Metode Electrochimice Utilizate Pentru Determinarea Metalelor Grele din Apele de Suprafata

CUPRINS

CUPRINS

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE

În ultimii ani și în special în ultimul deceniu s-a putut observa o implicare deosebită pentru recuperarea/îndepărtarea metalelor grele de tipul cuprului, fierului, nichelului din ape și nu numai ci și din orice tip de deșeuri.

Recuperarea metalelor din apele de suprafață și reziduale se realizează prin metode chimice (precipitare, evaporare, absorbție) sau prin metode electrochimice (electrodializa, electro depunerea catodică) sau prin combinarea celor două tipuri de metode.

Principalul obiectiv al acestei lucrări îl reprezintă determinarea conținutului de metale grele respectiv de cupru din apele de suprafață din zona Pisculești, râul Prahova, [NUME_REDACTAT]. Pentru efectuarea părții experimentale au fost alese probe de apă prelevate conform standardelor în vigoare, în decursul a trei luni de zile si anume: aprilie-mai-iunie 2014.

Zona supusă analizei a fost în apropierea [NUME_REDACTAT] și am dorit să observăm dacă, concentrația Cu și Fe depășesc limitele admise prevăzute în legislație. Pentru aceasta am utilizat diverse metode de detrminare a compoziției chimice a apei. Informațiile de bază pentru caracterizarea apei de suprafață supuse analizei au fost determinate cu ajutorul unui multiparametru, în timp ce informațiile referitoare la conținutul de metale grele au fost obținute prin metode electrochimice fiind de asemenea confirmate și prin absorbție atomică în flacără.

Studiul parții experimentale a avut la bază un bogat material bibliografic existent în literatura de specialitate.

CAPITOLUL 2

Aspecte generalE PRIVIND APELE DE SUPRAFAȚĂ

CARACTERIZAREA GENERALĂ A APELOR DE SUPRAFAȚĂ

Apa de suprafață este de obicei apa provenită din ploi care se colectează în oceane, lacuri sau fluvii. O altă sursă o reprezintă apa subterană care iese la suprafață prin izvoare [7]. Apa se găsește în natură într-un circuit continuu astfel apa de suprafață din râuri, fluvii, lacuri, mări și oceane se evaporă, trecând în atmosferă sub formă de vapori și este denumită apă atmosferică (Figura 2.1). Ea ajunge în zone cu temperaturi mai scăzute, se condensează și cade pe suprafața solului sub formă de ploaie, lapoviță sau ninsoare, formând apa meteorică. Ajunsă pe sol apa meteorică dacă întâlnește roci permeabile, le străbate până în momentul când întâlnește un strat impermeabil, la nivelul căruia se oprește, formând apa subterană. Apele subterane pot ajunge la suprafață sub formă de izvoare care împreună cu apa meteorică căzută pe soluri impermeabile formează apa de suprafață [10].

Figura 2.1. Circuitul apei in natură http://ro.wikipedia.org/wiki/Circuitul_apei_%C3%AEn_natur%C4%83

Apele dulci de suprafață diferă între ele în funcție de: debit și de variația acestuia, temperatură, concentrație și natura substanțelor dizolvate sau aflate în suspensie, conținutul biologic și microbiologic etc., fiecare masă de apă lichidă cu albia ei și viețuitoarele din ea fiind un ecosistem distinct. Totodată, apele dulci de suprafață au și numeroase caractere commune: sunt de regulă mai puțin mineralizate, mai bogate în elemente biologice, mai influențabile de către alți factori (naturali și antropici), mai ușor poluabile, mai puțin stabile în caracteristici, dar totodată au și capacități mai crescute de a-și automenține calitatea [1].

FACTORI DETERMINANȚI AI CALITĂȚII APELOR DE SUPRAFAȚĂ

Principalii factori care influențează calitatea apelor de suprafață sunt de două tipuri: antropici și naturali. Apele meteorice aduc din atmosferă gaze naturale sau gaze rezultate din poluarea aerului, particule de praf, pulberi și particule radioactive, materiale antrenate în cursul șiroirii pe suprafața solului, cum sunt: frunze, ierburi, alte materiale vegetale în toate fazele posibile de biodegradare, bacterii, argile, insecticide, erbicide, substanțe organice solubile extrase din vegetația în putrefacție etc.

Utilizările casnice ale apelor aduc aport de material organic nedegradat ex. gunoi menajer, grăsimi etc., material organic parțial degradat cum ar fi materiale fecale trecute parțial sau deloc prin proces de epurare, bacterii inclusiv patogene, virusuri, ouă de viermi, hârtie, plastic, detergenți etc. Utilizarea industrială generează un input de materiale organice biodegradabile, solide anorganice, reziduuri chimice extrem de diverse, ioni de metale grele. Folosințele agricole aduc în apele de suprafață cantități suplimentare de săruri și ioni, resturi de îngrășăminte chimice, insecticide și ierbicide, particule de sol, detritus organic. Utilizările consumptive de apă reduc debitele și implicit măresc concentrațiile de solide dizolvate sau în suspensie [1].

Clasificarea apelor de suprafață:

După sursa de proveniență:

Apa de suprafață: oceane, mări, ghețari, fluvii, râuri, lacuri;

Apa atmosferică;

Apa subterană: straturi acvifere, izvoare.

După domeniul de utilizare:

Ape industriale: materii prime pentru diverse industrii

– auxiliar în procesele de fabricație (celuloză și hârtie, industria chimică, alimentară, metalurgică etc.)

– agent de vehiculare a materiilor prime în industria chimică

– purtător de energie (hidroenergie, termoenerie, energie nucleară etc)

– agent de răcire/încălzire (industria chimică, de rafinare, celuloză și hârtie, alimentară etc.)

Apă potabilă – pentru consum casnic și pentru agricultură

[NUME_REDACTAT] nr. 161 din 16.02.2006 ”Elemente si standarde de calitate biologice, chimice și fizico-chimice pentru stabilirea stării ecologice a apelor de suprafață”:

clasa I de calitate la care limitele maxime admisibile reflectă condițiile naturale de referință sau concentrațiile de fond;

clasa a II-a de calitate la care limitele corespunzătoare acestor clase corespund valorilor țintă (obiective de referință) și reflectă condiția de calitate pentru protecția ecosistemelor acvatice;

clasele III-IV-V de calitate unde valorile limită corespunzătoare acestor clase sunt de 2-5 ori mai mari decât cele ale obiectivelor de referință și reflectă ponderea influenței antropice [8].

LEGISLAȚIA PRIVIND APELE DE SUPRAFAȚĂ

Primele legi privind asigurarea calității apelor au fost emise în Anglia în 1338 și apoi în Franța în 1404. Culegerea de legislație de ape a Germaniei are nu mai puțin de 6 volume. La noi sunt în vigoare parțial STAS 4708/88 ca și cadru general și o serie de reglementări sectoriale care treptat înlocuiesc prevederile STAS 4708/88. Normativa generală încă parțial în vigoare pentru apele de suprafață este STAS 4706/88

Principalul normativ – încă parțial în vigoare – pentru apele de suprafață este STAS 4706 / 88. Acesta este normativ-cadru; pentru anumite folosințe au apărut între timp reglementări sectoriale mai noi. Evaluarea calității apei se face prin prisma indicatorilor organoleptici, fizici, chimici, de radioactivitate, biologici (de eutrofizare) și microbiologici.

