Proiectarea Unei Statii de Epurare a Apelor Uzate Urbane de Mare Incarcare (qc = 0,29 M3)
LUCRARE DE LICENȚĂ
Proiectarea unei stații de epurare a apelor uzate urbane de mare încărcare (QC = 0,29 m3/s)
Cuprins
Capitolul 1. Tema de proiectare
Capitolul 2. Memoriu tehnic
Capitolul 3. Tehnologia adoptată
3.1. Condiții de calitate pentru factorul de mediu apă. Normative
3.1. Poluanți caracteristici. Impact asupra mediului. Necesitatea epurării apei uzate
3.2.1. Considerente generale privind epurarea apelor uzate
3.3. Variante tehnologice de epurare a apelor uzate municipale
3.4. Determinarea gradului de epurare necesar
3.4.1. Determinarea gradului de epurare pentru materii în suspensii
3.4.2. Determinarea gradului de epurare necesar după substanțe organice
(CBO5)
3.4.3. Determinarea gradului de epurare necesar pentru oxigenul dizolvat
3.4.4. Calculul gradului de epurare necesar pentru azot total
3.5. Calculul concentrațiilor intermediare
3.6. Alegerea variantei tehnologice optime și descrierea detaliată a procesului
adoptat
3.7 Materii prime și utilități
Capitolul 4. Analiza proceselor și proiectarea utilajelor
4.1. Analiza procesului
4.1.1. Grătarele
4.1.2. Deznisiparea (separarea solidelor prin sedimentarea particulelor discrete)
4.1.3. Flotarea
4.1.4. Coagulare și flocularea
4.1.4.1. Coagularea
4.1.4.2. Flocularea
4.1.5. Sedimentarea
4.1.6. Epurarea biologică a apelor uzate
4.2. Proiectarea tehnologică a utilajelor
4.2.1. Debite de calcul și de verificare utilizate în stațiile de epurare municipale
4.2.2 Calculul utilajelor din cadrul treptei mecanice de epurare
4.2.2.1. Dimensionarea grătarelor și sitelor
4.2.2.2. Dimensionarea deznisipatorului
4.2.2.3. Dimensionarea separatorului de grasimi
4.2.2.4. Dimensionarea bazinului de egalizare
4.2.2.5. Dimensionarea decantoarelor primare
4.2.3 Calculul utilajelor din cadrul treptei biologice de epurare
4.2.3.1. Dimensionarea bazinului cu nămol activ (BNA)
4.2.3.2. Dimensionarea decantoarelor secundare
4.3. Fișe tehnice ale utilajelor
Capitolul 5. Exploatarea instalației
5.1. Calculul bilanțului de masă pe instalație
5.2. Subproduse materiale și energetice, deșeuri
5.3. Construcții și instalații prevăzute în cadrul stației de epurare a apelor uzate
5.3.1. Construcții și instalații legate direct de procesul tehnologic de epurare a
apelor uzate
5.3.2. Construcții și instalații anexe stației de epurare
5.4. Controlul, automatizarea și reglarea procesului tehnologic. Elaborarea schemei de
reglare și automatizare a procesului
5.5. Tehnica securității, de protecție și igienă a muncii la rețelele de canalizare
5.5.1 Legislația și protecția muncii
5.5.2. Protecția muncii la executarea lucrărilor de terasament
5.5.2.1. Săpături executate manual
5.5.2.2. Săpături executate mecanizat
5.5.3. Protecția muncii și prescripții sanitare la exploatarea rețelelor de
canalizare
Capitolul 6. Amplasament și plan general
6.1. Alegerea terenului și amplasarea în mediu
6.1.1. Elemente de geologie și topografie
6.1.2. Hidrologie
6.1.3. Clima și calitatea aerului
6.1.4. Elemente de geologie acvatică și terestră
6.2. Așezări umane
Bibliografie
Capitolul 1. Tema de proiectare
A. Să se elaboreze proiectul tehnologic al unei stații de epurare ape uzate urbane. Se dau următoarele date:
Debite de calcul
Qzi, med = 0,25 m3/s
Qzi, max = 0,29 m3/s
Qorar, min = 0,14 m3/s
Qorar, max = 0,35 m3/s
B. Compoziția apelor uzate care sunt introduse în stația de epurare
Ciss = 300 mg/l
CCBO5 = 270 mg O2/l
CCCO-Cr = 400 mg O2/l
Ci N = 10 mg/l
Temperatura apei uzate: 20ºC
pH = 7
Constanta vitezei de consum a oxigenului din apele uzate: K1 = 0,1 zi-1
C. Analizele de laborator ale receptorului natural în care se deversează apele epurate
COr = 6 mg O2/l (concentrația oxigenului dizolvat din receptor)
C(CCO-Cr)r = 30 mg O2/l
CSSr = 50 mg/l (solide în suspensie)
CN r = 2,5 mg/l (azot total)
CCBO5 r = 50 mg O2/l
Temperatura medie a apei: 10ºC
D. Studiile hidrologice ale emisarului indică:
Viteza medie a apei: v = 1,5 m/s
Debitul receptorului natural: Qe = 4,5 m3/s
Constanta de oxigenare a apei în receptorul natural: K2 = 0,2 zi-1
Coeficientul de sinuozitate al râului: Φ = 1,2
E. Utilaje ce urmează a fi proiectate:
Treapta mecanică
Grătar
Deznisipator
Separator grăsimi
Bazin de egalizare
Decantor primar
Teapta biologică
Bazin de aerare cu nămol activ
Decantor secundar
Capitolul 2. Memoriu Tehnic
Epurarea apelor uzate municipale și industriale este o necesitate a societății contemporane în permanentă dezvoltare. Creșterea populației și industrializarea continuă necesară modernizării societății au condus la creșterea necesarului de apă și implicit a volumului de ape uzate deversate în râuri și mări. Dacă apele uzate ar fi acumulate fără a fi epurate, descompunerea materialului organic conținut ar conduce la producerea gazelor cu miros neplăcut, iar microorganismele patogene existente în apele uzate ar cauza îmbolnăviri grave oamenilor.
Cunoașterea naturii apelor uzate este absolut necesară pentru proiectarea și operarea sistemului de colectare și epurare a apelor uzate.
Lucrarea urmărește proiectarea unei stații de epurare a apelor uzate urbane, cât mai eficentă din punct de vedere economic și ecologic, care asigură eliminarea unei categorii de poluanți denumiți refractari sau prioritari, care produc efecte economice și ecologice negative și care trec neschimbați prin treptele de epurare mecano-chimică.
Lucrarea de licență are ca temă de proiectare o stație de epurare a apei uzate urbane de mare încărcare (QC = 0,29 m3/s).
Proiectul este prevăzut cu 6 capitole, fiecare având mai multe subcapitole.
În primul capitol, intitulat "Tema de proiectare" se prezintă scopul lucrării, proiectarea unei stații de epurare a apei uzate urbane și se dau datele de proiectare.
În capitolul 2 este prezentat Memoriul tehnic.
În capitolul 3 se prezintă tehnologia adoptată privind epurarea apelor uzate: condiții de calitate pentru factorul de mediu apă (subcapitolul 3.1), poluanți caracteristici, impactul asupra mediului, necesitatea epurării apelor uzate (subcapitolul 3.2), variante tehnologice de epurare a apelor uzate municipale (subcapitolul 3.3) și determinarea gradului de epurare necesar (subcapitolul 3.4). Acest din urmă subcapitol cuprinde: determinarea gradului de epurare pentru materii în suspensii, determinarea gradului de epurare necesar după substanțe organice (CBO5), determinarea gradului de epurare necesar pentru oxigenul dizolvat și calculul gradului de epurare necesar pentru azot total
Capitolul 3 mai cuprinde și calculul concentrațiilor intermediare (subcapitolul 3.5), alegerea variantei tehnologice optime și descrierea detaliată a procesului adoptat (subcapitolul 3.6) și materii prime și utilități (subcapitolul 3.7).
Capitolul 4 intitulat analiza proceselor și proiectarea utilajelor pentru epurarea apelor uzate cuprinde: analiza proceselor (subcapitolul 4.1), proiectarea tehnologică a utilajelor (subcapitolul 4.2) și fișele tehnice ale utilajelor proiectate (subcapitolul 4.3). În primul subcapitol se prezintă analiza procesului de reținere a suspensiilor pe grătare, procesul de deznisipare, de flotare, cel de coagulare/floculare, procesul de sedimentare și în final procesul de epurare cu nămol activ.
În subcapitolul 4.2 sunt dimensionate utilajele: grătarele, deznisipatorul, separatorul de grăsimi, decantorul primar, bazinul cu nămol activ și decantorul secundar.
În capitolul 5 sunt prezentate aspecte privind exploatarea instalației, și anume: calculul bilanțului de masă pe instalație (subcapitolul 5.1), subproduse materiale și energetice, deșeuri (subcapitolul 5.2), construcții și instalații prevăzute în cadrul stației de epurare a apelor uzate (subcapitolul 5.3), controlul, automatizarea și reglarea procesului tehnologic. Elaborarea schemei de reglare și automatizare a procesului (subcapitolul 5.4), tehnica securității, de protecție și igienă a muncii la rețelele de canalizare (subcapitolul 5.5).
În capitolul 6 se prezintă amplasarea și planul general al stației de epurare a apelor uzate urbane. Acest capitol cuprinde: alegerea terenului și amplasarea în mediu (subcapitolul 6.1), care studiază elementele de geologie și topografie, hidrologia, clima și calitatea aerului, elementele de geologie acvatică și terestră; și așezările umane din zona stației de epurare (subcapitolul 6.2).
Capitolul 3. Tehnologia adoptată
3.1. Condiții de calitate pentru componenta de mediu apă. Normative
Principalele resurse naturale de apă sunt constituite din apele subterane, apele de suprafață (de exemplu: pârâuri, râuri, fluvii sau lacuri) și apa mărilor și oceanelor. Calitatea resurselor naturale de apă trebuie de cele mai multe ori îmbunătățită pentru a corespunde cerințelor calitative ale consumatorilor (ca apă potabilă, de irigație, industrială, pentru fermele agrozootehnice etc.) ca urmare a intensificării și diversificării fenomenelor de poluare ale acestora. Ca urmare, trebuie aplicate tehnologii moderne eficiente de tratare a diferitelor resurse de apă, impunându-se din ce în ce mai mult aplicarea de tehnologii avansate și/sau terțiare de tratare (precum și epurarea eficientă a apelor uzate industriale sau urbane evacuate în receptorii naturali de apă) în vederea îndeplinirii condițiilor de aderare și recomandărilor impuse de UE pentru protecția resurselor de apă (Zaharia, 2008).
Legislația reprezentativă în domeniul protecției calității apelor cuprinde (Zaharia, 2008):
Legea Protecției Mediului 137/1995, Legea-cadru a Protecției Mediului, completată de O.U.G. 195/2005, aprobată prin Legea 265/2006, modificată de O.U.G. 114/2007. Un subcapitol special al acestei legi este dedicat protecției apelor și ecosistemelor acvatice având ca obiect menținerea și ameliorarea calității naturale ale acesteia. Prin această lege Autoritatea Centrală de Protecția Mediului a elaborat reglementări și normative privind următoarele aspecte :
– norme tehnice referitoare la protecția apelor, ecosistemelor și populației în cazul poluărilor accidentale interne sau transfrontaliere;
– procedura de autorizare pentru exploatarea surselor de apă, realizarea de lucrări hidrotehnice și a lucrărilor de irigație;
– standarde de emisie;
– standarde de calitate a apelor în conformitate cu legislația internațională;
– cerințe de evacuare și epurare a apelor uzate.
