PREFATA/ ARGUMENT………………………………………………………………………………3 CAPITOLUL I ISTORIC ȘI EVOLUȚIE……………………………………………………………………………….4 CAPITOLUL II ASPECTE… [305474]

CUPRINS

PREFATA/ ARGUMENT………………………………………………………………………………3

CAPITOLUL I

ISTORIC ȘI EVOLUȚIE……………………………………………………………………………….4

CAPITOLUL II

ASPECTE GENERALE……………………………………………………………………………….5

CAPITOLUL III

FORMAREA SI CARACTERISTICILE NAMOLURILOR………………………………………….7

III.1. CARACTERISTICILE FIZICE ALE NĂMOLURILOR……………………………….9

III.2 CARACTERISTICI CHIMICE ALE NAMOLURILOR……………………………….10

III.3. CARACTERISTICI BIOLOGICE ȘI BACTERIOLOGICE…………………………12

CAPITOLUL IV

PROCEDEE DE PRELUCRARE A NĂMOLULUI………………………………………….……13

IV.1. INGROȘAREA NĂMOLULUI…………………………………………………..…….13

IV.2. FERMENTAREA NĂMOLULUI………………………………………………………18

IV.3. INSTALATII PENTRU FERMENTAREA NAMOLURILOR………………….……23

IV.4. CONDIȚIONAREA NĂMOLULUI…………………………………………………….29

IV.5. DESHIDRATAREA NĂMOLULUI……………………………………………..……31

IV.6. USCAREA NAMOLULUI ………………………………………………….…………37

IV.7. INCINERAREA NĂMOLULUI…………………………………………………….….38

IV.8 VALORIFICAREA SI EVACUAREA FINALĂ A NĂMOLURILOR………………..40

IV.9 ASPECTE LEGISLATIVE PRIVIND VALORIFICAREA NĂMOLULUI IN AGRICULTURĂ………………………………………………………………………………………41

CAPITOLUL v

V.I.TEHNOLOGII DE PRELUCRARE AVANSATA A NAMOLURILOREPURAREA APELOR UZATE……………………………………………………………………………….……43

V.II USCAREA NAMOLURILOR………………………………………………………….58

CAPITOLUL VI

VALORIFICAREA ENERGETICĂ A NĂMOLULUI ÎN STAȚIILE DE EPURARE MUNICIPALE DIN ROMÂNIA…………………………………….……………………..……….75

VI.1. INTRODUCERE……………………………………………………………….……75

VI.2. GESTIONAREA ȘI VALORIFICAREA ENERGETICĂ A NĂMOLULUI DE EPURARE ÎN ROMÂNIA….…………………………………………………………………..….76

VI.3. ARDEREA NĂMOLULUI ÎN CICLURI TERMODINAMICE AVANSATE……….77

VI.3.1. CICLUL CISCO…………………………….…………………….………….78

VI.3.2. CICLUl HUBER……………………….………………………..……………79

CAPITOLUL VII

STUDIU DE CAZ……………………………………………………………………………80

PREFATA/ ARGUMENT

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

[anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat] – [anonimizat]-urile, cadele de duș sau baie etc. Se mai adaugă canalele ce preiau apele pluviale. [anonimizat], de obicei un rau.

Lucrarea este structurata pe … capitole.

Capitolul I prezinta un scurt istoric al aparitiei statiilor de epurare.

Capitolul II prezinta aspecte generale vis-à-vis de procesul de epurarea al apelor uzate si o clasificare a procedeelor de tratare a namolurilor in statiile de epurare.

Capitolul III este rezervat caracteristicilor namolurilor. Evacuarea în receptorii naturali sau a recirculării, [anonimizat].[anonimizat]-bactereologice. In acest capitol se urmareste caracterizarea celor mai importante proprietati ale namolurilor.

Capitolul IV – procedee de tratare a namolurilor – dezbate procesele de prelucrare a nămolurilor în functie de proveniența și caracteristicile lor, dar și în funcție de modul final de

evacuare. De asemenea prezinta o clasificare a proceselor de prelucrare după diferite criterii. In acest capitol se trateaza principalele procedee prin care trece namolul pana la integrarea in natura: ingrosarea, fermentarea, conditionarea, deshidratarea, uscarea, incinerarea, valorificarea si evacuarea. De asemenea in finalul capitolului sunt prezentate diverse aspecte legislative privindvalorificareanamolului in agricultura.

DE completat

CAPITOLUL I

ISTORIC ȘI EVOLUȚIE

Primele stații de epurare au apărut în Anglia în secolul XIX. Inițial s-au realizat canalizări, care au rezolvat problema epidemiilor hidrice, dar au făcut din Tamisa un râu mort ce degaja miros pestilențial, încât în geamurile parlamentului au trebuit atârnate cârpe îmbibate cu clorură de calciu. Abia atunci s-a trecut la realizarea de stații de epurare. Tot în Anglia s-au pus bazele monitoringului. Parametrul "consum biochimic de oxigen" CBO5 a fost introdus în 1898 și a fost conceput în concordanță cu realitățile englezești – temperatură de 200°C, timp de rezidență în râu 5 zile, tip de poluare predominantă fiind cea fecaloid-menajeră.

În SUA, în 1984 existau 15438 de stații de epurare care deserveau o populație de172.205.000 locuitori, adică 73,1% . Procentul de epurare a apelor din punct de vedere al încărcării organice măsurate prin CBO5 a fost de 84% iar din punct de vedere al suspensiilor de 86,3%. Pentru anul 2005 se prevede atingerea unui nivel de 16980 de stații de epurare care să deservească 243.723.000 locuitori, adică 86,6%. Procentul de epurare a apelor din punct de vedere al încărcării organice măsurate prin CBO5 e planificat să atingă 89,9% iar din punct de vedere al suspensiilor de 88,9%.

În SUA tot mai puține ape uzate după epurare se descarcă din nou în emisar. Seinfiltrează în sol sau se utilizează pentru irigații, în industrie, pentru recreere (lacuri), pentru piscicultură, și chiar ca sursă de apă potabilă, după descărcare în lacuri sau injectare în sol sau chiar direct, dar cu supunere la preparare avansată. De exemplu în SUA se utilizează ape uzate la prepararea de apă potabilă în orașe ca Palo Alto, Denver, El Paso și chiar Washington DC. Aceasta e destul de scumpă, dar totuși mai ieftină decât desalinizarea apei marine de exemplu, de aceea tehnologia se răspândește în țări arabe și africane.

DE COMPLETAT

CAPITOLUL II

ASPECTE GENERALE

Procesul de epurarea apelor uzate, conduce la retinerea si formarea unor cantităti importante de nămoluri ce inglobează substante poluante si substante inerte.

Procedeele de tratare a nămolurilor sunt foarte diverse si ca urmare nu se pot stabili retete si tehnologii universal valabile, ci pentru fiecare statie de epurare trebuie studiate caracteristicilor nămolurilor supuse prelucrării.

La baza tuturor procedeelor de tratare a nămolurilor stau două procese tehnologice distincte si anume stabilizarea nămolurilor prin fermentare si deshidratarea nămolurilor. Intre aceste două procedee principale pot să apară diverse variante sau combinatii de procedee a căror aplicare se face diferentiat in functie de conditiile locale, cantitatea si calitatea nămolurilor, existenta unor terenuri pentru amplasarea instalatiilor si platformelor de uscare si depozitare, sau destinatia nămolurilor etc.

Clasificarea procedeelor de tratarea nămolurilor se poate face după mai multe criterii si anume: – criteriul reducerii umiditătii;

– criteriul diminuării componentei organice;

– criteriul costurilor de prelucrare.

In tabelul II.1 se prezintă o clasificare după primul criteriu, cel al reducerii umiditătii care permite imbinarea diferitelor procedee in schemele tehnologice ale statiilor de epurare.

Tabelul II.1. Clasificarea procedeelor de tratare a namolurilor

Procedeele mentionate in prima grupa se consideră ca fiind de fapt o etapă de pretratare a nămolurilor in vederea reducerii intr-o limita mai redusă a umiditătii, dar pot apărea modificări a structurii nămolului.

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

In a treia grupă de procedee sunt incluse procedeele care conduc la reducerea avansată aumiditătii nămolului (pană la o umiditate de 25%) unele dintre ele constituind chiar solutii finale de prelucrare.

Din ultima grupă fac parte procedeele de prelucrare finală care trebuie sa asigure fie reintegrarea nămolului in mediul inconjurător fără al polua, fie valorificarea potentialului de fertilitate in agricultură. In urma analizei tabelului de mai sus putem concluziona că procedeele de prelucrare conduc la obtinerea următoarelor tipuri de nămoluri sau reziduuri:

– nămol stabilizat (aerob sau anaerob);

– nămol deshidratat (natural sau artificial);

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

– nămol fixat, rezultat prin solidificare in scopul imobilizării compusilor toxici;

– cenusă, rezultată din incinerarea nămolurilor.

In mod normal in prezent, nămolurile proaspete din statiile de epurare urbane, sunt prelucrate in prealabil prin fermentare anaerobă (obtinandu-se biogaz), după care urmează procesele dedeshidratare naturală sau artificială si in final valorificarea lui in agricultură, ca fertilizator, dar numai dacă corespunde din punct de vedere bacteriologic. Prin fermentare anaerobă are loc si o mineralizare a substantelor organice, care devin inofensive fată de mediu si se obtine biogaz de fermentatie. In cazul statiilor de epurare de mici dimensiuni, pentru reducerea costurilor investitionale, se recomandă utilizarea fermentării aerobe.

CAPITOLUL III

FORMAREA SI CARACTERISTICILE NAMOLURILOR

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

Schemele tehnologice aplicate pentru epurarea apelor uzate industriale si orasenești, din care rezultă nămoluri se pot grupa în două mari categorii: cele privind epurarea mecano-chimică si cele privind epurarea mecano- biologică. În fig.III.1 si fig.III.2 se prezintă principalele surse de nămol în cadrul schemelor de epurare menționate.

Fig.III. 1 Surse de nămol din stația de epurare mecano-biologică

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

Fig.III. 2 Surse de nămol din stația de epurare mecano – chimică

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

– nămol primar, rezultat din treapta de epurare mecanică;

– nămol secundar, rezultat din treapta de epurare biologică;

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

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

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

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

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

III.1. CARACTERISTICILE FIZICE ALE NĂMOLURILOR

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

1. Culoarea si mirosul care furnizează primele informatii asupra stării nămolului.Nămolurile proaspete din decantoarele primare sunt de culoare cenusie deschis si au un mirosaproape imperceptibil. Ele contin resturi menajere si intră usor in fermentatie si produc gaze cu mirosuri neplăcute (hidrogen sulfurat). Nămolurile biologice din decantoarele secundare retinute după procesul de trecere a apei uzate prin filtrele biologice au o culoare maronie, iar la cele de după bazinul de tratare biologică cu aerare (nămolul activat), culoarea acestora variază de la galben – brun, brun – cenusiu pană la brun inchis, in functie de speciile bacteriene predominante.

Mirosul nămolului activat proaspăt, bine aerat, este un miros slab, de humus; nămolul activat incepe să miroasa a substantă organică in descompunere numai in cazul in care concentratia de oxigen din apă este insuficientă pentru a mentine conditii aerobe de procesare,sau forma bazinelor permite acumularea nămolului activat in locuri lipsite de o bună oxigenare(de ex. in colturile bazinului de aerare, marginea decantorul secundar etc). Nămolurile care aufermentat complet au o culoare neagră (datorită sulfurii de fier) si miros de gudron.

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

Umiditatea nămolurilor provine din următoarele feluri de apă: liberă (existentă intreparticulele solide), legată coloidal prin tensiuni superficiale de particulele coloidale din nămol,legată capilar si higroscopică. Reducerea volumului de nămol pe seama eliminării apei si aschimbării structurii nămolului, constituie elementul de bază in tratarea nămolurilor. Variatia de volum, ca urmare a schimbării umiditătii, se poate determină cu relatia:

In care U1, U2 sunt umiditătile nămolului inainte si după uscare, in %.

3. Greutatea specifică a nămolului depinde in mare măsură de greutatea specifică a materiilor solide pe care le contine, de umiditatea lor si de provenienta nămolului din cadrul statiei de epurare, in sensul că nămolul primar brut are o greutate specifică de 1,004- 1,010 t/m3,nămolul activat in exces are valori mai mici, in jur de 1,00 t/m3 si după ingrosare, 1,003 t/m3.

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

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

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

5. Puterea calorică a nămolului variază in functie de continutul in substantă organic (substante volatile). Se poate determina experimental sau aproximativ cu ajutorul relatiei empirice:

PCn = Sv × 44.4 in care:

PCn – puterea calorică netă; Sv – continutul in substante volatile.

Experimental, puterea calorică se determină cu ajutorul bombei calorimetrice.Nămolurile primare caracterizate de o concentratie ridicată in substante organice au o putere calorică mai mare fată de nămolurile fermentate, asa cum rezultă si din tabelul urmator.

Tabel III.1.2 Puterea calorifică a diverselor nămoluri

III.2 CARACTERISTICI CHIMICE ALE NAMOLURILOR

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

2. Substante solide totale. Nămolurile contin, in medie, peste 90% apă, restul fiind substante solide care, din punct de vedere chimic, pot fi substante minerale si substante organice (volatile).

