduse 16,64 g (47,25 %); (Figura 3.16.)

De la 50,33 g a scăzut la 27,11 g pierzânduse 23,22 g (46,13 %); (Figura 3.17.)

De la 75,14 g a scăzut la 52,02 g pierzânduse 23,12 g (30,76 %). (Figura 3.18.)

Tabelul 3.3. Probe de nămol neuniform pe sită de metal

Figura 3.15. Probe de nămol neuniform pe sită de metal

Figura 3.16. Nămol neuniform pe sită metalică 35,21 g – 18,57 g

Figura 3.17. Nămol neuniform pe sită metalică 50,33 g – 27,11 g

Figura 3.18. Nămol neuniform pe sită metalică 75,14 g – 52,02 g

Toate aceste modificări ale probelor au fost realizate datorită temperaturii ridicate care sa înregistrat în interiorul captatorului solar și a umidități aferente. (Figura 3.19. și Figura 3.20.)

Figura 3.19. Temperatura din interiorul captatorului

Figura 3.20. Umiditatea din interiorul captatorului

În urma experimentului a rezultat ca fiind mai avantajoasă tehnica de uscare a nămolului așezat neuniform pe tăvițe deoarece acestea se încălzesc și ajută la uscarea nămolului. (Tabelul 3.4. și Figura 3.21.)

Tabelul 3.4. Greutatea pierdută de către nămol în timpul experimentului

Figura 3.21. Greutatea pierdută de către nămol în timpul experimentului

Aceste date sau înregistrat întro zi în care temperature a ajuns doar până la 27șC, dacă temperatura ar fi trecut de 30șC nămolul și-ar fi pierdut mult mai mult din greutate ajungând la o umiditate foarte scăzută.

Captatorul construit de mine este un prototip pe cât de simplu de construit pe atât de eficient și cu costuri reduse față de celelalte metode folosite în prezent pentru uscarea nămolului rezultat în urma epurări apelor uzate.

Captatorul poate fi realizat la o scară mult mai mare unde se pot adăuga senzori pentru temperatură și umiditate. I se mai poate adăuga un ventilator pentru mișcarea aerului cald și se mai poate adăuga un mecanism (spirală), care să introducă nămolul printr-un capăt al captatorului, să î-l transporte pe toată lungimea acestuia, după care să î-l scoată din captator pe cealaltă parte deja uscat.

Capitolul 4

Concluzii

Epurarea apelor uzate ar trebui să fie printer primele preocupări ale oamenilor deoarece deversarea apelor uzate în râuri sau pe terenuri distruge biosistemul acestora fapt ce duce la afectarea sănătăți noastre.

Nămolurile rezultate din epurarea apelor uzate vor trebui valorificate deoarece depozitarea acestora nu este o soluție pe termen lung.

Pentru a putea fi valorificate mai ușor nămilurile vor trebui uscate.

Uscarea nămolurilor este un procedeu ce trebuie îmbunătățit, deoarece în prezent costurile de depozitare și de transport sunt mari.

Uscarea cu ajutorul captatoarelor solare poate fi o soluție de viitor deoarece costurile de construcție sunt destul de reduse iar rezultatul obținut se face cu costuri foarte mici.

Valorificarea nămolului uscat în agricultura pe post de îngrășământ ajută la reducerea chimicalelor din sol introduse prin aplicarea îngrășămintelor industrial.

Bibliografie

http://www.agir.ro/buletine/1752.pdf

http://www.calorset.com/#!solutii-de-tratare-naomoluri-si-deseuri-/cf07

http://documents.tips/documents/tratarea-si-prelucrarea-namolurilor-din-statiile-de-epurare.html

http://greenly.ro/apa/situatia-epurarii-apelor-uzate

Proiectarea, Executia si Exploatarea Sistemelor de Alimentari cu Apa si Canalizare a Localitatilor. Partea a II-a: Sisteme de Canalizare a Localitatilor-Normativ

http://stiintasiinginerie.ro/wp-content/uploads/2014/01/18-STRATEGII-DE-MANAGEMENT-PENTRU.pdf

http://vremea.stirileprotv.ro/bucuresti/10-06-2017