Principalele categorii și condiții tehnice de calitate pentru apele de suprafață – cursuri de apă în situație naturală sau amenajată, lacuri naturale și lacuri de acumulare conform STAS 4706/88 sunt prezentate in Tabelul 2.1.

Tabelul 2.1. Categorii si condiții tehnice de calitate pentru apele de suprafață STAS 4706/88

În domeniul potabilizării există [NUME_REDACTAT] nr.100 din 7 februarie 2002 pentru aprobarea normelor de calitate pe care trebuie să le îndeplinească apele de suprafață utilizate pentru potabilizare și a normativului privind metodele de măsurare și frecvența de prelevare și analiză a probelor din apele de suprafață destinate producerii de apă potabilă, publicat în [NUME_REDACTAT] al României, Partea I, nr. 130 din 19 februarie 2002 [1].

[NUME_REDACTAT] nr. 1888/2007 privind aprobarea Listei cu substanțele organohalogenate și metale grele, precum și a limitelor maxime admisibile pentru substanțele organohalogenate și metale grele din apă și din substratul sedimentar. Aceste valori sunt redate în tabelul 2.2.

Tabelul 2.2 Lista cu metale grele, precum și limitele maxime admisibile [6]

OG nr. 35/2003 se referă la Aprobarea metodelor de măsurare și analiză folosite la determinarea substanțelor prioritare/prioritare periculoase din apele uzate evacuate și apele de suprafață; iar în tabelul 2.3. este prezentat un extras din această lege cu metode de determinare a metalelor grele din ape.

Tabelul 2.3. Metode de măsurare și analiză a metalelor grele [7]

Legea 107/1996 – Legea apelor; CAPITOLUL II: Regimul de folosire a apelor și a albiilor, Secțiunea 1: Regimul de folosire a apelor

Art. 9

(1) Dreptul de folosință a apelor de suprafață sau subterane, inclusiv a celor arteziene, se stabilește prin autorizația de gospodărire a apelor și se exercită potrivit prevederilor legale. Acest drept include și evacuarea, în resursele de apă, de ape uzate, ape din desecări ori drenaje, ape meteorice, ape de mină sau de zăcământ, după utilizare.

(2) Apele de suprafață sau subterane pot fi folosite liber, cu respectarea normelor sanitare și de protecție a calității apelor, pentru băut, adăpat, udat, spălat, îmbăiat și alte trebuințe gospodărești, dacă pentru aceasta nu se folosesc instalații sau se folosesc instalații de capacitate mică de până la 0,2 litri/secundă, destinate exclusiv satisfacerii necesităților gospodăriei proprii.

Art. 15

(1) Poluarea în orice mod a resurselor de apă este interzisă.

(2) Normele de calitate a resurselor de apăse aprobă prin standarde, la propunerea [NUME_REDACTAT], Pădurilor și [NUME_REDACTAT].

(3) Normele privind calitatea apei potabile se aprobă prin standarde, la propunerea [NUME_REDACTAT].

(4) Limitele de încărcare cu poluanți a apelor uzate evacuate în resursele de apă se aprobă prin hotărâre a Guvernului, la propunerea [NUME_REDACTAT], Pădurilor și [NUME_REDACTAT] și a [NUME_REDACTAT].

(5) Limitele de descărcare înscrise în avizul sau autorizația de gospodărire a apelor reprezintă limitele maxime admise, iar depășirea acestora este interzisă.

Legea 137/1995 – Legea protectiei mediului; Protecția apelor și a ecosistemelor acvatice

Art. 35. – Protecția apelor de suprafață și subterane și a ecosistemelor acvatice are ca obiect menținerea și ameliorarea calității și productivității naturale ale acestora, în scopul evitării unor efecte negative asupra mediului, sănătății umane și bunurilor materiale.

Art. 36. – Autoritatea centrală pentru protecția mediului elaborează, în termen de 60 de zile de la intrarea în vigoare a prezentei legi, reglementările privind:

a) normele tehnice referitoare la protecția apelor și a ecosistemelor acvatice, inclusiv a populației umane în cazul poluărilor accidentale și în context transfrontieră;

b) procedura de autorizare pentru exploatarea surselor de apă și a ecosistemelor acvatice, realizarea construcțiilor hidrotehnice pentru lucrările de îndiguire și regularizare a cursurilor de apă, de irigații și de desecare-drenaj;

c) standardele de emisie;

d) standardele de calitate a apelor;

e) cerințele de evacuare, epurare a apelor uzate și limitare a evacuării de efluenți în ape.

Art. 37. – Controlul respectării reglementărilor de protecție a apelor și a ecosistemelor acvatice este organizat și exercitat de către autoritățile de mediu, de ape, sănătate și de alte autorități, potrivit competențelor legale.

Art. 38. – Autoritățile pentru protecția mediului, pentru gospodărirea apelor, împreună cu autoritățile navigației, supraveghează și controlează respectarea prevederilor și aplică măsurile legale privind protecția apelor ca urmare a activităților de navigație, respectând convențiile internaționale în domeniu la care România este parte.

Art. 39. – Persoanele fizice și juridice au următoarele obligații:

a) să ceară acordul și/sau autorizația de mediu pentru activitățile prevăzute în anexa nr. II la prezenta lege. Sunt exceptate de la autorizare puțurile forate la adâncimi până la 50 m pentru satisfacerea cerințelor gospodăriilor individuale;

b) să respecte standardele de emisie și de calitate a apelor, prevederile din acord și autorizație și să pună la dispoziția laboratoarelor autorizate, la termenele stabilite, probele de apă pentru analiză;

c) să nu arunce și să nu depoziteze pe maluri, în albiile râurilor și în zonele umede, deșeuri de orice fel și să nu introducă în acestea explozibile, tensiune electrică, narcotice sau alte substanțe periculoase;

d) să nu spele în apele naturale autovehicule, utilaje și ambalaje care au în conținut uleiuri, combustibili lichizi, lubrifianți, substanțe periculoase sau pesticide;

e) să execute toate lucrările de refacere a resurselor naturale, de asigurare a migrării faunei acvatice și de ameliorare a calității apei, prevăzute cu termen în acordul și autorizația de mediu și să monitorizeze zona de impact;

f) să se doteze, în cazul deținerii de nave, platforme plutitoare sau foraje marine, cu instalații de stocare sau tratare a deșeurilor, instalații de epurare a apelor uzate și racorduri de descărcare a acestora în instalații de mal sau plutitoare;

g) să amenajeze porturile cu instalații de colectare, prelucrare, reciclare sau neutralizare a deșeurilor petroliere, menajere sau de altă natură, stocate pe navele fluviale și maritime, și să constituie echipe de intervenție în caz de poluare accidentală a apelor și a zonelor de coastă;

h) să nu evacueze ape uzate de pe nave sau platforme plutitoare direct în apele naturale și să nu arunce de pe acestea nici un fel de deșeuri.