H.G. 352/2005 privind modificarea și completarea H.G. 188/2002 pentru aprobarea unor norme privind condițiile de descărcare în mediul acvatic al apelor uzate. Această hotărâre conține două normative (Zaharia, 2008):
– NTPA 001 privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și urbane la evacuarea în receptorii naturali;
– NTPA 002 privind condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare a localităților și direct în stațiile de epurare.
În cadrul actului normativ NTPA 001 se precizează că în scopul protejării sănătății populației și a mediului evacuarea/descărcarea în receptorii naturali ai apelor uzate urbane și industriale cu conținut de substanțe poluante se face numai în condițiile respectării prevederilor legislației în vigoare și a prezentului normativ.
Prezentul normativ are drept scop stabilirea condițiilor generale de calitate a tuturor categoriilor de ape uzate, înainte de evacuarea acestora în receptorii naturali, precum și a valorilor limită admisibile ale principalilor indicatori de calitate ai acestor ape.
Domeniuolul 6 se prezintă amplasarea și planul general al stației de epurare a apelor uzate urbane. Acest capitol cuprinde: alegerea terenului și amplasarea în mediu (subcapitolul 6.1), care studiază elementele de geologie și topografie, hidrologia, clima și calitatea aerului, elementele de geologie acvatică și terestră; și așezările umane din zona stației de epurare (subcapitolul 6.2).
Capitolul 3. Tehnologia adoptată
3.1. Condiții de calitate pentru componenta de mediu apă. Normative
Principalele resurse naturale de apă sunt constituite din apele subterane, apele de suprafață (de exemplu: pârâuri, râuri, fluvii sau lacuri) și apa mărilor și oceanelor. Calitatea resurselor naturale de apă trebuie de cele mai multe ori îmbunătățită pentru a corespunde cerințelor calitative ale consumatorilor (ca apă potabilă, de irigație, industrială, pentru fermele agrozootehnice etc.) ca urmare a intensificării și diversificării fenomenelor de poluare ale acestora. Ca urmare, trebuie aplicate tehnologii moderne eficiente de tratare a diferitelor resurse de apă, impunându-se din ce în ce mai mult aplicarea de tehnologii avansate și/sau terțiare de tratare (precum și epurarea eficientă a apelor uzate industriale sau urbane evacuate în receptorii naturali de apă) în vederea îndeplinirii condițiilor de aderare și recomandărilor impuse de UE pentru protecția resurselor de apă (Zaharia, 2008).
Legislația reprezentativă în domeniul protecției calității apelor cuprinde (Zaharia, 2008):
Legea Protecției Mediului 137/1995, Legea-cadru a Protecției Mediului, completată de O.U.G. 195/2005, aprobată prin Legea 265/2006, modificată de O.U.G. 114/2007. Un subcapitol special al acestei legi este dedicat protecției apelor și ecosistemelor acvatice având ca obiect menținerea și ameliorarea calității naturale ale acesteia. Prin această lege Autoritatea Centrală de Protecția Mediului a elaborat reglementări și normative privind următoarele aspecte :
– norme tehnice referitoare la protecția apelor, ecosistemelor și populației în cazul poluărilor accidentale interne sau transfrontaliere;
– procedura de autorizare pentru exploatarea surselor de apă, realizarea de lucrări hidrotehnice și a lucrărilor de irigație;
– standarde de emisie;
– standarde de calitate a apelor în conformitate cu legislația internațională;
– cerințe de evacuare și epurare a apelor uzate.
H.G. 352/2005 privind modificarea și completarea H.G. 188/2002 pentru aprobarea unor norme privind condițiile de descărcare în mediul acvatic al apelor uzate. Această hotărâre conține două normative (Zaharia, 2008):
– NTPA 001 privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și urbane la evacuarea în receptorii naturali;
– NTPA 002 privind condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare a localităților și direct în stațiile de epurare.
În cadrul actului normativ NTPA 001 se precizează că în scopul protejării sănătății populației și a mediului evacuarea/descărcarea în receptorii naturali ai apelor uzate urbane și industriale cu conținut de substanțe poluante se face numai în condițiile respectării prevederilor legislației în vigoare și a prezentului normativ.
Prezentul normativ are drept scop stabilirea condițiilor generale de calitate a tuturor categoriilor de ape uzate, înainte de evacuarea acestora în receptorii naturali, precum și a valorilor limită admisibile ale principalilor indicatori de calitate ai acestor ape.
Domeniul de aplicare a prezentului normativ cuprinde apele uzate industriale și urbane care au fost sau nu epurate.
În cazul apelor uzate ce conțin substanțe poluante peste valorile limită stabilite prin prezentul normativ, este obligatorie epurarea acestora sau luarea de măsuri tehnologice adecvate, până la atingerea valorilor admise.
Pentru substanțele pentru care nu sunt prevăzute limite maxime admisibile în standardele sau în normativele în vigoare, acestea se stabilesc pe bază de studii elaborate de institute specializate, abilitate conform legii, la comanda utilizatorului de apă. Studiile vor cuprinde, de asemenea, metodele de analiză calitativă și cantitativă a substanțelor respective, precum și tehnologiile de epurare adecvate. Limitele maxime admisibile vor fi aprobate de către autoritatea publică centrală din domeniul apelor și protecției mediului.
În cazuri speciale – după probe tehnologice, la amorsarea treptelor biologice din stațiile de epurare, la reviziile periodice sau pe parcursul execuției unor lucrări de retehnologizare ori extindere a capacității stației de epurare – este permisă depășirea valorilor-limită ale indicatorilor de calitate, dacă prin aceasta nu se pune în pericol sănătatea populației, a ecosistemelor acvatice sau nu se produc pagube materiale, și numai cu avizul autorităților bazinale de gospodărire a apelor și, după caz, al inspectoratelor teritoriale de sănătate publică.
Apele uzate care se evacuează în receptorii naturali nu trebuie să conțină:
substanțe poluante cu grad ridicat de toxicitate, precum și acele substanțe a căror interdicție a fost stabilită prin studii de specialitate;
materii în suspensie peste limita admisă, care ar putea produce depuneri în albiile minore ale cursurilor de apă sau în cuvele lacurilor;
substanțele care pot conduce la creșterea turbidității, formarea spumei sau la schimbarea proprietăților organoleptice ale receptorilor față de starea naturală a acestora.
Descărcarea apelor uzate epurate în rețeaua de canale de desecare, de irigații ori pe terenuri agricole se va face numai cu avizul administratului/deținătorului acestora.
Substanțele poluante cu grad ridicat de periculozitate au fost selectate în special pe baza toxicității, persistenții și bioacumulării lor și grupate în:
1. compuși organohalogenați;
2. compuși organostanici și organofosforici;
3. substanțe cu proprietăți cancerigene;
4. compuși organici ai mercurului;
5. compuși organosilicici;
6. deșeuri radioactive care se concentrează în mediu sau în organismele acvatice.
Esta interzisă evacuarea în receptorii naturali, odată cu apele uzate, a substanțelor individuale care aparțin claselor sau grupelor de substanțe enumerate mai sus și care au un grad ridicat de periculozitate.
Dispozițiile normativului NTPA 002 se referă la calitatea apelor uzate care urmează să fie evacuate în rețelele de canalizare ale localităților, sau, după caz, în cele ale unor agenți economici industriali la care sunt racordate localitățile. Normativul se referă și la apele uzate care se descarcă direct în stațiile de epurare.
Normativul are drept scop stabilirea condițiilor în care se va accepta evacuarea apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților sau în cele ale unor agenți economici industriali la care sunt racordate localitățile, astfel încât să se asigure protecția și funcționarea normală a acestora, precum și protejarea mediului de efectele adverse ale evacuărilor de ape uzate.
Prezentul normativ se aplică la:
a. proiectarea, avizarea și, după caz, autorizarea unor noi lucrări de folosire a apelor, precum și la extinderea sau retehnologizarea obiectivelor existente care evacuează ape uzate epurate sau neepurate;
b. stabilirea gradului de preepurare necesar și a tehnologiei de preepurare aferente, necesare obiectivelor economico-sociale, înainte ca apele uzate să fie evacuate;
c. proiectarea, avizarea și, după caz, autorizarea din punctul de vedere al gospodăririi apelor și al protecției mediului a rețelelor de canalizare și, respectiv, a stațiilor de epurare noi, a celor existente sau a celor existente care fac obiectul unor completări ori extinderi;
d. elaborarea documentațiilor pentru obținerea acordului de racordare la rețelele de canalizare ale localităților;
e. verificarea respectării prevederilor autorizației de gospodărire a apelor și, respectiv, a prevederilor contractuale cu privire la condițiile de evacuare cantitative și verificarea respectării prevederilor acceptului de evacuare cu privire la condițiile de evacuare calitative de încărcare cu substanțe poluante a apelor, în rețelele de canalizare ale localităților.
În situația în care apele uzate industriale sunt evacuate direct în rețeaua de canalizare, se interzice descărcarea de substanțe prioritare și prioritar periculoase.
Evacuarea apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților este permisă numai dacă prin aceasta :
nu se aduc prejudicii igienii și sănătății publice sau personalului de exploatare;
nu se diminuează prin depuneri capacitatea de transport a canalelor colectoare;
nu se degradează construcțiile și instalațiile rețelelor de canalizare ale stațiilor de epurare și ale echipamentelor asociate;
nu sunt perturbate procesele de epurare din stațiile de epurare sau nu se diminuează capacitatea de prelucrare a acestora.
Apele uzate care se evacuează în rețelele de canalizare ale localităților și direct în stațiile de epurare nu trebuie să conțină:
materii în suspensie, în cantități și dimensiuni care pot constitui un factor activ de erodare a canalelor, care pot provoca depuneri sau care pot stânjeni curgerea normală, cum sunt:
materialele care, la vitezele realizate în colectoarele de canalizare corespunzătoare debitelor minime de calcul ale acestora, pot genera depuneri;
diferitele substanțe care se pot solidifica și astfel pot obtura secțiunea canalelor
corpurile solide, plutitoare sau antrenate, care nu trec prin grătarul cu spațiu liber de 20 mm între bare, iar în cazul fibrelor și firelor textile ori al materialelor similare – pene, fire de păr de animale – care nu trec prin sita cu latura fantei de 2 mm;
suspensiile dure și abrazive ca pulberile metalice și granulele de roci, precum și altele asemenea, care prin antrenare pot provoca erodarea canalelor;
păcura, uleiul, grăsimile sau alte materiale care prin formă, cantitate sau aderență pot conduce la crearea de zone de acumulări de depuneri pe pereții canalului colector;
substanțele care, singure sau în amestec cu alte substanțe conținute în apa din rețelele de canalizare, coagulează, existân riscul depunerii lor pe pereții canalelor, sau conduc la apariția de substanțe agresive noi;
substanțe cu agresivitate chimică asupra materialelor din care sunt realizate rețelele de canalizare și echipamentele și conductele din stațiile de epurare a apelor uzate;
substanțe de orice natură, care, plutitoare sau dizolvate, în stare coloidală sau de suspensie, pot stânjeni exploatarea normală a canalelor și stațiilor de epurare a apelor uzate sau care împreună cu aerul pot forma amestecuri explozive, cum sunt: benzina, benzenul, esterii, cloroformul, acetilena, sulfura de carbon, solvenți, dicloroetilena și alte hidrocarburi clorurate, apa sau nămolul din generatoarele de acetilenă;
substanțe toxice sau nocive care, singure sau în amestec cu apa din canalizare, pot pune
în pericol personalul de exploatare a rețelei de canalizare și a stației de epurare;
substanțe cu grad ridicat de periculozitate, cum sunt:
metalele grele și compușii lor;
compușii organici halogenați;
compuși organici cu fosfor sau cu staniu;
agenții de protecție a plantelor, pesticidele – fungicide, erbicide, insecticide, algicide – și substanțe chimice folosite pentru conservarea materialului lemnos, a peielor sau a materialelor textile;
substanțele chimice toxice, carcinogene, mutagene sau teratogene, ca: acrilonitril, hidrocarburi poliacrilice aromatice, ca benzpiren, benzantracen și altele asemenea;
substanțele radioactive, inclusiv deșeurile.
substanțe care, singure sau în amestec cu apa din canalizare, pot degaja mirosuri ce contribuie la poluarea mediului;
substanțe colorate ale căror cantitate și natură, chiar în condițiile diluării realizate în rețeaua de canalizare și în stația de epurare, determină prin descărcarea lor odată cu apele uzate modificarea culorii apei receptorului natural;
substanțe inhibitoare ale procesului biologic de epurare a apelor uzate sau de tratare a nămolului;
substanțe organice greu biodegradabile.
