Metode Alternative de Epurare a Apelor Uzate Prin Zone Umede Construite (zuc)

Capitolul 1. Introducere

Generalități

Apa are un rol primordial în activitatea socio-economică a oricărei țări. Ea constituie atât materie primă și sursă de energie, cât și un element indispensabil pentru începerea și dezvoltarea oricărei activități umane. Dezvoltarea unei societăți nu este posibilă fără apă. Anticii considerau apa ca origine a tuturor lucrurilor, fruct al dragostei dintre cer și pământ, iar Leonardo Da Vinci o numea seva vieții pe pământ.

Apa este un element fundamental și indispensabil organismului uman  și vieții pe Pământ.Apa reprezintă o resursă naturală regenerabilă, vulnerabilă, fiind un factor determinant în menținerea echilibrului ecologic. Apa este una din substanțele cele mai răspândite pe planeta Pământ (7/10 din suprafata totală a globului) formând unul din învelișurile acesteia, hidrosfera.

Pentru mulți dintre locuitorii Terrei problema apei este tot mai critică. Accesul din ce în ce mai precar la apă al multor comunități umane demonstrează importanța acestei resurse naturale. O treime din populația lumii trăiește în zone cu stres hidric, adică în regiuni lipsite de accesul continuu la resursele de apă.

Specialiștii spun că, până în anul 2025, două treimi din populația planetei va suferi din cauza lipsei de apă. În prezent, aproximativ 6.000 de oameni, mai ales copii din țările "lumii a treia", mor, zilnic, din cauza lipsei de apă sau a bolilor determinate de apa contaminată.

Calitatea apei nu rămâne constantă în timp, ci poate să varieze din cauza multor factori, fie produși de om, fie de origine naturală.

Cadrul legislativ privind epurarea apelor uzate urbane

În România, problemele legate de protecția mediului se pun cu acuitate mai ales ca urmare a poluării locale intense a factorilor de mediu de către industrie și agricultură sau de către centrele populate, precum și a existenței unei poluări transfrontaliere, ce au condus la dereglarea unor ecosisteme și la înrăutățirea condițiilor de viață ale oamenilor în unele zone. În intervalul de timp de după 1989, mai ales în ultimii ani, în România au fost luate măsuri pe plan legislativ, organizatoric, instituțional și material în vederea monitorizării calității factorilor de mediu. România este de asemenea angajată în Programul Națiunilor Unite pentru Protecția Mediului și are obligații care decurg din Convențiile Internaționale pentru Mediu, convenții la care țara noastră este parte.

Date fiind problemele extrem de complexe pe care le implică existența poluanților reziduali în efluenții stațiilor de epurare mecano-biologică a apelor uzate și eforturile financiare deosebite pe care le presupune rezolvarea acestor probleme, sunt impuse o serie de condiții, reglementate pe plan european, pentru țările membre, prin Directivele Consiliului Comunității Economice Europene, nr. 91/271/CEE, nr. 91/676 și prin Programul de Acțiune pentru Protecția Mediului în Europa.

Pe plan național, în urma eforturilor susținute, depuse pentru o mai bună protecție a calității apelor, au fost impuse o serie de condiții restrictive cu privire la evacuarea apelor în emisari. Aceste condiții sunt stipulate prin Normele Tehnice de Protecție a Apelor, și anume: „Normativul privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate evacuate în resursele de apă, NTPA – 001/2005”; „Normativul privind condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților, NTPA – 002/2005” și „Norme tehnice privin colectarea, epurarea și evacuarea apelor uzate orășenești, NTPA – 011/2005”.

Directiva Consiliului CEE 91/271 se referă la colectarea, tratarea și deversarea apelor uzate orășenești și la tratarea și descărcarea apelor uzate din anumite sectoare industriale.

Directiva Consiliului CEE 91/676 vizează reducerea poluării apelor provocată sau indusă de nitrați, plecând de la surse agricole, precum și prevenirea unei noi poluări de acest tip.

Obiectivul central al directivei este protecția mediului de efectele negative ale evacuărilor de ape uzate urbane și de ape uzate din anumite sectoare industriale (în principal prelucrarea și fabricarea produselor din industria alimentară).

În România, legislația europeană din domeniul epurării apelor uzate și evacuării în mediul acvatic a fost transpusă în perioada 2002-2005, însă, sunt necesare în continuare etape de implementare pentru conformarea integrală la cerințele Directivei.

Având în vedere atât poziționarea României în bazinul hidrografic al fluviului Dunărea și bazinul Mării Negre, cât și necesitatea protecției mediului în aceste zone, România a declarat întregul său teritoriu ca zonă sensibilă. Acestă decizie se concretizează în faptul că aglomerările cu mai mult de 10.000 locuitori echivalenți trebuie să asigure o infrastructură pentru epurarea apelor uzate urbane care să permită epurarea avansată, mai ales în ceea ce privește nutrienții azot și fosfor – HG 352/2005 art. 3 (1). În ceea ce privește gradul de epurare, epurarea secundară (treaptă biologică) este o regulă generală pentru aglomerarile mai mici de 10.000 locuitori echivalenți.

Stadiul sistemelor de canalizare și epurare a apelor uzate în Centrul și Estul Europei

Directiva Europeană 271/91/EEC despre epurarea apelor uzate urbane obligă statele membre să construiască și să aducă în condiții operaționale treapta biologică în stațiile de epurare a apei uzate până în anul 2015. Întrucât implementarea acestei obligații este subvenționată din fonduri europene în toate țările CEE, aceste state realizează eforturi considerabile pentru a îndeplini cerințele Directivei.

Conectarea locuitorilor la sistemele de canalizare și stațiile de epurare (SE) reprezintă un

indicator privind calitatea managementului apei într-o țară. Procentajul conectării la sistemul de canalizare și SE în țările CEE este relativ mic în comparație cu țările dezvoltate din Vestul

Europei. Asta datează încă din perioada lungă, din anii comunismului, când pentru o perioadă s-a neglijat dezvoltărea infrastructurii în toate țările CEE. Procentajul populației conectate la

sistemul de canalizare central cu SE variază de la 30% (România) până la 80% (Cehia). Datele furnizate nu arată mereu adevărata situație a dezvoltării SE, de ex., în Slovenia un procent relativ mare de apă uzată (40%) este epurată doar în treapta mecanică, iar calitatea apei uzate epurate este în consecință scazută.

Figura 1. Populația racordată la sistemul public de canalizare în tările CEE

Stadiul sistemelor de colectare și epurare a apelor uzate în România

Conform raportului realizat de Administrația Națională “Apele Române” intitulat „Stadiul realizării lucrărilor pentru epurarea apelor uzate urbane și a capacităților în execuție și puse în funcțiune pentru aglomerări umane”, în aglomerările cu 2000-10.000 l.e, gradul de racordare la sistemul de colectare a înregistrat o creștere de la 4,42% în anul 2007 până la 11,25% la sfârșitul anului 2011 iar gradul de conectare la stațiile de epurare urbane a crescut de la 3,95% în anul 2007 până la 7,56% în anul 2011.

În anul 2011 au fost identificate 511 stații de epurare, insă numai 16 sunt conforme cu cerințele Directivei 91/271/EEC, pentru treapta secundară de epurare.

Tabel 1. L.e. conectați la sistemul public de canalizare în perioada 2007-2011

Dezvoltarea economică a ultimilor decenii, materializată prin industrializare, urbanizare și chimizarea agriculturii, a adus după sine problemele legate de impactul asupra mediului natural, prin consumul sporit (peste rata de autogenerare a circuitului biogeo-chimic) al resurselor naturale, dar și introducerea factorilor (alogeni), perturbatori, poluanți. Industrializarea și urbanizarea a însemnat o povară pentru mediul natural, cu precădere a apelor, în a recepta cantități crescânde de substanțe impurificatoare naturale sau sintetice. Pericolul cel mai mare survine prin poluări masive și descărcările punctiforme în apele de suprafață, iar pentru impurificatorii de sinteză, caracteristică este lipsa specificității de substrat, metabolizare de către biocenoza naturală existentă la un moment dat în receptori (râu, lac, mare, etc.)

Apa, ca element fundamental al vieții constituie solventul universal al reacțiilor metabolice (oxido-reducătoare) și mediul de dispersie al elementelor chimice și de termoreglare ale acestor reacții. Cantitățiile crescânde de substanțe impurificatoare au drep consecință alterarea caracteristicilor calitative uneori cantitative a apei și deci perturbarea folosințelor acesteia.

În pofida unei îmbunătățiri semnificative a calității râurilor în România (scădere a nivelului principalilor indicatori de calitate CBO5 și CCO, particule solide în suspensie, conținutul componentelor periculoase), sunt încă necesare investiții în special în vederea reducerii surselor punctiforme de contaminare care cresc riscul de eutrofizare a receptorilor naturali și riscul de îmbolnăvire al populației (apele de suprafață folosite tot în scopul consumului) [6].

Se menționează faptul că o aglomerare umană este considerată conformă în condițiile în care dispune de sisteme de colectare și epurare care colectează și epurează apele uzate corepunzătoare unui procent de cel puțin 98% din încărcarea organică biodegradabilă (locuitori echivalenți) generată de aglomerare. De asemenea, nivelul de epurare și tehnologia aplicată trebuie să corespundă dimensiunii aglomerării, respectiv pentru aglomerările umane cu mai mult de 10.000 l.e. este necesară aplicarea epurarii avansate (terțiară) pentru îndepărtarea nutrienților, iar pentru aglomerările cu 2000 – 10.000 l.e. tehnologia necesară este epurarea mecano-biologică (secundară). Pentru aglomerările cu mai putin de 2000 l.e. și mai puțin de 10.000 l.e. din zonele costiere, înainte de evacuarea în apele receptoare, este necesar să se realizeze ”o epurare corespunzatoare”, care să aibă în vedere condițiile locale. Și pentru aceste tipuri de aglomerări, perioada finală de tranziție este 31 decembrie 2018.

De asemenea, pentru aglomerările cu mai puțin de 2000 l.e., care sunt localizate în zone de deal sau zone de munte, condițiile geo-morfologice și climatice necesită soluții specifice și individuale: stații de epurare mici, epurarea naturală în lagune sau alte metode de epurare neconvenționale.

Sisteme individuale de epurare a apelor uzate

Există două abordări posibile pentru conformarea cu cerințele art. 3, respectiv aceea referitoare la dotarea cu sisteme individuale de epurare corespunzătoare pentru aglomerări cu mai mult de 2000 l.e. unde, pe lângă sisteme de colectare centralizate, se acceptă și sisteme individuale de epurare, acolo unde condițiile tehnico-economice și geografice nu permit colectarea centralizată a apelor uzate.

Sistemele individuale de colectare a apelor uzate recomandate sunt în principal bazine de colectare sau alte tipuri de containere, care sunt impermeabile, iar apele uzate sunt colectate și transportate în mod regulat la o stație de epurare. În acest sens, în România sunt acceptate, conform H.G. 352/2005 Art 6, Anexa 1, aliniatul (2), doar bazinele etanș vidanjabile și nu fosele septice.

De asemenea, referitor la sistemele individuale de epurare a apelor uzate sunt acceptate acele procese de epurare care să asigure efluenți a căror calitate să nu aibă efecte adverse asupra mediului (art. 1 al directivei), cum ar fi: lagune cu stabilizare, stații de epurare mecano-biologice monobloc (ce pot include și procedeul de dezinfecție), etc.

Preponderent se utilizează bazine de stocare a apelor uzate de tip etanș vidanjabil, a căror calitate a apelor uzate colectate respectă cerințele NTPA 002/2005, respectiv epurare în stații de epurare la o calitate a apelor uzate epurate conform NTPA 001/2005. Circa 5,61% dintre sistemele de colectare evacueaza apele uzate direct în rețele de canalizare ale aglomerărilor, restul de 94,39% sunt colectate, vidanjate și transportate la stațiile de epurare a aglomerărilor.

În țările CEE cele mai comune procese naturale de epurare sunt zonele umede construite, filtre de nisip-sol-plante acvatice, filtre din macrofite, iazuri biologice și sisteme de irigații cu apă uzată. În Estonia și Lituania există experiențe pozitive cu sistemele naturale de epurare a apelor uzate, filtrele verticale de nisip-plante acvatice (stuf) s-au dovedit a fi foarte eficiente. Ele pot fi operate în condiții climatice reci (climat Baltic) având o înaltă eficență de epurare a substanțelor organice. Condiția pentru aplicarea cu succes a acestor sisteme este o pre-epurare eficientă. În Slovacia de exemplu numai cca. 10 SE au fost construite în ultimii 10 ani, majoritatea zone umede construite, toate fiind folosite ca treaptă terțiară în epurarea apelor uzate. În Slovacia există în principal o perspectivă negativă privind funcționalitatea acestor procese de epurare; oponenții argumentează că aceste sisteme necesită mult teren, climatul și condițiile naturale sunt nepotrivite, eficiența de epurare este scăzută, ș.a.m.d.

În general se poate spune că sistemele naturale de epurare a apelor uzate sunt folosite foarte rar în țările CEE. Sistemele existente sunt fie prost dimensionate, uzate, sau operate și întreținute necorespunzător. Aceste probleme au determinat o slabă experiență în domeniu și o redusă conștientizare din partea publicului în ce privesc sistemele de epurare naturala a apei uzate și potențialul acestora de a satisface obiective de mediu, sociale, precum și economice. Promotorii sistemelor de epurare natural se regăsesc în principal printre inginerii de mediu/ecologi, ONG-uri cu activitate în domeniul mediului și “Mișcările Ecologiste” care întampină dificultăți în a promova și face acceptate noile concepte de către factorii de decizie și profesioniștii din domeniul mediului.

În unele țări europene precum Suedia, Germania și Norvegia, așa numitele sistemele de sanitație durabilă au fost dezvoltate și introduse în ultimii 10 ani. Aceste noi concepte de sanitație sunt proiectate să atingă obiectivele dezvoltării durabile, adică sa fie sisteme costeficiente care să îndeplinească obiectivele economice și sociale, precum și obiectivele de protecție avansată a mediului. Aceste sisteme includ separarea la sursă a apei uzate menajere în diversele fracțiuni cum ar fi apa gri, urina și fecalele pentru a le reutiliza ca resurse naturale (nutrienți, apă și căldură).

Figura 2. Numărul SEAU naturale în tările CEE

Capitolul 2. Precizări generale privind emisiile în apă uzată

Tipuri și surse de poluare a apelor

Cu toții știm semnificația termenului de apă reziduală, însă din punct de vedere știintific,biotehnologic și în sens mai larg, apele reziuduale sunt acele ape evacuate după utilizarea lor în diverse activități menajere, industriale sau agrozootehnice, care conțin o mare cantitate de reziduuri suspendate sau dizolvate. Aceste ape nu pot fi deversate în bazinele acvatice naturale deoarece vor produce modificări nedorite ale parametrilor fizico-chimici ai apelor respective, precum și perturbări grave ale echilibrului ecologic cu efecte nocive asupra faunei, florei si microbiotei specifice.

Apele uzate afectează calitatea apelor de suprafață (receptorul) în care sunt evacuate direct proporțional cu debitul de apă uzată și cu concentrația poluanților pe care aceasta le conține. Principalele materii poluante sunt dizolvate sau se află în suspensie. Acestea sunt de natură anorganică (săruri minerale) sau organică (diverse substanțe organice) și pot să fie toxice, inhibitare pentru procesele naturale, favorizante pentru unele procese naturale cauzatoare de efecte nedorite pentru apele receptorului în care au fost evacuate (râuri sau lacuri). Evacuarea de ape uzate în receptorii naturali poate conduce la degradarea sau distrugerea faunei și/sau florei receptorului, la scăderea cantității de oxigen dizolvat în apa receptorului având efecte negative asupra organismelor ecosistemului acestuia și/sau asupra fenomenului de epurare naturală (autoepurare) care are loc în apa receptorului. Aceasta poate favoriza producerea unor efecte negative asupra receptorului și formelor de viață pe care le conține (intoxicare, eutrofizare etc.).

Surselor de poluare a apelor:

1. Acțiunea poluanților în timp; după acest criteriu distingem următoarele surse [2]:

continue (ex. canalizarea unui oraș, canalizările instalațiilor industriale etc)

discontinue temporare sau temporar mobile (canalizări ale unor instalații și obiective care funcționează sezonier, nave, locuințe, autovehicule, colonii sezoniere etc.)

accidentale (avarierea instalațiilor, rezervoarelor, conductelor etc.)