CAPITOLUL 3

POLUAREA APELOR DE SUPRAFAȚĂ

SURSE DE POLUARE A APELOR DE SUPRAFAȚĂ

Apa din natură nu se găsește niciodată în stare pură, în ea se găsește întotdeauna o cantitate de substanțe chimice dizolvate sau în suspensie. În compoziția naturală a apei intră: gaze dizolvate (oxigenul, dioxidul de carbon, hidrogenul sulfurat), ioni de hidrogen, substanțe minerale, substanțe biogene și substanțe organice [10].

Poluarea apei – orice alterare fizică, chimică, biologică sau bacteriologică a apei, peste o limită admisibilă, inclusiv depășirea nivelului natural de radioactivitate produsă direct sau indirect de activități umane, care o fac improprie pentru o folosire normală, în scopurile în care această folosire era posibilă înainte de a interveni alterarea ([NUME_REDACTAT] nr. 107/1996). Conferința de la Geneva din 1961 prezintă poluarea apei ca “modificarea directă sau indirectă a compoziției sau stării apelor unei surse oarecare, ca urmare a activității omului, astfel încât apele devin inadecvate utilizărilor pe care le au în mod obișnuit, ridicând risc pentru sănătatea omului și pentru integritatea ecosistemelor acvatice. Poluarea apei înseamnă introducerea directă sau indirectă (ca rezultat al activității umane), a unor substanțe sau a căldurii, care pot dăuna sănătății umane precum și calității ecosistemelor acvatice sau celor terestre dependente de cele acvatice, activități care pot conduce la pagube materiale ale proprietății, sau care pot dăuna sau obstrucționa serviciile, precum și alte folosințe legate de apă [1].

Poluarea apei mai poate reprezinta și fenomenul de modificare în mod direct sau indirect a compoziției normale a acesteia într-o astfel de masură încât aceasta nu mai poate fi redată folosințelor.

Se consideră poluanți acele substanțe solide, lichide sau gazoase care aflate în apă pot produce efecte negative asupra plantelor, animalelor, omului sau materialelor. Apele impurificate cu poluanți poartă numele de ape uzate [4].

Definițiile sunt deci destul de arbitrare, pentru că de fapt și poluarea "naturală" uneori nu e chiar naturală – apa anoxică provine adesea de la fundul unui lac artificial, invaziile de alge apar mai ales pe terenul excesului de nutrienți generat de poluarea cu nitrați și fosfați, suspensiile după ploi masiv vin în mare parte de pe terenuri poluate sau defrișate de om. Poluarea apelor de suprafață constituie la ora actuală o problemă majoră și care la scară globală se va amplifica, deoarece în lumea a III-a se dezvoltă rapid mari orașe fără sanitație corespunzătoare, industria chimică, agricultură cu tot mai mult uz de produși chimici și minerit cu tehnologii cu grav impact de mediu.

Apele de suprafață sunt intens poluate,astfel încât variațiile concentrațiilor diferitelor substanțe chimice sunt foarte mari. Astfel,în Romania,apele de suprafață se clasifică,conform STAS 4706-88, în trei categorii de calitate:

Categoria I a de calitate, ape care pot fi folosite pentru alimentarea cu apă potabilă centralizată, industria alimentară, reproducerea și dezvoltarea salmonidelor, piscine etc;

Categoria a II-a de calitate, ape care pot fi folosite pentru dezvoltarea pisciculturii, cu excepția salmonidelor, agrement, urbanistic, industrie etc;

Categoria a III-a de calitate, ape care pot fi folosite pentru irigații, alimentare a hidrocentralelor, instalații de răcire a agregatelor etc.

Pentru fiecare din aceste categorii sunt stabilite o serie de condiții fizice, chimice, microbiologice și de eutrofizare, care trebuie îndeplinite de apele de suprafață, dintre cele mai importante sunt consumul biochimic de oxigen, oxigenul dizolvat, suspensii, substanțe toxice etc [10].

Sursele de poluare a apelor de suprafață pot fi clasificate astfel:

după tipul sursei: surse organizate și surse neorganizate

Surse de poluare organizate sunt în principal: apele reziduale comunale (fecaloid-menajere); apele reziduale industriale; apele reziduale agrozootehnice. Apele fecaloid-menajere sunt poluate mai ales chimic (substanțe organice, detergenți etc.) și bacteriologic și provin în principal din spălat și de la grupuri sanitare. De exemplu râul Zamuna care curge prin [NUME_REDACTAT] are amonte o încărcare de 75.000 bacili coli/litru iar în aval de 240.000.000 bacili coli/litru [referinta] În cazul celor industriale, de mare diversitate, trebuie menționate cazurile mai deosebite ale apelor uzate radioactive (din minerit, centrale nuclearo-electrice etc.), ale celor poluate termic (surse variate, mai ales centrale termice), din industria extractivă și prelucrătoare de țiței, din mineritul cu profil de metale neferoase, din industria chimică. O mare sursă de poluare apelor de suprafață este mineritul hidraulic, procedeu cu impact deosebit de mare față de mediu. [NUME_REDACTAT], de exemplu, ultima mină cu astfel de tehnologie a fost închisă abia în 1994 [referinta]. Sursele organizate de regulă poluează continuu sau sistematic și sunt de obicei cunoscute și supravegheate, calculându-se totalul emisiilor. Astfel, Rinul a trebuit să transporte în anii '80 anual până la 700 tone cadmiu, 130 tone mercur, 4000 tone de plumb și peste 1400 de substanțe poluante diferite [referinta].

Surse de poluare neorganizate sunt în principal: surse individuale fără sistem de canalizare; reziduuri solide depozitate îl locuri/moduri neadecvate; pesticide, îngrășăminte spălate de apele meteorice sau de irigație [1]. Sursele difuze de poluare reprezintă o componenta cheie în procesul de poluare a apelor de suprafață. Impactul lor asupra calității apelor este în creștere, fiind în legatură directă cu reducerea încărcării cu poluanți evacuați direct de sursele punctiforme industriale și comunale. Cuantificarea poluării provenite de la sursele difuze de poluare se face cu greutate. Întrucât încărcarea cu poluanți de la sursele difuze de poluare nu poate fi măsurată se folosesc metode variate de calcul sau de estimare a acestei componente la poluarea apei de suprafață. Metodele existente de evaluare a surselor difuze sunt metode de calcul a balanței poluanților; metode suplimentare bazate pe calcule standard utilizând informații din baza de date ca și din modelele existente specificând încărcarea de poluanți a unei arii din bazinul hidrografic [3].

după acțiunea poluanților în timp

surse de poluare permanente (continue);

surse de poluare discontinue;

surse de poluare accidentale.