Determinarea compusilor de natură organică (volatilă) din rezidului fix, obtinut după uscarea unei probe de nămol la 1050°C, se face prin calcinarea acesteia la temperatura de 5500°C. Un nămol primar contine 95 – 97% apă si 3- 5% substantă solidă, din care circa 70% reprezintă partea volatilă (V). Dacă acest nămol este apoi fermentat, partea organică se reduce cu 40 – 50%,iar partea minerală (M) creste cu 60 – 65%.

Indicatorul mineral si volatil in substantă uscata constituie un criteriu de clasificare a nămolurilor, astfel:

nămolul organic prezintă M/V < 1;

iar cel anorganic prezintă M/V > 1.

Acest criteriu constituie baza de selectie a procedeelor de prelucrare, intrucat un nămolorganic este putrescibil si se are in vedere mai intai stabilizarea sa, mai ales pe cale biologică(fermentare aeroba sau anaerobă), pe cand un nămol anorganic se prelucrează prin procedeefizico-chimice (solidificare, extractie de componente utile etc).

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

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

Substantele organice din nămolurile proaspete se apreciază ca fiind cuprinse intre 60 -80% din cantitatea totală de substantă uscată, fapt ce conduce la aparitia unor dificultăti in ceea ce priveste uscarea nămolurilor.

Din punct de vedere chimic in nămoluri predomină hidrocarbonatii, grăsimile si proteinele. Studiile experimentale privind fermentabilitatea nămolurilor, au pus in evident următoarele cantităti de gaze care se produc functie de compusii chimici:

hidrati – 0,790 Nm3/kg cu o compozitie 50% CH4 si 50% CO2;

grăsimi – 1,250 Nm3/kg cu o compozitie 68% CH4 si 32% CO2;

proteine – 0,700 Nm3/kg cu o compozitie 71% CH4 si 29% CO2.

Productia de gaz se referă la kg substantă organică, fiind maximă la materiile organice cu ocompozitie ridicată de grăsimi de natură organică. In cazul nămolului proaspăt provenit din apeleuzate urbane, cantitatea de gaz ce se poate produce este cuprins intre 0,85 – 1,0 Nm3 /kg materii solide organice degradate. Dacă se consideră materia organică din nămolul proaspăt, atunci productia poate fi estimată la 0,4 -0,7 Nm3 gaz/kg materie organică introdusă in bazin spre fermentare.

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

4. Metale grele si nutrienti. Continutul de nutrienti (N, P, K) prezintă o important deosebită atunci cand se are in vedere valorificarea nămolului ca ingrăsămant agricol sau ca agent de conditionare a solului. De asemenea, utilizarea in agricultură a nămolului este conditionată de prezenta si de cantitatea de metalele grele (cupru, cianuri, arsen, plumb etc), careau un grad ridicat de toxicitate si se acumulează in sol. Dacă nămolul urban contine cantităti reduse de metale grele, in general sub limitele admisibile, nămolul rezultat din epurarea in comun a apelor menajere cu cele industriale, in functie de profilul industriei, poate duce la cresterea concentratiei de metale grele in nămol si ca urmare se impune analiza chimică periodică a nămolurilor.

III.3. CARACTERISTICI BIOLOGICE ȘI BACTERIOLOGICE

Nămolurile proaspete (primare si secundare) prezintă caracteristici biologice si bacteriologice asemănătoare cu cele ale apei supuse epurării, cu mențiunea că diminuarea lor infază apoasă se traduce cu o concentrare in faza solid.

Diferitele procedee de prelucrare a nămolului, conduc si la diminuarea potențialului microbiologic al nămolului si in mod deosebit al potențialului patogen. In cadrul unor procedee de prelucrare se creează condiții de dezvoltare a microorganismelor capabile să transforme unele substanțe prezente din nămol in substanțe utile sau neutre in raport cu mediul inconjurător. Astfel, in bazinul de fermentare anaerobă se dezvoltă microorganisme capabile de mineralizarea materiilor organice care realizează si o reducere relativă a potentialului patogen. In procesul de compostare, prin procese biochimice complete se produce o humificare a materiei organice, iar datorită temperaturii se produce si o dezinfectie a nămolului. Nămolurile rezultate din epurarea unor ape uzate industriale cu potențial patogen ridicat (ferme de animale, tăbăcării, abatoare etc) trebuie prelucrate in mod corespunzător. Unele categorii de ape uzate ce nu prezintă un mediu prielnic de viata pentru microorganisme (pH acid, prezența unor metale toxice etc) conduc la formarea de nămoluri fără potențial patogen.

CAPITOLUL IV

PROCEDEE DE PRELUCRARE A NĂMOLULUI

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

IV.1. INGROȘAREA NĂMOLULUI

Această metodă constituie cea mai simplă si larg răspandită metodă de concentrare a nămolului, avand drept rezultat reducerea volumului si ameliorarea rezistentei specifice la filtrare. Gradul de ingrosare depinde de mai multe variabile, dintre care mai importante sunt: tipul de nămol (primar, activat, fermentat etc), concentratia initială a solidelor, temperatura, utilizarea agentilor chimici, durata de ingrosare etc. Prin ingrosare, volumul nămolului, pe seama apei eliminate, se reduce de circa 20 ori fată de volumul initial, in schimb ingrosarea este eficientă pană la o concentratie de solide de 8 -10%.

Ingrosarea se poate realiza prin decantoare – ingrosătoare gravitationale, flotare sau centrifugare etc.

Ingrosarea gravitatională se realizează in decantoare verticale (pentru statii mici) sau decantoare radiale.

Gradul de ingrosare depinde de durata procesului si de inăltimea coloanei de apă (adancimea bazinului) din decantor. Pentru a evita aparitia unor procese de fermentatie a nămolului proaspăt a căror gaze afectează calitatea procesului de ingrosare, adancimea apei la perete nu trebuie să depăsească 2,0. Panta radierului este mai mare fată de cea a decantoarelor obisnuite, iar podul raclor este echipat cu o serie de bare metalice care se deplasează lent, cu o viteză de 1,0 rot/h, dirijand nămolul spre conul de colectare centrală, de unde apoi se extrage. In figura IV. I. 3 este prezentat un ingrosător de nămol.

In vederea dimensionării ingrosătoarelor de nămol se are in vedere două aspecte, fie dimensionarea se bazează pe experienta deja acumulată, fie se fac teste experimentale de laborator asupra nămolurilor care urmează a se ingrosa.

Fig IV.1.3 Ingrosător de nămol

Parametrul de bază al dimensionării pe bază de experientă este incărcarea cu substante solide. Prelungirea procesului de ingrosare este neeconomic si ca urmare se limitează procesul de ingrosare in instalatie. In tabelul IV.1.3 sunt date experimentale privind incărcarea cu substante solidesi limita de ingrosare recomandată pentru diferite tipuri de nămoluri.

Tabel IV.1.3. Incărcarea cu substante solide si limita de ingrosare

Dimensionarea in acest caz implică simpla alegere corespunzătoare a nivelului de incărcare a nămolului ce urmează a fi ingrosat utilizand următoarea relatie de calcul a suprafetei orizontalei ingrosătorului:

in care:

Qs – cantitatea de materii solide uscate din nămolul supus procesului de ingrosate, in kgMTS/h;

Is – incărcarea de suprafată cu solide a ingrosătorului, in kgMTS/m2h .

In cazul dimensionării pe bază de experimente de laborator, se construieste graficul curbei de sedimentare a nămolului din amestecul apă–nămol, care permite determinarea suprafetei unitare a ingrosătorului.

In timpul functionării unui astfel de decantor – ingrosător de nămol se pot delimita trei zone distincte:

zona de suprafată ingrosătorului formată din lichid, decantat care contine o concentratie scăzută de nămol si care se elimină ;

zona de alimentare formată din nămol cu o concentratie; constantă aproape uniformă in volum; in această zonă concentratia nu este identică cu cea a nămolului de alimentare;

zona de compactare (tasare) formată din nămol a cărui concentratie creste pe măsura inaintării spre radierul decantorului unde atinge concentratia de evacuare (de nămol ingrosat).

In functie de natura nămolului, timpul mediu de retinere al materiilor solide in ingrosător, este de0,5- 2,0 zile, iar volumul nămolului se poate reduce la 20% din volumul initial.

Ingrosarea prin flotare se aplică pentru suspensii care au tendinta de flotare si sunt rezistente la compactare prin actiunea gravitatională. Se aplică procedeul de flotare cu aer insuflat sub presiune, care prin destindere la presiunea apropiată de cea atmosferică, elimină bule fine de aer care se atasează flocoanele.

Ingrosarea prin centrifugare se recomandă pentru nămolul activat in exces, atunci cand nu se dispune de spatiu pentru executarea de decantoare – ingrosătoare.

Principiul de functionare, precum si repartitia fortelor intr-o astfel de instalatie de ingrosare prin centrifugare este prezentată in figura urmatoare:

Fig.IV.1.4. Principiul de functionare a unui rotor centrifugal

In practică se foloseste o centrifugă cu transportor elicoidal sau care retine circa 90% din materiile solide, nămolul activat in exces fiind in prealabil tratat cu floculanti. Sub influenta floculantilor nămolul este ridicat la suprafata lichidului si impins spre axa de rotatie de unde este evacuat. Apa in schimb rămane pe peretii tamburului si este evacuată in partea opusa nămolului.

Tinand seama de viteza mare de rotatie a echipamentului (de 6.000 rot/min), consumul de floculanti este mai mare datorită fragilitătii si ruperii flocoanelor, deci costurile de exploatare sunt mai mari decat in cazul altor procedee. In consecintă nu se recomandă acest tip de instalati decat in cazurile deosebite, respectiv de spatiu. O astfel de instalatie de ingrosare prin centrifugare a nămolului este prezentată in figura IV.1.5.

Fig.IV.1.5. Centrifugă cu melc pentru sedimentarea nămolului

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

Alimentarea cu nămol se face axial prin partea dreaptă, evacuarea nămolului se face prin partea stangă (desecat), iar evacuarea apei prin partea dreaptă.O altă metodă de ingrosare a nămolului este cea ce utilizează filtrul presă cu bandă. In figura urmatoare este prezentată schematic modul de functionare a unei astfel de instalatii.

Fig.IV.1.6. Filtru – presă cu bandă

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

In figura urmatoare este prezentata o astfel de instalatie.

Fig.IV.1.7. Schema de functionare a unui filtru presă

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

O instalatie mult mai modern este cea ce utilizează vacum pentru dezhidratarea nămolului, prezentata in urmatoarea figura:

Fig.IV.1.8. Instalatie de dezhidratare cu vacuum

IV.2. FERMENTAREA NĂMOLULUI

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

Fermentarea anaerobă a nămolului

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

Procesele biochimice si microbiochimice ce stau la baza degradării materiilor organice sunt extrem de complexe si incă insuficient cunoscute, această situatie datorandu-se necunoasterii complete a modului de degradare (mineralizare) a compusilor organici complecsi si insolubili. Acest proces este numit de unii, proces de conditionare a nămolului, avand in vedere si modificarile structurale. In acelasi timp, prin fermentare sunt distruse partial si unele bacterii patogene, restul bacteriilor nu se pot distruge decat prin pasteurizare.

Cinetica fermentării anaerobe se desfăsoară sub influenta a două grupe principale de bacterii care trăiesc in simbioză in acelasi mediu fizic si chimic respectiv bacterii anaerobe si aerobe, care transformă, prin hidroliză, substantele organice complexe (hidratii de carbon proteine, grăsimi) in substante organice mai simple (acizi organici inferiori, alcooli etc.) cu ajutorul enzimelor extracelulare. In continuare aceste substante sunt sursa de hrană pentru moleculele mai simple, care cu ajutorul enzimelor intracelulare sunt transformate in compusi simpli si inofensivi mediului: metan, dioxid de carbon etc.

Rezultă că fermentarea anaerobă este un proces complex care se desfăsoară in două faze:

faza de lichefiere;

faza de gazeificare.

In prima parte a stadiului nemetanogen (hidroliza), celulele mai mari ale biopolimerilor, ce formează substanta organică din nămol, sunt transformate (lichefiate) in unităti mai mici, permeabile membranelor celulelor microorganismelor. In a doua parte a acestui stadiu de fermentare (acidogeneză), moleculele mici solubile obtinute in faza de hidroliza sunt transformate prin mecanisme variate dependente de structura compusului si de microorganismul implicat, in acizi grasi volatili – AGV (acetic, lactic, propionic etc), compusi neutri (etanol), gaze(CO2 si H2S, amoniac) si apă. Microorganismele care concură la faza acidogeneză au un timp de generare foarte scurt in comparatie cu cele specifice fazei metanogene.

In subfaza de acetogeneză are loc, sub actiunea bacteriilor acetogene, transformarea AGV in acid acetic, hidrogen molecular si dioxid de carbon.

Hidrogenul ce apare in procesul de metanogeneză nu este detectabil decat foarte rar,deoarece el este rapid si preferential oxidat de bacteriile metanogene cu reducere a gazului CO2la CH4 si apă. Dacă H2 nu este oxidat pe această cale, atunci se va acumula un amestec de produsi intermediari care pot inhiba descompunerea si utilizarea substratului prin modificarea pH-ului.