În cazul în care în apa uzată se găsesc mai multe metale grele din categoria Cu, Cr, Ni, Mn, suma concentrațiilor lor nu trebuie să depășească valoarea de 5,0 mg/dm3; dacă se găsesc doar metale grele, precum Zn și/sau Mn, suma concentrațiilor acestora nu poate depăși valoarea de 6,0 mg/dm3.
În cazuri speciale – după probe tehnologice, la amorsarea treptelor biologice din stațiile de epurare, la reviziile periodice sau pe parcursul execuției unor lucrări de retehnologizare ori extindere a capacității stației de epurare – este permisă depășirea valorilor-limită ale indicatorilor de calitate, dacă prin aceasta nu se pune în pericol sănătatea populației, a ecosistemelor acvatice sau nu se produc pagube materiale, și numai cu avizul autorităților bazinale de gospodărire a apelor și, după caz, al inspectoratelor teritoriale de sănătate publică (Zaharia, 2008).
În continuare, în tabelul 1, vor fi prezentați indicatorii de calitate ai apelor uzate, atât pentru cele evacuate în rețelele de canalizare ale localităților, cât și pentru cele evacuate în receptorii naturali precizându-se și valorile limită admisibile.
Tabelul 1. Indicatorii de calitate ai apelor uzate și valorile limită admisibile ale acestora prevazute in NTPA 001 și NTPA 002
3.2. Poluanți caracteristici. Impact asupra mediului. Necesitatea epurării apei uzate
Societatea modernă dezvoltată în orașele dezvoltate industrializate produce un volum mare de ape uzate ce conțin o diversitate de poluanți, dintre care, mai ales cei generați de industrii, sunt toxici pentru toate organismele vii și fac imposibilă autoepurarea cursurilor de apă în care apele au fost deversate (Macoveanu, Teodosiu și Duca, 1997).
Pentru realizarea epurării apelor uzate este necesar cunoașterea principalelor categorii de poluanți, care conferă apelor ce îi conțin caracteristicile de ape uzate prin alterarea caracteristicilor fizice, chimice și biologice. Aceste categorii de poluanți sunt (Macoveanu, Teodosiu și Duca, 1997):
substanțe organice provenite din apele uzate menejere, industriale (industria organică de sinteză, fabrici de hârtie) și complexe de creștere a animalelor. Compușii organici instabili aflați în apa uzată pot fi cu ușurință oxidați prin consumarea oxigenului dizolvat din apă (emisar), micșorând astfel capacitatea de autoepurare a emisarului.
nutrienții includ: azotul, fosforul, compușii cu azot și fosfor, siliciul și sulfații. Apele uzate menajere și efluenții din industria îngrășămintelor chimice constituie principalele surse de generare. Azotul și fosforul stimulează creșterea algelor provocând fenomenul de eutrofizare.
poluanții prioritari (substanțele toxice) sunt compuși organici sau anorganici selectați pe baza toxicității foarte mari și a efectelor cancerigene și mutagene.
suspensii inerte sau materiale fin divizate rezultate ca urmare a proceselor de spălare din diverse industrii. Prin depunerea solidelor în suspensii se peturbă viața acvatică normală în receptorul natural în care a fost deversată apa uzată.
alți compuși organici cum ar fi: sărurile sau agenții reducători (sulfiți sau săruri feroase), care apar în efluenții rezultați din diverse industrii. În cantități mici, sărurile nu au efecte negative asupra mediului înconjurător, dar compușii reducători, prin consumarea oxigenului dizolvat micșorează capacitatea de autoepurare a emisarului.
apa caldă produsă de multe industrii care utilizează apa ca agent de răcire. Deversarea ca atare a apei calde în emisar peturbă desfășurarea proceselor biologice de autoepurare.
contaminarea bacteriologică poate fi produsă de către industriile alimentare, crescătoriile de animale sau canalizarea apelor menajere.
Impactul asupra mediului. Necesitatea epurării apelor uzate
Epurarea apelor uzate municipale și industriale reprezintă o necesitate a societății contemporane în permanentă dezvoltare. Creșterea populației, dar și industrializarea continuă necesară modernizării societății, au condus la creșterea necesarului de apă și implicit a volumului de ape uzate deversate în râuri și mări. Dacă apele uzate ar fi acumulate fără a fi epurate, descompunerea materialului organic conținut ar conduce la producerea gazelor cu miros neplăcut, iar microorganismele patogene existente în apele uzate ar cauza îmbolnăviri grave oamenilor. Nutrienții existenți în apele uzate sunt, de asemenea, un pericol, deoarece stimulează creșterea plantelor acvatice ducând la fenomene de eutrofizare ale cursurilor de apă (Macoveanu, Teodosiu și Duca, 1997).
Deversarea diferitelor substanțe și materiale modifică indicatorii de calitate a apei din natură, aceasta devenind apă uzată.
Prin utilizarea apei de către om în cele mai diverse scopuri practice și prin contactul apelor meteorice (ploaie, zăpadă) cu produse ale activității umane, aceasta se transformă în apă uzată.
Deoarece domeniile de folosire ale apei îmbracă cele mai diverse forme (apă potabilă, alimentare cu apă a industriei, alimentarea cu apă a agriculturii, piscicultură, scopuri urbanistice și de agrement), posibilitățile ca aceasta să fie poluată sunt foarte mari.
Apele meteorice, în timpul ploilor, dizolvă diverse gaze toxice din aer (oxizi de sulf, azot, amoniac etc.) sau se încarcă cu pulberi ce conțin oxizi metalici, gudroane sau alte substanțe. Apele rezultate din topirea zăpezilor și cele de ploaie se pot impurifica în timpul șiroirii lor la suprafața solului prin contactul cu diverse produse ale activității umane (deșeuri menajere, industriale, îngrășeminte, pesticide etc.) (Rojanschi și Ognean, 1997).
Apele uzate pot avea numeroase influențe negative asupra mediului înconjurător, și anume asupra receptorului, a folosințelor agricole și a creșterii animalelor, asupra fondului piscicol, dar și asupra stării sanitare și igienice, datorită poluanților pe care îi conțin.
Între apele uzate și mediul înconjurător în care acestea sunt deversate se stabilește o relație bilaterală; prin impuritățile pe care le conțin, apele uzate acționează asupra mediului înconjurător, de cele mai multe ori în sens negativ, iar acesta, la rândul său, contribuie la înlăturarea poluanților din apă (autoepurare) (Rojanschi și Ognean, 1997).
Pentru evacuarea apelor uzate colectate prin rețele de canalizare receptorii folosiți în mod curent sunt cursurile de apă de suprafață, lacurile sau marea și, mai rar, stratele permeabile subterane adânci și solul pentru irigații și infiltrații.
Acțiunile apelor uzate asupra receptorilor diferă după tipul acestora: ape de suprafață sau soluri impermeabile.
Acțiunile pe care le suferă apele de suprafață din partea apelor uzate sunt (Rojanschi și Ognean, 1997):
modificarea calităților fizice, prin schimbarea culorii, temperaturii, conductibilității electrice, radioactivității, prin formarea depunerilor de fund, de spumă sau de pelicule plutitoare;
modificarea calităților organoleptice (gustul și mirosul);
modificarea calităților chimice prin schimbarea pH-ului, creșterea conținutului de substanțe toxice, schimbarea durității, reducerea cantității de oxigen datorită substanțelor organice din apele uzate etc.;
distrugerea faunei și florei valoroase și favorizarea dezvoltării unor microorganisme, ca și mărirea numărului de virusuri și de bacterii, printre care se pot găsi și germeni patogeni.
Efectele negative provocate de apele uzate solurilor infiltrabile, folosite drept terenuri pentru irigații și infiltrare, sunt: emanări de mirosuri, colmatarea porilor, creșterea acidității și alcalinității apelor, precum și infectarea solurilor și a apelor freatice de mică adâncime, cu virusuri și bacterii.
Sub influența apelor uzate neepurate satisfacător, cu conținut de substanțe organice, încep să se formeze în apa receptorului colonii mari de microorganisme, care sunt antrenate de apa râului și apoi blochează grătarele de la intrarea prizelor de apă și a filtrelor de la instalațiile de apă potabilă și industrială.
Apele uzate ce conțin acizi atacă părțile metalice ale instalațiilor. Conținutul mare de carbonați al unor ape uzate industriale periclitează funcționarea cazanelor cu aburi ale centralelor termoelectrice (Rojanschi și Ognean, 1997).
Apele uzate care au conținut mare de acizi dizolvă substanțele nutritive din sol. Colmatarea terenurilor se poate produce prin irigarea acestora cu ape uzate provenite de la fabricile de celuloză și prelucrarea lemnului sau de la fabricile textile care conțin fibre sau folosirea apelor cu un conținut ridicat de fier. Apele de la băile de galvanizare, cu cianuri și săruri metalice, provoacă moartea animalelor și păsărilor care consumă plante irigate cu aceste ape și, în plus, pot provoca și sterilizarea solului, făcându-l neutilizabil pentru agricultură (Rojanschi și Ognean, 1997).
Calitatea apei receptorilor naturali este influențată negativ de orice deversare de ape uzate, care, implicit, are aceeași influență și asupra fondului piscicol. Astfel prin deversarea acestora pot fi stânjenite migrațiile unor specii de pești sau ale altor organisme acvatice, ceea ce duce la dispariția lor din efluenții curați, cu consecință asupra întregului lanț trofic (Rojanschi și Ognean, 1997).
În corpul unor organisme acvatice se pot acumula diferite substanțe toxice, substanțe fitofarmaceutice, substanțe radioactive. Prin consumarea acestor organisme de alte organisme se poate produce o contaminare în lanț a diferitelor verigi trofice. Situația este și mai evidentă când este vorba de ecosistemele cu apă stătătoare (Rojanschi și Ognean, 1997).