în funcție de proveniența poluanților

Ape uzate menajere ce rezultă din utilizarea apei în locuințe, instituții publice, băi, spălătorii, școli, unități comerciale, alimentație publică. Se apreciază cantitatea de apă potabilă pentru o persoană la circa 100 l

Ape uzate industriale, ce rezultă din diferite procese de fabricație și constituie cea mai nocivă categorie de poluare. Principalele surse industriale sunt: Industria minieră (prepararea minereurilor metalifere și nemetalifere, extracția și prepararea cărbunelui, a minereurilor radioactive). Aceste ape au un conținut mare de metale grele, particule în suspensie, produși organici utilizați la flotare, substanțe radioactive. Industria metalurgică, de unde rezultă ape poluate cu suspensii insolubile, metalegrele, fenoli, cianuri, sulfați (45 m3 pentru 1 tonă de fontă). Industria chimică, de unde rezultă în apă cu suspensii, acizi, hidroxizi, săruri, fenoli, coloranți, detergenți, pesticide.

Ape uzate agrozootehnice provenite din:agricultură și zootehnie, ce conțin îngrășăminte, suspensii, pesticide, erbicide, fungicide, antidăunători, substanțe organice, agenți patogeni, hormoni sau inhibitori de creștere, deparazitanți [4].

în funcție de substanțele conținute

substanțele organice de origine naturală sau artificială reprezintă poluantul principal. Organismele animale și vegetale conțin substanțe organice care după moartea lor, încep să se descompună devenind nocive și periculoase. Dintre substanțele organice de origine naturală fac parte: țițeiul, taninii, hidrații de carbon, biotoxinele marine etc. Poluanții organici artificiali provin din prelucrarea diferitelor substanțe în cadrul rafinăriilor, industriei chimice organice, industriei petrochimice etc. Dintre aceștia fac parte: benzina, motorina, uleiuri, bitumul, solvenții organici, pesticide, detergenți, vopsele etc.

substanțele anorganice sunt frecvente în apele uzate industriale; dintre acestea se menționează în primul rând: metalele grele (Pb, Cu, Zn, Cr, Fe, Ni), clorurile, sulfatul de magneziu etc.

substanțele în suspensie, organice și anorganice, se găsesc atât în apele uzate orășenești cât și în cele industriale, ele ajungând în masură mai mică sau mai mare în emisari.

substanțele toxice organice sau anorganice, se găsesc în apele uzate orășenești și industriale. Unele dintre ele, ca de exemplu pesticidele, sunt antrenate de precipitații și ajung în apa de suprafață, subterană sau a mării. Substanțele toxice sunt și metalele grele.

substanțele radioactive. Indiferent de proveniența lor acestea pot ajunge în apă, aer și sol pe multiple căi, prejudiciind întreg mediu înconjurător. Cei mai periculoși radionuclizi sunt: Ba140, Cs144, Cs137, I131, U238, Zr95.

substanțele cu alcalinitate sau aciditate pronuntată sunt deosebit de nocive.

culoarea, provenită îndeosebi de la fabricile de textile, hârtie, tăbăcarii etc. Este deseori o caracteristică a apelor uzate, care evacuate în emisari împiedică absorbția hidrogenului în apă și dezvoltarea normală a autoepurării și fotosintezei.

apele cu temperaturi ridicate de la termocentrale, respectiv apele de răcire de la acestea este în sine poluantul principal al acestor ape.

microorganismele reprezintă un pericol deosebit pentru sănătatea umană și a tuturor organismelor în general.

Cauzele poluării cu ape uzate industrial își au originea în lacunele concepției despre procesul de producție, examinarea sumară a fenomenelor secundare care nu influențează rezultatele procesului de bază; se procedează la eliminarea cât mai simplă a deșeurilor și subproduselor fără preocupări speciale în ceea ce privește consecințele ce pot avea loc asupra mediului. Caracteristica esențială a apelor uzate industrial o constituie varietatea nelimitată de poluanți și nocivitatea lor deosebită. În poluarea cu metale grele a apelor uzate industrial, ponderea cea mai mare o are industria minieră, industria metalurgică și industria chimică.

POLUAREA CU IONI DE METALE GRELE

Metalele grele sunt elemente chimice (metalice), cu greutate moleculară mare, în general toxice pentru plante și animale, chiar în concentrații mici.

Problema prezenței metalelor grele în ape s-a manifestat acut în anii '50 – '70 în țări dezvoltate, unde a fost grav afectată sănătatea publică (inclusiv cazuri cu sute de morți în Japonia de exemplu). Deși în toate țările s-au luat măsuri, problema este departe de a fi stăpânită. Chiar dacă de mâine teoretic nu s-ar mai deversa în apă metale grele, avem în continuare apele de mină, cele provenind din haldele de gunoaie orășenești (unde decenii întregi au ajuns, și în unele țări – inclusiv România – continuă să ajungă și deșeurile periculoase) și mai ales sedimentele depuse de-a lungul multelor decenii pe fundul râurilor puternic contaminate cu metale grele, de unde la dragare sau viitură sau modificarea chimismului apei se pot ușor mobiliza cantități imense de metale grele.

Metalele grele includ plumbul, arsenul, mercurul, cadmiul, cuprul, cobaltul, nichelul, seleniul, fierul, argintul, zincul si altele. Ele sunt cunoscute ca fiind foarte puțin mobile, ceea ce înseamnă, cu alte cuvinte, ca odată ajunse într-un ecosistem se elimină extrem de greu din acesta. Dezvoltarea industrială ,economică și demografică generează cantități mari de deșeuri .cu compoziție chimică diferită și conținut variabil de metale grele toxice Un management defectuos al acestor deșeuri duce la poluarea mediului înconjurator la degradarea acestuia [1].

Apele ce conțin ioni de metale grele provin din diverse sectoare de activitate industrială, dintre care cele mai importante sunt:

Hidrometalurgia:

extracția primară a minereurilor;

apele rezultate de la extracția cu solvenți;

extracție electrochimică și electrorafinare;

apele rezultate în urma proceselor de extracție minieră și ape de spălare.

Ingineria suprafețelor – finisarea metalelor:

soluții din industria de gravare;

soluții de curățare și alte pretratamente;

tratamente de pasivare;

soluții epuizate de la galvanizare și de la băile de acoperire fara curent;

Sectoare ce implică:

reprocesarea și rafinarea fierului vechi;

”lichide catalitice” (rezultate ın urma fabricării catalizatorilor);

reactivi redox pentru prelucrării chimice;

soluții rezultate în urma prelucrărilor fotografice;

producerea circuitelor imprimate și a bateriilor;

baterii uzate;

efluenți din procesele chimice de fabricație.

De aceea, în cazul recuperării ionilor de metale grele, soluțiile electrochimice de control a poluării sunt condiționate de diversitatea sectoarelor industriale, forma contaminantului (solid, lichid, gaz, coloizi), și de complexitatea electrolitului (ape reziduale încarcate cu mai mulți ioni metalici și specii neîncărcate. Procesarea deșeurilor industriale conținând cantități substanțiale de substanțe toxice și/sau componente valoroase pentru separarea sau recuperarea acestora, devine o necesitate absolută. Există două aspecte importante ale problemei:

unul este de ordin economic de a valorifica la maxim materiile prime,

al doilea, de protecție a mediului, de evitare a dispersiei compușilor toxici, în special a compușilor de metale grele. De aceea, numeroase studii caută să dezvolte noi procese și tehnologii pentru separarea metalelor în special din deșeurile industriale [9].