In cazul fermentării aerobe, microorganismele care catabolizează aceste transformări, vor consuma in intregime energia continută in substanta organică si o vor transforma in căldură, precum si in energia necesară inmultirii microorganismelor. Energia termică nu poate fi utilizată tehnic decat in cazuri cu totul particulare si aceasta duce la cresterea entropiei lichidului prelucrat. De asemenea, biomasa in exces va trebui prelucrată si reintrodusă in circuitul natural.

La inceputul procesului, viteza de fermentare si de producere a biogazului este mică dar, apoi creste, pentru ca la sfarsitul procesului să descrească din nou, atunci cand productia de gaz se apropie de valoarea limită.

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

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

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

– concepția și condițiile de exploatare ale instalatiilor de fermentare: temperatura, sistemul de alimentare și evacuare, sistemul de incălzire, de recirculare, de omogenizare, timpul de fermentare, incărcarea organică etc.

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

Se vor analiza cativa dintre factorii de influenta asupra procesului, ce pot fi dirijați in sensul dorit.

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

Componenta organică a fazei solide prezintă, de asemenea, importanta in procesul de mineralizare și in producția gazului. Se apreciază că o reducere minimă de 50% a componentei organice asigură o stabilitate relativă a nămolului. Compoziția gazului nu este influentată de gradul de descompunere al materiei organice, ci de componentele organice. Principalele grupe de substanțe organice prezente in componenta volatilă, cu implicație asupra cantitatii și compoziției gazului de fermentare sunt: hidratii de carbon, proteinele și grăsimile. In tabelul urmator.se prezintă producția specificăși compoziția gazului la cele trei grupe de substanțe organice.

Tab.IV.2.4. Producția și compoziția gazului pe principalele grupe de substanțe organice din nămol

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

Componenta minerala , in special sărurile de azot și fosfor prezintă importanta in fermentarea anaerobă. Sunt stabilite anumite rapoarte optime intre carbon organic, azot și fosfor,o producție bună de gaz obtinandu-se la raportul Corg / Norg = 13 – 14. O serie de cationi ( Ca2+,Mg2+, Na+,' K+, NrT) produc inhibarea fermentari anaerobe la concentrații peste 10 g/1. Sărurile de sodiu sunt relativ toxice fata de bacteriile metanice, astfel că in cazul de neutralizare a nămolului supus fermentării este indicat să se evite hidroxidul de sodiu.

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

In tabelul urmator se indică limitele de concentrații pentru unele substanțe cu efecte toxice in procesul de fermentare.

Tab.IV.2.5. Limitele de concentrație pentru unele substanțe cu influenta asupra procesului de fermentare

O altă categorie de substanțe cu caracter inhibitor sau toxic sunt și unele substanțe organice, in concentrație mare, cum ar fi alcool metilic, etilic, propilic, izoamilic, benzen, toluen, peste 1 g/1; alcooli superiori peste 0,1 – 0,2 g/1; substanțe tensioactive peste 20 mg/1 ,nămol. De asemenea pesticidele, in special cele organo-clorurate, produc dereglări in procesul de fermentare.

Influența pH-ului. Fermentarea anaerobă se desfasoară in condiții optime la pH = 6,8 – 7,6, interval in care producția și compoziția gazului sunt normale. Modificarea pH-ului apare la modificarea calitatii nămolului de alimentare sau la exploatarea incorectăa instalației.

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

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

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

– fermentare mezofilă (32-35°C);

– fermentare termofilă (*55°C).

In practicăeste larg aplicată fermentarea mezofilă.

Fermentarea termofilă, deși prezintă unele avantaje, ca reducerea duratei de fermentare și deci a volumului instalatiilor, este totuși rar utilizată, intrucat implică consumuri suplimentare de energie calorică (mai ales in perioada de iarnă) și formează cruste și spume in bazine.

Microorganismele care participă la procesul de fermentare și, indeosebi, cele metanice, sunt foarte sensibile la variații de temperatură chiar de 2-3C, intervalul de temperatură și menținerea ei intr-un regim constant reprezentand factori importanți ai procesului. Incălzirearezervoarelor de fermentare la temperaturile proiectate se face, in principal, cu schimbătoare decăldură exterioare, care asigurăși o omogenizare a nămolului, precum și o preincălzire anămolului brut.

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

Cercetări recente asupra mecanismelor de degradare și conversie a materiei organice din nămol au pus in evidenta căi de stimulare a procesului de fermentare prin factori exogeni. Astfel adaosuri de medii nutritive pentru bacterii, adaosuri de vitamine și alți factori de creștere au condus la sporirea producției de gaz de fermentare cu 10-15%.

IV.3. INSTALATII PENTRU FERMENTAREA NAMOLURILOR

Constructiile pentru fermentarea anaeroba a namolului sunt foarte diferite, dar se pot clasifica dupa anumite criterii:

Astfel, dupa pozitia spatiului de fermentare fata de apa uzata deosebim:

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

separate de apa uzată: rezervoare si bazine de fermentare.

Fosele septice sunt constructii in care, intr-un singur volum, se produce simultan atat decantarea apei, cat si fermentarea nămolului rezultat din sedimentare. Ele sunt folosite pentru obiective izolate care deserves maximum 50 -100 locuitori, adică pentru un debit de pană la 15 m3/zi. Timpul de decantare, respectiv de epurare este de minimum 2 zile si maxim 10 zile. La un debit specific de 150 dm3/loc zi rezultă un volum de 300 cm3/loc, pană la 1.500 dm3/loc. Volumul din urmă permite epurarea biologică deoarece aici nu fermentează numai nămolul, ci si apa uzată.

Fluidul epurat poate fi evacuat in bazine de infiltratie existente in apropiere, sau se poate vidanja cu ajutorul unor utilaje speciale si se transportă la cea mai apropiată statie de epurare. Nămolul se evacuează odată sau de două ori pe an. După fiecare evacuare se lasă in bazin o cantitate de nămol vechi, adică un nămol ce contine bacterii metanice necesare pentru fermentarea nămolului proaspăt ce urmează a fi mineralizat.

Pentru colectivităti mici, de sub 50 locuitori, se poate adopta o fosă septică cu forma din figura IV.3.9, unde circulatia apei este perimetrală, fiind asigurată de existenta unui perete interior cu mai multe ramificatii care delimitează zonele de depunere ale nămolului.

Figura IV.3.9

1. conducta de alimentare; 2 – conducta de evacuare; 3 –

perete exterior prefabricat; 4- perete interior din beton

monolit.

Pentru calculul zonei de nămol a fosei septice se consideră o normă de depunere de 0,8dm3/loc-zi la o umiditate de 95%. In perioada de 180 zile dintre două evacuări a nămoluluifermentat, se poate estima că umiditatea nămolului, datorită compactării scade la 90%, iar volumul nămolului, ca urmare a fermentării substantelor organice, se reduce, in medie, cu 30%.

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

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

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

Schema standard, pentru o instalatie de mică încărcare cu substante organice (figura IV.3.10.a) constă într-o singură treaptă în care introducerea nămolului proaspăt si evacuarea celui fermentat se face prin intermitentă (2-3 ori zi). Lipsa agitării favorizează aparitia în asa numitul digestor a următoarelor zone: zona de spumă (la partea superioară), o zonă de apă cu nămol, o zonă ocupată de nămol în curs de fermentare (zona activă) si zona inferioară în care sedimentează nămolul fermentat si inert (mineral). Instalatiile de acest gen ne-fiind încălzite,au o durată de fermentare de peste 30 zile, specifică fermentatiei criofile.

Periodic se evacuează apa de nămol si spuma pentru a mări zona activă de fermentare. Instalatiile de fermentare de mare încărcare dispun în plus de un sistem de amestecare a nămolului si de oinstalatie de încălzire a nămolului, fapt ce asigură o crestere a productivitătii si o scurtare a perioadei defermentare.

Temperatura interioară este de 30–350°C (fermentare mezofilă), iar durata de fermentare este de peste 15 zile. Datorită dezavantajelor acestor tipuri de instalatii s-a trecut la modernizarea acestora si astfel s-a ajuns la instalatii în două trepte, care rezolvă o parte din dezavantaje. O astfel de instalatie care este prezentată înfigura IV.10.b.

Figura IV.3.10.

Instalatie de fermentare de mica incarcare b. Instalatie de fermentare in doua trepte

S-a continuat modernizarea instalatiilor si a apărut o nouă generatie de instalatii de fermentare de contact (figura IV.3.11) si care este asemănătoare cu cea precedentă, cu deosebire că aici nămolul fermentat din treapta a doua este recirculat in prima treaptă pentru insămantarea nămolului proaspăt.

Figura IV.3.11.

Instalatia functionează in analog cu treapta biologica a bazine de aerare, dar in prezent nu cunoaste o răspandire prea mare.

Forma constructivă a digestoarelor este de obicei circulară, dar au apărut forme noi de rezervoare care au rezultat din studiul suprafetelor de rotatie. Tipizarea intregului ansamblu,constituie singura alternativa economică. Deoarece forma constructivă imprimă un aspect arhitectonic important al statiei de epurare, se impune a avea in vedere alegerea variantei care să satisfacă si această cerintă.

Se recomandă utilizarea de rezervoare de mare capacitate, respectiv capacităti de 8.000 m3, diametre de 12 m si inăltimi de 34 m care sunt mai economice din punct de vedere al bilantului termic, fată de solutia folosirii mai multor rezervoare mici insumand aceeasi capacitate. De obicei se utilizează două rezervoare de aceeasi capacitate, intre care se prevede o constructie specială numită cameră de manevră. Aici sunt montate pompele de recirculare a nămolului, schimbătoarele de căldură, numeroase vane de manevră, echipamentul de control al fermentării, echipamentul electric de control, recuperatoarele de căldură, etc. Această camera trebuie să fie bine ventilată si prevăzută cu sisteme automate de alarmă la aparitia pericolului de explozie datorită amestecului gaz metan cu aer.

Pe conducta de transport a gazul de fermentatie (biogaz) spre gazometre si central termică, trebuie să se prevadă: o instalatie de introdus mercaptan in biogaz, numită odorizator; o instalatie de eliminare a hidrogenului sulfurat (purificator de H2S); o instalatie de retinere a condensului si a eventualelor particule in suspensie si un debitmetru de gaz.

Fermentarea nămolului in două trepte se recomandată pentru statiile de epurare ce deservesc localităti cu peste 300.000 locuitori si are in vedere recuperarea unei cantităti suplimentare de gaz, precum si realizarea unui nămol ingrosat cu calităti superioare pentru procesarea ulterioară.

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

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

Dimensionarea tehnologică a rezervoarelor de fermentare constă in determinarea volumului de fermentare, a dozei de incărcare zilnică, a volumului.de gaze evacuate, a durateide fermentare, a cantitătii de căldură necesară, precum si dimensiunile instalatiilor de amestecare, de transport a nămolului, a pompelor de recirculare, inclusiv stabilirea aparatelor demăsură si control.

Deoarece, pentru stabilirea volumului de fermentare, nu s-a reusit o exprimare matematică a procesului, calculele se efectuează prin diferite metode experimentale bazate pecercetările efectuate de către Popel, Roediger, Noack si altii.

După numărul de locuitori, volumul de fermentare se calculează pe baza volumului specific de fermentare a cărui valoare, se recomandă a fi luate din literatura de specialitate(Imhoff, 1990, Triebel- 1978).

In tara noastră, gazul de fermentatie este utilizat la prepararea agentului termic necesar procesului de fermentare (apă caldă, abur etc), precum si la incălzirea spatiilor administrative din cadrul statiei de epurare.

In privinta gazometrelor trebuie mentionat faptul că există in prezent tendinta, din motive economice si de exploatare, să se realizeze noi tipuri de rezervoare de inmagazinare bazate pe o membrană elastică din cauciuc special.

In Statele Unite ale Americii, biogazul produs este amestecat cu gazele naturale si este distribuit prin retele de conducte spre a fi utilizat in domeniul casnic, iar in Japonia biogazul purificat este lichefiat, imbuteliat si comercializat.

Fermentarea aerobă a nămolului

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

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

– exploatare simplă;

– lipsa mirosurilor neplăcute;

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

Dintre dezavantaje se semnalează, ca mai importante, consumul de energie pentru utilajele de aerare proprii, comparativ cu fermentarea anaerobă care produce și gaz de fermentare.

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

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

Tab.IV.3.6. Date comparative privind fermentarea anaerobă și aerobă

IV.4. CONDIȚIONAREA NĂMOLULUI

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

Condiționarea chimică

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

– minerali: sulfat de aluminiu, clorhidrat de aluminiu, clorură ferică, sulfat feros , oxid de calciu, extracte acide din deșeuri;

– organici: polimeri sintetici (anioni, cationi sau neionici), produși de policondensare sau polimeri naturali;

– micști: amestec de polimeri sintetici cu săruri minerale sau amestec de coagulanți minerali.Reactivii anorganici cei mai des utilizați pentru condiționarea nămolului sunt cloruraferică și varul, fiecare având un câmp de acțiune propriu. Sulfatul feros este mai economic, darare o acțiune corozivă. Sărurile de aluminiu, în special clorhidratul de aluminiu, sunt eficiente,mai puțin corozive, dar costul este mai ridicat.