2. Proveniența poluanților.

sursele de poluare organizate sunt următoarele:

surse de poluare cu ape reziduale menajere;

surse de poluare cu ape reziduale industriale.

sursele de poluare neorganizate sunt următoarele:

apele meteorice;

centrele populate amplasate în apropierea cursurilor de apă ce pot deversa:

reziduuri solide de diferite proveniențe;

deșeuri rezultate dintr-o utilizare necorespunzătoare [4].

Tipuri de poluare a apelor

1. După perioada de timp cât acționează agentul impurificator:

permanentă sau sistematică;

periodică;

accidentală.

2. După concentrația și compoziția apei:

impurificare = reducerea capacității de utilizare;

murdărire = modificarea compoziției și a aspectului fizic al apei;

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

otrăvire = poluare gravă cu substanțe toxice.

3. După modul de producere a poluării:

naturală;

artificială (antropică). Poluarea artificială cuprinde: poluarea urbană, industrială, agricolă, radioactivă și termică.

4. După natura substanțelor impurificatoare:

poluare fizică (poluarea datorată apelor termice);

poluarea chimică (poluarea cu reziduuri petroliere, fenoli, detergenți, pesticide, substanțe cancerigene, substanțe chimice specifice diverselor industrii );

poluarea biologică (poluarea cu bacterii patogene, drojdii patogene, protozoare patogene, viermii paraziți, enterovirusurile, organisme coliforme, bacterii saprofite, fungii, algele, crustaceii etc.);

poluarea radioactivă.

Fenomenele de poluare a apei pot avea loc:

la suprafață (ex. poluare cu produse petroliere);

în volum (apare la agenți poluanți miscibili sau în suspensie).

Deoarece poluanții solizi, lichizi sau gazoși ajung în apele naturale direct, dar mai ales prin intermediul apelor uzate, sursele de poluare a apei sunt multiple.

Tipuri de ape uzate

Principala sursă de poluare o constituie apele uzate reintroduse în receptori după utilizarea apei în diverse domenii. După proveniența lor, există următoarele categorii de ape uzate

ape uzate orășenești, care reprezintă un amestec de ape menajere și industriale, provenite din satisfacerea nevoilor gospodărești de apă ale centrelor populate, precum și a nevoilor gospodărești, igienico-sanitare și social- administrative ale diferitelor feluri de unități industriale mici.

ape uzate industriale, rezultate din apele folosite în procesul tehnologic industrial, ele fiind de cele mai multe ori tratate separat în stații de epurare proprii industriilor respective. Numărul de poluanți pentru o anumită industrie este de obicei restrâns, o apă industrială uzată având în principiu, caracteristici asemănătoare substanțelor chimice sau fizice utilizate în procesul tehnologic. De exemplu, apele uzate provenite de la minele de cărbuni au drept caracteristică principală conținutul în substanțe în suspensie, în timp ce apele uzate rezultate de la fabricile de zahăr conțin atât substanțe în suspensie, cât și substanțe organice.

ape uzate de la ferme de animale și păsări care, au în general caracteristicile apelor uzate orășenești, poluanții principali fiind substanțele organice în cantitate mare și materialele în suspensie.

ape uzate meteorice, care înainte de a ajunge pe sol, spală din atmosferă poluanții existenți în aceasta. Aceste ape de precipitații care vin în contact cu terenul unor zone sau incinte amenajate, sau al unor centre populate, în procesul scurgerii, antrenează atât ape uzate de diferte tipuri, cât și deșeuri, îngrășăminte chimice, pesticide, astfel încât în momentul ajungerii în receptor pot conține un număr mare de poluanți .

ape uzate radioactive, care conțin ca poluant principal substanțele radioactive rezultate de la prelucrarea, transportul și utilizarea acestora. Indiferent de proveniența lor substanțele radioactive pot ajunge în apă, aer și sol pe multiple căi, prejudiciind întreg mediul înconjurător.

ape uzate calde, care conțin de obicei un singur poluant, energia calorică, a cărei proveniență a fost menționată anterior.

ape uzate provenite de la zone de agrement, campinguri, terenuri de sport, care sunt asemănătoare cu apele uzate orășenești.

apele uzate provenite de la navele maritime sau fluviale, conțin impurități deosebit de nocive cum ar fi: reziduuri lichide și solide, pierderi de combustibil, lubrifianți etc.

Indicatori de calitate ai apelor uzate

Indicatori fizici

Temperatura influențează cele mai multe reacții fizice și biochimice care au loc în procesul de epurare.Temperatura apelor uzate este mai ridicată decât cea a apelor de alimentare cu 2-3 grade (oC).

Turbiditatea – este dată de particolele foarte fine aflate în suspensie;

Culoarea – depinde de tipul de apă uzată:

apele uzate proaspete au culoare gri deschis;

apele uzate în care a început procesul de fermentare a materiilor organice au culoare gri închis;

apele uzate industriale pot avea culori diferite ( verzi, galbene, roșii, etc )

Mirosul apele uzate proaspete au miros aproape imperceptibil iar intrarea în fermentație a materiilor organice este indicată de mirosuri de hidrogen sulfurat (H2S) [5];

Materiile solide totale (MTS) ca și cele două componente ale acestora – materii solide în suspensie și materii solide dizolvate (<1 m) – prezintă caracteristici importante, care servesc la stabilirea eficienței procesului de epurare în diferite etape. Materiile solide în suspensie, pot fi materii separabile prin decantare (>100 m) și materii coloidale (între 1 si 100 m). Materiile în suspensie care decantează sunt măsurate cu ajutorul conului Imhoff (decantare timp de 30 minute) fiind exprimate în ml/l.

Indicatori chimici

Aciditatea este dată de prezența bioxidului de carbon, acizilor minerali și a unor compuși dintre acizi tari si baze slabe;

pH determină activitatea ionilor de hidrogen; exprimă intensitatea acidității sau alcalinității. Parametrul pH nu reprezintă el însuși un contaminant dar este un parametru important de caracterizare a apelor uzate care urmează a fi supuse unui proces de epurare biologică sau a fi evacuate în canalizarea orășenească;

Alcalinitatea se datorează prezenței ionilor bicarbonat, carbonat și hidroxil;Apele uzate menajere sunt usor alcaline cu o valaore a pH-ului cuprinsă intre 7,2-7,6.

Detergenți sintetici – conținutul de detergenți anionici, cationici și neionici prezenți în apa uzată pot favoriza acțiunea nocivă a unor toxine;

Produse petroliere, grăsimi și uleiuri –pot colmata filtrele biologice sau pot impiedica dezvoltarea proceselor biochimice în bazinele de aerare cu namol activ;

Oxigenul dizovat –cantitatea de oxigen indică gradul de poluare al apelor cu substanțe organice;

Consum biochimic de oxigen la 5 zile (CBO5) reprezintă cantitatea de oxigen care se consumă de către microorganisme pentru descompunerea biochimică la temperatura standard (20oC) și timpul standard (5 zile).

Consum chimic de oxigen (CCO) – concentrația masică de oxigen necesară pentru oxidarea substanțelor organice sau oxidabile fară ajutorul bacteriilor.

Carbonul organic total (COT) constituie o metodă de determinare a nivelului de poluare organică a apleor uzate.

Consumul total de oxigen (CTO) determinat pe principiul cromatografiei în faza gazoasă evidențiază toate substanțele organice și anorganice existente în proba de ape uzate care intră în reacții chimice până la nivelul de oxizi stabili.

Potențialul de oxidoreducere (potențial Redox) care exprimă logaritumul cu semn schimbat al presiunii hidrogeului gazos (în atmosferă) în echilibru cu hidrogenul molecular dizolvat în soluție. În scara Redox, notația rH dă indicații asupra puterii de oxidare sau reducere a apei uzate sau a depunerilor.

Cloruruile și sulfurile din apele uzate pot influența procesele biolofice de epurare daca cantitățile lor depașesc anumite limite.Clorurile sub formă de ioni de clor din apa uzată menajeră provin în special din urimă de origine animală sau umană, ca urmare a consumului în alimentație a clorurii de sodiu.Sulfurile din apele uzate menajere pot fi determinate ți puse în evidență sub forma de sulfuri totale, sulfuri de carbon și hidrogen sulfurat.

Metalele grele (Zn, Cu, Cd, Pb, Hg, Co) existente mai ales în apele uzate industriale sunt toxice pentru microorganismele care participă la epurarea biologica a apelor și la fermentarea anaerobă a nămolurilor.

Nitriții și nitrații sunt prezențin în apele uzate proaspete în concenrații mai reduse.Prezența nitriților în apa uzată indică o apă proaspată în curs de transformare iar prezența nitraților indicp o apă stabilă din punct de vedere al transformării.

Prezența produsele petroliere, grăsimi și uleiuri în stațiile de epurare este daunătoare deoarece pot colmata filtrele biologice sau pot împiedica dezvoltarea proceselor biochimice în bazinele de aerare cu namol activ.

Azotul sub formă de amoniac liber, azotul organic, nitriții și nitrații constituie azotul total din apa brută.

Putrescibilitatea, stabilitatea și stabiitatea relativă a apelor uzate menajere constituie o detrrminare caracteristică a acestor ape lipsite de oxigen.Substanțele organce din apele uzate cu conținut foarte scazut de oxigen suferă o descompunere anaerobă emanând un miros dezagreabil purtând denumirea de apa putrescibilă.

Indicatori biologici și bacteriologici

Stabilirea caracteristicilor bacteriologice ale apei au drept scop determinarea numărului, genului și condițiilor de dezvoltare a bacteriilor în efluentul stației dee purare și în emisari. Caracteristicile bacteriologice ale apei dau informații numeroaseși în ceea ce privește evitarea propagării și controlului bolilor contagioase, în acest scop, efectuarea de determinări atât asupra apelor uzate, cât și a emisarior, este de odeosebită importanță. Se determină îndeosebi colibacilii care trăiesc în intestinele umane. În general, se determină titrul coli, care reprezintă volumul cel mai mic de ap ăuzată în care se mai pot încă cultiva colibacili [3]. Se deosebesc următoarele categorii importante de bacterii: banale, care nu sunt dăunătoare organismului omenesc; coliforme, care în număr redus sunt inofensive; bacterii saprofire, prezente în apele uzate; bacterii patogene, care sunt dăunătoareorganismului uman și produc boli hidrice (febră tifoidă, holeră, dizenterie); bactofagi, prezenți în apele uzate.

Apele uzate conțin specii de organisme precum virusuri, bacterii, ciuperci, alge, protozoare, larve de insecte, care constituie indicatorul biologic ce caracterizează pozitiv gradul de încărcare a apei cu substanțe organice sau gradul de saprobitate. Din punct de vedere a nutriției, bacteriile pot fi heterotrofe si autrotofe. Din grupa bacteriilor heterotrofe, care au nevoie de materii organice ca sursă de carbon și energie, fac parte saprofitele și bacteriile parazite. Saprofitele utilizează materii organice moarte și joacă rolul principal în procesul de autoepurare iar cele parazite se dezvoltă în corpul organismelor animale și umane.Bacteriile tifosului intesinal, a dezinteriei, a holerei, a febrei tifoide sunt câteva exemple de bacterii patogene, care reprezintă un pericol pentru sănătatea omului.

O metodă larg răspândită de analiză biologică este cea bazată pe sistemul saprobiilor. Așa-numitul sistem al saprobiilor a fost elaborat de Kolkwity și Marson și cuprinde un număr de specii care caracterizează diferite grade de încărcare a apei cu materii organice.

Evacuarea apelor uzate în apele de suprafață se face numai în condițiile prevăzute de Legea Apelor și respectând prevederile normativului 001/2005.Conform domeniului de utilizare, apele de suprafață de pe teritoriul României se clasifică în trei categorii de calitate, notate cu I, II și III.
Categoria I sunt ape care pot fi folosite pentru alimentarea centralizată cu apă potabilă și a unităților zootehnice,industria alimentară, anumite irigații, piscicultură (pt. salmonide), piscine.În categoria a II-a apele pot fi utilizate în industrie, pentru piscicultură (exceptând salmonidele), pentru agrement și nevoi urbanistice.Categoria a III-a de ape pot fi utilizate pentru irigații, alimentarea hidrocentralelor, răcirea agregatelor, alimentarea stațiilor de spălare.

Tabel 2. Valorile limită admisibile de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și urbane evacuate în receptori naturali sunt stabilite prin NTPA 001/2005

1) Prin primirea apelor uzate, temperatura receptorului natural nu va depași 350 C.

2) A se vedea tabelul nr.1 prevăzut in anexa nr.1 la hotărare- NTPA-011 și la art. 7 alin. (2)

din anexa nr.1 – ,,Plan de acțiune privind colectarea, epurarea și evacuarea

apelor uzate urbane’’.

3) Suma ionilor metalelor grele nu trebuie să depășească concentrația de 2 mg/dm3,

valorile individuale fiind cele prevăzute în tabel. În situația în care resursa de apă/sursa

de alimentare cu apă conține Zn în concentrație mai mare decat 0.5 mg/ dm3, această

valoare se va accepta și la evacuarea apelor uzate în resursa de apa, dar nu mai mult de 5

mg/ dm3.

4) Metoda de analiză corespunzatoare standardului indicat în tabel are caracter orientativ,

alte metode alternative putand fi folosite dacă se demonstrează că acestea au aceeași

sensibilitate și limită de detecție.

5) Suprafața receptorului în care se evacuează apele uzate nu trebuie să prezinte irizații.

6) Valorile ce trebuie respectate pentru descărcări în zone sensibile, conform NTPA-011 [10].

Capitolul 3. Metode convenționale de epurare a apelor uzate Stații de epurare

Metodele convenționale de epurare utilizează tehnologii artificiale bazate în exclusivitate pe echipamente mecanice, fiind deci energointensive. Aceste tehnologii se potrivesc cel mai bine aglomerărilor umane cu o densitate mare a populației (peste 100 locuitori/ha), la care lungimea specifică a rețelei publice de canalizare exprimată în km retea/locuitor este mică.

Epurarea – reprezintă procesul complex de reținere și neutralizare a substantelor daunatoare dizolvate, în suspensie sau coloidale prezente în apele uzate industriale sau menajere în stații epurare pentru redarea lor în circuitul apelor de suprafața la parametrii avizați de normele în vigoare.

Epurarea apelor uzate reprezintă ansamblul de măsuri și procedee prin care impuritățile de natură minerală, organică și bacteriologică conținute în apele uzate sunt reduse la anumite limite, astfel încât aceste ape să nu dăuneze receptorului în care se evacuează și să nu mai pericliteze folosirea apelor acestuia. Instalațiile de epurare sunt realizate tocmai în scopul intensificării și favorizării proceselor care se desfașoară în decursul autoepurării. Procesul de epurare are ca rezultat obținerea unor ape curate în diferite grade de purificare, în funcție de tehnologiile și echipamentele folosite și un amestec de corpuri și substante denumite generic nămoluri

Stațiile de epurare a apelor uzate au o schemă asemanatoare, iar procesul de epurare este realizat prin trei faze , mecanică, chimică și biologic, în vederea obținerii unui randament ridicat de îndepărtare a impurităților existente în apele reziduale brute.

Procese de epurare a apelor uzate

Procesul de epurare a apelor uzate este unul complex, cuprinzând mai multe etape care permit eliminarea treptată a diferitelor tipuri de materii reziduale, grosiere, fine, de natură minerală sau de natură organică. Astfel, la intrarea în stația de epurare are loc un proces de trecere prin site mari, care rețin reziduurile grosiere, în continuare apa trece prin filter speciale, care rețin particule de dimensiuni mai mici, iar în cele din urmă, apa încărcată de materii organice în suspensie ajunge în bazinele de tratare chimică și biologică.

Procedeele de epurare a apelor uzate sunt de trei tipuri: mecanice, chimice și biologice.

Procesele fizice au la bază fenomenele de separație lichid-solid sau lichid-substanțe plutitoare, datorită diferenței de greutate constituie unele dintre cele mai importante procese ce intervin în cadrul epurării apelor uzate.

Procesele chimice intervin în cazul dezinfectării apelor uzate în compoziția cărora predomină bacterii patogene, sau la eliminarea substanțelor în suspensie, coloidale și dizolvate cu ajutorul substanțelor chimice.

Procesele biologice utilizate la stabilizarea depunerilor organice (namoluri) rezultate din epurarea apelor uzate, sunt procese biologice anaerobe care folosesc, în activitatea microorganismelor anaerobe, oxigenul legat chimic de azot din nitriții și nitrații existenți în namoluri.