CONSECINȚELE POLUĂRII APELOR CU IONI DE METALE GRELE

Apa este sursa vieții, cerința fundamentală pentru sănătate și nevoia esențială pentru industrializare. Aceasta este pentru omenire cel mai de preț lucru. Disponibilitatea resurselor de apă este în scădere și de aceea este necesară menținerea calității apei [9].

Efectele poluării cu metale grele asupra sănătății sunt diferite în funcție de perioada de expunere și de natura poluantului. Astfel pot apare efecte acute sau acutizari ale bolilor cronice, după expuneri de scurtă durată, până la efecte cronice după expuneri de lungă durată. Poluanții toxici de tipul metalelor grele, își exercită acțiunea asupra diferitelor organe și sisteme ale organismului uman, efectul fiind specific substanței în cauză. Foarte important este faptul că se cumulează în mediu și în organismul uman cu posibilitatea de a produce în mod insidios alterări patologice grave [1].

De regulă nu se ajunge la intoxicații acute, însă metalele grele au proprietatea de a se concentra în organismele vii, manifestându-se toxicitatea cronică. Nivelele toxice sunt relativ bine cunoscute pentru om, dar nici pe departe pentru imensa diversitate de organisme acvatice. Contaminarea omului depinde mult de obiceiurile alimentare, vârstă, stare de sănătate etc. Contează foarte mult și forma, nivelul de absorbție și de toxicitate find diferit între Cr3+și Cr6+sau între mercurul metalic și cel legat organic [1].

La persoanele care lucrează în mine sau în procesul de prelucrare a minereurilor de cupru pot apare intoxicații care se manifestă prin colici abdominali, senzatie de greață, diaree, vomă, anemie. [NUME_REDACTAT] (II) au acțiune iritantă locală, toxică la nivelul mușchilor striați și a miocardului producând paralizia și stop cardiac. Totodată unele combinații ale Cu ( II ) produc anemie hemolitică, toxicitate manifestându-se la nivelul ficatului și al rinichilor. Ionii Cu2+ formează combinații complexe cu albuminele sau lipidele la nivelul ficatului, rinichilor, pancreasului, sistemului nervos, oaselor. Ca antidot în cazul intoxicatiilor cu combinații ale cuprului, se utilizează sarea de sodiu și de calciu a EDTA. [ http://www.scritub.com/stiinta/chimie/CUPRU42314412.php ]

PROPRIETĂȚI ȘI DOMENII DE UTILIZARE A CUPRULUI

Cuprul se prezintă atât în stare nativă, dar și sub formă de combinații. Cele mai cunoscute combinații sunt: sulfurile, sulfurile complexe cu alte elemente, dar și carbonații bazici. Cuprul metalic are culoarea roșie caracteristică; în foițe extreme de subțiri apare, prin transparență, albastru-verzui (Figura 3.1). Cristalizează în rețea cubică cu fețe centrate și nu prezintă polimorfism.

Figura 3.1. Cristale de cupru []

Proprietatile fizice ale cuprului metalic sunt mult influențate de prezența impurităților. Cuprul pur este un metal moale (duritate 3 în scara Mohs), destul de rezistent la rupere și foarte ductil; se lucrează bine, la rece, și se modelează la presiuni mari. În tabelul 3.1 sunt prezentate principalele proprietăți ale acestui metal. http://www.scritub.com/stiinta/chimie/CUPRU42314412.php

Tabelul 3.1 Proprietăți fizico-chimice ale cuprului

[ http://www.cupru.com/utilizare

Conform statisticilor, industria electronică și electrotehnică sunt industriile cele mai importante prin prizma cantităților de cupru prelucrat, folosind aprope 60% din cantitatea totală de cupru prelucrat în [NUME_REDACTAT]. Aceste ramuri ale industriei utilizează cuprul în calitate de conductor electric. A doua ramură este industria construcțiilor, care utilizează 25% din cantitatea necesară totală în Europa. Această industrie utilizează o gamă largă a produselor din cupru, din aramă și din toate celelalte aliaje ale cuprului (alama, bronzul), cu preponderență pe următoarele arii:

Instalații pentru construcții (apă, gaz, țevi pentru încălzire, instalații de climatizare, sisteme solare)

Arhitectură (acoperișuri, fațade)

Design interior (balustrade, alte elemente de decor)

Cele 20 de procente rămase sunt utilizate de industria de mașini, piese ale aparatelor, elemente ale mijloacelor de transport sau alte produse finite. În figura 3.2. este prezentată diagrama de utilizare a cuprului in [NUME_REDACTAT].

Figura 3.2 Consumul total de cupru în [NUME_REDACTAT] (2006)

 [ http://www.cupru.com/utilizare ]

Cuprul și aliajele sale au început în urmă cu mulți ani să facă parte din sistemele de producere a energiei solare și a energiei eoliene (sisteme fotovoltaice). De asemenea în ultimii ani cercetătorii de pe întreg mapamondul au studiat materiale nanocomposite pe baza de cupru. Acet metal a fost introdus în materiale mezoporoase care fac posibilă recuperarea cesiului prin crearea unui sorbent cu selectivitate ridicată și care poate extrage într-un timp relativ scurt cesiul din soluții apoase [9].

CAPITOLUL 4

.METODE DE DETRMINARE A METALELOR GRELE DIN APELE DE SUPRAFAȚĂ

4.1. PRELEVAREA PROBELOR DE APĂ

Recoltarea probelor de apă este o etapă deosebit de importantă în desfășurarea procesului de analiză fizico-chimică, bacteriologică sau biologică a apei, deoarece probele de apă trebuie să fie reprezentative, nu trebuie să introducă erori în compoziția și calitățile apei datorită unei tehnici defectuoase sau a unor condiții incorecte de pregătire a materialului, cunoscut fiind faptul că erorile datorate unei recoltări necorespunzătoare nu mai pot fi ulterior corectate. Cea mai des întâlnită problemă în cazul recoltării probelor o reprezintă absorbția în pereții recipientelor concomitent cu contaminarea înainte de prelevarea lor din cauza faptului că recipientele nu au fost curățate adecvat și astfel proba prelevată poate fi compromisă.

În general pentru prelevarea probelor de apă se folosesc recipiente confecționate din materiale inerte în special din polietilenă sau alt material plastic. Flacoanele de sticlă sunt recunoscute că pot influența conținutul de sodiu și siliciu.

Proble de apă analizate au fost prelevate în recipiente de polietilenă noi, prin fixarea flaconului pe un suport special, care a conferit acestuia greutatea necesară pentru a putea pătrunde cu ușurință sub nivelul apei, recoltarea efectuându-se pe firul apei, în amonte și în aval. Probele supuse analizei au fost recoltate din râul Prahova, zona Pisculești, județul Prahova pe intervalul a trei luni aprilie-mai-iunie 2014.

După prelevare recipientele cu probe au fost sigilate, etichetate și apoi transportate la laborator unde au fost supuse analizelor. În timpul transportului probele au fost menținute la temperaturi scăzute, această temperatură fiind menținută cu ajutorul unei lăzi frigorifice.