Dintre polimerii organici, cei cationici se pot utiliza singuri, iar cei anionici și neionici, în asociere cu alți coagulanți minerali. În general, dozele de polimeri organici sunt mult mai redusedecât la cei minerali, dar costul este încă ridicat. Alegerea coagulantului și doza optimă se fac pebaza încercărilor experimentale de laborator, întrucât alegerea depinde de proveniența nămolului,compoziția sa chimică, gradul de dispersie, tehnologia de deshidratare ce urmează a se aplica etc.

Pentru fiecare tip de nămol și pentru fiecare coagulant, floculant sau amestec, se stabilește doza optimă pe cale experimentală.

Condiționarea termică

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

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

Figura IV.4.12.

1 – bazin de stocare nămol brut; 2 – pompă; 3 – schimbător de căldură; 4 – reactor termic; 5 – vană de descărcare automată; 6 –bazin de stocare nămol tratat termic; 7 – pompă; 8 – filtru presă; 9 – cazan preparare abur.

Principalele părti ale instalatiei mentionate, sunt: bazinul pentru stocarea nămolului proaspăt, schimbătorul de căldură în care nămolul proaspăt este preâncălzit de către nămolul tratat, reactorul în care se realizează tratarea nămolului la temperatura de 100 -200 șC, cazanul (boilerul) pentru prepararea aburului necesar ridicării temperaturii în reactor si bazinul de stocare a nămolului tratat. Această instalatie de conditionare termică a nămolului are un consum de energic electrică de 3,0- 4,0 kWh/m3 nămol si de circa 1,5 dm3păcură/m3 nămol pentru prepararea aburului. Cantitatea de abur, tinând seama de pierderile de căldură din sistem, este de 60- 70 kg abur/m3 nămol.

Cu toate neajunsurile de ordin energetic, conditionarea termică se recomandă a fi aplicată deoarece elimină mirosurile neplăcute, asigura sterilizarea nămolului prin distrugerea bacteriilor, reducerea continutului de substantă organică, elimină necesitatea de reactivi chimici etc.

Elutrierea (spălarea) nămolului, împreună cu conditionarea chimică ocupă un loc important în cadrul tratării preliminare a nămolurilor. Elutrierea nămolului este un proces fizic de conditionare care asigură scăderea rezistentei specifice la filtrare prin eliminarea din nămolul fermentat sau brut mineral a coloizilor si aparticulelor fin dispersate. Pe de altă parte, elutrierea reduce si alcalinitatea nămolului, necesară în special,când se prevede folosirea de reactivi pentru conditionarea nămolului (cazul vacuum – filtrelor).Deoarece în procesul de fermentare anaerobă a nămolurilor organice, cantitatea de amoniac ce se formează,la care se adaugă acizi organici si bicarbonati, conduc la o crestere a alcalinitătii fată de nămolul brut, prin elutriere se reduce această alcalinitate si deci si necesarul de coagulant pentru conditionarea chimică.Ca agent de elutriere se utilizează apa de râu, de retea, din statia de epurare (după treapta biologică), iar dinpunct de vedere tehnologic această operatie se desfăsoară în bazin deschis care functionează într-o treaptă,în două trepte sau în contra curent.

IV.5.DESHIDRATAREA NĂMOLULUI

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

Metodele mecanice de deshidratare sunt larg aplicate pentru diferite tipuri de nămol (nămol brut, fermentat, de precipitare etc). Pentru a obține o separare eficientă a fazelor se impune condiționarea prealabilă a nămolului.

Deshidratarea naturală pe platforme de uscare a nămolului este larg utilizată, având în vedere simplitatea construcției și costul redus de exploatare.

Platformele de uscare sunt suprafete de teren îndiguite în care se depozitează nămolul. Dimensiunile platformelor de uscare sunt alese în funcție de metoda adoptată pentru evacuarea nămolului deshidratat. Când evacuarea nămolului se face manual, latimea patului nu trebuie sădepasească 4 m; evacuarea cu mijloace mecanizate permite o latime de până la 20 m. Lungimea platformelor de uscare este determinate, în principal, de panta terenului și nu trebuie să depasească 50 m. Platformele pot fi așezate pe un strat de bază permeabil sau impermeabil.Stratul de drenaj permeabil se execută din zgură, pietriș sau piatră spartă cu o grosime de 0,2-0,3m (stratul de susținere), peste care se așează un strat de nisip sau pietriș mai fin, cu o grosime de0,2 – 0,6 m. În stratul de susținere se îngroapă tuburile de drenaj pentru colectarea apei drenate.

Similitudinea dintre drenarea apei pe platforme și filtrabilitatea nămolului a permis stabilirea unor relații pentru determinarea duratei de drenare a apei, relații ce s-au verificat cu dateleexperimentale

unde:

td – timpul de drenaj, în zile ;

h – vâscozitatea dinamică a nămolului, în g/cm s;

h – înălțimea stratului de nămol, în cm;

r n – densitatea nămolului, în g/cm3;

R – r 1010 , rezistența specifică convențional la filtrare a nămolului, în cm/g;

P -diferența de presiune, în g/cm2;

Wi – umiditate inițială, în %;

Wfl – umiditatea la sfârșitul drenării, în %.

Grosimea stratului de nămol ce se trimite pe paturi depinde de caracteristicile materialului și de climatul zonei respective. În general, o înălțime de circa 0,20 m este recomandabilă pentru o climă temperată.

Determinarea duratei de deshidratare a nămolului pe platformele de uscare presupune cunoașterea proprietatilor fizico-chimice ale nămolului și regimului climatic al zonei respective.În general, în climat temperat, durata de deshidratare este cuprinsă între 40 și 100 zile, ceea ce înseamnă că, în total, se poate conta pe o grosime de nămol ce se răspândește pe platformă de 1,5- 2,0 m pe an, respectiv o productivitate de 80 – 100 kg substanta uscată/m2 an.

Deshidratarea mecanică pe vacuum-filtreeste procedeul tehnic cel mai larg utilizat în prezent pentru drenajul artificial al apei. Forma constructiva a vacuum-filtrelor poate fi diferită (cu disc, taler sau tambur), vacuum-filtrele cu tambur fiind cele mai utilizate pentru deshidratarea nămolurilor provenite din epurarea apelor uzate. Pentru determinarea suprafeței de filtrare necesară se utilizează relatia:

St – suprafața de filtrare necesară, în m2;

Q – debitul de nămol, în m3/zi;

r n – densitatea nămolului, în gr/cm3;

Wi – umiditatea inițială a nămolului, în%;

Lt – productivitatea (încărcarea) vacuum-filtrului, în kg/m2h.

Productivitatea vacuum-filtrului se poate stabili pe baza determinărilor de laborator rezistența specifică la filtrare și coeficientul de compresibilitate – sau pe baza încercărilor peinstalații pilot.

L – productivitatea, în kg substanta uscată/m2h;

P – presiunea de lucru, în mmHg;'

R= r 1010 – rezistența specifică convențional la filtrare a nămolului, în cm/g;

h – vâscozitatea filtratului, în c.p.;

m – fracțiunea de imersare, în %;

M – durata de rotație a tamburului, în min;

K – factor de corecție (0,75);

r f – densitatea filtratului, în g/cm2;

Wi – umiditatea inițială a nămolului, în %;

Wf – umiditatea finală a nămolului, în %.

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

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

Deshidratarea mecanică pe flltre presă

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

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

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

Timpul de presare propriu-zis se poate determina pe baza'caracteristicilor nămolului și a parametrilor constructivi ai instalației.

unde:

tp – timpul de presare, în h;

h – vâscozitatea filtratului, în c.p.;

R = r 101 ° – rezistența specifică conventională la filtrare a nămolului, în cm/g;

d – distanța dintre plăci, în cm;'

P – presiunea de lucru, în at;

Wi – umiditatea inițială a nămolului, în %;

Wf – umiditatea finală a nămolului, în %;

r n – densitatea nămolului, în g/cm3.

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

În tabelul urmator se prezintă date asupra duratei de presare pentru diferite tipuri de nămol.

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

Tabel IV.5.7. Timpul de presare a unor nămoluri industrial

Deshidratarea mecanică prin centrifugare

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

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

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

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

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

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

Pentru realizarea unui grad înalt de recuperare a solidelor din nămol (centrat limpede) se poate acționa prin descreșterea debitului de alimentare, creșterea consistenței nămolului,creșterea temperaturii și creșterea dozei de coagulant. Creșterea gradului de deshidratare a nămolului se poate realiza prin scăderea debitului de alimentare sau creșterea temperaturii, chiar și fără adaos de coagulanți. În general, turte bine uscate sau centrat mai puțin limpede dacă nu se are în vedere o conditionare corespunzătoare a nămolului.

Eficiența procesului se exprimă prin eficiența de îndepărtare a substanțelor din nămol și se caracterizează cu relația:

în care:

E – randamentul de recuperare, în %;

St – conținutul de solide în turtă, în %;

Si – conținutul de solide la alimente, în %;

Sc – conținutul de solide în centrat, în %.

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

În tabelul urmator se indică performantele obținute la deshidratarea unor nămoluri din industria textilă pe centrifugă cilindro-conică, cu nămol condiționat cu polielectroliți organici.

Tabel IV.5.8. Performanțe la deshidratarea prin centrifugare

Deshidratarea mecanică pe filtru preset cu bandă

Acesta este un echipament construit și introdus recent pentru deshidratarea nămolului. În general, se obțin performanțe bune, cu nămoluri având o concentrație inițială în solide de circa4%.

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

În tabelul urmator se prezintă performanțele filtrului presă cu bandă pentru diferite tipuri de nămol.

Table IV.5.9. Performanțe la deshidratarea pe filtru presă cu bandă

IV.6. INCINERAREA NĂMOLULUI

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

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

Prelucrarea nămolului înainte de incinerare trebuie să conducă la autocombustie. Ținând cont de un necesar de 2,6 MJ/kg pentru evaporare și pierderi de energie de minimum 10%, se recomandă o umiditate a nămolului la alimentare de circa 50%. Dacă umiditatea este mai mare sau dacă temperatura de combustie trebuie să fie mai mare de 750°C, pentru a evita degajarea mirosurilor neplăcute apare necesitatea combustibilului suplimentar.

Toate instalațiile de incinerare trebuie echipate cu instalații de spălare sau filtrarea gazelor de ardere, până la obținerea unui conținut de suspensii (cenușă) la evacuare de 150-200g/m3.

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

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

Cuptorul rotativ

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

Cuptorul cu pat fluidizat

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

Cuptorul cu vetre multiple

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

Alte tipuri de instalații

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

IV.7 VALORIFICAREA SI EVACUAREA FINALĂ A NĂMOLURILOR

Valorificarea nămolurilor nu constituie un scop in sine in epurarea apelor uzate urbane, ea trebuie considerata numai ca fiind un mijloc de indepărtare nămolurilor din zona statiilor de epurare, fără a avea un impact negative asupra mediului. Nămolul din statiile de epurare urbane contin, in afară de gazele de fermentare, unele substante care pot fi valorificate. Unele dintre acestea, cum sunt substantele hrănitoare pentru sol si plante si-au găsit o largă utilizare. In schimb, recuperarea de metale si de alte substante utile se aplică in special, la nămolurile provenite din apele uzate industriale.

Valorificarea nămolurilor ca fertilizatori ai solului depinde de procesul de tratare a acestuia. In plus, nămolul furnizează solului substante organice si elemente chimice, cum sunt Fe, Mn, Zn, Cu, Mo etc. dar, acelasi timp, el poate contine si o serie de elemente si substante nedorite, care, depăsind o anumită concentratie pot deveni dăunătoare atat pentru sol si plante, cat si pentru apele de suprafată si subterane. In această categorie intră metalele grele, microorganismele patogene si compusii organici persistenti.

Azotul total continut in nămolul proaspăt este de 4,5% in greutate uscată si de 1,13% in nămolul fermentat, el fiind esential pentru dezvoltarea frunzelor si tulpinelor plantelor, fosforul sub forma de acid fosforic, actionează asupra cresterii rădăcinilor plantelor, fiind 2,25% in nămolul proaspăt si de 0,75% in nămolul fermentat.

Potasiul sub formă de oxid de potasiu (K2O) ajută la formarea clorofilei, iar continutul lui in nămol proaspăt este de 0,5% si de 0,25% in nămolul fermentat, exprimate in greutateuscată fată de cea a nămolului proaspăt (Roediger – 1982). Substantele organice din nămolparticipă la formarea humusului cu consecinte favorabile privind capacitatea solului de a retineapa, de a rezista la eroziune si de a constitui un substrat pentru bacterii. Analizand valorilesubstantelor fertilizante din nămolul proaspăt si cel fermentat, rezultă că nămolul fermentatcontine cu 40- 50% mai putine substante fertilizante decat nămolul proaspăt. Folosirea nămoluluiin agricultură se face sub formă de nămol lichid proaspăt, nămolul lichid stabilizat aerob, nămollichid pasteurizat, nămol deshidratat, nămol compostat, nămol uscat (granule sau pulbere) etc. Intoate cazurile fiind obligatorie analiza compozitiei chimice a nămolului, precum si respectareanormelor si restrictiile ecologice recomandate de agentiile de protectia mediului

Pentru eliminarea pericolului de infectare a solului, a culturilor, apelor freatice etc, cu germeni patogeni, ouă de paraziti etc, trebuie luate o serie de măsuri de diminuare a potentialului infectios. In acest scop, specialistii consideră necesară o tratare suplimentara a nămolului (lichid sau deshidratat) in vederea dezinfectiei lui recomandand pasteurizarea, iradierea, tratare cu agenti chimici, compostarea etc.