Epurarea apelor uzate poate să fie realizată prin procedee mecanice sau mecano-chimice (epurare primară), mecano-biologice (epurare secundară) sau avansate (epurare terțiară).

În funcție de tipul și tehnologia de epurare folosită, se pot întâlni diferite instalații de epurare a apelor uzate, cu costuri și performanțe de epurare diferite. Pentru a respecta condițiile de evacuare impuse, o sursă de poluare trebuie să aleagă tehnologiile și instalațiile adecvate, astfel încât efluentul stației de epurare să aibă caracteristici cantitative și calitative corespunzătoare.

Epurarea mecanică a apelor uzate

În treapta primară de epurare are loc un proces de îndepărtare a corpurilor și suspensiilor mari folosind gratare și site. Majoritatea instalațiilor de epurare primară realizează și procesul de flotație, prin care se îndepărtează substanțele mai puțin dense (uleiuri, grăsimi, materiale plastice, fibre lemnoase etc.), realizată în deznisipatoare și decantoare.

Treapta primară se compune din :

Gratarele rețin corpurile grosiere plutitoare aflate în suspensie în apele uzate (carpe, hartii, cutii, fibre, etc.). Materialele reținute pe gratare sunt evacuate ca atare, pentru a fi depozitate în gropi sau incinerate. In unele cazuri pot fi marunțite prin tăiere la dimensiunea de 0,5 -1,5 mm in dezintegratoare mecanice. Dezintegratoarele se instalează direct în canalul de acces al apelor uzate brute, în asa fel încat suspesiile dezintegrate pot trece prin gratare și pot fi evacuate în același timp cu corpurile reținute.

Pe site se continuă procesul de reținere a particulelor cu diametre mai mari de 2-3 cm, prin trecerea apei în flux continuu, viteza de scurgere scăzând foarte puțin. În prezent, sitele sunt folosite destul de rar.

Deznisipatoarele sunt indispensabile unei stații de epurare, în condițiile în care există un sistem de canalizare unitar, deoarece nisipul este adus în special de apele de ploaie. Nisipul nu trebuie să ajungă în treptele avansate ale stației de epurare, pentru a nu aparea inconveniente cum ar fi:

– deteriorarea instalațiilor de pompare;

– dificultăți în funcționarea decantoarelor;

– reducerea capacității utile a rezervoarelor de fermentare a namolurilor și stânjenirea circulației namolurilor.

Deznisipatoarele trebuie să rețină prin sedimentare particulele mai mari de 0,2 mm și în același timp, trebuie să se evite depunerea materialelor organice, pentru a nu se produce fermentarea lor.

Separatoarele de grasimi sau bazinele de flotare au ca scop îndepărtarea din apele uzate a uleiurilor, grasimilor și, în general, a tuturor substanțelor mai ușoare decât apa, care se ridică la suprafața acesteia în zonele liniștite si cu viteze orizontale mici ale apei. Separatoarele de grăsimi sunt amplasate după deznisipatoare, dacă rețeaua de canalizare a fost construită în sistem unitar, și după gratare, cand rețeaua a fost construită în sistem divizor și din schema lipseste deznisipatorul.

Pentru a mari randamentul de eliminare a particuleleor ușoare, în suspensie din apă, se aplică procedeul flotației care antrenează la suprafată particulele fine și grasimile aflate în stare de emulsii în masa apei. În cazul în care apele uzate sunt prea acide sau prea bazice, se pot adăuga substanțe chimice destinate neutralizării acestor ape. În cazul în care apele conțin unele substanțe toxice, ele pot fi eliminate în camera de reacție, unde, în contact cu substanțe chimice specifice, acestea ies din starea de substanțe dizolvate, se floculează și astfel pot fi ulterior îndepărtate prin decantare.

Decantoarele sunt construcții în care se sedimentează cea mai mare parte a materiilor în suspensie din apele uzate. După direcția de curgere a apei uzate decantoarele se clasifică în decantoare orizontale longitudinale, decantoare orizontale radiale, decantoare verticale care asigură staționarea apei timp mai îndelungat și astfel se depun și suspensiile fine. Prin decantare sunt eliminate din ape suspensiile organice, pe care s-au adiționat o serie de bacterii reducătoare. În cursul procesului de decantare, organismele aerobe consumă oxigenul dizolvat din apă, astfel încât, la ieșire, apa este practic lipsită de oxigen. Spumele și alte substanțe flotante adunate la suprafață (grasimi, substante petroliere etc.) se rețin și se înlătură ("despumare") iar namolul depus se colectează și înlătură din bazin (de exemplu cu lame racloare susținute de pod rulant) și se trimite la metantancuri.

Epurarea mecanică și epurarea mecano-chimică constituie epurarea primară a apelor uzate, iar construcțiile și instalațiile aferente alcătuiesc treapata mecanică a unei stații de epurare.

Epurarea biologică a apelor uzate

Treapta secundară de epurare a apleor uzate este un procedeu de tratare a apelor uzate bazate pe fenomene biochimice ce decurg din metabolismul microorganismelor ce poluează apa uzată și are ca scop reținerea din aceste ape a suspensiilor coloidale sau dizolvate de natura organică.

Instalație biologică de epurare:

Procesul de epurare biologică este un proces complex, pentru dezvoltatrea căruia intervin o mai mulți factori. Atunci când apa întâlnește o suprafată de contact, pe interferența dintre apa uzată și cea de contact se dezvoltă colonii de bacterii și numeroase microorganisme. Biomasa reprezintă populația mixtă de bacterii, ciuperci și alte microorganisme care își desfășoară activitatea metabolică în instalația de epurare. Rezultatul final al procesului biologic de epurare se concretizează în degradarea substanței organice, până la diferite stadii corespunzătoare tehnologiei și echipamentelor, și creșterea biomasei (apreciată la 40…60%) sub forma materialului celular insolubil, sedimentabil, precum și unii produși ai metabolismului, mai ușor de îndepărtat. În cazul filtrelor biologice și a campurilor de irigare, biomasa se prezintă sub formă de membrane biologice fixată pe suprafața materialului filtrant și sub formă de flocoane biologice în cazul bazinelor cu nămol activ.

Substanțele organice din apele uzate sunt adsorbite și concentrate la suprafața biomasei iar prin activitatea enzimelor eliberate de celulă, substanțele sunt descompuse în unități mici care patrund în celula microorganismelor unde sunt metabolizate. Reacțiile de oxidare care au loc, furnizează energie reacțiilor prin care se formează masa celulară nouă iar produșii finali ai descompunerilor ( H2O, CO2, azotați, sulfați, substanțe organice stabile etc.) sunt eliberate în mediu.

Instalațiile de epurare biologică artificiale, spre deosebire de cele naturale, constituie ecosisteme în care a intervenit omul, iar intensitatea perocesului este dependentă de mecanimele reglabile de om. În compoziția biomasei intră substanță organică vie, enzime, săruri minerale, amoniac, substanțe organice biodegradabile și nebiodegradabile dar și substanțe organice aflate în diverse stadii de biodegradabilitate.

Procedeele de epurare biologică, utilizate în practică, folosesc una din două grupe de microorganisme: aerobe sau anaerobe. Microorganismele anaerobe se folosesc în procesele de fermentare a nămolurilor și la stabilizarea unor ape uzate industriale concentrate.

Microorganismele aerobe sunt utilizate în mod curent în epurarea majorității apelor uzate cu caracter predominant organic – compuși pe bază de carbon, azot sau fosfor – și pentru stabilizarea anumitor categorii de nămoluri. Pentru epurarea biologică în regim aerob a apelor cele mai utilizate procedee sunt: cu nămol activ, cu flocoane de nămol ce conțin atât bacterii aerobe cât și anaerobe.

Organismele care produc oxidarea substanțelor organice din apele uzate fac parte din următoarele grupe:

a) obligat aerobe – reacțiile de oxido-reducere (respirație) fiind efectuate numai în prezența oxigenului;

b) facultativ aerobe – reacțiile se petrec fie în prezența oxigenului, fie în absența lui;

c) anaerobe – reacțiile se desfășoară numai în absența oxigenului (fermentație), mai mult oxigenul este toxic pentru organismele respective.

Se întâlnesc două tipuri de procese tehnologice pentru epurare biologică:

procese aerobe unde se produce combinarea substanțelor organice cu oxigenul (oxidarea), cu eliminare de căldură;

procese anaerobe, caracterizate prin dezintegrarea oxigenului (reducția) și consum de căldură, întâlnindu-se în bazinele de fermentare a nămolurilor.

Cercetările au evidentiat faptul că în strânsă asociere cu bacteriile, în procese aerobe coabitează protozoare (cele mai primitive forme de animale din clasele Flagellata, Sarcodia, Sporazoa, Ameobosporidia, Ciliophora), metazoare (rotifere și nematode) și ciuperci sau chiar fungi, alcătuind biocenoze.

Epurare biologică in regim natural

În regim natural epurarea biologică se desfășoară de obicei fără recirculare, pe câmpuri de irigare și filtrare, filtre de nisip, câmpuri de infiltrare subterană, iazuri de stabilizare sau iazuri biologice. Toate aceste metode asigură grade înalte de epurare 95-99%, dar prezintă dezavantajul unei suprafețe mari de teren ocupate sustrase circuitului agricol.

Câmpuri de irigare și filtrare

Epurarea biologică în regim natural se realizează pe câmpuri de irigare și filtrare și se poate folosi acolo unde nivelul apelor de precipitații este scăzut sub 600 mm/an.

Figura 3. Schema procesului de epurare care utilizează câmpuri de irigare și de filtrare

Instalația de epurare completă are o treaptă fizică destinată reținerii corpurilor și particulelor sedimentabile și o alta pentru finalizarea procesului de epurare. Treapta a doua utilizează suprafețe de teren destinate irigării în scopuri agricole sau special pentru epurarea apelor încărcate biologic – câmpuri de filtrare. De regulă, cele două câmpuri sunt asociate, câmpurile de filtrare fiind utilizate în perioadele de ploaie, iarna sau atunci când nu este necesară irigarea. Așadar, câmpurile de irigare utilizează apele în scopuri agricole, iar câmpurile de filtrare, asociate primelor, sunt folosite numai pentru epurare. Această tehnologie se poate folosi atunci când zona se caracterizează prin precipitații scăzute și dacă apa uzată conține substanțe fertilizante și fără ioni de metale grele. În cazul orașelor cu peste 10.000 de locuitori metoda nu mai poate fi folosită pentru că nu rentează din punct de vedere economic.

În procesele de irigare apar fenomene complexe în soluri cum ar fi:

a) fizice – filtrare, hidrodinamice prin spații poroase etc.;

b) chimice – adsorbție, schimb ionic, precipitare etc.;

c) biologice – acțiune microbiană, acțiunea plantelor etc. Aplicarea metodei impune un timp maxim de contact între efluent și sistemul plante-sol.

Apa uzată poate să fie utilizată în proiecte de reîmpăduriri în zonele sărace în apă. În sistemul cu debit scăzut acesta se va controla astfel încât să se asigure permeabilitatea maximă în zonele vegetale de suprafață. Vegetația este punctul critic al procesului și ea va reduce nutrienții, menține permeabilitatea și evită eroziunea solului. Debitul de încărcare și ciclurile de aplicare sunt proiectate pentru a menține creșterea microorganismelor active în sol. Ele se controlează pentru minimizarea apariției condițiilor severe anaerobe în sol. Perioada de repaus dintre aplicații va fi suficient de lungă pentru a preveni fenomenul de băltire la suprafață, dar suficient de scurtă pentru a ține microorganismele în stare activă.

Apele uzate municipale conțin, de regulă, azot 12,8%, fosfat 5,3%, 7% potasiu și 55% materii organice. Apele epurate biologic mai conțin 10% azot, 2,8% fosfat, 6,7% potasiu și 19% materii organice. Pentru un hectar sunt necesare circa 120 kg azot, 40 kg fosfor, 170 kg potasiu.

Apele uzate, prelucrate inițial în treapta fizică, se pot utiliza la irigarea culturilor de orice tip – cereale, plante tehnice, pășuni, livezi. Pentru o bună utilizare a apelor uzate se recomandă ca pe lângă centrele urbane să se cultive 50% legume, 30% fâneață, 20% rădăcinoase. Terenurile se împart în parcele pentru irigat plantele în sistemul cu brazde la care curgerea se realizează gravitațional pe canale cu panta de 2-5%. Metoda de irigare este dependentă de panta terenului, de natura solului, de felul culturii.

Apele uzate trec printr-o treaptă fizică destinată reținerii corpurilor mari, nisipului și suspensiilor, grăsimilor care ar putea distruge importanța terenului agricol. Nisipul modifică structura solului, în timp ce grăsimile și celelalte suspensii mai fine obturează porii solului și spațiile libere dintre granule blocând scurgerea apei și circulația aerului (modifică porozitatea acestuia). Instalația de epurare, în treapta fizică, are un decantor dimensionat pentru 1,5…2,0 ore capabil să rețină, pe lângă cele de mai sus, și bacteriile (scop sanitar și de protecția muncii). Apele epurate parțial sunt stocate într-un bazin care are rolul principal de a realiza egalizarea debitelor și de înmagazinare. În acest bazin se vor depune și majoritatea viermilor.

Condițiile de realizare ale metodei sunt: a) câmpurile de irigare și filtrare se vor amplasa la o distanță minimă de 500 m de centrele populate; b) se vor cultiva numai plante care nu se consumă în stare crudă; c) culegerea recoltei se va face la minimum 15 zile de la ultima udare; d) muncitorii agricoli vor fi supravegheați și controlați periodic. În general, se consideră că expunerea la lumina solară conduce la distrugerea bacteriilor depuse pe plante prin stropire; de asemenea, irigarea prin conducte perforate îngropate sau cele dotate cu picurător la rădăcina plantei nu ridică probleme sanitare. Metodele de filtrare constituie cele mai eficiente procedee de finisare a calității efluentului deversat în natură din zona lagunelor.

În ultimii ani câmpul de irigații se constituie în două variante de dotare: a) sistem care face udarea prin aspersiune la suprafață; b) sistem ce folosește curgerea apei prin conducte îngropate. În ambele metode rădăcinile plantelor preiau substratul și oxigenul din apă pentru creștere și dezvoltare. Sistemul cu împrăștierea apei prin aspersiune realizează condiții mai apropiate de cele naturale.

Filtrele de nisip

Filtrele de nisip sunt destinate numai epurării apelor uzate. Apele uzate se scurg prin solul nisipos cu intemitență lăsând posibilitatea aerisirii acestuia. Aplicarea acestei tehnologii impune existența unui sol nisipos.

Figura 4. Schema fitrului cu nisisp

După un timp de exploatare de 10-15 ani stratul de nisip este complet colmatat și se înlocuiește nisipul sau se abandonează filtrul. La o adâncime de circa 1 metru se amplasează conducte de drenaj pentru evacuarea apei purificate. Iarna se introduce apă sub stratul de gheață, iar pentru asigurarea aerisirii se impune perforarea acestuia în mai multe locuri, figura 4.

În mod normal se utilizează două tipuri de filtre de nisip, care diferă prin modul cum se realizează alimentarea cu apă uzată.

a)Filtrul cu alimentare intermitentă are pe podea un sistem de drenaj care permite îndepărtarea totală a apei înainte de aplicarea unei alte doze

b)Filtrul cu recirculare este dotat cu o pompă care recirculă efluentul filtrat într-un raport de 3 până la 5 părți la o parte de apă brută la alimentare.

Ambele filtre folosesc un strat de nisip cu grosimea de 0,6 – 1,0 m și sistem de drenaj. Ele folosesc și activitatea biologică a florei asociate nisipului și particulelor din strat. Apar și procese fizice de filtrare a suspensiilor și chimice de adsorbție pe suprafață.

Iazuri biologice

Iazurile biologice, denumite și iazuri de oxidare sau lagune sunt bazine naturale sau artificiale de mică adâncime 1,0-2,0 m și cu suprafață mare în plan. Această formă geometrică conduce la volume mari de apă care, în raport cu debitul, oferă timpi lungi de retenție de 2 până la 30 zile. În aceste bazine apar procese naturale de degradare a substanțelor organice, de sedimentare (limpezire), de dezinfectare în care factorul uman intervine parțial în proces.

Înainte de a intra în iaz apa uzată trece printr-o treaptă de epurare fizică dotată cu grătare, separator de grăsimi, deznisipator, decantor. Eficiența treptei primare este hotărâtoare pentru valorile gradului de epurare a apei.