PREGĂTIREA PROBELOR PENTRU ANALIZĂ

Etapa de pregătire a probelor pentru analiză include operațiile de filtrare a probei, păstrare, precum și determinarea unor parametri fizici și fizico-chimici. Probele au fost supuse unui procedeu standard de filtrare și care a constat prin trecerea probelor de apă printr-o hartie de filtru de tipul MN 640d cu diametrul 150mm. Probele au fost păstrate pentru efectuarea analizelor, deoarece acestea nu au fost efectuate la locul de prelevare ci în laborator.

METODE DE DETERMINARE A COMPOZIȚIEI CHIMICE A APELOR

În laborator au fost determinate: temperatura, pH-ul apei, conținutul total de săruri dizolvate (TDS), conductivitatea, rezistivitatea, salinitatea, oxigenul dizolvat, consumul biochimic de oxigen. Măsurătorile au fost obținute pe cale potențiometrică utilizând CyberScan PCD 6500 aflat în doatarea laboratorului (Figura 4.1).

Figura 4.1 Multiparametru CyberScan PCD 6500

Pentru determinarea temperaturii s-a utilizat un termocuplu care a fost cuplat la multiparametru concomitent cu electrodul de pH (Figura 4.2), datele obținute în urma analizei fiind prezentate în tabelul 4.1.

Figura 4.2 Electrodul de pH

Pentru determinarea conținutului total de săruri dizolvate , conductivitate, rezistivitate, salinitate și conținutul biochimic de oxigen a fost utilizat același multiparametru însă două tipuri de elctrozi diferiți (Figura 4.3). Rezultatele obținute sunt prezentate in tabelul 4.1.

Figura 4.3. Electrozi utilizați la determinarea compoziției chimice

Pentru determinarea TDS, Conductivitate, rezistivitate, salinitate

Pentru determinarea oxigenului dizolvat

Tabelul 4.1. Rezultate experimentale determinate potențiometric

Apa de suprafață supusă analizei are valori ale pH-ului cuprinse între 6,86-7,65 deci se înscrie în domeniul neutru spre bazic. La mineralizație ridicată corespund valori de pH spre neutru, rămânând totuși în domeniul bazic. În figura 4.4 se poate observa variația pH-ului pe parcursul celor trei luni în care am monitorizat zona supusă acestui studiu.

Figura 4.4. Variația pH-ului

Pe lângă probele de apă studiate, am prelevat și probă de apă uzată deversată în apropierea spațiului supus analizei. Am ales sa fac un studiu comparativ incluzând și aceste probe de apă uzată. Din figura 4.4 se poate observa ca cele mai scăzute valori ale pH-ului sunt întâlnite la apa uzată, iar valori mai mari ale pH-ului pot fi observate la probele prelevate în amonte, creeîndu-se astfel un echilibru între cele două și care se regăsește în valorile pH-ului din zona de aval. În același timp se poate observa din reprezentarea grafică faptul că cele mai mari valori ale pH-ului sunt în luna iunie la toate cele trei probe. În scopul analizei proprietăților fizico-chimice ale apei am determinat conductivitatea și rezistivitatea a căror variație poate fi observată în figura 4.5.

Figura 4.5. Variația conductivitații (A) și a rezistivității (B)

Din graficele pentru conductivitate și rezistivitate se remarcă faptul că în cazul probelor recoltate în amonte conductivitatea este scăzută în timp ce rezistivitatea este ridicată, acleași aspect îl putem vedea și în cazul probelor de apă uzată aceasta prezentând valori ridicate în cazul conductivității în timp ce rezistivitatea este scăzută. În concluzie putem afirma fapul că rezistivitatea crește pe măsură ce selectivitatea scade.

În figura 4.6 este reprezentată variația conținutului total de săruri dizolvate și a salinității în funcție de perioada de recoltare . Se poate constata în perioada aprilie – mai o tendință crescătoare atât a conținutului total de săruri în probele analizate cât și a salinității acestora urmată de o scădere în perioada imediat următoare. Cele mai mici valori se observă a fi în cazul probelor prelevate în amonte în timp ce valori ridicate se regasesc la apa uzată.

Figura 4.6 Variația conținutului total de săruri (A) și a salinității (B)

Printre analizele de bază efectuate apelei de suprafață se numără și consumul de oxigen determinat la 5 zile de la recoltarea probelor. Acesta este un indicator utilizat la caracterizarea apelor deoarece arată dacă apa poate fi epurată biologic sau nu. Cercetări recente ne prezintă o clasificare a apelor în funcție de consumul de oxigen care se pot regăsi în tabelul 4.2.

Tabelul 4.2. Clasificarea apelor în funcție de BOD [http://www.polyseed.com/misc/BODforwebsite.pdf]

Probele analizate indică faptul că apa uzată are valori ale consumului biochimic de oxigen cuprinse intre 2,67-3,59 deci putem spune că este o apă moderat curată, în timp ce în amonte regăsim valori ale consumului biochimic de oxigen sub valorea 3. Toate aceste aspecte se pot vizualiza în figura 4.7.

Figura 4.7. Variația consumului biochimic de oxigen

Toate metodele de determinare a compoziției chimice a apelor au fost în prealabil standardizate conform normativelor în vigoare și performanțelor aparatului.

DETERMINAREA CONȚINUTULUI DE CUPRU DIN APA DE SUPRAFAȚĂ

Pentru învestigarea conținutului de cupru din apele de suprafață supuse analizei am folosit voltametria de stripping anodic iar pentru confirmare am folosit ca și back up o metodă analitică și anume Spectroscopia de absorbție atomică în flacără.

Voltametria de stripping anodic

Este o metodă utilizată la determinarea cantitativă a diferitelor specii ionice. În cazul voltametriei de stripping anodic curentul este măsurat în timpul procesului de stripare. Oxidarea este înregistrată ca un pic al semnalului la potențialul la care ionii încep să fie oxidați. Astfel se aplică un baleiaj de potențial unui electrod într-o soluție neagitată și se urmărește răspunsul de curent al sistemului. În figura 4.8 este reprezentată schema bloc a unei instalații de voltametrie.

Figura 4.8. Schema bloc a unei instalații de voltametrie[ carte verde]

Voltametria de stripping anodic este o metodă care prezintă o limită de detecție excelentă. Această metodă este utilizată pentru determinarea cantitativă a moleculelor organice (ex: fenol, hidrochinonă, paracetamol, aspirină etc) dar și a ionilor metalici.

DISPOZITIVE EXPERIMENTALE

Pentru investigarea prezenței ionilor de cupru în apele de suprafață folosind metodele electrochimie s-a utilizat o celulă electrochimică formată din sticlă prevăzută cu 3 electrozi. Cei trei electrozi utilizați sunt:

Electrodul de lucru (EL), de mercur

Contraelectrodul din platina (CE)

Electrodul de referință de calomel saturat (ECS).

Înainte de fiecare măsurătoare pentru a obține o reproductibilitate a rezultatelor experimentale, suprafața de lucru a electrodului a fost curățată și spălată cu apă distilată.