Pasteurizarea constă in incălzirea nămolului la 80- 900 C cateva minute, inainte sau după fermentare, utilizand vapori de apă caldă, arzătoare sau instalatii cu microunde. Un alt procedeu de dezinfectie termică il reprezintă si uscarea nămolului.

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

Compostarea constituie un procedeu de mineralizare a materiei organice continute in nămol cu ajutorul microorganismelor, realizandu-se in final un material inofensiv, cu volum si greutate reduse, ce poate fi utilizat fără dificultăti, din punct de vedere igienic, ca ingrăsămanta gricol. Nămolul se pretează mult mai bine la compostare dacă este amestecat cu gunoi menajer.

IV.8 ASPECTE LEGISLATIVE PRIVIND VALORIFICAREA NĂMOLULUI IN AGRICULTURĂ

Prin Legea Protectiei Mediului s-a stabilit cadrul legislativ global in cadrul căreia urmează să se emită ordine, directive si instructiuni specifice pe domeniu, intre care se va detalia si problema reciclării nămolurilor provenite de la statiile de epurare urbane in general si avalorificării in agricultură, in particular, in stransă corelare cu parametrii fizico- chimici ai nămolului, intre care foarte important rămane, continutul in apă, concentratia in substante organice biodegradabile, concentratia in metale grele si agenti patogeni. Aceste instructiuni devin absolut necesare in momentul de fată, deoarece pană la nivelul anului 1990 problema evacuării nămolului din statiile de epurare din tara noastră nu era solutionată in nici un fel prin acordurile si avizele de functionare. In prezent, in conditiile in care proprietatea privată asupra terenurilor in general, si agricole, in special, s-a stabilit prin lege, evacuarea nămolului pe terenuri trebuie să se facă conform unor norme tehnice si conditii legislative convenabile pentru statiile de epurare si cu atat mai mult pentru detinătorii de terenuri. In acest context, livrarea nămolului către agricultori se va face in conditiile respectării actelor normative ce se referă lacalitatea si controlul acesteia. Pentru a avea o vedere de ansamblu asupra acestei probleme, se vor prezenta unele aspecte legislative din tările cu mare experientă in acest domeniu, care vorservi ca elemente orientative la elaborarea normelor tehnice de depozitare si valorificare anămolului rezultat din statiile de epurare din Romania.

In Statele Unite ale Americii depozitarea nămolurilor este reglementată de Legea privind Recuperarea si Conservarea Resurselor si de Decretul pentru Apă Curată (Clear Water Act), aprobate de Congresul S.U.A. si aplicat in toate statele. In conformitate cu aceste legi Agentiapentru Protectia Mediului (Environmental Protection Agency- EPA), a editat Reglementărilefinale privind depozitarea nămolului, care din punctul de vedere al sănătătii publice are in vedereexistenta a trei feluri de nămoluri:

nămoluri brute nestabilizate, care, potrivit reglementărilor, nu se folosesc pe terenuriagricole, ci sunt ingropate, incinerate sau uscate la cald;

nămoluri prelucrate prin procese aerobice sau anaerobice, dezinfectare cu clor sau var,compostare si tratament termic, toate procesele urmărind reducerea agentilor patogeni. După imprăstierea pe sol a nămolurilor respective, păsunatul este interzis timp de 6 luni, iar terenurile arabile nu se folosesc timp de 3 ani pentru recolte care vin in contact cu culturile ce sunt destinate consumului uman;

nămoluri prelucrate pentru o nouă reducere a agentilor patogeni si care nu au nici un felde restrictive privind folosirea in agricultură. Procedeele de tratare pentru aceastăcategorie de nămoluri, constau in iradiere la energii inalte sau procese termice depasteurizare, tratare termică, digestie termofilă (50- 55°C). De regulă in aceste nămolurisunt adăugate anumite doze de ingrăsăminte chimice. Nămolul se aplică pe teren dinaprilie pană in octombrie, prin incorporare in sol, dozele ajungand pană la 70 t SU/ha,pentru terenuri cultivate cu porumb.

Ca regulă principală se urmăreste să se evite contaminarea lanturilor alimentare, astfel incat cerealele recoltate de pe terenurile pe care s-a administrat nămol să fie folosite numai la hrănirea animalelor.

La nivel european, valorificarea in agricultură a nămolului din statiile de epurare urbane a făcut obiectul unei reglementări comune (Consiliul European – 1986) cunoscută sub denumirea Directiva CEE 86/278 care are rolul de a reglementa utilizarea nămolului in agricultură in asa fel incat să se evite efectele nocive asupra solului, vegetatiei, animalelor si omului, incurajand, totodată, utilizarea lui de către agricultori tocmai pentru a coordona legislatia internă a tărilor componente, astfel incat să nu apară disfunctionalităti in comercializarea produselor agricole.

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

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

caracteristica sarjei livrate, respectiv greutatea, starea fizică, continutul in substante uscate, in elemente fertilizante si concentratia in metale grele;

prescriptii si recomandări de utilizare (doze), frecventa de aplicare in functie deconcentratia in metale grele).

Directiva 86/278 CEE, mai prevede, pentru protectie sanitară, ca nămolul să fie tratat pe cale biologică,chimică sau termică, prin stocaj pe termen lung sau prin orice procedeu care săconducă la reducerea semnificativă a puterii de fermentare, cat si a concentratiei in agentipatogeni. Cu privire la modul de aplicare pe terenuri, se recomandă să se păstreze o distantă de35 m fată de puturi, surse de apă, aductiuni si de 200 m fata de cursurile de apă dacă pantaterenului este mai mare de 7%. Pentru păsuni si culturi furajere să se păstreze 30 zile intreimprăstiere si recoltare, iar pentru terenuri destinate legumelor si fructelor proaspete să serespecte un an, dau nu mai putin de 10 luni intre imprăstiere si recoltare.

Se interzice aeroaspersiunea, cu exceptia unor planuri speciale de aplicare a nămolului, iar in cazul nămolurilor solide sau sub formă de pastă este obligatorie incorporarea in sol inmaximum 24 ore, in afara cazurilor de fortă majoră.

CAPITOLUL V

V.I.TEHNOLOGII DE PRELUCRARE AVANSATA A NAMOLURILOR

EPURAREA APELOR UZATE

Epurarea- reprezinta procesul complex de retinere si neutralizare a substantelor daunatoare dizolvate, in suspensie sau coloidale prezente in apele uzate industriale sau menajere in statii de epurare. Principalul scop este de a imbunatatii calitatea acestor ape pentru a putea fi deversate in emisar fara a prejudicia flora sau fauna. Dupa ce apa este epurata in statii de epurare ea poate fi chiar refolosita in anumite domenii sau procese tehnologice.

Epurarea apelor uzate poate fi in functie de caracteristicile apei si cerintele evacuarii in emisar mai mult sau mai putin complexa astfel avand statii de epurare simple mecano-biologice sau statii de epurare complexe. Apele uzate cu caracter predominant anorganic vor fi tratate in statii de epurare numai prin mijloace fizico-chimice de retinere si neutralizare: sedimentare, neutralizare, precipitare, coagulare, floculare, adsorbtie pe carbune activ, schimb ionic. Apele uzate cu caracter predominant organic sunt epurate intr-o statie de epurare prin procedee fizico-biologice.

Tipuri de procedee de epurare

Epurarea mecanică

Asigură eliminarea din apele uzate a:

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

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

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

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

Epurarea mecanică (primară) este obligatorie în toate schemele stațiilor de epurare

independent de mărimea debitului și configurația tehnologică a proceselor și treptelor de epurare considerate.

Epurarea biologică convențională (secundară)

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

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

Epurarea avansată

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

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

Epurarea terțiară

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

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

Calitatea apelor uzate influente în stația de epurare

Caracteristicile calitative ale influentului (apele uzate brute care sunt admise în stația de epurare) se stabilesc astfel:

– pe baza studiilor hidrochimice efectuate înainte de proiectarea stațiilor noi;

– prin analiza bazei de date (rezultatele rapoartelor de monitorizare) pentru stațiile de epurare existente care necesită extindere sau retehnologizare;

– prin asimilarea valorilor indicatorilor de calitate înregistrați la alte stații de epurare care deservesc localități cu sistem de canalizare, dotări edilitare, activități sociale si industriale similare si un număr apropiat de locuitori;

– prin calculul principalilor indicatori de calitate pe baza încărcărilor specifice de poluant (g/loc.echivalent,zi), pentru localități unde rețeaua de canalizare se execută simultan cu stația de epurare.

Principalii indicatori de calitate sunt clasificați în 4 categorii: fizice, chimice, bacteriologice si biologice.

Caracteristici fizice

Caracteristicile fizice ale apelor uzate sunt: turbiditatea, culoarea, mirosul si temperatura.

Turbiditatea apelor uzate indică în mod grosier conținutul de materii în suspensie.Turbiditatea se exprimă în grade NTU. Turbiditatea nu este o analiză utilizată curent.

Culoarea apelor uzate proaspete este gri deschis, apele uzate în care substanțele organice au intrat în fermentație au culoarea gri închis. Apele uzate care au culori diferite de cele de maisus indică pătrunderea în rețea a unor cantități de ape uzate industriale, care pot da culori diferiteapei, în funcție de natura si proveniența impurificatorilor.

Mirosul apelor uzate proaspete este un miros specific insesizabil. Mirosul de ouă clocite (H2S) sau alte mirosuri indică că materia organică din apa uzată a intrat în descompunere sauexistența unor substanțe chimice din ape uzate industriale.

Temperaturaeste caracteristica fizică cea mai importantă care influențează cele mai multe reacții chimice si biologice care se produc în apele uzate. Temperatura apelor uzate este deobicei mai ridicată decât a apelor de alimentare, cu 2 – 3oC (corelat cu anotimpurile).

Caracteristici chimice

Apele uzate comunitare prezintă caracteristici diferite funcție de locație ca : număr delocuitori, zonă de amplasare, dotarea cu utilaje electrocasnice, obiceiuri; acestea se determinăpentru fiecare locație prin analize de detaliu.

Principalele caracteristici chimice ale apelor uzate sunt :

Materiile solide totale. Materiile solide totale cu cele două componente ale acestora:materiile solide în suspensie si materiile solide dizolvate servesc la stabilirea eficiențeiproceselor de epurare în diferite etape. Materiile solide în suspensie, pot fi separabile prindecantare (> 100 μ). Materiile solide dizolvate, coloidale minerale și organice sunt eliminate îninstalațiile de epurare biologică.

Oxigenul dizolvat.Apele uzate conțin oxigen dizolvat în cantități reduse.Când suntproaspete sau după epurarea biologică pot conține 1 – 2 mg/dm3.

Consumul biochimic de oxigen (CBO). Consumul biochimic de oxigen al unei ape estecantitatea de oxigen consumată pentru descompunerea biochimică în condiții aerobe a materiilororganice biodegradabile la temperatura si timpul standard. Timpul standard se consideră 5 zile,iar temperatura standard 20oC; notația curentă este CBO5.

Consumul chimic de oxigen (CCO) sau oxidabilitatea apei, reprezintă cantitatea deoxigen, în mg/dm3, necesară pentru oxidarea tuturor substanțelor organice oxidabile.

Carbonul organic total (COT) pune în evidență cantitatea de materii organice din apeleuzate prin conversia lor în dioxid de carbon.

Stabilitatea relativă a apelor uzate se determină prin marcarea timpului (în zile) pentru caoxigenul conținut într-o probă de apă să fie consumat la temperatura de 20 °C.

Caracteristici biologice și bacteriologice

În apele uzate se întâlnesc diferite organisme miscroscopice (virusuri, bacterii, ciuperci,protozoare, larve de insecte, viermi). Absența microorganismelor din apa uzată indica prezențaunor substanțe toxice.

Stabilirea caracteristicilor bacteriologice ale apei au ca scop determinarea genului,numărului și condițiilor de dezvoltare a bacteriilor în influentul și efluentul stației de epurare șiîn emisar. În apele uzate se deosebesc următoarele categorii de bacterii:

– banale – nu sunt dăunătoare organismelor vii;

– coliforme – în număr mare indică o contaminare cu reziduuri animale (Clostidiumperfrigens);

– saprofite – prezente în apele bogate în substanțe organice;

– patogene – dăunătoare organismului uman (produc febra tifoidă, holeră, dezinterie).

V.1 Principiul constructiv al unei stații de epurare a apelor uzate

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

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

Treapta primară constă din mai multe elemente succesive:

Grătare rare și dese

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

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

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

– grătarele se vor amplasa în amonte de stația de pompare în situațiile când cota radiercolector influent nu depășește 3,0 m;

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

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

La stațiile de epurare aferente localităților sub 5.000 locuitori se prevăd de regulă grătarefine (b = 0,5 … 6 mm, uzual 2 … 3 mm) având curățare mecanică si automatizată, fără personalde deservire. Pentru localități cu mai mult de 5.000 locuitori, se prevăd ambele tipuri de grătare,grătarele rare (b = 50 … 100 mm) fiind amplasate în amontele grătarelor dese (curățate manual,b = 30 … 40 mm – de evitat; curățate mecanic, b = 10 … 20 mm).