Funcțiile unui iaz biologic pot fi multiple:

a) asigurarea epurării apelor uzate unde iazul este unica instalație de purificare;

b) treaptă secundară sau terțiară într-o instalație care are și o parte fizică de epurare;

c) bazin de egalizare uniformizare a concentrațiilor și debitelor;

d) bazin de sedimentare suplimentară pentru finisarea clarificării.

Dezavantajul principal al iazurilor biologice este concentrația ridicată în suspensii solide a efluentului, peste 100 mg/l.

În funcție de caracterul procesului care se desfășoară în iaz se poate face următoarea clasificare a bazinelor: a) iazuri aerobe – procesul de degradare se desfășoară în întregul volum de apă din bazin, caracterizat prin adâncime mică; b) iazuri facultativ aerobe/anaerobe în care apar concomitent procese de degradare în regim de oxidare a substanțelor organice și de fermentație (lacuri cu adâncime mare); c) iazuri aerobe de mare încărcare în care se realizează o stabilizare aerobă completă a materiilor organice. Alegerea se face în funcție de teren (cost și amplasare) și de perfomanțele solicitate.

Din punctul de vedere al modului cum se asigură oxigenarea lagunelor acestea pot fi:

a) lagune naturale la care apar procese de reaerare naturală;

b) lagune aerate – oxigenarea se realizează cu echipamente mecanice.

Factorii care influențează procesul sunt: forma și adâncimea iazului, condițiile climatice (temperatura, precipitațiile, vântul, stratul de gheață de la suprafață, luminozitatea etc.), compoziția și concentrația apei etc. Pe măsură ce apa parcurge iazul se disting o serie de zone succesive: a) faza de fermentație acidă – pH-ul scade sub 4, iazul degajă un miros de acizi grași; b) faza de fermentație metanică – pH-ul crește spre 7, se degajă un miros de grajd, iazul este colorat în negru; c) faza facultativ aerobă-anaerobă fără miros, iazul este colorat în roșu sau verde funcție de organismele predominante în straturile superioare.

În aceste bazine se desfășoară procese biochimice aerobe și anaerobe care contribuie, alături de fenomenele fizice, la purificarea apelor uzate. În zona de mică adâncime de la suprafața apei, străpunsă de lumina solară, apar procese aerobe întreținute de oxigenul care difuzează prin suprafața liberă și cel furnizat în urma fenomenului de fotosinteză a algelor. În zonele de mare adâncime, în care oxigenul și lumina solară nu pătrund, apar procese de descompunere anaerobă – fermentație cu degajare de gaze. În straturile intermediare apar procese aerobe sau anaerobe funcție de adâncimea acestuia. Suspensiile, care nu au fost reținute în treapta fizică, se vor depune pe fundul bazinelor formând un strat de nămol. Sedimentarea nămolului se realizează sub influența forțelor gravitaționale, prin biofloculare (viteze de circa 10 ori mai mari ca în regim natural) și autofloculare. Bioflocularea apare ca urmare a existenței unei populații mixte de microorganisme, a nivelului ridicat de substanțe nutritive și a timpului mare de staționare. Autoflocularea este dependentă de creșterea algelor, a temperaturii și pH-ului; unele substanțe chimice pe bază de calciu, magneziu sau fosfat de amoniu formează precipitate care se depun antrenând alge și bacterii, figura 5.

Figura 5. Procese care apar în lagună

Sursele de oxigen pentru degradarea biochimică sunt: reaerarea naturală prin suprafața liberă (dependentă de mărimea suprafeței de contact, de temperatură, mișcările suprafeței generate de vânt etc.), compușii organici, nitrați sau sulfați, tratarea cu clor și fotosinteza algelor sub influența energiei luminoase, iar în cazul lagunelor aerate echipamentele de oxigenare.

Epurarea biologică în regim artificial

Epurarea biologic artificială a apeor uzate constituie treapta secundara a unei stții de epurare și se realizează în filtre biologice și în bazine cu nămol active, fiind urmate, spre deosebire de epurarea biologic natural, de o decantare secundară unde se rețin produsele de metabolism alae procesului biochimic (membrana biologică și nămolul activat).

Filtrele biologice

Filtrele biologice pot fi de mai multe tipuri: filtre biologice de contact, care datorită productivității reduse și a costului ridicat nu se mai folosesc în present, filtre biologice percolatoare de mică și mare încărcare, filtre cu doua trepte, filtre turn, filtru scufundat, aerofiltru.

Părțile component ale filtrelor biologice sau biofiltrelor:

Materialul filtrant alcătuit din material locale;

Radierul de susținere a materialului filtrant;

Radierul de colectare și dirijare a apei epurate;

Pereții exteriori;

Instalațiile de distribuție a apei.

Fig. Schema filtrului biologic

Un biofiltru este o incintă umplută cu material grosier (rocă spartă, pietriș, tuf vulcanic sau material plastic cu granulație mare și, pe cât posibil, poros). Apa uzată, în prealabil epurată în treapta mecano-chimică, este distribuită cât mai uniform la suprafața acestui material de umplutură, ea curgând gravitațional, lent, sub forma unei pelicule fine. Pe materialul de umplutură se dezvoltă bacterii și fungi, care se extrag din pelicula de apă care se scurge de sus în jos, substanțele organice dizolvate și cele coloidale și care le servesc drept hrană. Această peliculă de apă este pe cealaltă parte în contact permanent cu aerul dintre materialul de umplutură al biofiltrului, astfel încât microorganismele au condiții optime de dezvoltare și de degradare a substanțelor organice pe cale aerobă. În acest fel, bacteriile au permanent hrană, apă la o temperatură optimă de înmulțire și oxigen dizolvat. Dacă la început această peliculă de microorganisme este subțire, în timp ea se îngroașă, astfel încât accesul tuturor organismelor la hrană și oxigen se reduce, ca urmare la contactul substrat-peliculă de microorganisme condițiile de viață devin anaerobe, fapt ce determină moartea bacteriilor aerobe și stimulează înmulțirea celor anaerobe. În timp, la interfața bacterii aerobe-bacterii moarte și anaerobe, pelicula se desprinde de substrat și, antrenată de apa uzată, se scurge, se fragmentează, cade prin bucățile materialului de umplutură și ajunge la fundul biofiltrului, în efluentul acestuia, care devine astfel încărcat în suspensii de mărimi diferite. După desprinderea peliculei groase, parțial moarte, de pe materialul de umplutură, pe acesta are loc o regenerare a peliculei biologice primare aerobe și astfel ciclul se reia. Trebuie precizat că pelicula din biofiltru nu este compusă numai din bacterii care descompun substanțele organice moarte; pe și în structura sa se găsesc numeroase organisme consumatoare de bacterii, care contribuie la curățirea maselor bacteriene, care se hrănesc cu nămolul organic bacterian, precum și cu alte organisme predatoare, care-i consumă pe curățitori. Dintre acești însoțitori ai bacteriilor, menționăm viermii nematozi, oligocheți și rotiferi, unele larve de insecte, iar spre fundul biofiltrului pot fi întâlniți chiar și unii crustacei. Putem spune că bioderma de la suprafața materialului de umplutură se constituie într-o adevărată biocenoză, a cărei compoziție și structură se modifică pe măsură ce apele uzate se curăță de poluanți. Ca urmare, urmărind structura biodermei și cantitatea de substanță organică dizolvată, se poate constata că procesul de autoepurare decurge foarte rapid pe verticală, dacă spre partea superioară a biofiltrului se formează o biodermă groasă din bacterii care descompun substanțele organice aflate în concentrații ridicate și care sunt consumate de organisme polisaprobe, la partea inferioară bioderma este mai subțire, iar organismele însoțitoare sunt alfa și apoi chiar beta-mezosaprobe.

Bazine cu nămol activ

Epurarea biologică se realizează în bazine cu nămol activ în care se produce o aerare artificială, prin introducerea de aer printr-un sistem de conducte. Sunt construcții în care epurarea biologică aerată a apei are loc în prezența unui amestec de nămol și apă uzată, accelerarea procesului se realizează prin introducerea unei cantități de nămol activ, numit astfel întrucât conține microorganisme ce prelucrează substanțele organice din apă și prin insuflarea de aer ce conține oxigen pentru a susține procesele de oxidare.

Epurarea este activată pe de o parte de către aerul introdus forțat în apa bazinului, pe de altă parte de către agitația permanentă a apei ce asigură o omogenizare a lichidului din bazin si în mod deosebit de către nămolul introdus suplimentar. Nămolul introdus în acest bazin provine din decantorul secundar, întrucât doar o mică parte din nămol este introdus în bazin, restul nămolului, numit nămol în exces este trimis la fermentare împreună cu nămolul din decantoarele primare.

Procesul tehnologic de epurare în bazine cu nămol activ are avantajul că poate fi reglat în funcție de cantitatea apei uzate, temperatură precum si în funcție de încărcarea apei cu substanțe organice.

Bazinele de epurare biologică cu nămol, din punct de vedere al modului de introducere a aerului în interiorul apei uzate se împart în două mari grupe:

cu aerare pneumatică;

cu aerare mecanică;

Ambele variante trebuie să îndeplinească 3 funcții esențiale:

a. Să transfere cât mai intens apei uzate și flocoanelor existente oxigenul necesar ca procesul de epurare să se desfăsoare în condiții aerobe.

b. Să mijlocească circulația flocoanelor în apa uzată și să creeze un contact cât mai intens între flocoane și apă.

c. Să împiedice flocoanele să se sedimenteze pe radierul bazinelor unde ar putea să intre în fermentație anaerobă și să prejudicieze calitatea procesului de epurare biologică.

Decantoarele secundare au un rol foarte important si anume de a reține membranele biologice rezultate din faza de epurare biologică, precum și flocoanele de nămol ce sunt evacuate o dată cu apa din bazinele de aerare pentru a nu ajunge în emisar. Cele mai frecvente decantoare utilizate sunt cele orizontale si cele radiale. Nămolul colectat în aceste decantoare se elimină în mod continuu sau discontinuu. Nămolul evacuat conține foarte multă apă si este supus unor procese de dezhidratare ulterioară. Evacuarea nămolului din decantoare se poate face prin sifonare sau prin pompare.

Tratarea nămolurilor rezultate în urma epurării primare și secundare constă în fermentarea și deshidratarea acestora, în vederea reducerii volumului, a stabilizării și transformării sale în produse care pot fi depozitate la final.

Cele mai utilizate procedee sunt: condiționarea chimică (prin adăugarea de reactivi), deshidratarea prin presare utilizând filtre presă sau filtre bandă, filtrare folosind vacuum filtre sau centrifugare.

Nămolurile prelucrate sunt utilizate în agricultură sub formă de îngrăsământ organic (atunci când există terenuri disponibile și nămolurile nu conțin substanțe contraindicate) sau depozitate final pe platformele orășenești de depozitare a deșeurilor, iar în unele cazuri sunt incinerate.

Epurarea terțiară

Treapta terțiară nu există la toate stațiile de epurare. Aceasta, de regulă, are rolul de a înlătura compușii în exces (de exemplu nutrienți- azot și fosfor) și a asigura dezinfecția apelor (de exemplu prin clorinare). Această treaptă poate fi biologică, mecanică sau chimică sau combinată, utilizând tehnologii clasice precum filtrarea sau unele mai speciale cum este adsorbția pe cărbune activat, precipitarea chimică etc. Eliminarea azotului în exces se face biologic, prin nitrificare (transformarea amoniului în azotit și apoi azotat) urmată de denitrificare, ce transformă azotatul în azot ce se degajă în atmosferă. Eliminarea fosforului se face tot pe cale biologică sau chimică.

În urma trecerii prin aceste trepte de epurare, apa trebuie să aibă o calitate acceptabilă, care să corespundă standardelor pentru ape uzate epurate. Dacă emisarul nu poate asigura diluție puternică, apele epurate trebuie să fie foarte curate. Ideal e să aibă o calitate care să le facă să nu mai merite numite "ape uzate" dar în practică rar întâlnim așa o situație fericită. Pe de o parte tehnologiile de epurare se îmbunătățesc, dar pe de altă parte ajung în apele fecaloid-menajere tot mai multe substanțe care nu ar trebui să fie și pe care stațiile de epurare nu le pot înlătura din ape. În final apa epurată este restituită în emisar. Ea conține evident încă urme de poluant, de aceea este avantajos ca debitul emisarului să fie mare pentru a asigura diluția adecvată.

Alte soluții propun utilizarea pentru irigații a apelor uzate după tratamentul secundar, deoarece au un conținut ridicat de nutrienți. Acest procedeu e aplicabil dacă acele ape nu conțin compuși toxici specifici (metale grele, în special) peste limitele admise și produsele agricole rezultate nu se consumă direct. În acest caz nu mai este necesară treapta a III-a și nu se mai introduc ape în emisar (fapt negativ din punct de vedere al debitului dar pozitiv pentru calitate, deoarece apele epurate nu sunt niciodată cu adevărat de calitate apropiată celor naturale nepoluate antropic). Se experimentează, de asemenea și utilizarea apelor uzate ca sursă de apă potabilă, desigur cu supunerea la tratamente avansate de purificare.

Dacă persistă o cantitate mai mare de substanțe care conțin fosfor decât limita maximă admisă, acestea se pot îndepărta prin precipitare chimică. Tot ca epurare avansată este considerat și procesul de dezinfecție utilizat pentru îndepărtarea germenilor patogeni.

Treapta terțiară are rolul de a înlătura compușii în exces cum sunt nutrienții– N și P și de a asigura dezinfecția apelor prin UV sau clorinare.Aceasta treapta poate fi:

Biologică;

Mecanică;

Chimică sau combinată

Figura 1 . Schema unei stații de epurare a apei menajere Sursa: www.earthpace.com

Eliminarea de azot si fosfor construcțiilor de epurare

Monitorizarea parametrilor de calitate a apelor uzate evacuate în emisari

În compoziția apelor uzate predomină ca principali impurificatori substanțele organice, acestea fiind și cele mai daunătoare deoarece intră în fermentație accentuând fenomenul de eutrofizare. Literatura de specialitate arată că stațiile de epurare ce conțin treapta mecanică și biologică, au o eficiență limitată în ceea ce privește reținerea detergenților, bacteriilor patogene, azotaților, fosfaților, substanțelor ptreoliere și nu numai. În aceste condiții, o mare parte din compușii azotului ajung în receptori cu consecințe asupra mediului înconjurător.

Tabel. Eficiența stațiilor de epurare în eliminarea concentrațiilor compușilor de azot

Tabel. Eficiența stațiilor de epurare în eliminarea concentrațiilor compușilor de fosfor

Evacuarea mecano-biologică asigură eliminarea, în etapa mecanică, a mateiilor solide în suspensie decantabile și a grăsimilor care pot fi flotate, iar în treapta biologică se elimină cea mai mare parte din materiile organice dizolvate și în suspensie. Aceste procese clasice de epurare au o eficiență limitată în ceea ce privește reținerea detergenților, a bacteriilor patogene, a sarurilor anorganice fertilizante (azotați și fosfați), a produselor petroliere și a altor impurificatori, iar necesitatea de a elabora o tehnologie de epurare a apelor uzate imbunătățită ar trebui să fie o prioritate.

Determinarea gradului de epurare necesar apelor uzate

Materiile în suspensie, substanțele organice pe bază de CBO5 sau O2, pH-ul și substanțele toxice sunt indicatori care se iau în considerare pentru determinarea gradului de epuare.

unde:

Ci- reprezintă concentrația inițială a poluantului de un anumit tip din apele uzate pentru care se determină gradul de epurare;

Ce-concentrația aceluiași poluat, după epurarea apelor , a cărei valoare, după amestecul cu apa receptorului, valoarea să rămână sub cea limită prevăzută în STAS 4706.

Calculul gradului de epurare necesar privind materiile în suspensie

Concentrația în suspensii se determinăcu relația:

unde:

– concentrația substanței în amestecul format din apa uzată și cea din receptor;

– concentrația substanței în amestecul format din apa uzată și cea din receptor, în apa receptorului;

c – concentrația substanței în amestecul format din apa uzată și cea din receptor, în apa uzată;

Q – debitul receptorului respectiv, debitul mediu lunar minim, (cu asigurarea de 95%, determinat dintr-un șir de date de minimum pe 20 ani);

q – debitul apelor uzate .

În zona de vărsare a apelor uzate se produce o diluare a acestora, la început parțială și apoi completă când amestecul dintre cele două fluide devin omogene iar gradul de diluție corespunzător amestecului omogen se determină folosind relația:

unde:

Q- debitul receptorului;

q- debitul apelor uzate.