Instalația experimentală utilizată la investigarea probelor de apă cuprinde trei componente și anume: componenta hardware (formată dintr-un potențiostat, pacă de achiziție date cuplată la un calculator), componenta software (program de achiziție de date) și celula electrochimică care conține sistemul de investigat.

REZULTATE EXPERIMENTALE

Au fost trasate voltamogramele de stripping anodic pentru determinarea cantitativă a cuprului, iar pentru aceasta am utilizat picul anodic corespunzător oxidării cuprului. În figura 4.9 sunt prezentate voltamogramele obținute prin stripping anodic pentru o concentrație a Cu2+ c = 1,2 10-5 mol/l (amonte), c = 1,6 10-5 mol/l (aval) și c = 1,4 10-5 mol/l (apă uzată) la un pH cuprins între 7,3 -7,5. Au fost alese aceste concentrații ale cuprului deoarece s-au regăsit în cantitatea cea mai mare în urma metodei analitice de determinare și anume: spectrometria de absorbție în flacără atomică.

Figura 4.9. Voltamograme de stripping anodic de baleiaj liniar pentru ape de suprafață ce conțin ioni de Cu2+ de c = 1,2 10-5 mol/l (amonte), c = 1,6 10-5 mol/l (aval) și c = 1,4 10-5 mol/l (apă uzată) la un pH (7,3 -7,5)

Pe baza voltamogramelor obținute am studiat și influența vitezei de baleaj asupra intensității curentului de vârf anodic pentru soluția care conține ioni Cu2+ de concentrație 1,2 10-5 mol/l. Au fost studiate în acest sens mai multe viteze de baleiaj de la v=20 mV/s până la viteza de baleiaj v = 100 mV/s. În figura 4.10 se poate vedea că semnalul crește pe măsură ce viteza de baleiaj crește.

Figura 4.10. Influența vitezei de baleiaj asupra intensității curentului de pic anodic pentru soluția ce conține ioni de Cu2+ c = 1,2 10-5 mol/l

Datele experimentale obținute prin metode electrochimice au fost confirmate și printr-o analiză de back up și anume spectrometria de absorbție atomică. Analiza probelor de apă prelevate au fost investigate prin spectrometrie de absorbție atomică utilizând un spectrometru de absorbție de tip VARIAN (Figura 4.12).

Figura 4.12. Spectrometru de absorbție atomică

Această metodă de investigare face parte din metodele optice și care se bazează pe măsurarea puterii radiante absorbite de către o populație de atomi liberi. Flacăra folosită pentru determinarea metalelor este o flacără acetilenă – aer. Este cel mai des utilizat amestec datorită faptului că prezintă o bună stabilitate și o bună reproductibilitate în ceea ce privește caracteristicile termice. Probele au fost analizate în următoarele condiții de lucru: curentul lampei 4mA, emisia flăcării a avut loc la lungimea de undă de 327,4 nm.

Pentru a putea determina cantitativ cuprul prezent în probele de apă supuse analizei a fost necesar pentru început să fie trasată curba de calibrare. Astfel au fost preparate soluții cu concentrație diferită a cuprului. În figura 4.13 este prezentată variația cantității de cupru în funcție de perioada de recoltare iar în tabelul 4.4 sunt prezentate centralizat datele obținute prin analiza de absorbție atomică.

Tabelul 4.4 Cantitatea de cupru în apele analizate

Figura 4.13. Variația cantității de cupru în funcție de perioada de recoltare determinată prin spectrometria de absorbtie atomică

CAPITOLUL 5

CALCULUL TEHNOLOGIC AL UNUI DECANTOR PRIMAR

5.1.Procese fizice DE EPURARE A APELOR UZATE INDUSTRIAL

Procesele fizice de epurare sunt acelea în care substanțele poluante nu suferă transformări în alte substanțe, având la bază principiile:

a) separarea gravitațională a particulelor grosiere, nedizolvate în apă, sub influența câmpului gravitațional al Pământului, prin sedimentare, prin flotație sau prin centrifugare. Este posibil fenomenul de aglomerare (floconare), flocoanele având mase mai mari și care sedimentează mai repede. Ca exemplu se prezintă figura 5.1, un decantor, care poate fi cu curgere a apei verticală și orizontală. Eliminarea nămolului din decantor se poate face manual și intermitent. După formă, decantoarele pot fi circulare și rectangulare. Evacuarea apei limpezite se face prin deversoare.

Figura 5.1 Schema unui decantor având curgere pe verticală și orizontală

b) flotația este un proces unitar de separare din apă, sub acțiunea câmpului gravitațional terestru, a particulelor cu densitate medie mai mică decât a apei. Flotația poate fi naturală sau cu aer introdus în apă sub formă de bule fine prin difuzoare poroase. Scopul flotației este de a forma o spumă stabilă care să încorporeze particulele insolubile. Flotația se poate face se poate face în bazine circulare sau dreptunghiulare. În figura 5.2. se prezintă schema unei instalații de flotație cu aer sub presiune.

Figura 5.2. Schema unei instalații de flotație cu aer sub presiune

c) filtrarea constă în trecerea apei printr-un mediu poros în care are loc reținerea prin fenomene predominant fizice. Filtrarea este un proces de sitare cu ajutorul unei țesături fine sau împâslituri.

d) reținerea pe grătare și site a impurităților grosiere (crengi, fire etc) pe grătare și a celor mai mici pe site.

Figura 5.3 Schema unei site de îndepărtare a materialelor

Viteza apei la intrarea în grătare este de cca. 0.3 m/s pentru a evita depunerile pe grătar dar nu mai mare de cca. 1 m/s pentru a nu înțepeni corpurile grosiere între bare. Sitele servesc pentru reținerea impurităților nedizolvate de dimensiuni mai mici și sunt realizate din table metalice sau din plăci de material plastic perforat. Sitele pot fi statice și mobile (ciururi cu mișcare de vibrație sau giratoare).

Îndepărtarea materialelor din site se face cu perii, prin simpla alunecare (figura 5.3) unde se prezintă o sită formată din bare triunghiulare. Sitele fine din țesături din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine.

e) epurarea în filtre granulare și filtre cu prestrat. Materialul granular folosit ca umplutură filtrantă este nisipul cuarțos. Se mai folosesc filtre cu mai multe straturi de materiale granulare, cu densități diferite (de ex. din antracit, nisip cuarțos, granat) care pot fi spălate, granulele aranjându-se cu diametrul descrescând în sensul de curgere.

f) epurarea prin membrane. Membrana este o barieră pentru speciile moleculare sau ionice prezente în curentul de apă care o străbate. Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloză, materiale polimerice stabile în timp (poliamide, polisuflone, etc.). Procesul de epurare cu membrane se numește osmoză, care poate fi directă sau inversă, în funcție de direcția apei de la o soluție diluată la una concentrată sau invers. În fugura 5.4 este prezentată schema bloc de epurare mecanică pentru eliminarea suspensiilor coloidale din ape.