Apele uzate provenite de la abatoare, lăptării, tăbăcării, fabrici de piele, margarină, bere etc., constituie un mediu propice pentru toate bacteriile și, în consecință, favorizează dezvoltarea acestora în emisar, prin conținutul lor ridicat de materii organice ca albumine, hidrați de carbon și săruri nutritive, reprezentând astfel un factor negativ pentru sănătatea oamenilor și a animalelor (Rojanschi și Ognean, 1997).
Unele ape uzate industriale, cum sunt cele ce conțin uleiuri, grasimi, gudroane, detergenți, care pe lângă faptul că rețin praful și tot felul de impurități, făcând o spumă cu aspect neplăcut, împiedică și aerarea apei și afectează puternic locurile de baie, ștrandurile naturale. Dezvoltarea coloniilor de bacterii, cum sunt Sferotilus și Leptomitos, care formează coji sub formă de „blană de oaie”, și care dau un aspect inestetic și dezagreabil locurilor de baie, sunt favorizate de apele uzate care conțin hidrați de carbon și alte substanțe organice ușor fermentabile (Rojanschi și Ognean, 1997).
Apa uzată este supusă procesului de epurare, în cadrul căruia poluanții sunt reținuți parțial sau total, datorită numeroaselor influențe negative pe care le are asupra mediului (Rojanschi și Ognean, 1997).
3.2.1. Considerente generale privind epurarea apelor uzate
Epurarea apelor uzate municipale este o necesitate a societății contemporane în permanentă dezvoltare. Creșterea populației a condus la creșterea consumului de apă, a volumului de ape uzate, a numărului și complexității poluanților din aceste ape uzate (Macoveanu ș.a., 1997).
Epurarea reprezintă procesul complex de reținere și neutralizare al substanțelor dăunătoare dizolvate, în suspensie sau coloidale prezente în apele uzate industriale sau menajere în cadrul stațiilor de epurare. Principalul scop este de a îmbunătăți calitatea acestor ape pentru a putea fi deversate în receptorul natural fără a prejudicia flora sau fauna. După ce apa este epurată în stații de epurare, ea poate fi chiar refolosită în anumite domenii sau procese tehnologice.
Odata cu creșterea complexității structurii societății, calitatea apei furnizate, diversitatea poluanților, procesele de gospodărire ale apei și impactul asupra mediului înconjurator au devenit tot mai dificile ca subtilitate și complexitate.
Pentru proiectarea și operarea sistemului de colectare și epurare a apelor uzate este absolut necesar să se cunoască natura apelor uzate. In scopul determinării compoziției apelor uzate se folosesc metode gravimetrice, volumetrice sau fizico-chimice în conformitate cu standardele în vigoare la nivel național. Caracteristicile fizice, chimice, biologice și bacteriologice reflectă compoziția și respectiv, gradul de poluare al apei uzate (Macoveanu, Teodosiu și Duca, 1997).
Se știe că natura acționează cu mijloace proprii în direcția menținerii indicatorilor de calitate ai apelor. Indicatorii de calitate nu mai pot fi păstrați în limitele normale numai prin autoepurare, în condițiile unei poluări tot mai accentuate. Datorită acestor condiții, este necesară intervenția omului pentru prevenirea și combaterea poluării. Prevenirea poluării se realizează prin luarea unor măsuri de supraveghere și control, iar combaterea poluării se face prin construcții, instalații, echipamente etc., prin așa numitele stații de epurare a apelor uzate (Rojanschi și Ognean, 1997).
Procesele de epurare sunt, în mare măsură, asemănătoare cu cele care au loc în timpul autoepurării, numai că sunt dirijate de către om și se desfășoară cu o viteză mult mai mare. Instalațiile de epurare sunt realizate tocmai în scopul intensificării și favorizării proceselor care se desfășoară în decursul autoepurării (Rojanschi și Ognean, 1997).
Epurarea apelor uzate poate fi în funcție de caracteristicile apei și de cerințele evacuării în emisar, mai mult sau mai puțin complexă, astfel având stații de epurare simple mecano-biologice sau stații de epurare complexe. Apele uzate cu caracter predominant anorganic vor fi tratate în stații de epurare numai prin mijloace fizico-chimice de reținere și neutralizare: sedimentare, neutralizare, precipitare, coagulare, floculare, adsorbție pe cărbune activ, schimb ionic. Apele uzate cu un caracter predominant organic sunt epurate într-o stație de epurare prin procedee fizico-chimico-biologice.
3.3. Variante tehnologice de epurare a apelor uzate municipale
Stadiul actual al epurării apelor uzate industriale în România se limitează la procesele convenționale de epurare care au loc în stațiile de epurare industriale și municipale, de tip end-of-pipe treatment (în principal tehnologii de epurare mecanică, fizico-chimică și biologică). În multe cazuri, unitățile industriale realizează o pre-epurare după care deversează efluenții industriali în sistemele de canalizare pentru a putea fi epurate ulterior în stația municipală de epurare (Teodosiu, 2007).
Metodele prin care se realizează epurarea apelor uzate se bazează pe procese fizice, chimice și biologice, care diferă în funcție de tipul poluanților și de concentrația lor în apa uzată. Aceste metode se poate clasifica, în funcție tipul procesului care stă la baza metodei de epurare, în (Macoveanu, Teodosiu și Duca, 1997):
epurare mecanică;
epurare chimică;
epurare biologică;
epurare avansată.
O alta clasificare se poate face și în funcție de operațiile și procesele unitare necesare pentru a realiza îndepărtarea poluanților, într-un anumit stadiu al sistemului de epurare în (Macoveanu, Teodosiu și Duca, 1997):
epurare primară;
epurare secundară;
epurare terțiară (avansată).
În funcție de încărcarea apelor uzate și modalitatea de deversare a apelor uzate (în emisar, canalizare) se pot utiliza variante de epurare convențională care să includă una sau mai multe procese de epurare după cum urmează:
Epurarea mecanică a apelor uzate reprezintă primul stadiu de epurare al apelor uzate municipale și se bazează de obicei pe îndepărtarea poluanților prin operații unitare (fizice/mecanice). Un caz particular îl reprezintă flotația cu aer dizolvat, unde în bazinul de flotație se pot adăuga și agenți de coagulare-floculare pentru a mări eficiența depunerii particulelor solide.
Epurarea mecanică se realizează cu următoarele scopuri (Teodosiu, 2011-2012):
Reținerea corpurilor și a suspensiilor de dimensiuni mari pe grătare, site, cominutoare, dezintegratoare;
Separarea grăsimilor și uleiurilor prin flotație în separatoare de grăsimi, decantoare speciale dotate cu dispozitive de reținere a grăsimilor;
Separarea materiilor solide în suspensie și a solidelor cu dimensiuni mai mari (nisip, petriș) prin sedimentare în deznisipatoare și decantoare cu scopul de a reține particulele în epurarea primară și flocoanele biologice în epurarea biologică (secundară).
Reținerea compușilor și impurităților de dimensiuni mari, din apele uzate, se numește degrosisarea apelor și de referă la procesele fizice ce au loc în grătare, deznisipatoare și separatoare de grăsimi. În epurarea apelor menajere acest pocedeu constituie o etapă intermediară de realizare totală a epurării apelor uzate (Dima, 2005).
G/S – grătare/site;
DZ – deznisipator;
D.P. – decantor primar.
Procedeele de epurare mecano-chimice se aplică la apele uzate în compoziția cărora predomină materii solide în suspensie, materii coloidale și dizolvate, care se pot reține doar prin epurarea apelor cu reactivi chimici (pentru coagularea-flocularea materiilor coloidale sau precipitarea chimică). Pentru a crește eficiența procesului chimic, apele sunt epurate mecanic, în prealabil, de aceea acest procedeu este denumit epurare mecano-chimică. Eficiența procesului chimic crește doar dacă apele uzate sunt epurate mecanic, și de aceea acest procedeu este denumit epurare mecano-chimică. Acest procedeu este aplicat frecvent în epurarea apelor industriale, pentru industriile minieră, extractivă, alimentară, petrochimică (Teodosiu, 2007).
Epurarea mecanică și epurarea mecano-chimică constituie epurarea primară a apelor uzate, iar construcțiile și instalațiile aferente alcătuiesc treapta mecanică a unei stații de epurare (Dima, 2005).
Procedeele de epurare mecano-biologică se bazează pe acțiunea comună a proceselor mecanice, chimice și biologice și pot vea loc în condiții naturale (câmpuri de irigare și de infiltrare, iazuri biologice, lagune aerate), sau în condiții artificiale prin filtrare biologică sau în bazine de aerare cu nămol activ de mică sau de mare încărcare, cu aerare normală sau prelungită (Dima, 2005).
Reținerea materiilor solide dizolvate și în special a celor organice (biodegradabile) se realizează în construcțiile și instalațiile în care se desfășoara procesele biochimice de epurare biologică, ce alcătuiesc treapta secundară a stației de epurare. În decantoarele secundare, prin sedimentare, este reținut nămolul produs în treapta biologică (Teodosiu, 2007).
Pentru această treaptă de epurare sunt necesare, datorită complexității proceselor, unele construcții și instalații de deservire (instalații pentru producerea și introducerea artificială a aerului, stații de pompare etc.) (Dima, 2005).
Epurarea fizico-chimică precede etapa de epurare biologică și realizează eliminarea unor poluanți care, în condiții normale, pot încetini sau chiar inhiba acest proces. În funcție de caracteristicile apei uzate, se pot aplica în etapa de epurare fizico-chimică următoarele operații și procese unitare (Teodosiu, 2007):
Coagularea – flocularea și precipitarea chimică sunt folosite pentru eliminarea coloizilor, a metalelor grele, a solidelor în suspensie (parțial), sulfurilor în exces din apa uzată. Coagularea se realizează cu săruri de fier (Fe2(SO4)3 sau FeCl3) sau de aluminiu (Al2(SO4)3), polielectrolit anionic, care favorizează aglomerarea flocoanelor, îmbunătățind și capacitatea lor ulterioară de sedimentare (Zaharia, 2006).
Eficiența procesului depinde de natura agentului de coagulare, de doza de coagulant, de pH, tăria ionică, și natura și concentrația apelor uzate.
Sedimentarea sau flotația cu aer dizolvat sau filtrarea pot fi folosite pentru separarea flocoanelor și precipitatelor rezultate anterior. Flocularea chimică se desfășoară în utilajul de flotație, în care se introduc și bule fine de aer în faza lichidă.
Epurarea biologică reprezintă procesul prin care substanțele poluante (organice, solide coloidale, compuși anorganici solubili), sunt transformate de către cultura de microorganisme în produși de degradare inofensivi (CO2, H2O, N2, NO3, SO, alți produși), și masă celulară nouă.
Rolul principal în epurarea biologică o au microorganismele (bacterii) care se pot dezvolta în prezența oxigenului (obligat aerobe sau facultativ aerobe) sau în absența oxigenului (obligat anaerobe) (Teodosiu, 2007).
Epurarea biologică cu nămol activ este un proces aerob, în care aerul necesar dezvoltării micoorganismelor poate fi furnizat prin aerare pneumatică (aerul comprimat este introdus prin intermediul plăcilor poroase sau a conductelor cu orificii foarte fine), prin aerare mecanică (aerarea este facilitată de agitatoare mecanice de diferite profile care facilitează crearea de turbulențe locale) sau prin aerare combinată.