Dacă amestecul celor două feluri de ape nu s-a realizat încă complet diluția reală, la un anumit moment sau distanța față de punctul de evacaure a apelor uzate se stabilește cu relația:

care este corectată cu ajutorul coeficientului de amestec ” a” determinat cu formula stabilită de I.D.Rodziler.

unde:

L – distanța dintre secțiunea de evacuare a apelor uzate și sectiunea de calcul (se menționează că secțiunea de calcul se consideră la 1 km amonte de secțiunea de foloșință);

– coeficientul, care ține seama de condițiile hidraulice ai procesului de amesctec.

Coeficientul după V.A. Frolov:

unde:

coeficientul care depinde de felul și poziția construcției de evacuare a apei uzate în secțiune transversală.

Pentru evacuări:

concentrate lângă mal, 1,0;

în talveg în zona de viteze maxime, 1,5;

în talveg prin intermediul instalațiilor de dispersie , 3,0.

coeficientul de sinuozitate al receptorului, egal cu raportul dintre distanța între secțiunea de evacuare a apei uzate și secțiunea de calcul, L și distanța între aceleași secțiuni în linie dreaptă; (Negulescu M., Antoniu R., 1982)

DT – coeficientul de difuzie turbulentă care se poate determina cu relația:

unde:

V – viteza medie a apei emisarului [m/s];

H – adâncimea medie a emisarului [m].

Distanța de amestec se calculează rezolvând ecuația coeficientului de amestec în raport cu L obținându-se următoarea relație:

După cum rezultă din ecuația de mai sus, pentru amestecul complet , , după Rodziler pentru nevoile practice este suficinet dacă se consideră și numai în cazuri excepționale .

Se determină gradul de epurare cu relația:

unde:

Mi – reprezintă cantitatea de materii în suspensii, în mg/dm3 din apele uzate brute ce intră în stația de epurare;

Me – cantitatea de materii în suspensie, în mg/dm3, ce poate fi evacuată în emisar conform normativului 001/2005.

Calculul gradului de epurare necesar privind CBO5

Prima metoda de calclul – aerarea naturală a apei, se face în secțiunea de calcul, procesele de autoepurare având la bază reacții chimice iar bilanțul oxigenului biochimic necesar este dat de relația:

unde:

Luz – CBO5 al apei uzate epurate în secțiunea de evacuare conform normativului 001;

k1 – viteza consumului de oxigen din apele uzate, înainte de evacuarea lor în emisar;

Lr – CBO5 la apelor receptorului în secțiunea de evacure a apelor uzate ;

k1r – constanta vitezei de consum a oxigenului din apele receptorului în amonte de secțiunea de evacuare a apleor;

Lam – CBO5 admisă în amestecul celor două feluri de ape în secțiunea de calcul conform STAS 4706;

a, q, Q – coeficient de amestec, debitul apelor uzate și debitul receptorului;

t – durata parcugerii apei , în zile, de la secțiunea de evacuare a apelor uzate până la secțiunea de calcul;

Din ecuația (x) rezultă valoarea limită de substanțe organice exprimată în CBO5, ce poate fi evacuată în receptor

Calculul consumului biochimic de oxigen prin cea de a II a metodă, diluția apelor uzate în apele receptorului și neglijarea aerării apei , se face după relația:

Iar valoarea limităde CBO5 din apa epurată care este evacuată în emisar se calculează cu:

w

Pentru râurile de categoria a III-a, condițiile de calitate, respectiv gradul de epurare, se verifică în secțiunea de evacuare a apelor uzate, unde se consideră ca amestecul este complet iar calculul se face cu relația w. Lam reprezintă CBO5 din STAS 4708 pentru râuri de categoria a III a.

Gradul de epurare necesar apelor uzate din punct de vedere a materiilor organice, exprimate prin CBO5, se calculează cu ecuația:

unde:

L0 – reprezintă CBO5, în mg/dm3, al apelor uzate brute ce intră în stația de epurare;

Luz – valorile limită admisibile, în mg/dm3, de CBO5 ce se evacuează în emisar, calculate cu relațiile w x.

Calculul gradului de epurare necesar privind oxigenul dizolvat (O2)

Timpul critic în zile tcr, pentru care se obține în emisar deficitul maxim de oxigen, se calculează cu relația:

unde:

k1r – reprezintă viteza cosumului de oxigen al apei receptorului în amonte de secțiunea de evacuare a apelor uzate;

k2r – coeficientul de reaerare a apei receptorului în amonte de secțiunea de evacuare a apelor uzate;

D0 – deficitul inițial de oxigen din apa receptorului în amonte de secțiunea de evacuare a apelor uzate;

L0 – consumul primar de oxygen (CBO20) al amestecului de apă uzată și de de râu în secțiunea de evacuare a apelor uzate;

Deficitul inițial de oxigen se determină cu relația:

unde:

Os – oxigenul dizolvat la saturație din apa receptorului la temperatura de calcul;

Or – oxigen dizolvat în recptor în amonte de secțiunea de evacuare a apelor uzate.

Consumul primar de oxigen, exprimat prin CBO20, al amestecului celor două feluri de ape în secțiunea de evacuare rezultă din relația:

unde:

Luz – reprezintă materia organică din apele uzate epurate care ajung în receptor care se determină cu relația x si y și se va transforma CBO5 în CBO20.

Lr – CBO20 din apa receptorului în amote de secțiunea de evacuare a apelor uzate.

Capitolul 4. Metode alternative de epurare a apelor uzate prin zone umede construite (ZUC)

4.1. Considerații generale privind zonele umede construite

Gleick (1993) a observat că se utilizează definiții diferite pentru denumirea zonelor umede, iar pe parcursul perioadelor istorice au apărut o serie de controverse și probleme în definirea zonelor umede datorită dinamicii acestora și dificultăților întâlnite în delimitarea lor.

Convenția pentru Zone Umede, cunoscută și drept Convenția Ramsar (1971) este un tratat interguvernamental ce impune membrilor menținerea caracterului ecologic al zonelor umede de importanță internațională prin utilizare durabilă. Pentru scopul acestei convenții s-a stabilit următoarea definiție: „zonele umede sunt zone mlăștinoase, turbării, bălți naturale sau artificiale, permanente sau temporare cu apă stătătoare sau curgătoare, dulce, salmastră sau sărată, zone maritime a căror adâncime la reflux nu depășește 6m”.[16]

O altă definție este dată de Armata Asociației Inginerilor Statelor Unite precum și de Agenția de Protecție a Mediului (EPA): „zonele umede reprezintă acele suprafețe care sunt inundate ori saturate cu ape de suprafață sau subterane cu o frecvență și durată suficientă care permit exercitarea unui control asupra ariei inundate și care, sub aceste circumstanțe normale de suport, permit adaptarea tipică a vegetației în condiții de umiditate excesivă din sol.[17]

4.2. Clasificarea zonelor umede

Conform unei estimări grosiere a United Nations Environment Programme – World Conservation Monitoring Centre, zonele umede ocupă 6% din suprafața terestră a planetei (aproximativ 570 milioane ha) dintre care 2% lacuri, 30% turbării, 26% mlaștini, 20% stufărișuri și 15% zone inundabile. Mangrovele ar acoperi în jur de 240,000 km2 de zonă costieră și aproximativ 600,000 km2 ar acoperi recifurile de corali (Ramsar, 2006) [19].

Având în vedere diversitatea hidrogeomorfologică și biotică a zonelor umede, se disting numeroase tipuri. Există clasificări pentru fiecare convenție prezentată, precum și numeroase alte clasificări în literatura de specialitate. O voi prezenta pe cea din Convenția Ramsar, fiind cea mai utilizată. Aceasta a adoptat o clasificare ce conține 42 tipuri de zone umede, grupate în 3 categorii principale:

Marine și costiere;

Continentale;

Artificiale.

În funcție de origine, zonele umede se clasifică în:

Zone umede naturale:

Marine (costiere inclusiv lagune, maluri stâncoase și recifuri de corali);

De estuar (includ delte, mlaștini de mangrove și formate de maree);

Lacustre (asociate sistemelor lentice);

Lunci (asociate sistemelor lotice);

Palustre (mlaștini, turbării, stufărișuri).

Zone umede artificiale (pescării, terenuri agricole irigate, saline, rezervoare, canale etc.).

Impactul zonelor umede asupra mediului

Zonele umede pot asigura:

funcții geo-hidrologice și climatice;

funcții biogeochimice;

funcții ecologice;

funcții turistice (inclusiv vânat, pescuit), estetice (landscaping), de cercetare, educative;

zonele umede sunt un important habitat pentru pești și moluște, pasări de apă și un mare număr de animale, precum și pentru multe plante, insecte și alte viețuitoare;

contribuie la menținerea calității apei, filtrează poluanții, rețin materialul sedimentar, prin vegetația bogată, oxigenează apa, absorb chimicale și nutrienții (azot, fosfor etc.) sau îi reciclează;

reglează microclimatul, contribuie la prevenirea inundațiilor, a eroziunii, la reîncărcarea acviferelor;

producția de cherestea, stuf și alte plante exploatabile;

producția de energie;

Specii de plante din zone umde naturale și construite

Phragmites australis este o plantă a căror rădăcini sunt fixate în solul îmbibat cu apă și porțiuni variabile din baza tulpinii cresc sub suprafața apei, dar frunzele, partea fotosintetică a tulpinii și organele reproductive sunt aeriene și poartă denumirea de plantă emergentă. Stuful, este o planta erbacee perenă, care are rizom târâtor (rădăcina stufului), tulpina verticală rigidă cu inălțime între 1-4 m (excepțional atingând 7m), frunze lanceolate verzi-albastrui cu lungimi între 40-50 cm și flori dispuse în panicule terminale (panicule = tip de inflorescenta în forma de chiorchine compus, ale cărui ramuri secundare sunt și ele ramificate și poartă flori). Înflorește în iulie – septembrie.Acestea pot fi ierbose (Phragmites australis, Typha), sub formă de arbuști (Salix sp., etc.) și arborescente (Acer, Salix, Populus, etc).

Fig.2 Phagmites australis

Typha este o plantă perenă, emergentă, care preferă zonele umede, lacurile, canalele și apele lin curgatoare. Există în jur de 10 specii de papură aparținând genului Typha, familia Typhaceae iar cele mai răspândite două tipuri de papură sunt: Typha latifolia (papura cu frunză lată) și Typha angustifolia (papura cu frunză îngustă).

Papura cu frunza lata poate atinge înălțimi de până la 4 m, are frunzele late de 1-2 cm, bazale, liniare, plate, fata de papura cu frunza ingusta (dupa cum ii spune si denumirea) ce are frunza de pana la 1 cm latime. În momentul în care planta ajunge la maturitate deplină, spicele se coc într-un fel de pămătuf ce se dezintegrează sub acțiunea vântului, dispersând semințele foarte mici (cam 0.2 mm).

.

Fig.4 Typha latifolia Figura Typha angustifolia

Eichhornia crassipes sau zambila de apă este originară din râul Amazon, America de Sud și a fost introdusă în Statele Unite ale Americii în anul 1884, la Expoziția Cotton States, în New Orleans, statul Louisiana. Aceasta s-a răspândit în sudul Americii, iar în 1895 a fost identificată în Florida. În anul 1904 a fost menționată prezența sa și în California. Această plantă atractivă a fost adusă de turiști în peste 80 de țări din lume în secolul trecut.

Zambila de apa este o plantă cu frunze plutitoare datorită faptului că rădăcinile sunt fixate în substrat și părți din tulpină se află în coloana de apă insă frunzele și florile sunt la suprafața apei Are frunze lucioase si groase, cu flori albastru-violet și sunt potrivite pentru îndepărtarea nutrienților poluatori din ape, datorită creșterii rapide și a faptului că plutesc.

Utilizarea zambilei de apă pentru epurarea apelor uzate este considerată o tehnologie simplă care nu necesită mașini și echipamente costisitoare, multă muncă sau procese complexe de întreținere. Este nevoie doar de spațiu și de vreme caldă.Acestea au proprietatea miraculoasă de a reține de 1.200 de ori mai mulți poluanți decât pot stoca apele reziduale și s-a constatat că un hectar de zambile de apă generează o cantitate de oxigen care asigură necesarul pentru 500 de persoane timp de 24 de ore.

Cercetătorii au descoperit și alte caracteristici importante ale acestor plante cum ar fi: asmilarea toxinelor, a pesticidelor și a metalelor grele. Această plantă crește abundent în apele cu un mare conținut de nutrienți și de aceea este văzută din ce în ce mai mult ca o alternativă a metodelor de epurare a apelor.

Unii cercetătorii consideră Eichhornia Crassipes (zambila de apă) ca fiind cea mai productivă plantă de pe Pământ, având capacitatea de a-și dubla masa în doar două săptămâni. (10 zambile se pot înmulți până la 60.000 și pot acoperi un hectar de apă în doar opt luni). Plantele se recoltează obligatoriu de pe suprafața lacului până chiar în luna noiembrie, deoarece plantele lăsate pe lac după scăderea temperaturii la 5 grade Celsius mor. Mai mult, în sezonul rece, acestea pot determina colmatarea lacului și totodată repunerea în circuit a nutrienților acumulați de plante. Plantele au avut efect benefic atât asupra depoluării apelor reziduale cât și asupra îmbunătățirii calității aerului din zona aplicată prin cantitatea enormă de oxigen produsă.

Din biomasă se poate obține, un compost foarte bun pentru ameliorarea solurilor, hârtie de cea mai bună calitate și hrană pentru animale. În industria farmaceutică și cea cosmetică se folosesc pigmenții clorofilieni extrași din zambilele de apă, iar dacă sunt tocate din aceste plante acvatice se obține biogazul.

Fig. 5 Eichhornia crassipes

Vallisneria americana (gigantea) este o plantă submersă unde rădăcina, tulpina și frunzele cresc sub suprafața apei iar florile se dezvoltă la suprafața apei. Este o plantă ușoară, care provine din Asia, New Guinea, Fllipine, face parte din familia Hydrocharitaceae, și are o creștere foarte rapidă (este recomandată acvarilor care urmează să fie ciclate deoarece prin cresterea ei foarte rapidă absoarbe excesul de nitrati care apar în acea perioada). Este folosită pentru acvarii mari deoarece ocupă o suprafată la sol de 5-15 cm și ajung la o înalțime considerabilă cuprinsă între 50-200 cm sau poate chiar să depășească acest barem, de aceea în bazinele cu inalțime redusă frunzele care ajung la suprafață încep să se culce pe luciul apei. Nu are cerințe speciale de iluminat, suportând valori de lumină slaba cât și valori foarte ridicate din punct de vedere calitativ și cantitativ. Suportă valori ale chimismului apei de la ape acide cu pH=6 până la ape alcaline cu valori de 9,5, dar este de preferat a fi ținută între valorile 6,5-7,3 unde metabolismul este cel mai intens și majoritatea microelementilor si macroelementilor aflați în masa apei se absorb cel mai bine.Temperatura sa fie cuprinsă intre 20-28 de grade C, iar înmulțirea se face prin stoloni (de la planta mama pornesc ramificati la nivelul soluli din care rasar plante noi). Pentru o dezvoltare cât mai normală se recomandă folosirea CO2-uli. Alte exemple de plante submerse ( Vallisneria, fam. Podostemaceae, Utricularia sp.).

Fig. Vallisneria americana (gigantea) 

Lemna minor sau lintiță este o plantă plutitoare ce face parte din familia Lemnacee, cu o tulpină de formă sferică, nu are frunze, radăcina nefiind fixată de substrat, cu florile cele mai mici din lume iar  ritmul de creștere este unul rapid. Constituie o sursă de hrană pentru numeroase animale și plantă de bază în producția de bio-medicamente.

Cea mai mica plantă cu flori din lume s-ar putea dovedi perfect echipată pentru îndeplinirea a două sarcini extrem de importante: curațarea poluării din zootehnie și furnizarea de energie curată, sub formă de biocombustibil.

Capabilă să-și extragă substanțele nutritive din îngrăsămintele animale, planta denumită lintită produce mult mai mult amidon pe acru (4.000 metri patrati) decat porumbul, susțin cercetătorii. Reprezintă, de aceea, o alternativă viabilă a porumbului în obținerea de biocombustibil bazat pe etanol. 

Conform cercetărilor derulate de bioinginerul Jay Cheng și echipa sa de la Universitatea din Carolina de Nord, SUA, lintita are un apetit crescut pentru excrementele animalelor, pe care le transformă rapid în amidon, ce poate fi la randul sau transformat în etanol. În prezent, sursa principală de etanol din SUA este cultivarea la scara industrială a porumbului, care presupune cantități uriașe de pesticide și fertilizatoare. Etanolul bazat pe porumb se dovedeste doar un pic mai curat si mai bun decat benzina. Alte exemple de plate plutitoare (Pistia statioles sp., Lemna, Spirodella). 