Pentru stațiile de epurare medii și mari grătarele dese se prevăd numai cu curățaremecanică.La stațiile mici de epurare, pentru localități sub 10.000 locuitori, complet automatizate, sepoate prevedea numai grătar fin curățat mecanic.

FiguraV.I. 13 Gratare

Substanțele reținute pe grătare :

sunt evacuate spre a fi depozitate, fermentate, compostate, incinerate sau, sunt tocate ori fărâmițate cu ajutorul unor dispozitive speciale în curent (griductoare, comminutoare, dilaceratoare) sau în afara curentului (tocătoare, dezintegratoare) si reintroduse în apă în aval sau în amonte de grătar;

pentru micsorarea volumului de rețineri la grătare, se recomandă ca o dată scoase din apă, reținerile să fie presate în instalații speciale (făcând parte din grătarul propriu-zis sau fiind independente de grătar) sau presate si spălate;umiditatea reținerilor presate scade până la 55 – 60%; în acest fel cheltuielile de manipulare, transport si depozitare a reținerilor de pe grătare vor fi mult diminuate;

pasarelele de acces la dispozitivele de tocare a reținerilor sau la batardouri si stăvilare vor fi amplasate cu min. 50 cm deasupra nivelului maxim al apelor din canalul grătarelor. Se va lăsa un spațiu de minim 70 cm pentru circulație în jurul dispozitivelor de curățare si tocare;

pentru evitarea accidentelor în toate locurile unde există pericol de cădere se vor prevedea parapete de minimum 80 cm înălțime, realizate din țevi metalice (orizontale) cu diametrul f = 20…25 mm, asezate la 40 cm distanță pe verticală si din stâlpi amplasați la max. 1,5m distanță între ei;

Grătarele se amplasează în construcții închise.Pentru stațiile de epurare izolate amplasatela ≥ 1 km de zone de locuit se pot amplasa în construcții deschise.

Realizarea unei eficiențe ridicate în reținerea materiilor în suspensie si materiilorgrosiere conduce la randamente sporite pentru construcțiile si instalațiile de epurare a apei dinaval de grătare, precum si pentru construcțiile de prelucrare a nămolurilor.În acest scop sunt depreferat grătarele sau sitele fixe sau mobile, prevăzute cu snec înclinat cu funcționare continuă siautomatizată care efectuează practic patru operațiuni importante:

– rețin corpurile grosiere;

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

– presează reținerile micsorându-le volumul si umiditatea;le transportă la suprafață, în containere;

Figura V.I.14Reziduuri grosiere in forma initiala, celectate in containere

Figura V.I.15Reziduuri procesate, spalate/tocate, colectate in containnere

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

Deznisipatoare

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

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

Deznisipatoarele se clasifică în:

– deznisipatoare orizontale longitudinale;

– deznisipatoare tangențiale;

– deznisipatoare cu insuflare de aer;

– deznisipatoare – separatoare de grăsimi cu insuflare de aer;

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

Figura V.I. 16Deznisipatoare orizontale logitudinale

Separatoare de grăsimi

Separatoarele de grăsimi sunt construcții descoperite care utilizează principiul fizic al flotației naturale si artificiale pentru separarea din apă a grăsimilor, uleiurilor, produselo rpetroliere si a altor substanțe nemiscibile si mai usoare decât apa.

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

Prevederea separatoarelor de grăsimi în stațiile de epurare a apelor uzate orăsenesti este obligatorie în următoarele cazuri:

– când concentrația grăsimilor din apa uzată exprimată prin substanțele extractibile în eter de petrol, este 20 mg/ dm3 ( se vor avea în vedere socurile de încărcare cugrăsimi, previzibile sau accidentale ale influentului stației de epurare);

– când schema tehnologică a stației de epurare cuprinde treaptă biologică artificială saunaturală;

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

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

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

– deznisipatoare-separatoare de grăsimi cu insuflare de aer;

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

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

Figura V.I.17Separator de grasimi

Decantorul primar

Decantoarele primare sunt construcții descoperite care au rolul de a reține din apele uzate orăsenesti sau industriale cu caracteristici similare, substanțele în suspensie sedimentabile gravimetric care au trecut de deznisipatoare si separatoare de grăsimi.

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

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

În cazuri justificate tehnic si economic, pe baza încărcării organice a apelor uzate și tehnologia adoptată pentru treapta de epurare biologică, decantoarele primare pot lipsi din schema tehnologică a stației de epurare si anume:

– când epurarea se realizează în instalații biologice compacte de capacitate mica (soluție cu bazine de aerare);

– când apele uzate ce urmează a fi epurate au proveniență exclusiv menajeră si debiteQuz,max,zi până la 200 l/s, iar epurarea biologică se realizează în soluția cu bazine deaerare;

– când eficiența decantării primare în reținerea MTS prin sedimentare gravimetricăeste sub 40%;

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

Figura V. I.18Decantor primar

Figura V.I.19Decantor primar

Figura V. I.20Apa epurata

Stații de pompare apă uzată

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

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

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

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

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

Elementele componente care alcătuiesc stațiile de pompare din sistemele de alimentare cuapă si canalizare sunt:

– echipamente hidromecanice de bază, constituite din grupuri de pompa si motorelectric de acționare a pompei;

– instalație hidraulică alcătuită din conducte de aspirație si conducte de refulareaferente stației si grupurilor de pompare, armături destinate manevrelor de închideredeschideresi de reglare a sensului de curgere al apei, dispozitive de atenuare aloviturii de berbec, instalații de amorsare a pompelor (unde este cazul), instalații degolire si epuismente;

– echipamente de măsurare a parametrilor hidroenergetici ai stației de pompare;

– echipamente electrice compuse din: circuite de forță, circuite de iluminat, instalații deprotecție, instalații de măsurare, control si comandă;

– instalații si dispozitive de ridicat destinate manevrării pieselor grele în perioadaefectuării operațiilor de mentenanță;

– instalații de ventilare, instalații de încălzire si instalații sanitare;

– instalații de telecomunicații si dispecerizare;

– clădirea stației de pompare care adăposteste echipamentele si instalațiile;

– zona de protecție sanitară;

Amplasarea stațiilor de pompare

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

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

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

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

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

Când stația de pompare este impusă de nivelurile ridicate ale apei emisarului, ea trebuie concepută astfel încât să permită evacuarea gravitațională a apei epurate ori de câte ori nivelurile apei din emisar permit acest lucru; în general varianta optimă este ca stația de pompare la ieșirea din stația de epurare să funcționeze nepermanent, numai la nivele mari în emisar.

Dacă stația de pompare este amplasată la intrarea în stația de epurare si este echipată cu pompe cu ax orizontal, cu pompe cu ax vertical sau cu pompe submersibile, ea trebuie precedată de grătare, deznisipatoare si dacă tehnic si economic se dovedeste avantajos, si de separatoare degrăsimi. Dacă stația de pompare este echipată cu transportoare hidraulice, ea poate fi amplasatăsi în amonte de grătare.

Proiectarea stațiilor de pompare pentru apele uzate din cadrul stației de epurare se va facecu respectarea prevederilor SR EN 752/2008. Se vor respecta și cerințele din Normativul:„Proiectarea sistemelor de alimentare cu apă” capitolul 7: Stații de pompare.

Elemente tehnologice de legătură între obiectele treptei de epurare

mecanică

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

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

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

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

– cămine de vizitare pe conductele de apă uzată si nămol;

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

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

Jgheaburile sau canalele deschise se construiesc din beton armat, monolit sau prefabricat,având secțiunea dreptunghiulară; la stațiile de epurare cu debite mici canalele pot avea radierulde formă circulară fie din construcție, fie prin prelucrarea ulterioară cu beton de umplutură. Laproiectarea canalelor deschise sau a jgheaburilor de ape uzate brute sau nămol, în funcție dedimensiunile acestora, se vor alege astfel pantele încât să se asigure o viteză minimă deautocurățire de 0,7 m/s.

Pe jgheaburi sau canale deschise, în punctele de ramificație sau în zonele de acces înobiecte, se vor prevedea stavile de închidere, dimensionate corespunzător, care vor asiguracurgerea apelor si a nămolurilor conform nevoilor proceselor tehnologice, precum si posibilitateade curățire si revizuire a diferitelor obiecte ale stației de epurare.

Când adâncimea jgheaburilor (canalelor) este mai mare de 80 cm lățimea liberă întrepereții laterali trebuie să fie minimum 60 cm pentru a rămâne vizitabile.

Când obiectele stației de epurare sunt supraterane, conductele si canalele vor fi sprijinitepe stâlpi sau diafragme cu fundații izolate amplasate în teren sănătos.

La schimbările de direcție ale jgheaburilor sau canalelor deschise, se vor prevedea curbeexecutate monolit, care vor avea o rază de curbură de minimum 3….5 ori lățimea acestora.

Conductele de legătură, pentru apă si nămol, se pot executa din tuburi de beton armat,mase plastice si numai în cazuri speciale din oțel sau fontă.

La ramificații sau la tronsoane mai lungi de 200 m ale conductelor de nămol precum si lacurbele la 90o pe conducte de diametre mici ( Dn 100 … Dn 200 mm) se prevăd piese de curățireamplasate într-un cămin de vizitare.

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

Camerele de distribuție se prevăd cu dispozitive de închidere care pot fi de tipul stavilelor plane (în cazul canalelor deschise) sau de tipul vanelor (în cazul conductelor).

La dimensionarea camerelor de distribuție se va considera deversarea neînecată peste pereți de lungime egală (sau inegală, după caz).

Amplasarea camerelor de distribuție în profilul tehnologic se va face astfel încât să fieasigurată, la orice debit, deversarea neînecată. Garda de neînecare se va considera de minim5-10 cm.

Se recomandă ca la stațiile mari de epurare, camerele de distribuție să fie definitivate înurma unor încercări pe model.

Funcție de amplasarea lor pe verticală, camerele de distribuție trebuie prevăzute cubalustrade de protecție în scopul evitării accidentelor.

Decantoare secundare

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

Decantoarele secundare orizontale longitudinale si radiale, se proiectează în conformitatecu prevederile STAS 4162-2/1989.

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

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

Decantoarele secundare nu pot lipsi din schemele de epurare biologică, acesteafuncționând în tandem cu bazinele de aerare sau cu filtrele biologice.

Clasificare

Decantoarele secundare se clasifică astfel:

a) După direcția de curgere a apei prin decantor :

– decantoare orizontale longitudinale;

– decantoare orizontale radiale;

– decantoare verticale;

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

b) După modul de evacuare a nămolului:

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

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

V.II USCAREA NAMOLURILOR

Uscarea nămolului se realizează prin evaporarea apei si reducerea umidității la un

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

Turtele uscate de nămol pot fi utilizate ca material fertilizator sau pentru îmbunătățirea

calității solului, pentru depozitarea prin împrăstierea pe pământ sau pentru incinerare.

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

Uscarea poate fi:

– parțială: 10-30% umiditate;

– totală: conținut de apă 5-10%.

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

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

Figura.V.II.21 Fazele uscarii

Conform diagramei se pune în evidență:

· faza de uscare rapidă la viteză constantă (zona 1) în timpul căreia presiunea partial a lichidului care se evaporă la suprafața materialului este egală cu presiunea vaporilor la temperatura considerată; se produce o migrare a apei la suprafață și se evacuează toată apa capilară;

· faza de uscare lentă (zona 2) care corespunde unei variații a presiunii vaporilor în profunzime provocată de gradientul de temperatură de la suprafață spre adâncime.

În materialele higroscopice unde umiditatea este dată esențial de forțele de adsorbție sau osmotice, uscarea este caracterizată de zona 2. Nămolurile din SE predeshidratate se încadreazăîn această categorie.

Uscarea poate fi:

– directă; nămolul se află în contact cu gazul de combustie;

– indirectă; aportul caloric se realizează prin suprafațe de schimb încălzite de vapori. Uscătoarele sunt dimensionate în funcție de cantitatea de apă de evaporat.

Schema tehnologică a unei instalații de uscare se prezintă în figura V.II.22.

Figura V.II.22. Schema instalație de uscare a nămolurilor.

1 – Nămol deshidratat influent; 2 – Sistem de amestec (șurub elicoidal);

3 – Nămol uscat recirculat pentru eliminare aderență; amestecul: 40-50% umiditate;

4 – Nămol uscat la 80-100 °C; 5 – Sistem de răcire cu apă;

6 – Ciclon de separare particule; 7 – Turn de condensare.

Consumul de vapori: 1,3-1,5 kg/kg apă evaporat; 800-900 kcal/kg apă evaporat luând în considerație și pierderile; rata de evaporare/ m2 de suprafață globală încălzită: 12-15 kg apă/m2 h.

Uscarea namolului in sere

Serele pentru uscarea namolului sunt constructii mari alcatuite din placi de policarbonat de 16mm. acestea sunt proiectate sa reziste la incarcarile din zapada. Pe timp de iarna uscarea namolului se face pompe de caldura cu tubulatura in pardoseala la carre se adauga un aport solar. Namolul este uscat pentru a-i scadea greutatea si costurile de transport.