Apa uzată după epurarea mecanică sau mecano-chimică este trimisă în bazine de aerare care conțin suspensia de microorganisme (nămol activ), menținută în permanență sub aerare. Microorganismele se dezvoltă pe seama consumării substanțelor organice și nutrienților formând flocoanelor biologice care sunt apoi trecute într-un decantor secundar, cea mai mare parte din biomasa sedimentabilă fiind recirculată, iar o parte fiind eliminată ca nămol în exces (Teodosiu, 2007).
G/S – grătare/site;
DZ – deznisipator;
D.P. – decantor primar;
B.N.A. – bazin cu nămol activ;
D.S. – decantor secundar.
Epurarea în instalații cu film biologic (filtre biologice) – cultura de microorganisme se dezvoltă pe un suport inert din punct de vedere biologic, care asigură o suprafață de contact mare, și are de asemenea o permeabilitate mare la trecerea apei uzate. Drept suport inert se pot folosi următoarele materiale: zgură, pietriș, cocs, materiale ceramice și plastice.
Apa uzată (după epurarea mecanică sau mecano-chimică) este introdusă pe la partea superioară a filtrului biologic și străbate materialul granular pe care se dezvoltă filmul biologic, părăsind instalația pe la parte inferioară. Ca urmare a consumării impurităților de către filmul biologic, acesta crește și se poate desprinde de pe suportul inert la anumite intervale de timp. Pelicula desprinsă se elimină în efluent, urmând ca în decantorul secundar să se realizeze finisarea calității efluentului (Teodosiu, 2007).
Pentru a realiza epurarea apelor uzate municipale există mai multe variante ce pot fi aplicate în funcție de numărul de locuitori și debite. Acestea pot fi :
Epurarea mecano-biologică cu oxidare totală propune trecerea apelor uzate printr-o instalație de presedimentare după care urmează o epurare biologică cu oxidare totală. Separarea apei epurate de nămolul activ se realizează în decantorul secundar.
Din sistemul de canalizare apele uzate ajung într-un bazin de amestec care va avea și rolul de stație de pompare. De aici apele uzate sunt introduse prin pompare în decantorul primar unde se produce depunerea suspensiilor grosiere și separarea materialelor grosiere și separarea materialelor plutitoare (Ianculescu, Molnár, Dávid, 2002).
Treapta de epurare biologică și instalația de decantare secundară sunt protejate împotriva pulsațiilor hidraulice, prin instalarea unei derivații pe conducta de refulare a pompei, care determină ca o parte din apele uzate pompate să s reîntoarcă în căminul de plecare, ajutând la amestecarea conținutului (Ianculescu, Molnár, Dávid, 2002).
Nămolul depus din decantorul primar se stabilizează în condiții anaerobe într-un interval de aproximativ trei luni, trebuie evacuat prin aspirație periodică (Ianculescu, Molnár, Dávid, 2002).
După treapta mecanică, apele uzate sunt introdu-se în bazinul de aerare, unde se realizează descompunerea pe cale biologică a materiilor organice și a amoniacului. Necesarul de oxigen pentru procesele biologice aerobe se asigură cu ajutorul suflantelor. Aerarea se produce în sistem cu bule fine (Ianculescu, Molnár, Dávid, 2002).
În cadrul decantorul secundar se produce separarea apelor de nămolul activ. Nămolul pentru recirculare este transportat în bazinul de aerare cu ajutorul pompelor. Înainte ca apele epurate din decantorul secundar să fie deversate în receptorul natural, acestea ajung în bazinul de dezinfectare. Nămolul în exces, rezultat în mod constant, în urma epurării biologice, se evacuează din bazinul de aerare periodic, prin aspirație.
Acest tip de epurare se utilizează pentru localități cu 8-100 de locuitori echivalenți, cu un debit de 1,6-20 m3/zi (Ianculescu, Molnár, Dávid, 2002).
Epurarea mecano-biologică cu nitrificare-denitrificare
Apele uzate provenite direct din sistemul de canalizare sunt trecute printr-un grătar fin, prevăzut cu curățire mecanică, care asigură reținerea materiilor de dimensiuni mari. Apoi apele uzate își continuă drumul spre deznisipatorul aerat. Nisipul depus pe raierul deznisipatorului este evacuat prin pompare spre instalația de deshidratare a nisipului (Ianculescu, Molnár, Dávid, 2002).
Din deznisipator apele uzate ajung în decantorul primar. Din decantor apele uzate sunt trimise în bazinul de oxidare anaerob, iar de acolo în camera anoxică a instalațiilor. În bazinul de selecție ajung spre recirculare nămolurile, iar în bazinul anaerob și anoxic menținerea în suspensie a nămolului este asigurat de amestecătoarele submersibile. Bazinele de selecție anaerobe pe lângă îndepărtarea biologică a fosforului împedică inmulțirea bacteriilor de tip Sphaerotilus, iar bazinul anoxic ca urmare a procesului de denitrificare asigură o economie însemnată de oxigen. Oxigenul pentru aerare în bazinul de aerare se asigură printr-un sistem de suflante. Dizolvarea oxigenului se asigură cu elemente de aerare cu bule fine. Din bazinul de aerare apele ajung în decantorul secundar. Nămolul pentru recirculare din decantorul secundar ajunge în căminul de recirculare de unde printr-un tub aspirant ajunge înapoi în zona anaerobă. Recircularea nitraților din zona oxică în cea anoxică este asigurată prin pompare (Ianculescu, Molnár, Dávid, 2002).
În decantorul secundar se produce despărțirea apei de nămol. Nămolul în exces ajunge în concentratorul de nămol.
Îndepărtarea fosforului este asigurată pe cale biologică și prin precipitare chimică. Adăugarea fierului și a clorurii de sulf se face direct în bazinul de aerare (Ianculescu, Molnár, Dávid, 2002).
Dezinfectarea apelor epurate se face într-un bazin separat. Adăugarea clorului se face printr-o instalație completă.
Se utilizează pentru localități cu 4000-7500 de locuitori echivalenți cu debitul de 800-1500 m3/zi (Ianculescu, Molnár, Dávid, 2002).
3.4. Determinarea gradului de epurare necesar
Determinarea capacității stației de epurare, precum și eficiența sa, sunt calculate funcție de valorile gradului de epurare necesar pentru principalii indicatori de calitate ai apelor uzate. Prin grad de epurare se înțelege procentul de reducere ca urmare a epurării a unei părți din elementele poluante de natură fizică, chimică și biologică din apele uzate, astfel încât procentele rămase să satisfacă cerințele legislative impuse apei uzate epurate având în vedere diluția și amestecarea acesteia cu apa emisarului considerat (relația 3.1):
, (3.1)
în care: Ci – reprezintă valoarea concentrației inițiale a indicatorului fizic, chimic din apele uzate, pentru care se determină gradul de epurare (mg/l);
Cf – reprezintă valoarea concentrației finale a aceluiași indicator după epurarea apei uzate, (mg/l).
Un parametru care intervine în calculele de proiectare ale unei stații de epurare ape uzate urbane, care deversează în emisar apa de suprafață este gradul sau raportul de diluție notat cu d și care este dat de relația (3.2):
(3.2)
în care: Qe -este debitul emisarului (m3/s);
q – reprezintă debitul maxim zilnic ape uzate (m3/s).
Într-o secțiune intermediară de la gura de vărsare până la secțiunea de amestecare completă raportul de diluție real va fi exprimat prin relația (3.3) și anume :
(3.3)
în care: a – coeficientul de amestecare corespunzător secțiunii considerate, a cărei valoare este subunitară și poate varia între 0,7-0,90.
În cazul în care amestecarea ar fi perfectă, valoarea va fi a = 1 și corespunde formulei de calcul.
În unele calcule și studii hidraulice valoarea coeficientului de amestecare este dată de relația lui I.D. Rodziler:
= (3.4)
în care: a – reprezintă coeficientul de amestec;
– reprezintă coeficientul exprimat prin relația lui V.A. Frolov;
(3.5)
în care: ξ = coeficient ce ține cont de locul și tipul evacuării apei uzate în emisar; Se adoptă ξ = 1,5 corespunzător evacuării la talveg;
Ф = coeficient de sinuozitate al receptorului, Ф = 1,2
Dt = = m2/s (3.6)
în care: v- viteza medie a receptorului, v =1,5 m/s;
H- adâncimea medie a receptorului, se adoptă H= 1,8 m;
q – debitul maxim zilnic al apei uzate, m3/s;
L – distanța totală după talveg de la punctul de vărsare al apei uzate până la secțiunea examinată privind calitatea emisarului, m (în calcule secțiunea examinată se consideră situată la amonte de secțiunea de folosință).
L = Ltemă- 1km =15-1= = (3.7)
Se adoptă L temă = .
Se calculează lungimea de amestecare indicată cu ajutorul relației (se calculează utilizând ambele valori ale lui a).
Pentru a=0,999
(3.8)
După determinarea gradului de diluție real se calculează gradul de epurare necesar pentru poluanții importanți considerați în tema de proiectare, așa încât, după epurare și amestecare cu apele emisarului să se încadreze în condițiile de calitate, categoria a doua de calitate pentru ape de suprafață.
3.4.1. Determinarea gradului de epurare pentru materii în suspensii
Se va aplica formula generală de determinare a gradului de epurare necesar (GE) particularizată pentru materiile în suspensie:
Coform NTPA 001 gradul de epurare necesar are valoarea:
(3.9)
în care:- valoarea inițială a concentrației materiei solide în suspensie, din tema de proiectare;
– valoarea finală a concentrației materiei solide în suspensie, conform NTPA 001/2005, concentrația limită pentru materiile în suspensie este 35 mg/l și, respectiv, valoarea impusă în tema de proiectare este 50 mg/l.
Conform temei de proiectare valoarea gradului de epurare necesar este:
(3.10)
Se constată că valorile gradelor de epurare în ceea ce privește materiile solide în suspensie variază între 83,33 % și 88,34 %, funcție de condițiile de deversare.
3.4.2. Determinarea gradului de epurare necesar după substanțe organice (CBO5)
Acest calcul se definește în următoarele situații:
Când în afară de diluții și amestecare intervine și procesul natural de autoepurare al apei prin oxigenare la suprafață;
Când în ecuația de bilanț calculele se bazează numai pe diluție și amestecare și nu iau în considerare procesul de autoepurare;
Funcție de condițiile impuse prin NTPA 001/2005;
Funcție de valorie din tema de proiectare.
Se ia în considerare diluția, amestecarea și procesul de autoepurare prin oxigenarea apei.
(3.11)
unde: – reprezintă cantitatea de CBO5 admisibilă a fi evacuată în emisar pentru amestec, în secțiunea de calcul (7 mg/l);
K1 = 0,1 zi-1 – coeficient de oxigenare sau constanta de consum a oxigenului în ape uzate;
= 0,2 zi-1 – constanta de consum a oxigenului din apele emisarului în amonte de gura de vărsare;
q – debitul zilnic maxim,
Q – debitul emisarului,
a = 0,8;
t – timpul de curgere a apei între secțiunea de evacuare și secțiunea de calcul;
(3.12)
CBO- reprezintă cantitatea de substanță organică, exprimată prin CBO5, al apelor receptorului în amonte de gura de vărsare (2 mg/l);
(3.13)
mg O2/l (3.14)
GE=
b) Se ia în considerație numai amestecarea și diluția, ecuația de bilanț fiind:
(3.15)
c) Se ia în calcul valoarea impusă de NTPA 001/2005.