Figura 5.4. SCHEMĂ BLOC DE EPURARE MECANICĂ – pentru eliminarea suspensiilor coloidale (mecano-chimice)

5.2 PROIECTAREA DECANTORULUI PRIMAR

Decantorul longitudinal este în general folosit ca decantor primar pentru separarea particulelor din apele uzate brute, decantoare pentru ape de consum în procese de tratare, se paratoare pentru apele uzate din industra petrochimică și, cu formă ușor modificată la deznisiparea apelor uzate.

Ele se construiesc astfel încât să funcționeze în flux continuu și au scopul de a reține suspensiile floculente din apele uzate.

Proiectarea decantorului primar se calculează la Qc este debitul de calcul = Qzi max=100 l/s=0, 1 m3/s.

Concentrația de suspensii solide separabile gravitațional CSSG=250 mg/l. Pentru determinarea timpului de retenție tr se va proceda astfel:

se alege o valoare pentru eficiență, pentru ε și din tabelul următor se determină valoarea pentru w [m3/m3h];

ε = 50% – 55% w = 1, 5 m3/m2h

pentru W găsit se alege o valoare pentru Hmed și din tabelul al doilea se va scoate valoarea corespunzătoare pentru tr:

Hmed= 3 m prin interpolare tr = 1, 928 h

Volumul decantorului:

Aria orizontală:

Aria transversală: ;

se alege vo= 8, 0 mm/s = 0, 008 m/s

Lungimea decantorului: 55, 53m

Înălțimea utilă:

Lățimea decantorului: m din catalog avem lățimea standard BSTAS= 7 m cu Lmax= 60 m și P = 0, 4 kW. Se alege din catalog Raclorul de tip DLP7.

Se recalculează:

m2

Verificare:

Volumul total de nămol depus:

ε=55% ; ρn= 1200 kg/m3; P=93% ;CSSG=250 mg/l = 0, 250 kg/m3

ρn = densitatea nămolului, ρn = 1100 ÷ 1200 kg/m3. Se adoptă ρn = 1200 kg/m3;

P = umiditatea nămolului, P = 93 %;

GEss = gradul de epurare, GEss =55%;

Ciss =concentrația inițiala a solidelor în suspensie, Ciss=300mg/l.

Qc=0, 1 m3/s

Pentru determinarea timpului „t „ trebuie determinate:

t = tca + tcp + tm

– timpul cursei active,

-timpul cursei pasive,

-timpul mort = 5 min

t = tca+tcp+tm = 46, 27+23, 14+5 = 74, 41min = 4464, 6 sec

Geometria nămolului: nămolul se depune în decantor sub forma unei pene cu pantă 0,008 determinată experimental.

H = hu + hd + hs + hn = 2, 892 + 0, 0682 + 0, 4 + 0, 3 = 3, 7602 m

hu= înălțimea utilă;

hd = înălțimea depunerilor;

Debitul de nămol :

[referinta TRATAREA ȘI EPURAREA APELOR UZATE INDUSTRIALE ]

CONCLUZII

Scopul prezentei lucrări a fost determinarea metalelor grele din apele de suprafață prin utilizarea unor metode electrochimice coraborate cu metode analitice.

Prima parte a lucrării a fost axată pe studiul unui bogat material bibliografic în ceea ce privește poluarea apelor, prezența metalelor grele în apele de suprafață precum și asupra legislației în vigoare.

În partea a doua a lucrării au fost prezentate o parte din determinările experimentale efectuate astfel au fost analizate un număr de 18 probe de apă prelevate din zona Pisculești, râul Prahova, județul Prahova pe parcursul a trei luni de zile.

Probele de apă analizate au fost prelevate conform nomativelor emise de [NUME_REDACTAT] din amonte, aval dar si din apa uzată din apropierea rafinăriei Brazi. Probele de apă au fost investigate prin metode electrochimice având ca back up metodele analitice.

Prima metodă utilizată la caracterizarea chimică a apei de suprafață inclusă în acest studiu a fost metoda potențiometrică cu ajutorul căreia am putut obține informații despre pH, conținutul total de săruri dizolvate , conductivitate, rezistivitate, salinitate și consumul biochimic de oxigen.

Apa de suprafață supusă analizei are valori ale pH-ului cuprinse între 6,86-7,65 deci se înscrie în domeniul neutru spre bazic. De asemenea se poate observa faptul că cele mai ridicate valori ale pH-ului sunt în ultima lună de studiu, iar cele mai mici valori se regăsesc în luna mai (21.05.2014).

Din graficele pentru conductivitate și rezistivitate se remarcă faptul că în cazul probelor recoltate în amonte conductivitatea este scăzută în timp ce rezistivitatea este ridicată putem astfel afirma fapul că rezistivitatea crește pe măsură ce selectivitatea scade.

Se poate constata în perioada aprilie – mai o tendință crescătoare atât a conținutului total de săruri în probele analizate cât și a salinității acestora urmată de o scădere în perioada imediat următoare. Cele mai mici valori se observă a fi în cazul probelor prelevate în amonte în timp ce valori ridicate se regasesc la apa uzată.

Printre analizele de bază efectuate apei de suprafață se numără și consumul de oxigen determinat la 5 zile de la recoltarea probelor. Acesta este un indicator utilizat la caracterizarea apelor deoarece arată dacă apa poate fi epurată biologic sau nu. Probele analizate indică faptul că apa uzată are valori ale consumului biochimic de oxigen cuprinse intre 2,67-3,59 deci putem spune că este o apă moderat curată, în timp ce în amonte regăsim valori ale consumului biochimic de oxigen sub valorea 3.

Metoda electrochimică de determinare a conținutului de cupru din apele de suprafață este voltametria de stripping anodic.

Pentru investigarea prezenței ionilor de cupru în apele de suprafață folosind metodele electrochimice s-a utilizat o celulă electrochimică formată din sticlă prevăzută cu 3 electrozi: Electrodul de lucru (EL), de mercur, Contraelectrodul din platina (CE), Electrodul de referință de calomel saturat (ECS).

Au fost trasate voltamogramele de stripping anodic pentru determinarea cantitativă a cuprului, iar pentru aceasta am utilizat picul anodic corespunzător oxidării cuprului. În acest sens au fost alese trei concentrații ale ionilor de cupru și au fost trasate voltamogramele observându-se că picul anodic corespunzător oxidării cuprului crește pe măsură ce concentrația crește.

Pe baza voltamogramelor obținute a fost studiată și influența vitezei de baleaj asupra intensității curentului de vârf anodic pentru soluția care conține ioni Cu2+ de concentrație 1,2 10-5 mol/l. Au fost analizate în acest sens mai multe viteze de baleiaj de la v=20 mV/s până la viteza de baleiaj v = 100 mV/s observându-se faptul că semnalul crește pe măsură ce viteza de baleiaj crește.

Datele experimentale obținute prin metode electrochimice au fost confirmate și printr-o analiză de back up și anume spectrometria de absorbție atomică. Analiza probelor de apă prelevate au fost investigate prin spectrometrie de absorbție atomică utilizând un spectrometru de absorbție de tip VARIAN.

Cea mai mare cantitate de cupru a fost înregistrată în luna aprilie 2014 la toate cele trei locuri de prelevare, in timp ce valori scăzute ale cantității de cupru au fost înregistrate în luna mai 2014.

BIBLIOGRAFIE