Fig . Lemna minor

Zone umede construite – ZUC

Zone umede construite (ZUC) sunt sisteme inginerești care au fost proiectate și construite pentru a ajuta la epurarea apelor reziduale, utilizând procesele naturale care implică vegetația zonelor umede, solurile, precum și ansamblurile microbiene asociate. Procesele care au loc în zonele umde construite se aplică și în cazul sistemelor special proiectate, ZUC, doar că face acest lucru într-un mediu mai controlat.

Primele experimente folosind macrofite pentru epurarea apelor uzate au fost efectuate în Germania la începutul anilor 1950. De atunci, zonele umede construite au evoluat într-o tehnologie de încredere pentru diferite tipuri de ape uzate. Tehnica folosită în cazul zonelor umede construite reprezintă o soluție simplă și ecologică de epurare a apelor uzate generate de activități industriale, agrozootehnice și municipale .

Zonele umede construite s-au impus datorită eficienței de care au dat dovadă în epurarea apelor uzate, a costurilor reduse de construire și operare, a economicității energetice, a monitorizării simple în timp, remedierii peisagistice a zonei și atractivității pentru fauna sălbatică.

Componentele zonelor umede construite

.Zonele umede sunt, în general, caracterizate prin prezența a trei parametri de bază, substratul, apa uzată și vegetația, plante iubitoare de apă. O zonă umedă construită pentru a funcționa la parametrii optimi, necesită o corectă proiectare, atât a bazinului de stocare a apei uzate cât și a instalației aferente, substratul trebuie ales în funcție de tipul de apă ce urmează a fi epurat și în cele din urmă tipurile de plante, cele mai folosite fiind plantele vasculare. Un rol important il au microorganismele și nevertebratele acvatice dezvoltate în mod natural.

Apa

Sistemele ZUC se pot folosi la epurarea diverselor tipuri de apă uzată cum ar fi: apa meteorică, apa uzată industrială, urbană, provenită din agricultură precum și levigatul provenit de la depozitele de deșeuri. Recent, zonele umede construite au fost utilizate la epurarea apelor subterane contaminate. Tabelul 4-1 enumeră aplicațiile menționate în acest document de orientare și contaminanții tipice de îngrijorare pentru fiecare aplicație.

Informații privind eficiența tratamentului pentru un anumit contaminant poate fi obținut dintr-o varietate de aplicații. De exemplu, nitratii nu sunt, în general, o componentă majoră de îngrijorare pentru drenaj al meu, dar unele ape de mină conține un nivel ridicat din cauza reziduurilor explozive. Datele cu privire la îndepărtare azotat pot fi obținute de la zonele umede construite pentru tratarea apelor reziduale municipale sau agricole.

Tipuri de apă epurate cu ZUC

Substratul zonelor umede construite

Substraturile utilizate la zonele umede construite sunt formate dupa caz din sol , nisip , pietriș , piatră și materiale organice, cum ar fi compostul. Substraturile și sedimentele întrețin organismele vii, multele transformări chimice și biologice ( mai ales microbiene ) ce au loc în substraturi, ajută la stocarea contaminanților, descompunerea materiei organice este o sursă de carbon și energie pentru desfășurarea reacțiilor biologice.

Caracteristicile fizice și chimice ale solurilor și a substraturilor sunt modificate atunci când sunt inundate. Într- un substrat saturat , apa înlocuiește gazele atmosferice dintre spațiile porilor și microorganismele consumă oxigen disponibil, acesta devenind anoxic ( fara oxigen ).

Tabel Tipurile de mediu utilizate în ZUC

Rolul plantelor în epurarea apelor uzate

Planta cea mai utilizată în Europa și USA pentru a epura apa uzată este stuful (Phragmites australis); această specie a demonstrat o capacitate de adaptare la diferite încărcări cu poluanți (mici, medii, mari). Se pot utiliza specii variate de plante pentru zone umede și chiar specii de arbori ca sălciile (Salix L.) sau plopii (Populus L.).

Plante umede joacă un rol important în eliminarea și reținerea substanțelor nutritive Cele mai importante funcții ale plantelor legate de purificarea apei sunt procesele fizice.

Fizic – Macrofitele stabilizează suprafața bazinelor, oferă condiții bune de filtrare și oferă o suprafață foarte mare pentru creșterea și dezvoltarea microbiană. Creșterea macrofitelor reduce viteza curenților necesară sedimentării și crește timpul de contact dintre efluent și suprafața zonei plantate ceea ce duce la o creștere a eliminării azotului.

Conductivitatea hidraulică a solului – conductivitatea hidraulică a solului este îmbunătățită într-un sistem de plante emergente . Rădăcina creează macropori în substrat și astfel apa uzată se infilrează mult mai ușor.

Eliberarea compus organic – Plantele eliberează o mare varietate de compuși organici prin intermediul rădăcinilor, la rate de până la 25% din totalul fotosintetică carbon fix . Această versiune de carbon poate acționa ca o sursă de hrană pentru denitrificante microbi ( Brix , 1997 ) . Descompunerea biomasei de plante oferă , de asemenea, o sursă de carbon durabil , ușor accesibile pentru populațiile microbiene .

Creșterea microbiană – macrofite au de mai sus și mai jos de biomasă la sol pentru a asigura o suprafata mare de creștere a biofilmelor microbiene . Aceste biofilme sunt responsabile pentru majoritatea proceselor microbiene într -un sistem de zone umede construite, inclusiv reducerea azotului ( Brix , 1997) .

Plantele formează și menține stratul organic , care poate fi asemănat cu un biofilm subțire. Ca plantele cresc și mor , frunze și tulpini care se încadrează la suprafața substratului crea mai multe straturi de resturi organice ( componenta așternut / humus ) . Acumularea de biomasa parțial descompusă creează straturi substrat foarte poros , care oferă o cantitate substanțială de suprafață atașament pentru organismele microbiene . Funcția de îmbunătățire a calității apei în zonele umede construite și naturale, este legată de și depinde de conductivitatea mare a acestui strat așternut / humus și suprafața mare de atașament microbiene .

Crearea de soluri aerobe – transferul de oxigen se face prin țesutul plantelor , oxigen care ajunge zonade rădăcină( rizosferă) unde au loc procesele de degradarea aerobă a materiei organice și nitrificarea.

Eliminarea de azot de Phragmites este cel mai probabil atribuite la caracteristicile de creștere rădăcină . Phragmites alocă 50 % din biomasa de plante pentru sistemele de rădăcină și rizomi . A crescut de biomasă rădăcină permite o mai mare pentru transportul de oxigen în substrat , creând un mediu mai aerobic favorizează reacții de nitrificare . Nitrificare necesită un minim de 2 mg O2 / l pentru a proceda la o rată maximă . Este evident că rata de nitrificare este cel mai probabilfactorul care determina pentru îndepărtarea totală de azot dintr -un sistem umedă construită ( Sikora și colab . , 1995) .

Valorile estetice – macrofitele au valori suplimentare specifice site-ului prin furnizarea de habitate pentru fauna sălbatică și de a face sistemele de epurare a apelor uzate punct de vedere estetic .

Microorganismele au rolul de a decompune substanțele organice prin procese biochimice de oxidare și reducere precum și descompunerea nutrienților prin procese de nitrificare – denitrificare.

Procese de îndepărtare a poluanților în ZUC

Bazat pe funcțiile și procesele biogeochimice care apar în zonele umede ca urmare a saturației pe termen lung , zonele umede construite au capacitatea de a elimina sau de a filtra poluanții din apă. Mecanismele de eliminare pot acționa în mod unic, secvențial sau simultan pe fiecare tip de poluant. După cum ilustrează Figura 2-1 , procesele care au loc într- o zonă umedă construită pot fi abiotice ( fizice / chimice ) sau biotice ( microbiene / fitologice ) .

Procese care apar în ZUC

Procese abiotice

Procesele fizice și chimice primare, care sunt responsabile pentru îndepărtarea contaminanților într- o zonă umedă construită sunt:

decantarea, sedimentarea

sorbția

oxidarea chimică / reducere – precipitare

fotodegradarea / oxidarea

volatilizarea

Îndepărtarea de particole și materiilor solide în suspensie se realizeazî eficient prin decantare și sedimentare. Sorbția este procesul chimic care conduce la retenția pe termen scurt sau imobilizarea pe o perioadă mare de timp a contaminanților. Sorbția include procesele combinate de adsorbție și absorbție. Precipitarea chimică presupune transformarea metalelor din influent în substanțe solide insolubile. Aceste reacții reprezintă un mijloc eficient de a imobilizarea metalele toxice în zona umedă constuită. Fotodegradare implică degradarea / oxidarea compușilor în prezența luminii solare . Volatilizarea este procesul prin care atomii sau moleculele unui corp în stare lichidă acumulează suficientă energie pentru a ajunge în stare gazoasă.

Mecanisme abiotice în ZUC

Procese biotice

Pe lângă procesele abiotice întâlnim și o serie de procese microbiene / fitologice, procese ce se desfășoară într-o zonă umedă construită.

aerobic / biodegradarea anaerobă

fitoacumularea/ fitostabilizarea

fitodegradarea / rizodegradarea

fitovolatizarea / evapotranspirația

Procesele metabolice a microorganismelor joacă un rol important în eliminarea compușilor organici în medii aerobe / anaerobe în zonele umede construite ( vezi Figura 2-4 ) . Plantele, fie sunt responsabile pentru absorbția directă de contaminanți, fie prin rizodegradare, care distruge substanțele poluante de natură organică din sol sau prin intermediul activităților microbiologice desfășurate în zona radiculară.

Fitodegradarea reprezintă mecanismul prin care planta absoarbe poluanții organic din sol și apă, pe care ii degradează datorită efectelor enzimelor produse de plantă.

Fitoacumularea este absorbția și acumularea de elemente anorganice de către plante, iar fitostabilizarea este abilitatea de a imobiliza compușii anorganici prin absorbție în rădăcinile plantelor (vezi Figura 2-5 ) . Fitovolatizarea este absorbția și, ulterior, eliminarea unei substanțe poluante de către plantă, cu eliberarea compușilor volatili prin frunze.

Cele mai multe reacții chimice de transformare a poluanților apar în apa zonelor umede construite , în substrat și în zona rădăcinilor. Aceste transformări sunt un rezultat al activității microbiene care apare în aceste soluri.

Mecanisme biologice de eliminare includ respirația aerobă microbiană, fermentare microbiană anaerobe și metanogeneza, absorbția de către plante, reacții enzimatice extracelulare și intracelulare. Diversele populații microbiene din zona rădăcinilor, substratul, părtile componente submergente a plantelor, (frunze și tulpini) sunt responsabile pentru transformarea celor mai mulți poluanți. Relațiile simbiotice între plante și microorganisme sunt complexe; schimbul de nutrienți sau exudate.

Mecanisme biotice în ZUC

Procesele întâlnite in ZUC cu debit subteran

ZUC pot elimina sau converti în mod eficient cantități mari de poluanți din surse punctiforme (ape uzate menajere, industriale și agricole) și din surse nepunctiforme (mine, agricultura), inclusiv materiile organice, materii solide în suspensie, metale și substanțe nutritive. Accentul privind epurarea apelor uzate prin zone umede construite este acela de a optimiza contactul între speciile microbiene și substrat (Bavor și Adcock, 1994).

Aceste proprietăți includ eficiența sistemelor de epurare, ZUC, capacitate de adsorbție a sedimentelor, oxidare, precum și o capacitate acumulare și eliminare de nutrienți și poluanți. (Mitchell, 1996).

Procese biologice

Fotosinteza , respirația , fermentare , nitrificare, denitrificare și eliminarea fosforului, sunt cele șase reacții majore biologice întâlnite la zonele umede construite ( Mitchell, 1996b ). . Fotosinteza este efectuată de către plante, proces care adaugă carbon și oxigen în zona umedă construită. Atât carbonul cât și oxigenul conduc procesul de nitrificare . Plantele transferă oxigenul spre zona rădăcinilor sau rizosferă. Respirația este oxidarea carbonului organic și este realizată cu jutorul organismelor vii, reacție care are drept rezultat formarea de bioxid de carbon și apă. Este necesară menținerea unor condiții optime pentru o bună funcționare a microorganismele din ZUC (bacteriile, ciupercile, algele și protozoarele). Fermentarea este descompunerea carbonului organic în absența oxigenului , producând compuși precum ( metan , alcool , acizi grași volatili ), iar acest proces este adesea efectuat de activitatea microbiană . Îndepărtarea azotului prin nitrificare / denitrificare este procesul controlat de microorganisme. Procesul fizic de volatilizare de asemenea este important în eliminarea azotului..

Microorganismele elimină materiile organice solubile, coagulează materia coloidală , stabilizează și convertește materia organică în diverse gaze și un nou tesut celulrar ( Mitchell , 1996a ). Multe dintre microorganisme sunt aceleași cu cele care apar în sistemele convenționale de epurare a apelor uzate, care au toleranțe și cerințe specifice pentru oxigen dizolvat, temperatură și substanțe nutritive.

Procese Chimice

Metalele pot precipita din coloana de apă sub formă de compuși insolubili. PH-ul apei și a solurilor în zonele umede construite exercită o influență puternică asupra transformării biologice, separarea formelor ionizate și ne-ionizat de acizi și baze, reacțiile de schimb cationic și multe alte procese și reacții întâlnite în ZUC.

Procese fizice

Sedimentarea și filtrarea sunt principalele procese fizice care duc la eliminarea poluanților din apele uzate. Eficiența tuturor proceselor (biologice, chimice, fizice) variază în funcție de timpul de retenție a apei în zona umedă. Cu cât timpul de retenție este mai mare, atunci eficința de îndepărtare a poluanților crește și viceversa.

Tabel Procesele de eliminare a poluanților în ZUC

Eliminarea compușilor de azot

Procedeul de nitrificare-denitrificare constă în oxidarea compușilor azotoși prin utilizarea unei cantități suplimentare de oxygen față de cea necesară substanțelor consumatoare de oxygen (CBO5 –C) și apoi reducerea oxigenului din ionii de nitriți și nitrați în mediul anoxic de către bacteriile denitrificatoae și eliberarea azotului molecular (gaz volatil). Atunci când se dorește obținerea unei eficiențe ridicate în eliminarea compușilor azotoși din aple uzate se utilizează procedeul de nitrificare-denitrificare. Astfel, în influent predonimă azotul legat organic, iar în efluent se găsesc compuși de amoniu sub formă de nitriți și nitrați, care apoi prin denitrificare sunt reduși la azot gazos sub formă molecular care se degajă în atmosferă. Cele mai importante tipuri de azot în zonele umede construite sunt azot molecular dizolvat (N2), ion de amoniu ( NH4 ) , ion de nitrit ( NO2- ), ion de nitrat ( NO3- )​​, oxid de azot (NO). Alte forme întâlnite sunt protoxidul de azot ( N2O ), azotul ( N2 ), uree ( organică ) , aminoacizi și amine ( Kadlec & Knight , 1996) . Azot total în orice sistem este menționată ca suma azotului organic , amoniac , nitrați și nitriți. Azot organic cuprinde o parte semnificativă a biotei zonelor umede , soluri , sedimente și solide dizolvate ( Kadlec și Knight , 1996) . Nu este ușor de asimilat de plante acvatice , și trebuie să fie convertite la NH4 sau NO3- , prin mai multe transformări care necesită timp îndelungat de reacție ( Kadlec & Knight , 1996) . Procesul de îndepărtare a azotului biologic urmează mai multe etape. Nitrificarea apare în primă fază , în general, în rizosfera și în biofilme ( proces aerob ) urmat de denitrificare care apare în soluri la interfața sol / apă , deoarece este un proces anaerob ( Broderick și colab . , 1989) .