CBO5 NTPA=25 mg/l
d) Se ia în calcul valoarea din tema de proiectare .
Se constată că valorile gradelor de epurare în ceea ce privește CBO5–ul variază între 68,84 % și 90,74 %, funcție de diluție și raportare.
3.4.3. Determinarea gradului de epurare necesar pentru oxigenul dizolvat
În general, GE privind oxigenul dizolvat se va calcula funcție de CBO5 la amestecare folosind relația:
(3.16)
în care : F – factor cu valori între 1,5-2,5, se adoptă F = 2.
Dmax – deficit maxim de oxigen în aval de secțiunea de evacuare și rezultă din diferențele între concentrația oxigenului dizolvat la saturație (= 9,2 mg/l) și concentrația oxigenului dizolvat ce trebuie să existe în orice moment în apa receptorului (COr).
(3.17)
Concentrația CBO5, într-o apă uzată, se determină folosind următoarea relație de calcul care ia în considerație bilanțul în ceea ce privește CBO5.
(3.18)
Se calculează în continuare CBO20 pentru ape uzate:
(3.19)
(3.20)
(3.21)
Se calculează deficitul de oxigen ca fiind :
(3.22)
Se determină timpul critic la care se realizează deficitul maxim de oxigen (după gura de vărsare) din apa râului:
(3.23)
Calculul deficitului critic (maxim de oxigen):
(3.24)
Se compară concentrația oxigenului necesar vieții acvatice într-o apă de suprafață cu concetrația minimă de oxigen (>4 mg/l).
(3.25)
Dacă , atunci amestecul emisarului cu apa uzată epurată îndeplinește condiția minimă pentru existența vieții ecosistemului.
3.4.4. Calculul gradului de epurare necesar pentru azot total
Se va aplică formula generală a GE privind Ntotal considerând valoarea maximă admisă a concentrației Ntotal conform NTPA 001/2005.
CNtotal(conform NTPA 001/2005)= 10 mg/l
(3.25)
Nu necesită epurare specială pentru îndepărtarea Ntotal.
Conform datelor din tema de proiectare, stația proiectată ar trebui să asigure un grad de epurare în ceea ce privește Ntotal de:
3.5. Calculul concentrațiilor intermediare
Pentru alegerea variantei optime, se consideră următoarele variante pentru care vom calcula concentrațiile intermediare pentru solidele în suspensie, CBO5, CCOCr si Ntotal pe fiecare treaptă. Se vor compara cu valorile din NTPA 001/2005 pentru verificarea gradului de epurare necesar.
Epurarea secundară folosește procese chimice și biologice pentru a îndepărta solidele în suspensie și compușii organici biodegradabili. În epurarea secundară sunt incluse epurarea chimică, realizată prin precipitare chimică (coagulare sau floculare), urmată de sedimentare și epurarea biologică realizată în instalații cu nămol activ, în filtre biologice sau iazuri biologice. Majoritatea compușilor organici sunt eliminați prin epurarea secundară, în procesele biologice.
Există cazuri în care epurarea mecanică, chimică și biologică nu realizează eliminarea unei anumite categorii de compuși numiți refractari, care, chiar și în concentrații foarte mici, au efecte negative asupra organismelor vii și asupra echilibrului ecologic în natură.
Dintre cei mai periculoși compuși refractari se citează: compușii anorganici metalici solubili (ioni ai metalelor grele), compușii organici poliaromatici solubili, solidele în suspensie conținând substanțe toxice și organisme patogene.
Tabelul 2. Eficiențe medii pentru diferite variante tehnologice de epurare (Quasim):
Se vor calcula concentrațiile intermediare pentru următoarele patru variante tehnologice:
Varianta I – epurare mecano-biolgică cu nămol activ
a.u.- ape uzate;
G/S – grătare/site;
DZ – deznisipator;
SG – separator de grăsimi;
BE – bazin egalizare;
DP – decantor primar;
BNA – bazin cu nămol activ;
DS- decantor secundar;
a.e. – ape epurate.
Pentru materiile solide în suspensie :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grasimi:
→
– bazin egalizare:
→
– decantorul primar:
→
– bazinul cu namol activ și decantorul secundar:
→
Pentru CBO5 :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grăsimi:
→
– bazin egalizare:
→
– decantorul primar:
→
– bazinul cu namol activ și decantorul secundar:
→
Pentru CCOCr :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grăsimi:
→
– bazin egalizare:
→
– decantorul primar:
→
– bazinul cu namol activ și decantorul secundar:
→
Pentru Ntotal :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grăsimi:
→
– bazin egalizare:
→
– decantorul primar:
→
– bazinul cu namol activ și decantorul secundar:
→
Varianta II – epurarea mecano-chimico-biologică cu nămol activ
a.u.- ape uzate;
G/S – grătare/site;
DZ – deznisipator;
SG – separator de grăsimi;
BE – bazin egalizare;
BC/F – bazin coagulare/floculare;
DP – decantor primar;
BNA – bazin cu nămol activ;
DS- decantor secundar;
a.e. – ape epurate.
Pentru materiile solide în suspensie :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grasimi:
→
– bazin egalizare:
→
– bazinul de coagulare/floculare și decantorul primar:
→
– bazinul cu namol activ și decantorul secundar:
→
Pentru CBO5 :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grăsimi:
→
– bazin egalizare:
→
– bazinul de coagulare/flotație și decantorul primar:
→
– bazinul cu namol activ și decantorul secundar:
→
Pentru CCOCr :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grăsimi:
→
– bazin egalizare:
→
– bazinul de coagulare/floculare și decantorul primar:
→
– bazinul cu namol activ și decantorul secundar:
→
Pentru Ntotal :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grăsimi:
→
– bazin egalizare:
→
– bazinul de coagulare/flotație și decantorul primar:
→
– bazinul cu namol activ și decantorul secundar:
→
Varianta III – epurarea mecano-chimică urmată de oxidare chimică și adsorbție pe cărbune activ
a.u. – ape uzate;
G/S – grătare/site;
DZ – deznisipator;
SG – separator de grăsimi;
BE – bazin egalizare;
BPC-C/F – bazin de precipitare chimică + coagulare/floculare;
DP – decantor primar;
Boxid – bazin de oxidare chimică;
Ads. – adsorbție pe cărbune activ;
DS – decantor secundar;
a.e. – ape epurate.
Pentru materii solide în suspensie:
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grasimi:
→
– bazin egalizare:
→
– bazin de precipitare chimică + coagulare/floculare și decantorul primar:
→
– bazin oxidare chimică și adsorbție pe cărbune activ:
→
– decantorul secundar:
→
Pentru CBO5 :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grăsimi:
→
– bazin egalizare:
→
– bazin de precipitare chimică + coagulare/floculare și decantorul primar:
→
– bazinul de oxidare chimică și adsorbție pe cărbune activ:
→
– decantorul secundar:
→
Pentru CCOCr :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grăsimi:
→
– bazin egalizare:
→
– precipitare de chimică + coagulare/floculare și decantorul primar:
→
– bazinul de oxidare chimică și adsorbție pe cărbune activ:
→
– decantorul secundar:
→
Pentru Ntotal :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grăsimi:
→
– bazin egalizare:
→
– bazin de precipitare chimică + coagulare/floculare și decantorul primar:
→
– bazinul de oxidare chimică și adsorbție pe cărbune activ:
→
– decantorul secundar:
→
Varianta IV – epurarea mecano-biologică cu nămol activ urmată de precipitare chimică
a.u. – ape uzate;
G/S – grătare/site;
DZ – deznisipator;
SG – separator de grăsimi;
BE – bazin egalizare;
DP – decantor primar;
BNA – bazin cu nămol activ;
DS – decantor secundar;
BPpchm – bazin de precipitare chimică;
a.e. – ape epurate.
Pentru materiile solide în suspensie :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grasimi:
→
– bazin egalizare:
→
– decantorul primar:
→
– bazinul cu namol activ și decantorul secundar:
→
– bazinul de precipitare chimica:
→
Pentru CBO5 :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grăsimi:
→
– bazin egalizare:
→
– decantorul primar:
→
– bazinul cu namol activ și decantorul secundar:
→
– bazinul de precipitare chimica:
→
Pentru CCOCr :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grăsimi:
→
– bazin egalizare:
→
– decantorul primar:
→
– bazinul cu namol activ și decantorul secundar:
→
– bazinul precipitare chimica:
→
Pentru Ntotal :
– grătare și site:
→
– deznisipator:
→
– separator de grăsimi:
→
– bazin egalizare:
→
– decantorul primar:
→
– bazinul cu namol activ și decantorul secundar:
→
– bazinul de precipitare chimică:
→
Tabelul 3. Valorile concentrațiilor finale pentru cele 4 variante de epurare a apelor uzate
În urma calculării concentrațiilor finale pentru cele patru variante propuse, se observă că toate îndeplinesc condițiile prevăzute în NTPA 001/2005, varianta I având valoarea concentrației finale pentru CBO5 egală cu valoarea prevăzută în NTPA. Rezultatele calculelor concentațiilor finale pentru materiile solide în suspensie, CBO5 și CCOCr sunt mai mici decât valorile concentrațiilor acestora din receptorul natural, și doar în cazul Ntotal concentrația finală este mai mare decât cea a receptorului natural.
Chiar dacă concentrația finală calculată în ceea ce privește Ntotal este mai mare decât concentrația acestuia din receptorul natural, aceasta îndeplinește condițiile din NTPA 001/2005 pentru deversarea apelor epurate în receptor.
Toate variantele se apropie de valorile apelor uzate pentru evacuarea în emisar, dar cel mai bine sunt îndeplinite condițiile de deversare în receptorul natural (conform NTPA 001) de către varianta II, varianta III și varianta IV, deoarece acestea în practică sigur vor realiza epuarea eficientă a apelor uzate, astfel încât să fie îndeplinite condițiile impuse. Varianta I ar îndeplini condițiile de deversare, în mod teoretic, dar în practică, este posibil să nu îndeplinească normele impuse, decât în condiții de operare eficientă a fiecărei trepte tehnologice și asigurarea necesarului de utilități și reactivi/materiale auxiliare.
3.6. Alegerea variantei tehnologice optime și descrierea detaliată a procesului adoptat
Dintre toate aceste variante tehnologice analizate constatăm că toate acestea se încadrează din punct de vedere ecologic, deoarece concentrațiile calculate sunt în conformitate cu NTPA 001/2005, numai varianta I valoarea pentru CBO5 se afla la limită.
Dacă analizăm celelalte trei varinte tehnologice de epurare din punct de vedere economic, observăm că cea mai economică este varianta tehnologica de epurare II, deoarece, aceasta are un cost de întreținere mai scăzut, iar procesele și utilajele nu sunt atât de pretențioase.
Tehnologia propusă pentru stația de epurare prezintă o rezolvare complexă de epurare a apei uzate, precum și de tratare a nămolurilor.