Figura V.II.23Sera pentru uscarea namolului cu guri de aerisire

Figura V.II.24Uscarea namolului in strat uniform

Figura V.II.25Uscarea namolului in strat neuniform sau in valuri

Bilanțul termic

O instalație care consumă sau produce energie este reprezentată de un bilanț de căldură guvernat de legile termodinamicii; bilanțul exprimă relațiile între entalpiile influente și cele efluente. Bilanțul poate fi utilizat pentru calculul consumului de energie sau de emisii induse de către sistem precum și bilanțul de substanțe solide și volatile.

Entalpiile se definesc astfel:

– entalpii influente:

reacții exoterme bazate pe oxidarea produșilor procesați (combustia materiilororganice din nămol);

energiile recirculate din proces (în cazul incinerării, entalpia aerului încălzit);

energia obținută prin arderea combustibilului (cantitatea de combustibil/ h xvaloarea calorică a combustibilului);

– entalpii efluente:

reacții endoterme date de sistem: energia latentă eliminată prin evaporareaapei conținute în nămol;

entalpie de la produșii reacției de descompunere a materiei influente însistem; în cazul nămolurilor se referă la energiile obținute prin supraîncălzireaapei evaporate și a produșilor rezultați din combustia incompletă a nămolului;

entalpie de la produșii reacției de ardere a combustibililor utilizați în proces;

pierderile de energie ale sistemului; se utilizează ecuații clasice de transfer decăldură; pentru a simplifica lucrurile, aceste pierderi de energie (căldură) suntacceptate la o valoare de 3% din suma entalpiilor efluente.

Bilanțul se realizează printr-o serie de iterații admițând:

– temperatura efluentă minimă a sistemului;

– cantitatea de oxigen liber din gazele evacuate de sistem (aer în exces).

Se aplică în cazul proceselor de incinerare sau piroliză când temperature minima admisă este 850°C și când concentrația de oxigen liber este de 6% în gazelle uscate (echivalentul a 3 – 3,5 % în gazele umede).

Compoziția medie a SO a nămolurilor urbane este dată în tabelul următor.

Tabel V.II.10. Compoziția nămolurilor urbane în substanțe organice.

Puterea calorică specifică a nămolurilor: 4.500 – 6.000 kcal/kg SV.

Bilanțul termic reprezintă suma:

termenilor pozitivi – cantitatea de căldură degajată de produsele combustibile șiaportul produselor de ardere;

termenilor negativi reprezentând cantitatea de căldură absorbită de produsele decombustie, evaporarea apei, cenuși și cuptor.

Formula generală:

Unde:

P – PCS – puterea calorică specifică a nămolurilor;

F – aportul caloric în combustibil;

γ – coeficient de exces de aer (ardere stoichiometrică γ = 1);

VB – capacitatea de combustie a nămolurilor;

VF – capacitatea de combustie a combustibilului;

CA – căldură specifică aer;

TP – temperatura aerului de combustie;

VG – puterea fumigenă a nămolurilor;

VC – puterea fumigenă a combustibilului;

CF – căldura specifică a gazelor arse;

TC – temperatura gazelor arse la ieșirea din reactor;

S – gradul de uscare al nămolului;

– diferența entalpiei apei între 20 oC și TC.

Simplificat bilanțul energetic se poate sintetiza astfel:

Căldura influentă:

Căldura efluentă:

Pierderile termice:

Dacă:

CI < CE + PT – necesar aport de combustibil exterior

Dacă:

CI > CE + PT – sistem autotermic

unde:

MSV – masa substanței volatile de incinerat kg SV/h;

PCS – puterea calorică specifică a SV (kcal/kg SV);

VBV – capacitatea de combustie a SV în kg aer/h cf. expresiei:

EXA – masa de aer în exces (kg aer/h)

T02 – conținutul de oxigen în gazele umede (ex. 7%; T02 = 0,07)

VGU – volum gaze umede în N m3/h;

VGV – puterea fumigenă a SV în kg gaze arse/h;

MMS – masa SU de incinerat (kg SU/h);

– masa de apă de evaporat (kg/h);

CN – sarcina nominală a cuptorului (kg/h);

k – coeficient (35 – patfluidizat, 26 – piroliză, 29 – cuptoare etajate de piroliză)

Se precizează în manualele de specialitate:

·Pentru diferite tipuri de unități de incinerare limita domeniului de evaporare se aflăîntre valorile 5.000 – 7.500 kJ/kg apă (1.200 – 1.800 kcal/kg).

Legislația europeană impune pentru gazele arse temperaturi de 700 – 900 oC și unconținut minim de oxigen care să asigure oxidarea totală a materiilor organice.

Aceste exigențe degradează bilanțul termic al unui cuptor și analizele se extind asupra:

– deshidratării prealabile a nămolurilor;

– recuperării căldurii din gazele arse indiferent de încărcarea cu praf.

Elemente componente ale unei tehnologii de uscare/incinerare (fig. 9.32)

a) Sistem alimentare cu nămol:

– bazin de stocare, compensare pentru reglarea debitelor influente;

– dotare opțională sistem de mărunțire, omogenizare.

Se utilizează: benzi rulante, conveiere cu șurub melcat, pompe de nămol.

b) Uscător/incinerator;

c) Sistem de ventilație:

– pentru gazul/aerul de uscare;

– pentru gazul/aerul de combustie;

– aer de fluidizare, de răcire;

– funcționare subpresiune/depresiune

d) Ansamblul de desprăfuire:

– sistemul ciclon pentru gazele parțial răcite

– sistemul umed cu pulverizare, venturi;

– sistemul electrostatic.

e) Evacuare cenuși:

– sistemul uscat în containere închise;

– sistemul hidraulic prin pomparea suspensiei la concentrații sub 200-300 g/dm3;

– sistemul umidificat în containere deschise.

În figura V.II.26este prezentată schema tehnologiei de incinerare a nămolului.

Figura V.II.27. Schema tehnologiei de incinerare nămol.

1 – Cuptor etajat; 2 – Cameră postcombustie 750-900 oC; 3 – Schimbător termic gaze/aer;

4 – Cazan de recuperare-furnizează vapori la 15 bar și asigură reducerea temperaturii gazelor la sub 300 oC;

5, 6 – Ansamblu de spălare gaze.

Alegerea soluției de uscare/ incinerare a nămolurilor din stațiile de epurare

Elemente generale

Pentru fiecare stație de epurare sau grupuri de stații de epurare din cadrul unui Operator Regional se va elabora o strategie pe termen mediu și lung privind procesarea și valorificare a nămolurilor rezultate din stație.

Strategia de procesare și valorificare a nămolurilor va fi dezvoltată pe baza următoarelor criterii specifice:

– fiabilitate economică: costuri de investiție, energie încorporată;

– criterii tehnice: adoptarea celor mai bune soluții;

– criterii ecologice: influențe minime asupra mediului.

Strategia managementului nămolului va lua în considerație:

Capacitatea de implementare; baza strategiei va fi dată de condițiile și resursele locale cu posibilitatea de adaptare la condițiile potențiale; se vor include utilizarea infrastructurii și resurselor existente pentru adoptarea uneia sau mai multor procese: utilizarea în agricultură direct sau prin producție de compost și/sau alte combinații cu agenții economici: fabrici de ciment, combinate petrochimice, centrale termoelectrice;

Fiabilitatea; se obține din combinarea unor opțiuni multiple: unele vor fi dezvoltatepe termen mediu, altele vor fi implementate pe termen lung; este necesară creareacondițiilor pentru reorientarea viitoare, pe baza tendințelor tehnologice și modificării(completării) exigențelor de mediu;

Impactul asupra mediului; nămolurile din SE vor fi considerate produse ale SEAUfolosite ca materie primă în noi procese/produse;

Riscul asupra sănătății umane; este necesară conformarea la normele și standardelenaționale și europene pentru toată perioada de existență a proiectului;

Costurile sociale: costurile de investiție și cele operaționale nu vor putea duce lacreșterea semnificativă a tarifelor utilizatorilor sistemului de canalizare.

Mărimea SEAU

a) Pentru SE care deservesc N < 10.000 LE alegerea soluției de neutralizare a nămolurilor va lua în considerație utilizarea în agricultură direct sau prinbiocompostare; se vor utiliza suprafețele, zonele apropiate amplasamentului astfelîncât costurile de transport nu vor trebui să depășească 10% din costurile totale

b) Pentru SE care deservesc 200.000 LE

Se vor asigura nămoluri produse cu minim 35% SU.

Opțiunile care vor fi luate în considerație sunt:

– utilizarea depozitelor ecologice regionale din zona amplasamentului SE;

– dezvoltarea/implementarea progresivă (de la 25% la 100%) a unei tehnologii de uscare care să asigure 70-75% SU; se va avea în vedere capacitatea de preluare adepozitelor ecologice;

– implementarea într-o perioadă de 20-25 ani a unui sistem de incinerare combinat cuprocesul de uscare și cu asigurarea unei producții de materiale de construcții cuutilizarea materialului inert produs prin incinerare.

c) Pentru SE care deservesc 50.000-150.000 LE

Soluția adoptată va avea la bază configurația situației locale:

– existența unor condiții favorabile pentru utilizarea în agricultură și/sau producția debiocompost;

– condiționări impuse de preluarea la depozitele de deșeuri ecologice;

– situații favorizante: combinarea cu centrale termo-electrice, fabrici de prelucrar materiale lemnoase; acestea pot conduce la costuri de investiție și operaționalecompetitive.

În tabelul V.II.11 se prezintă în sinteză elementele care stau la baza alegerii scenariilor devalorificare a nămolurilor.

Tabel V.II.11Scenarii de valorificare a nămolurilor provenite de la SE

Folosirea nămolurilor în agricultură

Limitările aplicării procesului se datorează, uneori, compoziției neadecvate a nămolului (existența metalelor grele), a dificultăților de a găsi un teren potrivit la o distanță nu prea mare de sursă.

Dacă azotul din azotat este aplicat în cantități mai mari decât poate fi absorbit de plante, azotul în exces poate contamina apele subterane și/sau de suprafață.

Căile de pătrundere a azotului în sol sunt diverse. Procesele care afectează formele deazot din sol sunt mineralizarea, nitrificarea, denitrificarea, fixarea, adsorbția, volatilizarea,schimbul de ioni, convecția, dispersia și preluarea de către plante.

Mineralizarea (conversia azotului organic la amoniac) se produce la viteze variabile înfuncție de condițiile de climă și sol și de natura materiei organice, iar nitrificarea (oxidareaamoniacului la azotat) se produce relativ repede în solurile acide când temperaturile suntfavorabile. Pe de altă parte denitrificarea (transformarea azotului din azotat în azot gazos) are locîn lipsa oxigenului și când există sursă de carbon favorabilă desfășurării activității biologice.

Microorganismele utilizează o parte din azotul din sol pentru a sintetiza noi celule. Ionii de amoniu pot fi fixați de materia organică și de argilele cu silicați fiind protejate de atacul biologic.Volatilizarea amoniacului poate fi importantă la solurile cu pH ridicat.

Norme tehnice privind protecția mediului și în special a solurilor, când se utilizează nămoluri de epurare în agricultură

Aceste norme stabilesc condițiile de valorificare a potențialului agrochimic al nămolurilor provenite din epurarea apelor uzate, prevenirea și micșorarea efectelor nocive asupra solurilor, apelor, vegetației, animalelor, astfel încât să se asigure utilizarea corectă a acestora.

Concentrația de metale grele în solurile pe care se aplică nămoluri, concentrațiile demetale grele din nămoluri și cantitățile maxime anuale ale acestor metale grele care pot fiintroduse în solurile cu destinație agricolă sunt prezentate în tabelele 9.24, 9.25 și 9.26.

Utilizarea nămolurilor atunci când concentrația unuia sau mai multor metale grele din soldepășește valorile maxime stabilite în tabelul 9.24 este interzisă.

Pe terenurile agricole se pot împrăștia numai nămolurile al căror conținut în elemente poluante nu depășeșc valorile maxime prezentate în tabel V.II.13.

Cantitățile maxime admisibile de metale grele care pot fi aplicate pe sol pe unitatea desuprafață (ha) și an sunt prezentate în tabelul 9.26.

Respectarea reglementărilor menționate mai sus intră în atribuțiile autoritățilorcompetente la nivel teritorial, după cum urmează:

– autoritatea teritorială de mediu;

– autoritatea teritorială agricolă.

În atribuțiile acestora este întocmirea, anual, a unui raport de sinteză privind utilizareanămolurilor în agricultură, cantitățile utilizate, pe tipuri și caracteristici ale nămolurilor, tipurilede sol și evoluția caracteristicilor acestora, dificultățile apărute, etc.

Tabel V.II.12. Valorile maxime admisibile al concentrațiilor de metale grele în solurile pe care se aplică nămoluri (mg/kg SU într-o probă reprezentativă de sol cu un pH mai mare de 6,5)

Tabel V.II.13. Concentrațiile maxime admisibile de metale grele din nămolurile utilizate pentru fertilizare în agricultură (mg/kg SU).