Nitrificarea este un proces în două etape catalizată de Nitrosomonas și Nitrobacter bacterii . În prima etapă , amoniul este oxidat la faza de nitrit într -o reacție catalizată de bacterii aerobe Nitrosomonas , așa cum se arată în ecuația 3.1 :

Nitritul este oxidat aerob de bacteriile Nitrobacter, formând nitrații (ecuația 3.2), după cum urmează:

Prima reacție produce ioni hydroxonium (pH acid), care reacționează cu carbonatul natural de a reduce alcalinitatea (Mitchell, 1996a). În scopul de a efectua nitrificare, de Nitrosomonas trebuie să concureze cu bacterii heterotrofe pentru oxigen.BOD de apă trebuie să fie mai mică de 20 mg / l înainte de nitrificare semnificative poate să (Reed și colab., 1995). Temperaturile si timpii de retenție a apei, de asemenea, poate afecta rata de nitrificare în zona umedă construită. Denitrificarea este procesul în care nitrații sunt reduși, în condiții anaerobe, de către bacteriile denitrificatoare la o formă gazoasă. Reacția este catalizată de bacteriile denitrificatoare Pseudomonas spp.. și alte bacterii, după cum urmează:

Ciclul Azotului în ZUC

Eliminarea compușilor de fofor

Fosforul este o cerință esențială pentru creșterea biologică. Excesul de fosfor poate avea efecte secundare prin declanșarea eutrofizării în interiorul unei zone umede construite și implicit la calitate a apei . Îndepărtarea fosforului în zonele umede se bazează pe ciclul de fosfor și poate implica o serie de procese. Indepărtarea fosforului se face în primă fază prin adsorbție, filtrare și sedimentare, umat de precipitare și asimilare / absorbție. Fosfor sub formă de particole este eliminat prin sedimentare , alături de materiile solide în suspensie. Fosforul este stocat în sedimente, biota, ( plante , biofilm și fauna ), substrat și în apă. Interacțiunile dintre straturile din ZUC depind de condițiile de mediu , cum ar fi reacțiile redox , pH și temperatură . Starea redox a sedimentelor ( referitoare la conținutul de oxigen ) și stratul organic este un factor important în determinarea procesele ciclice ale fosforului care vor avea loc. În condiții de oxigen scăzut (potențial redox redus ) , fosfor este eliberat din sedimente și soluri înapoi în coloana de apă (Moss și colab. , 1986) .

Ciclul Fosforului

Materii totale în suspentie

Materiile solide pot ajunge în ZUC prin fluxurile de intrare și precipitații. Cu viteze mici de apă din zonele umede și o componență adecvată de solide influente, solide în suspensie se va rezolva de la coloana de apă în zona umedă. Sedimente resuspendare eliberează nu numai de poluanți din sedimente, crește turbiditatea și reduce pătrunderea luminii. Procesele fizice responsabile pentru îndepărtarea solide în suspensie includ sedimentare, filtrare, adsorbție pe biofilmelor și floculare / precipitare. Plante umede crește suprafața de substrat pentru dezvoltarea biofilmelor. Suprafața în tulpina plantei asemenea capcane materiale fine cadrul structurii sale du

Procesele fizice joacă un rol important în reducerea contaminanților, în special pentru îndepărtarea solidelor anorganice și în suspensie. Sedimentarea gravitațională este responsabilă pentru cea mai mare parte eliminarea solidelor în suspensie. Gravity promovează soluționarea de către acționează asupra diferențelor de densitate relative între particule în suspensie și de apă (vezi Figura 2-1). Eficiența de îndepărtare TSS este proporțională cu viteza de sedimentare a particulelor și lungimea zonei umede construite. Resuspendarea poate apărea din cauza unui debit mare de apă, turbulențe provocate de vânt, bioturbulențe și ridicarea de gaze (care rezultă din oxigen, metan, dioxid de carbon în timpul fotosintezei, și descompunerea materiei organice).

Eliminarea microorganismelor

Patogeni sunt organisme cauzatoare de boli (de exemplu, bacterii, virusuri, ciuperci, protozoare, helminți). Zonele umede sunt foarte eficiente la eliminarea agenților patogeni, reducând în mod obișnuit numărul de agenți patogeni cu până la cinci ordine de mărime de la intrările de zone umede (Reed la al., 1995). Procesele care pot elimina agenții patogeni în zone umede naturale includ mor-off, sedimentare, filtrare, ultra-violet ionizare, chimie nefavorabil de apă, efectele temperaturii, prădarea de către alte organisme și de pH (Kadlec și cavaler 1996). Kadlec și Knight (1996) au arătat că zonele umede vegetatie, par a fi mai eficiente în îndepărtarea agentului patogen, deoarece acestea permit o varietate de microorganisme să crească, care poate fi prădători de agenti patogeni.

Capitolul 5. METODE DE CALCUL PENTRU ZUC

Clasificarea ZUC

.

Există mai multe tipuri de zone umede construite: zone umede construite cu debit de suprafață, zone umede construite cu debit subteran și sisteme hibride care încorporează atât zonele de suprafață și subterane de curgere a zonelor umede. Sistemele de zone umede construite pot fi, de asemenea, combinate cu tehnologii convenționale de epurare. Tipurile de zone umede construite sunt adecvate pentru ape uzate menajere, apelor uzate agricole, drenaj mină de cărbune și apa meteorică. ZUC de epurare a apelor uzate pot fi clasificate în conformitate cu hidrologia zonelor umede (sisteme subterane sau de suprafață liberă) și în funcție de direcția de curgere (orizontală și verticală) [2]. O schemă simplă pentru diferite tipuri de zone umede construite este prezentată în Figura 1.

Fig. Tipuri de zone umede construite

Sistemele ZUC sunt variate și strâns legate de plantele folosite, sensul de curgere al apei și modul de impermiabilizare a spațiului de lucru. Plantele acvatice sunt plutitoare, emergente cu rădăcini fixate în solul îmbibat cu apă și porțiuni variabile din baza tulpinii cresc sub suprafața apei, dar frunzele, partea fotosintetică a tulpinii și organele reproductive sunt aeriene și plante submergente cu rădăcina și restul plantei sub nivelul apei.

ZUC cu debit de suprafață ( curgere liberă) (free water surface)

Un exemplu tipic de ZUC cu cu macrofite emergente este un bazin impermeabil de mică adâncime, care conține 20-30 cm de sol sau alt mediu pentru a sprijini rădăcinile vegetației , cu o adâncime a apei de 20-40 cm . Vegetația densă acoperă o parte semnificativă a suprafeței , de obicei, mai mult de 50 % .Pe langă macrofitele plantate pot fi prezente și alte specii care apar în mod natural [13 ] . Plantele, de obicei, nu sunt recoltate și materialul organic depus este o sursă de carbon necesar pentru denitrificare.

Aceste sisteme sunt eficiente în îndepărtarea substanțelor organice prin degradare microbiană și sedimentarea particulelor coloidale. Materiile solide în suspensie (MTS) sunt eliminate în mod eficient prin sedimentare și filtrare prin vegetația deasă. Azotul este eliminat în principal prin nitrificare ( în coloana de apă ), denitrificare ( în stratul de așternut) și volatilizarea amoniacului sub valori mai mari ale pH-ului cauzată de fotosinteza algelor. Asimilarea de catre plante a substanțelor nutritive este una temporară, fiind eliberate în apă după descompunerea lor [ 2,11 ] .

ZUC cu FWS sunt utilizate frecvent în America de Nord [ 11 ] și Australia [ 14 ], iar în Europa , această tehnologie a castigat recent mai multă atenție, mai ales în Suedia și Danemarca, unde sunt folosite pentru a elimina azotul din sursele difuze de poluare [ 15 ] .

Pe langa apa reziduală municipală, FWS ZUC cu vegetație emergentă au fost utilizate pentru a trata diferite tipuri de ape uzate .

ZUC cu debit subteran

O zonă umedă construită cu debit subteran constă dintr-un bazin dreptunghiular, impermiabilizat, cu un substrat poros de rocă sau pietriș . Nivelul apei este conceput să rămână sub partea superioară a substratului . În majoritatea sistemelor din Statele Unite este folosit modul de curgere orizontal, dar există sisteme europene care utilizeze modul de curgere vertical.Aceste sisteme sunt cunoscute sub diverse denumiri, cum ar fi, pat cu vegetație scufundată, metoda root-zone, filtru de stuf și sisteme de filtrare plantă – rocă.

Din cauza constrângerilor hidraulice impuse de substrat, zonele umede SSF sunt cele mai potrivite pentru apele uzate ce conțin particule solide relativ scăzute iar curgerea să fie una uniformă.

ZUC cu debit subteran au fost cel mai frecvent utilizate pentru a reduce consumul biochimic de oxigen ( CBO5 ), fosfor, azot din apele reziduale menajere, reducerea la minimum a problemelor de miros și, eventual , potențialul de asimilare mai mare pe unitatea de suprafață de teren decât în sistemele cu suprafată liberă.

Sisteme de epurare a apelor uzate cu curgere orizontală (HFcw)

Acest tip de zonă umedă construită a fost dezvoltat în anii 1950 în Germania de către Käthe Seidel care a proiectat CWS HF folosind materiale grosiere ca mediu de înrădăcinare . În anii 1960, Reinhold Kickuth sugerat media sol cu conținut ridicat de argilă și a numit sistemul " Root Zone" [ 45 ] . La începutul anilor 1980 , tehnologia a fost introdusă în Danemarca și din 1987 aproape 100 de astfel de sisteme pe bază de sol au fost puse în funcțiune [ 46 ]. În timpul anilor 1980, au fost de asemenea introduse în alte țări, cum ar fi Austria și Regatul Unit [ 2 ] și apoi în anii 1990 , acest sistem răspândit în majoritatea țărilor europene și, de asemenea, în America de Nord, Australia, Asia și Africa. La sfârșitul anilor 1980, material de sol a fost înlocuit cu material grosier și în prezent se folosește pietriș sau piatră cu granulație de circa 10-20 mm [ 2 ] .

Intr-un astfel de sistem curgerea este de la stanga la dreapta, orizontală și bazinul în care plantele sunt adaptate este impermeabilizat și umplut cu material inerte de preferință pietriș. La intrarea și la iesirea din bazin a fluxului de apă există 2 zone în care granulometria este mare pentru a asigura drenajul corespunzător al efluentului. Materialele inerte au rolul de suport în care se dezvoltă rădăcinile macrofitelor emergente (Phramites, Typha). Fluxul de apă ramane constant sub nivelul patului de pietriș și curge orizontal datorită unei pante de 1%. Nivelul apei în interiorul bazinului se reglează prin intemediul unei conducte de evacuare.[23]

Fig.6. Sisteme de epurare a apelor uzate cu curgere orizontală Sursa: MOREL and DIENER (2006)

Apa uzată decantată se introduce în mod distribuit la un capăt, în zona superioară a stratului filtrant, iar apa epurată se colectează la capătul opus, printr-un dren transversal, așezat la partea inferioară a patului; umplutura este zonificată, la intrare și la ieșire se prevede o umplutură din pietriș mare-bolovăniș mic, iar în zona de epurare activă din nisip grosier-pietriș mic. În ambele metode de epurare cu utilizarea spațiului radicular, se poate folosi o mare varietate de plante macrofite care cresc repede, își dezvoltă rădăcini puternic penetrante și bogat ramificate, suportă bine lungi perioade secetoase și inundarea periodică. Cea mai răspândită este trestia.

Sisteme de epurare a apelor uzate cu curgere vertical (VFcw)

O alta variantă este cea cu curgere verticală sub nivelul apei. Diferența de prima variantă se referă la materialul de umplutură dispus în straturi (nisip, namol și pietriș) iar evacuarea apei epurate se face la fundul bazinului.

Fig.7 Sisteme de epurare a apelor uzate cu curgere vertical (VFcw) Sursa: MOREL and DIENER (2006) 

Apa uzată brută se distribuie alternativ, uniform pe suprafață, cu ajutorul unei rețele de conducte amplasate aerian; doza de alimentare se determină astfel încât să se obțină în primele momente un luciu de apă pe toată suprafața filtrului, ceea ce va asigura o infiltrare uniformă în toată masa acestuia; corpul filtrant se alcătuiește multistrat: în stratul superior se utilizează nisip grosier, urmat de un strat intermediar din pietriș mic, iar la bază un strat din pietriș mare, în care se înglobează și drenul de colectare, prevăzut la capătul amonte cu un tub de ventilație. Apa epurată a unei zone umede construite poate fi utilizat pentru irigații, acvacultură sau sunt evacuate în apele de suprafață. Procesul de epurare ce are loc în stratul filtrant, constă în descompunerea materiei organice, retenția fosforului, nitrificarea compușilor azotici iar rolul plantelor fiind acela de a degrada, extrage sau imobiliza poluanții din apă.

Sisteme hibride

Aproape fiecare tip de zonă umedă construită poate fi combinată pentru a se potrivi diferitelor tipuri de ape uzate. Cele mai multe zone umede construite hibride combină fluxul vertical și filtrarea orizontală, iar paturile sunt dispuse într -o manieră eșalonată. Sistemul de filtrare verticală-orizontală a fost proiectat inițial la sfârșitul anilor 1950, dar utilizarea de sisteme hibride a fost foarte limitată. În anii 1980 zone umede construite hibride au fost construite în Franța și Marea Britanie. În prezent, hibride construite zone umede sunt în funcțiune în multe țări din întreaga lume. Pot fi construite în mare parte cu materiale disponibile la nivel local și comunitatea poate fi instruită în ceea ce privește exploatarea și întreținerea. Efluentul poate fi utilizat de exemplu pentru irigare și de acvacultură sau în condiții de siguranță să fie evacuate emisar.

Sistemele care au curgerea pe orizontală nu pot asigura nitrificarea din cauza capacității limitate de transfer de oxigen . Sistemelor de curgere verticale asigură condiții bune pentru nitrificare dar denitrificarea nu se produce într-adevăr în aceste sisteme . În sisteme hibride ( de asemenea, numit uneori zone umede construite combinate ) există avantajul de a combina procesele care apar în fiecare sistem și astfel se obține un efluent cu valori scazute în CBO5 , care este pe deplin nitrificate și parțial denitrificat ( VYMAZAL 2005 ). În prezent, zone umede construite hibride sunt în funcțiune în multe țări din întreaga lume și sunt utilizate în special atunci când este necesară îndepărtarea azotului. ( VYMAZAL 2010) .

În comparație cu sistemele convenționale de epurare, zone umede construite sunt ușor de operat și de întreținut și au un potențial puternic pentru aplicarea în țările în curs de dezvoltare, în special de către comunitățile rurale mici. În plus, zone umede construite oferă multe avantaje, flexibilitate în dimensionare și cel mai important, controlul asupra căilor hidraulice și timpul de retenție. Poluații în astfel de sisteme sunt eliminați printr-o combinație de procese fizice, chimice și biologice, inclusiv sedimentare, precipitare, adsorbția acestora de către particulele de sol, asimilarea de către țesutul plantei și transformarea microbiană.

În condiții de curgere subterană în zonelor umede construite este folosită Legea lui Darcy, care descrie regimului de curgere într-un mediu poros. Legea lui Darcy este de obicei definit cu ecuația X

.

unde:

Q – debitul pe unitatea de timp [m3/zi];

Ks – conductivitatea hidraulică

A – suprafața totală a secțiunii transversale , perpendiculară pe flux , m2;

S – gradientul hidraulic de la suprafața apei în sistem de curgere.

Scara de proiectare

Raportul (L: l) patului zonelor umede construite este un aspect foarte important în

proiectarea hidraulică a sistemelor umede cu debit subteran, intrucât gradientul hidraulic

este condiționat de adâncimea disponibilă a patului împărțită la lungimea de curgere. Multe dintre primii sisteme proiectate cu un raport de de 10:1, sau mai mare și o adâncime totală de 0,6m, au un gradient hidraulic inadecvat și suprafață de curgere este necorespunzătoare.

Epurarea apelor uzate prin sisteme naturale la nivel mondial

Zonele umede construite au fost folosite pentru prima datã în Germania, iar utilizarea lor pentru epurarea apelor reziduale continuă deja de mai bine de 40 ani, mai ales în zonele rurale din Austria, Franța, Grecia și nu numai. Existã diferite tipuri de sisteme, însã predominã utilizarea sistemului sub superficial în care nivelul apelor se menține sub acela al suprafeței.

În Slovenia există sisteme naturale de tipul zone umede construite. Sistemul constă intr-o fosă septică pentru faza de pre-epurare, urmată de patru paturi successive (pat de filtrare, doua paturi de epurare și pat de decantare). Intreg sistemul este impermiabilizat cu folie goasă de 2mm și umplut cu substrat.Reprezentarea schematică a zonei umede construite pentru epurarea apelor uzate de la Sveti Tomaž este redată în fig. 8.[2]

Fig.8 Reprezentarea schematică a zone umede construite

După excavarea paturilor, amplasarea foliei impermeabile, instalarea tuburilor de drenaj și introducerea în mediu, paturile au fost initial sădite cu 7 rizomi și grupuri de Phragmites australis pe m2 (stuf obișnuit) și Carex gracillis (rogoz) toamna. Curgerea în ZUC de la Sveti Tomaž este subterană. Zona umedă construită foloseste doar sistemul gravitational pentru funcționarea sa, astfel sistemul funcționează fără alte instalații suplimentare și echipament electric.