Apa uzată din sistemul de canalizare ajunge în stația de epurare într-un bazin de amestec, care poate fi și bazin de aspirație pentru o stație de pompare. Apa trece printr-un grătar rar, apoi prin site ajugând în deznisipator. În cadrul acestui utilaj sunt reținute particulele de dimensiuni mari (nisip, pietriș etc.). din deznisipator apa uzată ajunge în separatorul de grăsimi, utilaj ce ajută la eliminarea substanțelor extractibile (uleiuri, grăsimi, etc.) din apa uzată. Din separatorul de grăsimi apa uzată este trimisă în bazinul de egalizare și apoi în bazinul de coagulare – floculare (camera de reacție). În cadrul acestui bazin se realizează mai întâi amestecarea coagulantului cu apa uzată timp de 0,5 – 3 min la viteze mari, după care are loc formarea flocoanelor la viteze mici timp de 20 – 40 min. Apele uzate, împreună cu flocoanele formate, ajung în decantoarele primare, unde se produce sedimentarea particulelor mai mari, precum și a celor fine și coloidale care au fost coagulate (Ianculescu, 2002).
De la decantorul primar, apele preepurate intră în zona de aerare a bazinului cu nămol activ. Procesele de degradare biologică au loc datorită aerării, precum și datorită prezenței nămolului activ în bazin. Aerarea se realizează cu aeratoare de mare adâncime și cu bule fine, astfel încât să se realizeze o suprafată de reacție cât mai mare. Pentru ca procesul să fie mai eficient nămolul se recirculă până în momentul îmbătrânirii lui. Recircularea nămolului se realizează prin pompare, dinspre decantorul secundar spre bazinul de aerare. După îmbătrânire nămolul este îndepărtat din decantorul secundar și este trimis în concentratorul de nămol gravitațional (Ianculescu, 2002).
După epurarea biologică, apa trece în decantorul secundar, unde are loc sedimentarea suspensiilor fine și evacuarea apelor epurate în receptorul natural.
Nămolul depus în decantorul primar este eliminat periodic și are loc îngroșarea acestuia în așa numitele îngroșatoare sau concentratoarele de nămol (Ianculescu, 2002).
Figura 3.1. Schema bloc a procesului de epurare mecano-chimico-biologic
al apelor uzate
3.7. Materii prime și utilități
Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării, într-o stație de epurare, în vederea obținerii de apă epurată de calitate corespunzătoare. În cadrul stației de epurare materia primă utilizată este apa uzată urbană.
Apa, aburul, aerul comprimat, gazele inerte și energia electrică sunt uzual înglobate în denumirea de utilități. Toate utilitățile sunt considerate ca făcând parte din sfera problemelor energetice ale unei unități comerciale/economice.
Apa. Funcție de utilizarea care se dă apei se deosebesc mai multe categorii: apa tehnologică, apa de răcire, apa potabilă, apa de incendiu, apa de încălzire. Apa de răcire poate proveni din fântâni de adâncime, temperatura ei se menține între 10 – 15°C în tot timpul anului, sau apa de la turnurile de răcire, când se recirculă, având temperatura în timpul verii de 25 – 30°C. Pentru evitarea formării crustei temperatura apei la iesire din aparate nu trebuie să depășească 50°C. Răcirile cu apă industrială se pot realiza până la 35 – 40°C.
Apa ca agent de încălzire poate fi:
– apa caldă cu temperatura până la 90°C;
– apa fierbinte, sub presiune până la temperatura de 130 -150°C.
Apa este un agent termic cu capacitate calorică mare, ușor de procurat. Pentru încalzire se preferă apa dedurizată cu scopul evitării depunerilor de piatră.
Aburul. Este cel mai utilizat agent de încălzire și poate fi: abur umed, abur saturat, abur supraîncălzit.
Aburul umed conține picături de apă și rezultă de la turbinele cu contrapresiune sau din operațiile de evaporare, ca produs secundar. Este cunoscut sub denumirea de abur mort. Aburul saturat este frecvent cunoscut ca agent de încălzire având căldura latenta de condensare mare și coeficienți individuali de transfer de caldură mari.
Temperatura aburului saturat poate fi reglată ușor prin modificarea presiunii. Încălzirea cu abur se poate realiza direct, prin barbotare, sau indirect, prin intermediul unei suprafețe ce separă cele două fluide.
Aburul supraîncălzit cedează, în prima fază, căldura sensibilă de răcire, până la atingerea temperaturii de saturație, când coeficientul individual de transfer de căldura este mic și apoi căldura latentă prin condensare. Aburul ca agent de încălzire este, în general scump.
Aerul comprimat. În industria chimică, aerul comprimat poate fi utilizat în următoarele scopuri:
– ca purtător de energie (pentru acționarea aparatelor de măsură și de reglare, în atelierul mecanic);
– pentru amestecare pneumatică;
– ca materie primă tehnologică;
– ca fluid inert pentru manipulări de produse, suflări;
– pentru diferite scopuri (curățirea utilajelor, uscare).
Energia electrică. Aceasta reprezintă una din formele de energie cele mai folosite datorită ușurinței de transport la distanțe mari și la punctele de consum și randamentelor mari cu care poate fi transformată în energie mecanică, termică sau luminoasă.
Energia electrică transformată în energia mecanică este utilizată la acționarea electromotoarelor cu care sunt dotate diversele utilaje (pompe, ventilatoare, reactoare cu agitare mecanică).
Energia electrică este folosită și la încălzire prin transformare în căldură, folosind mai multe tehnici:
– trecerea curentului prin rezistențe electrice;
– transformarea energiei electrice în radiații infraroșii;
– folosirea curenților de înaltă frecvență, medie și mică;
– folosirea pierderilor dielectrice;
– încălzirea în arc electric.
Avantajul încălzirii electrice constă în reglarea ușoară a temperaturii, posibilitatea generării încălzirii într-un punct, introducerea unei cantități mari de căldură într-un volum mic, realizarea unei încălziri directe, fără impurificarea mediului și la orice presiune.
Dezavantajul utilizării energiei electrice îl constituie costul ridicat și impunerea unor măsuri speciale de protecția muncii (Tudose, 1990).
În scopul coagulării, sunt folosiți coagulanții- substanțe chimice – care se dispersează în apă și conduc la aglomerarea particulelor fine, sub formă de flocoane, care, sub efectul greutății, cad pe fundul bazinului de decantare. Coagulanții acționează asupra particulelor fine și coloidale, din apa uzată, care nu sedimentează prin simpla sedimentare.
Coagulanții cei mai folosiți sunt sărurile de fier (FeCl3, Fe2(SO4)3•2H2O, FeSO4•7H2O) și cele de aluminiu (cel mai des folosit este Al2(SO4)3•18H2O) sub formă de soluție, cristale, pudră, granule, plăci etc. În ultima perioadă de timp s-a renunțat la folosirea sărurilor de Al.
În general, coagularea suspensiilor se realizează prin folosirea a doi sau chiar trei coagulanți, în același timp (Ianculescu , 2001).
Nămolul activ este o cultură de populații mixte de microorganisme aerobe dezvoltată pe un mediu complex. Nămolul activ trebuie cercetat în ansamblul lui datorită legăturilor foarte strânse între fiecare din populațiile de microorganisme și datorită legăturilor foarte strânse între această populație și mediul în care ele se dezvoltă. Unitatea structurală a nămolului activ este floconul (Simonescu, 2009).
Sunt două categorii de nămoluri care intervin în funcționarea bazinelor cu nămol activ:
a) nămolul de recirculare, care acționează în bazine pentru epurarea apei uzate și care poate fi asemănat cu cel care constituie membrana de pe filtrele biologice,
b) nămolul în exces, care este îndepărtat continuu din proces, el nu mai este util procesului și poate fi asemănat cu o membrană antrenată de apă la trecerea ei prin filtrele biologice.
Clasificarea nămolurilor se poate face folosind diferite criterii. Astfel, din punctul de vedere al compoziției chimice se deosebesc: nămoluri minerale, la care cantitatea de materii solide totale minerale depășește 50% și nămoluri organice, la care cantitatea de materii solide totale organice depășește 50%; din punctul de vedere al provenienței apei uzate, pot exista: nămoluri menajere, orășenești și industriale; din punctul de vedere al instalațiilor din care provin, se deosebesc: nămoluri din decantoarele primare, din decantoarele după precipitarea chimică, din decantoarele secundare după filtrele biologice, din decantoarele secundare după bazinele cu nămol activ (Negulescu, 1978).
Capitolul 4. Analiza proceselor și proiectarea utilajelor
4.1. Analiza procesului
4.1.1. Grătarele
Grătarele, conform STAS 12431-86, se prevăd la toate stațiile de epurare, indiferent de sistemul de canalizare adoptat și independent de procedeul de intrare a apei în stația de epurare – prin curgere gravitațională sau sub presiune. În acest din urmă caz, grătarele se prevăd înaintea stației de pompare (Dima,1998).
Grătarele au scopul de a reține corpurile plutitoare și suspensiile mari din apele uzate (crengi și alte bucăți din material plastic, de lemn, animale moarte, legume, cârpe și diferite corpuri aduse prin plutire etc.), pentru a proteja mecanismele și utilajele din stația de epurare și pentru a reduce pericolul de colmatare ale canalelor de legătură dintre obiectele stației de epurare.
Grătarele se confecționează sub forma unor panouri metalice, plane sau curbe, în interiorul cărora se sudează bare de oțel paralele prin care sunt trecute apele uzate. În funcție de distanța dintre aceste bare, se deosebesc grătare rare și grătare dese. Barele cele mai frecvent folosite sunt cele de secțiune dreptunghiulară (10 x 40 mm sau 8 x 60 mm), dimensiunea minimă fiind așezată normal pe direcția de parcurgere a apei. Pentru a reduce mărimea pierderilor hidraulice la trecerea apei prin grătar, se recomandă rotunjirea muchiilor barelor. În unele situații se poate accepta soluția cu bare cu secțiunea rotundă care, sub aspect hidraulic, prezintă rezistențe minime, în schimb sunt dificile de curățat în timpul exploatării (Dima, 1998).
Grătarele rare îndeplinesc de obicei rolul de protecție a grătarelor dese împotriva corpurilor mari plutitoare. Distanța între barele acestui grătar variază în limitele 50 – 100 mm.
Grătarele dese prezintă deschiderile dintre bare de 16 – 20 mm, când curățirea lor este manuală, și de 25 – 60 mm, la curățirea lor mecanică. Cele din fața stațiilor de pompare a apelor uzate brute au interspațiile de 50 – 150 mm.
După modui lor de curățire, panourile de grătar pot fi verticale sau înclinate. Cele cu curățire manuală se recomandă a fi înclinate față de orizontală, sub un unghi de 30 – 45°, iar grătarele cu curățire mecanică pot avea o înclinare de 45 – 90° (frecvent acest unghi este cuprins între 60 și 75º) (Dima, 1998).
Grătarele sunt amplasate în camere speciale amenajate care reprezintă o supralărgire a canalului din amonte, sub un unghi de racordare de 20°, pentru a evita formarea curenților turbionari. Pentru a preîntâmpina apariția remuului datorită colmatării grătarului cauzată de o exploatare necorespunzătoare, se prevede un canal de ocolire (by-pass) care va asigura evacuarea apelor uzate fără a inunda camera grătarului și a zonelor din apropiere. De obicei grătarele se montează în aer liber și numai în locuri cu temperaturi minime sub 6°C se va examina necesitatea amplasării lor în clădiri pentru a proteja, împotriva intemperiilor, mecanismele de curățire și de tocare a reținerilor de pe grătare (Dima. 1998).