Tabel V.II.14. Valorile maxime pentru cantitățile anuale de metale grele care pot fi introduse în terenurile agricole pe baza unei medii de 10 ani (kg/ha, an)

Legislația Uniunii Europene în domeniul utilizării agricole a nămolurilor poate fisintetizată după cum urmează:

Directiva nr. 91/271/EEC privind epurarea apelor uzate orășenești stabilește că„nămolul provenit din epurarea apelor uzate se va reutiliza ori de câte ori acest lucrueste adecvat” și „traseele către locul de stocare a nămolului se vor reduce lamaximum pentru a reduce efectele negative asupra solului”.

Directiva 86/278/EEC pentru protecția mediului și în special a solurilor, în cazulutilizării agricole a nămolurilor. Aceasta stă la baza controlului calității nămolurilorși solurilor și limitează aceste utilizări la situațiile când se pot asigura avantajeeconomice pentru culturi.

Directiva 91/676/EEC privind prevenirea poluării solurilor și apelor subterane cuazotați – stabilește controlul asupra răspândirii nămolurilor în zone cu tendințe deeutrofizare sau poluare cu azotați prin indicarea unor zone maxime de azot.

Directiva cadru pentru reziduuri solide – stabilește prioritatea acțiunilor întreprinsecu privire la reziduurile solide:

– evitarea și minimizarea generării de reziduuri;

– reciclarea reziduurilor;

– incinerarea reziduurilor (cu recuperarea de căldură);

– stocarea reziduurilor pe sol.

Legislația U.E. privind reziduurile nu clasifică nămolul „reziduu periculos”.

Directiva stocării reziduurilor pe sol stabilește limitele maxime ale conținutului dematerie organică ce se poate stoca pe soluri.

Conform Directivei 86/278/EEC și al Ordinului nr. 49/2004 al Ministerului Mediului șiGospodăririi Apelor, la utilizarea nămolurilor în agricultură se vor urmări:

– nu se admite împrăștierea nămolului când pH-ul solului este sub valoarea 5; limitelepentru metale în soluri depind de pH-ul solului;

– nămolul se utilizează numai pentru a satisface cerințele de nutrienți (N și P) aleculturilor;

– nu se recomandă utilizarea nămolurilor pe câmp când există risc de poluare a apelorsubterane;

– pentru diversele metode de aplicare a nămolului sunt necesare metode adecvate deprelucrare a acestuia;

– se precizează restricțiile în privința recoltării culturilor fertilizate cu nămol;

– se specifică interdicții de utilizare a nămolului la anumite culturi.

Limitele concentrațiilor pentru anumite substanțe chimice care se pot acumula în sol, înfuncție de valoarea pH a solului sunt prezentate în tabelulV.II.15.

Tabel V.II.15. Limitele concentrațiilor pentru anumite substanțe chimice care se pot acumula în sol conform Directivei 86/278/EEC.

Prin utilizarea nutrienților din nămol principalul beneficiu este reducerea sau eliminarea consumului de îngrășăminte chimice.

Nămolul prelucrat, transportat la amplasamentul destinat, trebuie încorporat în sol (arătură) imediat pentru a reduce la maximum efectele mirosurilor.Factorul limitativ al utilizării agricole a nămolului este aportul de azot. În ipoteza unui conținut mediu de azot de 2,5% și aplicând nămol în cantități de azot de până la 250 kg/ha,conform Directivei Europene a azotaților (91/676/EEC) rezultă un indice de aplicare a nămolului de 10 t S.U./ha.

Aplicarea anuală a acestui volum va conduce la o acumulare excesivă de azot și fosfor în sol; în consecință se prevede ca aplicarea de nămol să se facă o dată la patru ani. Pe acestă bază se poate calcula volumul de nămol posibil de absorbit prin valorificarea pe terenuri agricole.

CAPITOLUL VI

VALORIFICAREA ENERGETICĂ A NĂMOLULUI ÎN STAȚIILE DE EPURARE MUNICIPALE DIN ROMÂNIA

VI.1. INTRODUCERE

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

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

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

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

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

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

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

Măsura eficienței tratării nămolului este gradul de tratare (stabilizare) – GT = SM/SV, unde SM estecantitatea de substanță minerală iar SV este cantitatea de substanță volatilă din substanța uscată conținută în nămolul brut. Dacă GT este ≥ 1, înseamnă că nămolul este suficient tratat, iar dacă GT este < 1 tratarea nu este corespunzătoare și nămolul nu este stabilizat, putând avea efecte nocive asupra mediului.

Tratarea nămolului are ca obiect principal descompunerea materiei organice în urma proceselor de natură biochimică (procese biologice). Procesele biologice care intervin în timpul descompunerii materiei organice sunt de două categorii [5]:

procese aerobe, în cadrul cărora se producecombinarea materiei organice cu oxigenul (oxidarea),cu producerea de căldură;

procese anaerobe, caracterizate prin dezintegrareaoxigenului (reducția), cu consum de căldură.

VI.2. GESTIONAREA ȘI VALORIFICAREA ENERGETICĂ A NĂMOLULUI DE EPURARE ÎN ROMÂNIA

Consumurile energetice mari, înregistrate în funcționarea instalațiilor de tratare sunt determinate de gradele mari de reducere a poluanților impuse de legislația românească aliniată la cea comunitară,România fiind considerată, conform H.G. nr. 188 din 28.02.2002, zonă sensibilă supusă eutrofizării. La apele uzate evacuate din stațiile de epurare în zonele sensibile, se impune o reducere de 80% a nutrienților azot total și fosfor total, iar realizarea acestor gradede reducere a poluanților presupune printre altele șiconsumuri energetice specifice foarte mari.

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

Dintre cele 114 stații de epurare, care procesează nămol, funcționale la sfârșitul anului 2011, doar2 stații (1,75 %) valorifică nămolul în agricultură,celelalte procedând la eliminarea sau depozitarea luisub diverse forme [6].

Odată cu creșterea cantităților de nămol produs ca urmare a punerii în funcțiune a noilor stații de tratare a apelor uzate, din producția totală de nămol estimată la finele anului 2020, de 415,600 to.s.u./an,50% se va utiliza în agricultură, 20 % va fi incineratiar restul de 30 %, va fi co-procesat în fabricile deciment. Aceste cifre sunt prognozate pentru unscenariu de bază, prioritară fiind utilizarea nămolului în agricultură.

În funcție de evoluția consumului de energie și a rezervelor de combustibili convenționali, s-a elaborate și un scenariu extrem „maximum EdD”, care prevede că din cantitatea totală de nămol de 415 600 t. s.u./an, obținută la nivelul anului 2020, vor fi valorificate energetic prin diverse metode, următoarele cantități de nămol (Mott Mac Donald et al.):

267 000 t (64,25 %) – prin mono-incinerareanămolului, sau co-incinerarea cu alți combustibiliconvenționali sau biomasă;

147 400 t (35,45 %) – prin co-procesare înfabricile de ciment;

1,200 t (0,3 %) – prin compostare.

Rezultatele studiului pentru România, pe termenscurt, mediu, sunt prezentate sintetic în figura VI.2.27.

Fig. VI.2.27. Strategia națională de gestionare a nămolului în Romania

(Mott Mac Donald et al., 2012)

VI.3. ARDEREA NĂMOLULUI ÎN CICLURI TERMODINAMICE AVANSATE

Dacă arderea nămolului va fi aleasă ca o posibilă soluție de tratare termică finală și de creștere a eficienței energetică a unei stații de epurare, atunci această soluție trebuie sa ofere un câștig energetic optim corelat cu limitarea emisiilor poluante și generarea unei cantități minime de deșeuri, care să se încadreze în limitele de poluare stabilite de legislația de mediu din România adaptată și la cerințele europene în domeniu.

Aceste cerințe pot fi rezolvate prin integrarea procesului de ardere a nămolului în cadrul unor cicluri termodinamice combinate, funcționând cu turbine de abur și gaz, cu o înaltă eficiență energetică.Studii teoretice și investigații experimentale au fost făcute pe instalații pilot, și în mai multe țăr au fost deja implementate și dezvoltate soluții industrial pentru valorificarea energetică prin ardere, a nămolului de epurare. Două astfel de cicluri sunt prezentate în principiu, în cadrul acestei lucrări.

VI.3.1. ciclul cisco

Ciclul CISCO (Combined Cycle with Integrated Sewage Sludge Combustion) este un ciclu termodinamic de inaltă eficiență care a fost dezvoltat și experimentat la Universitatea Tehnică din Braunschweig, Germania, în anul 2004, de către dr. ing. Stefan Vockrodt și Prof. Dr. techn. Reinhard Leithner. CISCO reprezintă integrarea într-un ciclu COMBI a unui uscător de nămol și a unui cuptor pentru arderea nămolului. Ciclul COMBI este o combinație între un ciclu simplu de turbină cu gaz și un ciclu de turbină cu abur, costând dintr-un recuperator de caldură, un generator de abur și o turbină cu abur.

Ciclul CISCO oferă o soluție optimă de creștere a eficienței energetice pentru o stație de epurare în care nămolul rezultat în urma procesului de epurare a apelor uzate, se stabilizează anaerob în digestoare (fermentatoare) de nămol, cu producere de biogaz. După deshidratare, se face tratarea termică finală a nămolului fermentat, in stalațiile de tratare fiind integrate într-un ciclu termodinamic combinat. Schema de principiu a unui ciclu CISCO, este descrisă în figura VI.3.28

Fig. V.3.28. Arderea nămolului în ciclul combinat CISCO.

VI.3.2. Ciclul HUBER

Pentru stațiile de epurare cu o încărcare organică redusă a influentului, unde lipsește decantarea primară a apei uzate și implicit nămolul primar, singurul tipde nămol rezultat în urma procesului de tratare a apei uzate, este nămolul în exces, care rămâne surplus al nămolului activat format în bazinele cu nămol activ și sedimentat în decantoarele secundare. Acest nămol în exces este parțial stabilizat prin aerarea (fermentarea aerobă) prelungită în bazinele de aerare, și mai conține în compoziția chimică suficiente volatile care să poată fi valorificate energetic prin tratarea termică finală (uscare + incinerare). Ciclul HUBER a fost experimentat pe o stații pilot construite în Germania și în alte țări europene, în ideea valorificării energetice prin ardere, a nămolului produs în stațiile de epurare, cu producerea de energie termică și electrică prin cogenerare, în conceptul "sludge2energy".

O stație pilot a fost dezvoltată la scară industrială și pusă în funcțiune în2011, în orașul Straubing din Germania. Tehnologia “sludge2energy” dezvoltată de HUBER, este o combinație între procesele de tratare termică finală (uscare + ardere), recuperare a căldurii conținută în gazele de ardere, de înaltă eficiență și generare de energie electrică cu ajutorul unei microturbine cu aer cald, cu un randament energetic respectabil, de peste 70%. Schema de principiu a unui ciclu HUUBER, este descrisă în figura V.3.15.

Fig.VI.3.29. Arderea nămolului în ciclul HUBER.

Capitolul VII

STUDIU DE CAZ

NAMOLURILE PROVENITE DE LA EPURAREA APELOR UZATE

USCAREA NAMOLULUI DESHIDRATAT DE LA COMPANIA DE PROCESARE MEZELURI MEDA PROD `98

Definite din punct de vedere tehnologic, namolurile se considera ca faza finala a epurarii apelor, in care sunt inglobate produse ale activitatii metabolice si/sau materii prime, produsi intermediari si produse finite ale activitatii industriale.

Am simulat uscarea namolului deshidratat intr-un captator de compus dintr-o cutie realizata din placi de polistiren extrudat care a fost acoperita cu o folie; marginile acesteia fiind bine enansate pe cutie. La extremitati, captatorul prezinta doua orificii ce pot fi inchise sau deschise manual.

Am realizat studiul de caz pe baza a cinci probe de namol deshidratat. Primele patru probe au fost introduce in captator, iar ultima a fost lasata in aer liber.

Fiecare proba a continut straturi diferite de namol, dupa cum urmeaza: prima proba a avut un strat subtire de namol deshidratat in grosime de 2-3 mm, cea de-a doua proba a continut un strat gros de namol deshidratat in grosime de 3-5 mm, a treia proba a avut un strat de namol deshidratat in strat si grosime neregulate, cea de-a patra proba a continut un strat de namol subtire ce a fost asezat pe o sita sau o banda metalica, iar cea de-a cincea proba a avut un strat subtire de namol si a fost lasata la uscat in aer liber, neacoperita, la o temperature de 25-27°C si o umiditate de aproximativ 59-61%.

Inainte de a fi introduce in captatorul de caldura toate probele au fost notate, tarate si cantarite fiecare in parte cu ajutorul balantei de precizie cu calibrare interna; cantitatile de namol deshidratat fiind introduce in tabelul…….. .

Pe parcursul simularii cele patru probe din captatorul de caldura au fost monitorizate la fiecare 5 minute sau 10 secunde, cu ajutorul a doua aparate ce masoara temperatura si umiditatea; rezultatele putand fi observate in graficul…. , iar mai apoi la un interval de doua ore au fost cantarite din nou cu ajutorul balantei, masuratorile fiind introduce in tabelul….

Cantitatile de namol deshidratate initiale si masurate ulterior sunt introduce in tabelul….

Dupa primul interval de 1h si 20 min, in care probbele au fost lasate in captatorul de caldura, probele au fost recantarite si se observa o pierdere de masa de cca 10 g pe fiecare proba. Probele sunt reintroduse in captatorul de caldura.