Fig. 9 Secțiune prin zona umedă construită

În Slovenia construirea de ZUC pare a fi o soluție foarte rezonabilă pentru:

Așezări sub 2000 locuitori.

Zone abia populate, unde comunitățile nu au sisteme de epurare a apei uzate.

Zone unde epurarea apei include doar treapta mecanică de epurare.

Zone unde epurarea terțiara nu este existentă sau este insuficientă (în special în zonele

desemnate ca resurse de apă potabilă, de exemplu apele subterane).

Zonele turistice (de exemplu campinguri, hoteluri și atracții turistice) unde rate mari de încărcare în sezon supraîncarcă serios capacitatea de autoepurare a apei.

Zone cu importanță naturală specială (36 % din suprafața statului este recunoscută ca zonă Natura 2000). Cum ZUC sunt aproape neremarcate în mediul natural și contribuie la o diversitate mai mare, utilizarea lor este foarte adecvată în parcurile naturale.

Irigarea plantației de plopi (irigarea pădurii) și alte metode naturale de epurare a apei uzate.

În Ungaria metoda „irigării pădurii” este denumită „irigarea plantației de plopi”. Aceasta deoarece de decenii plopul a fost principalul arbore folosit pentru irigarea cu apă uzată. Azi, alți arbori sunt de asemenea folosiți pentru irigare, de exemplu, salcia (Salix viminalis). Prima pădure de plopi de irigare cu apă uzată a fost construită în Gyula în 1969. Primea un amestec de apă uzată orașenească și apă uzată de la industria alimentară. Sistemul cu plopi a fost construit după treapta de preepurare mecanică existentă (sedimentare) și treapta biologică de epurare (filtru percolator). Efluentul din treapta biologică era colectat într-un bazin de înmagazinare de unde era pompat printr-o conductă subterană la sistemul de șanțuri al pădurii.

Pădurile sunt irigate cu apă uzată „normală” (WC și apa gri) . Prima componentă a sistemului este de obicei bazinul de sedimentare sau iazul care îndepărtează materiile în suspensie și neutralizează apa. Preepurarea este importantă în special dacă rezidul fosei septice în care predomină particulele grosiere ca fibrele și materialele plastice sunt prelucrate. Microorganismele din sol vor mineraliza substanțele organice. În mod normal apa este distribuită prin inundare (apa curge gravitațional în canalele dintre liniile de copaci).[2]

Fig.10 Canal de irigare înaintea inundării.

Avantajele folosirii apei epurate prin sistemului de fitoepurare și irigarea plantației de plopi sunt:

Costurile de construire și funcționare sunt mici

Plopii sunt utilizați gratuit de locuitori (arzandu-i pentru încălzire).

Stuful zonei umede construite este tăiat în fiecare an, fiind folosit de către populația locală pentru diferite scopuri.

Nămolul compostat este folosit în agricultură.

Iarba nu trebuie să fie tăiată între copaci, deoarece turmele de oi ale sătenilor realizează „întreținerea”, economisind costurile pentru câțiva muncitori în fiecare an.

Elevii școlii elementare au participat la plantarea copacilor și la lecțiile de biologie fac măsurători pentru a învața despre procesele naturale ce au loc în epurarea apei uzate.

Monitorizarea a dovedit că poluarea din apropierea câmpurilor, a apei subterane și a iazurilor cu pește a fost eliminată.

Multe astfel de sisteme au fost proiectate și implementate în tări precum U.S.A., Olanda, Germania, Austria, Franța,Grecia, Portugalia iar din păcate în țara noastră cercetarea în acest domeniu este într-un stadiu incipient.

Proiectarea (Baza de calcul) a zonelor umde construite

Factori hidrologici

Performanța oricărui sistem de zone umede construite depinde de sistemul hidrologic, precum alți factori. Precipitațiile, infiltrațiile, evapotranspirația (ET), rata de încărcare hidraulică și adâncimea apei, pot afecta eliminarea materiei organice, a nutrienților și a microorganismelor. producându-se o diluție apelor, reducând astfel concentrațiile de materie organică, și (2) crește viteza apei, crescând timpul de retenție a apei în cadrul unei zone umede. Prezența vegetației poate întârzia evapotranspirația.

Pentru o zone umede construite, echilibrul de apă poate fi exprimată după cum urmează:

unde:

Qi – debitul de intrare a apelor uzate (influentului)

Qe – debitul efluentului

P – precipitații

ET – evapotranspirația

V – volumul de apă

t – timp

Ecuația nu ia în considerare fluxul de la, și la, apele subterane, deoarece zonele umede construite cu debit subteran ar trebui să fie impermiabilizate.

Eliminarea CBO5 în ZUC cu curgere liberă

Îndepărtarea CBO5 –ului solubil se datorează creșterii microbiene dezvoltată la rădăcinile, tulpinile, frunzele moarte a plantelor. Algele nu sunt de obicei prezente în cazul în care plante le acoperă întreaga suprafața a apei iar principalele surse de oxigen pentru aceste reacții sunt reaerarea la suprafața apei și transferul de oxigen de la plante la rizosferă (1).

Încărcarea organică ar trebui să fie distribuită pe o parte semnificativă a zonei construite cu o adâncime apei de 600 mm (1) sau mai puțin pentru a asigura distribuirea adecvată de oxigen. În lunile de vară recircularea parțială a efluenților ar putea fi luată în considerare tocmai pentru a depăși pierderile ET și pentru a menține debitele de proiectare dar și nivelul de oxigen.

unde:

Ce – CBO5 efluentului apei uzate epurate în secțiunea de evacuare mg/L

C0 – CBO5 influentului mg/L

KT – constanta ce depinde de temperatură, zile-1

t – timpul de retenție, zile

Timpul de retenție poate fi calculat astfel:

unde:

L – lungimea, [m]

l – lățimea, [m]

d – adâncimea, [m]

Q – debit mediu , m3/zi.

Această ecuație reprezintă timpul de staționare hidraulic ( hydraulic residence time) pentru un sistem de curgere fără restricții.

O parte din volumul disponibil va fi ocupat de vegetație, astfel încât timpul de reținere (detention time ) real va fi în funcție de porozitate (n), care poate fi definită ca suprafața secțiunii transversale rămasă disponibilă pentru curgere.

unde:

Vv – volumul porilor

V – volumul total

Din ecuațiile X Y si Z rezultă

unde:

Performanța sistemului

Parametrilor caracteristici ai apei reziduale ce urmează a fi tratați de către zonele umede construite includ CBO5, CCO , solide în suspensie ( SS ), compuși cu azot, compuși de fosfor , metale grele și organisme patogene .

Trei abordări au fost utilizate pentru a proiecta zone umede construite . O abordare empirică se bazează pe două " regulă de degetul mare " abordări diferite ( Reed et al , 1995 ; . Kadlec și Knight 1996 ) . În Regatul Unit , zone umede construite au fost proiectate folosind o regulă de degetul mare metodă . Prin contrast , atât Reed și colab . ( 1995) și Kadlec & Knight ( 1996) consideră că zone umede atașat de creștere reactoare biologice , prin urmare, cu ajutorul unui prim – ordin cinetica flux lent modelul ca bază pentru ecuațiile lor de performanță . Îndepărtarea CBO 5 solubil în ZUC cu debit subteran se datorează creșterii microbiene atașată la rădăcinile plantelor , tulpini , frunze și substraturi . Atât Reed și colab . ( 1995) și Kadlec și Knight ( 1996) recunosc că pentru eliminarea CBO5 în ZUC cu debit subteran se poate folosi:

Eliminarea CBO5 în ZUC cu curgere liberă

unde:

Ce – CBO5 efluentului apei uzate epurate în secțiunea de evacuare mg/L

C0 – CBO5 influentului mg/L

Metoda lui Reed pentru eliminarea CBO5, NH4, NO3

și

Ecuațiile lui Reed și colab. (1995) se bazează pe prima presupunerea cu curgere în bloc pentru acei poluanți care sunt eliminate în principal prin procese biologice, inclusiv a cererii de oxigen biochimic (BOD), amoniac (NH4) și nitrat (NO3). Reed sugerează ecuații separate pentru solidelor totale în suspensie (TSS) și fosforul total (TP), bazat pe regresie analize de o versiune timpurie a NADB (Knight și colab., 1993) pentru zone umede construite. Pentru îndepărtarea de organisme patogene în zone umede construite, el sugerează aceeași abordare ca și cel folosit pentru iazuri de stabilizare a deșeurilor. Ecuațiile de proiectare bazate pe Reed și colab. (1995) sunt după cum este prezentat mai jos:

Concluzii

Epurarea apelor uzate reprezintă ansamblul de măsuri și procedee prin care impuritățile de natură chimică sau bacteriologică conținute în apele uzate sunt reduse sub anumite limite, astfel încât aceste ape să nu mai dăuneze receptorului în care se evacuează și să nu mai pericliteze folosirea apelor acestuia.

Pentru menținerea în totalitate a gradului de curățenie al apelor va trebui să se găsească o nouă strategie, în care epurarea apelor uzate va avea și ea locul său. Va trebui să avem grijă ca tehnologiile integrale, respectiv tehnologiile unice pentru realizarea unui produs, uneori extrem de complexe, pentru epurarea apelor uzate produse și, deci, pentru restabilirea situației inițiale, să meargă mână în mână cu noile descoperiri si dezvoltări ale societății, pentru a se evita crearea de noi surse de poluare a apelor.

Sistemul de fitoepurarea utilizează resursele locale, pot fi create la costuri mai mici decât alte opțiuni de tratament și nu este nevoie de instrumente tehnologice noi sau complexe. Sistemul se bazează pe surse de energie regenerabile, precum energia solară, plante umede și micro -organisme , care sunt agenți activi în procedeele de epurare. Sistemul poate tolera atât volume mari și mici de apă și diferite tipuri de contaminanți . Acestea includ apele uzate municipale, apele uzate din agricultură , reziduuri industriale .

Zonele umede construite prezintă o serie de avantaje și dezavantaje:

sunt adecvate pentru zonele rurale (500-1000 locuitori echivalenti)

nu este necesară energia electrica

nu poluează fonic

nu generează mirosuri neplacute atâta timp cat sunt proiectate corect

necesită o suprafață mare de teren

investiții medii de capital, în funcție de teren, căptușeală, umplere iar costurile de întreținere si exploatare sunt reduse: necesită in prealabil o epurare primara pentru a evita înfundarea

buna eliminare a CBO5 și TSM

Procentaj bun de îndepărtare a nutrienților, depinzând de proiectarea sistemului

Capacitatea de a opera încărcări care variază zilnic sau sezonier

Cerințe energetice și de mentenanță scăzute/reduse

Simplitatea operațiunilor

Eficiențe de epurare variabile datorită efectelor de anotimp/sezon și vreme/climă

Nesiguranță în ceea ce privește eficiența epurării în/sub toate condițiile

Sensibilitate la nivelele/concentrațiile ridicate de amoniac/ioni amoniu

Suprafața terenului de epurare al ZUC este mai mare decât cea necesară epurării convenționale

Posibilitatea apariției țânțarilor

Direcții de cercetare

Obiectivul tezei de doctorat ‘’Epurarea apelor uzate cu ajutorul biotehnologiilor pentru comunități mici’’ este :

Realizarea unei baze de date asupra stadiului actual al cercetărilor privind epurarea apelor uzate prin sisteme de fitoepurare;

Conceperea unui plan de cercetare pentru completarea cunoștințelor științifice din domeniu;

Realizarea și monitorizarea instalație pilot la scară mică de tipul zonă umedă construită pe o perioadă mai lungă de timp, aceasta fiind alimentată cu apa uzată de tip menajer.

Realizarea cercetărilor experimentale care să ajute la dezvoltarea temei propuse

Cercetări experimentale privind verificarea calității efluentului

Monitorizarea următorii indicatori de calitate: CBO5, materii în suspensie, amoniu și

fosfor total, pentru încărcări hidraulice diferite (apă uzată menajeră preepurată – decantată) dar

și a sistemului radicular al plantei

Determinarea calității apei atât chimic cât și bacteriologic

Diseminarea rezultatelor

Indicarea unor direcții de cercetare;

Elaborarea și susținerea tezei de doctorat

Obiective generale:

Pentru a sprijini capacitatea autorităților locale și factorii de decizie să-și îndeplinească rolul lor în adoptarea de soluții integrate de sunet gestionarea resurselor de apă;

Pentru a promova biotehnologiile eficiente, adaptate la condițiile locale din țările vizate;

Pentru a spori eficiența utilizării apei în agricultură;

Pentru a promova inovațiile în domeniul managementului apelor uzate care cresc aprovizionarea cu apă de irigare anuale;

Pentru a oferi instrumente pentru planificarea adecvată și punerea în aplicare a tehnologiilor adaptate;

Pentru a selecta practici eficiente din domeniul biotehnologiei, adaptate la anumite regiuni vizate;

Bibliografie

Berné, F., Cordonnier, J., Tratement des eaux, Edition TECHNIP, 1991

Bodik I., Riddestolp P.-Sanitația durabilă în Europa Centrală și de Est-soluție pentru rezolvarea problemei apelor uzate din satele și comunale mici și mijlocii, Editura UVTIP Nitra ( Slovakia), 2007

Ciornău R. – Ecologie și protecția mediului., Editura Economică, București, 2000.

Cojocaru I. (1995) – Surse, procese și produse de poluare., Editura Junimea, Iași.

Dima M. – Epurarea apelor uzate urbane, Editura Tehnopress, Iași, 2005.

Directiva 91/271/CEE privind epurarea apelor uzate orășenești.

European Commission. Guide Extensive Wastewater Treatment Processes, Adapted to small and medium sized communities (500 to 5000 p.e), Luxembourg, Office of oficial publications of the EC, 2001.

García, J., Ruiz A., Junqueras X. – Depuracion de aguas residuales mediante humedales construidos. Tecnología del Agua, 1997,pg. 165, 58-65.

Hamouda, M. A., Anderson, W. P. & Huck, P. M. 2009 – Decision support systems in water and wastewater treatment processselection and design: a review.Water Science and Technology 60 (7), 1757 1770.

Hotărârea de Guvern nr. 188/20.03.2002 privind aprobarea unor norme privind condițiile de descărcare în mediul acvatic a apelor uzate, Modificată și completată prin H.G. 352/11.05.2005

Legea apelor nr. 107/25.09.1996 (M.O. nr. 244/08.10.1996);

Minescu Anca – Stații de epurare compacte Teză de doctorat, Universitatea Tehnică de Construcții, Facultatea de Hidrotehnică, 2011.

Munteanu C., Mioara Dumitrașcu, Iliuță Romeo-Alexandru – Ecologie și protecția calității mediului, Editura Balneară, București, 2011.

Mincu Mariana, Tociu Carmen – Epurarea naturală a apelor uzate menajere rezultate de la localități mici (sub 2000 l. e.), Ecoterra, no. 26, 2011.

Popa Roxana Gabriela, Badea Delia Nica – Studiu privind utilizarea plantelor în epurarea apelor uzate menajere din jud.Gorj, în contextul dezvoltării durabile, Analele Universității “Constantin Brâncuși” din Târgu Jiu, Seria Inginerie, Nr. 2/2011.

Sardón. N., Salas J., Pidre J., Cuenca, I. – Vertical and horizontal subsurface constructed wetlands en the Experimental Plant of Carrion de los Cespedes (Seville). 10th International Conference on Wetland Systems for Water Pollution Control. Lisboa (Portugal), 2006.

U. S. Environmental Protection Agency (USEPA) – Wastewater treatment/disposal for small communities, EPA 625/R-92-005. U. S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH, 1992

U. S. Environmental Protection Agency (USEPA) – Subsurface flow constructed wetlands for wastewater treatment: a technology assessment, EPA 832-R-93-008. U. S. Environmental Protection Agency, Office of Water, Washington, DC, 1993b

U. S. Environmental Protection Agency (USEPA) – Manual: constructed wetlands treatment of municipal wastewater, EPA 625/R-99/010. U. S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH, 1999

www.constructedwetlands.org

www.epa.gov/owow/wetlands

http://www.lenntech.com/

http://www.sswm.info/category/implementation-tools/wastewater-treatment/hardware/semi-centralised-wastewater-treatments/v