Grătarele cu curățire manuală (fig. 4.1) se utilizează numai la stațiile de epurare mici cu debite până la 0,1 m3/s, care deservesc maximum 15.000 locuitori. Curățirea se face cu greble, căngi, lopeți etc., iar pentru ușurarea exploatării se vor prevedea platforme de lucru la nivelul părții superioare a grătarului, lățimea minimă a acestora fiind de 0,8 m. Având în vedere variațiile mari de debite ce se înregistrează în perioadele ploioase sau uscate de-a lungul unui an, exploatarea va fi mult ușurată dacă se prevăd două panouri de grătare aferente debitelor respective.
Figura 4.1. Grătar plan cu curățire manuală
Grătarul cu cutățire mecanică (fig. 4.2.) constituie soluția aplicată la stațiile de epurare ce deservesc peste 15.000 locuitori, deoarece, în afară de faptul că elimină necesitatea unui personal de deservire continuă, asigură condiții bune de curgere a apei prin interspațiile grătarului fără a exista riscul apariției mirosurilor neplăcute în zonă (Dima,1998).
Figura 4.2. Grătar cu curățire mecanică
Spre deosebire de grătarele cu curățire manuală unde nu se prevăd panouri grătare de rezervă, la cele cu curățire macanică este necesar să se prevadă minimum un grătar de rezervă. Curățirea grătarului se realizează de obicei cu greble mecanice .
În afară de grătare plane, se pot folosi și grătare curbe cu curățire mecanică care se compun dintr-un schelet metalic încasat în beton, prevăzut cu două greble de curățat.
Prelucrarea depunerilor rețimute pe grătar
În cadrul stațiilor de epurare mici reținerile de pe grătare sunt transportate, cu ajutorul sacilor de plastic perforați, în exteriorul stației unde se îngroapă împreună cu alte materiale hidrofile (turba, varul etc.). Se poate aplica și soluția de compostare a reținerilor împreună cu gunoiul menajer (Dima, 1998).
Reținerile de pe grătare, la stațiile mari de epurare, sunt incinerate la o temperatură de 800ºC. În lipsa acestor incineratoare se poate adopta soluția fărmițării reținerilor cu ajutorul unor dezintegratoare, și apoi reintroducerea lor în apa uzată. Deșeurile reținute pe grătare, înainte de a fi supuse operației de fărmițare, sunt sortate pentru a elimina corpurile și deșeurile care nu trebuie să fie supuse acestei operații.
4.1.2. Deznisiparea ( separarea solidelor prin sedimentarea particulelor discrete)
În cadrul procesului de deznisipare fiecare particulă discretă se depune prin și relativ față de apa uzată cu o viteză constantă, care depinde de caracteristicile apei și de dimensiunile, forma și densitatea particulei (Dima, 1998).
Viteza de sedimentare a unei particule discrete este dată de relatia următoare:
(4.1)
în care: ρs – densitatea particulei;
ρ – densitatea apei;
g – accelerația gravitațională;
V – volumul particulei;
CD – coeficientul de frecare al lui Newton;
AC – secțiunea transversala a particulei proiectată pe direcția perpendiculară a mișcării.
De regulă în deznisipatoare sunt reținute particule de dimensiuni cuprinse între 0,2 – 0,3 mm, până la maximum 1,0 mm. Deznisipatoarele se clasifica după modul de deplasare a apei în incintă în (Dima, 1998):
– Deznisipatoare orizontale;
– Deznisipatoare verticale;
– Deznisipatoare tangențiale
După modul de evacuare a nisipului depus în deznisipator avem următoarele variante constructive:
– Cu evacuare manuală a nisipului;
– Cu evacuarea nisipului cu un hidroelevator;
– Cu evacuarea nisipului cu pompă;
– Cu evacuarea nisipului cu elevator pneumatic.
În figura 4.3 este prezentată schema sedimentării a unor particule funcție de specificul acestora, într-un bazin orizontal.
Figura 4.3. Schema sedimentării în apă a unor particule
1 – traiectoria particulelor cu densitatea apropiata cu ce a apei; 2 – traiectoria particulelor cu densitatea mai mare decât a apei; 3 – traiectoria particulelor care spumează ; 4- traiectoria particulelor cu densitatea mult mai mare decât a apei
4.1.3. Flotarea
Flotarea este procesul de epuare a apelor uzate care are drept scop îndepărtarea din apele uzate a uleiurilor, grăsimilor și în general a tuturor substanțelor mai ușoare ca apa, care se ridică la suprafața acesteia în zonele liniștite și cu viteze orizontale mici ale apei (Negulescu, 1978).
Reținerea materiilor organice ce plutesc, precum a grăsimilor se realizează cu ajutorul separatoarelor de grăsimi, iar separarea și evacuarea substanțelor emulsionate se realizează cu ajutorul proceselor de flotație.
Procesul de flotare depinde de natura particuleleor ce trebuiesc îndepărtate din apă. Din acest punct de vedere se deosebesc particule mai grele ca apa și particule mai ușoare ca apă (de exemplu grăsimile, uleiurile etc.). Astfel pentru a ajuta procesul de flotare și pentru a împiedica depunerea pe radierul bazinelor de flotare a substanțelor sedimentabile, se adaugă aer atât în cazul particulelor grele cât și a celor ușoare.
Pentru particulele grele, procesul de flotare este ajutat și de folosirea unor agenți de flotare și a unor spumanți.
Pentru particulele ușoare se pot folosi următoarele procedee:
– flotarea naturală realizată în bazine deschise de flotare și care prin mișcarea apei cu viteză mică ajută la ridicarea la suprafață a particulelor ușoare;
– flotarea cu aer de joasă presiune (0,5 – 0,7 at) în care aerul ajută flotarea acestor particule;
– flotarea sub presiune, realizată în bazine închise în care se introduce aer sub presiune mai mare ca cea atmosferică și care antrenează particulele ușoare;
– flotarea sub vid, constând din saturarea apei cu aer și apoi introducerea ei într-un bazin închis cu presiune redusă, ceea ce duce la degajarea de aer sub formă de bule care antrenează la suprafață particulele ușoare.
Figura 4.4. Variația vitezei ascensionale a picăturilor de ulei în funcție de diametrul lor mediu dm ( flotație naturală )
Procedeul de epurare prin flotație are la bază formarea de aglomerări complexe “ bule de aer + particule emulsionate sau foarte fine”, care se ridică la suprafața lichidului, îndepărtarea acestora făcându-se o dată cu îndepărtarea stratului spumant.
Realizarea fenomenului de flotație este condiționată de valoarea maximă a energiei specifice de aderare a particulei aflate în suspensie în lichid de bula de gaz și care se calculează cu formula:
(4.2)
în care: σ1 – reprezintă tensiunea superficială la contactul lichid-aer;
σ2 – reprezintă tensiunea superficială la contactul solid-lichid;
θ – reprezintă unghiul de umectare.
Cinetica extragerii particulelor prin flotație este ilustrată de ecuația:
(4.3)
în care: ε – este eficiența epurării, reprezentată prin gradul de extragere a impurităților din spumă
în timpul t;
k – coeficient de viteză a procesului.
Uleiurile, grăsimile și celelalte substanțe colectate din separatoarele de grăsimi folosite pentru epurarea apelor uzate nu sunt recuperabile datorită poluării lor. În cazul în care predomină grăsimile organice, ele sunt pompate în bazinele de fermentare unde fermentează alături de celelalte materii organice, adăugarea grăsimilor producând o cantitate sporită de gaz cu valoare calorică. Dacă predomină grăsimile minerale se preferă incinerarea lor deoarece fermentează greu.
Reținerea uleiurilor, grăsimilor se realizează în separatoarele de grăsimi. Acestea sunt, în general, de formă dreptunghiulară.
Figura 4.5. Separator de grăsimi longitudinal
1- compartiment admisie apă; 2- zonă de sedimentare; 3- jgheab colector grăsimi; 4- compartiment evacuare apă; au – apă uzată; ae- apă epurată; g- grăsimi; n- nămol
4.1.4. Coagulare și flocularea
Procesele de coagulare și floculare, în epurarea apelor uzate, sunt folosite pentru îndepărtarea particulelor coloidale, a culorii și a unui conținut redus de compuși organici
4.1.4.1. Coagularea
Coagularea este procesul de aglomerare a particulelor coloidale prezente în apele uzate ca urmare a distrugerii prin adaos de electroliți sau prin modificarea chimică a stabilității sistemului, facilitând astfel manifestarea forțelor de atracție dintre particule (Zaharia, 2006).
Reactivii chimici sau agenți chimici care determină coagularea particulelor se numesc coagulanți sau agenți de coagulare.
Procesele de coagulare sunt procese care ușurează eliminarea materiei coloidale din apele uzate, separarea solid/lichid realizându-se ulterior prin sedimentare, flotație sau filtrare, cum ar fi de precipitare chimică și, apoi, o coagulare-floculare, urmată de o separare solid/lichid de cele mai multe ori prin filtrare sau sedimentare.
Coagulanții sunt caracterizați în procesele de coagulare prin concentrația critică de coagulare, respectiv, concentrația minimă care determină coagularea particulelor în agregate separabile din apa uzată prin sedimentare sau altă operație specifică de separare.
Etapele procesului de coagulare
Procesul de coagulare cuprinde etapele (Zaharia, 2006):
– Etapa de coagulare care reprezintă destabilizarea particulelor coloidale prin adăugarea unui reactiv chimic coagulant.
– Etapa de floculare care reprezintă aglomerarea microflocoanelor, cu formare de flocoane voluminoase și sedimentabile. Această „floculare” poate fi îmbunătățită prin adăugarea unui alt reactiv chimic și anume: agent de floculare sau adjuvant de coagulare.
Coagularea. Procesul de coagulare este rezultatul ciocnirilor dintre particulele dispersiei coloidale pentru care se admite că viteza de scădere a numărului de particule (n) este dată de ecuația (Zaharia, 2006):
(4.4)
în care K reprezintă constanta d viteză în procesul de coagulare.
Pentru coagularea rapidă a sistemelor monodisperse cu particule sferice, viteza procesului este controlată de difuzie și este dată de următoarea relația:
(4.5)
în care, D este coeficientul de difuzie al particulelor și R este distanța dintre centrele particulelor în momentul ciocnirii.
Considerându-se , viteza procesului devine:
(4.6)
Dacă între particulele fazei disperse se manifestă forțe de respingere ce depășesc bariera de potențial Es, viteza de coagulare scade corespunzător înălțimii barierii Es și coagularea devine un proces lent controlat de forțe de respingere , respectând următoarea ecuație cinetică (Zaharia, 2006):
(4.7)
unde: (4.8)
în care: R = distanța dintre centrele particulelor în momentul ciocnirii;
a = raza particulei, m;
k = constanta lui Boltzmann, J/K;
T = temperatura absolută a mediului, K;
E = potențialul electric de interacțiune între particulele coloidale, V.
W este un factor de frânare și este o măsură a stabilității unui sistem dispers sau a creșterii rezistenții la coagulare în prezența unui element stabilizator. W poate fi determinat direct măsurând variația numărului de particule în timp sau se preferă măsurarea intensității luminii difuzate în timpul coagulării sau a reducerii intensității unui fascicol ce străbate sistemul dispers.
„Flocularea” pericinetică. Etapa aceasta a procesului de coagulare este datorată agitației termice (mișcării browniene). Variația numărului de particule aglomerate în timp sau viteza de „floculare” esta dată de relația (Zaharia, 2006):
(4.9)
în care: α = fracția ciocnirilor eficace;
k = constanta Boltzmann, J/K;
T = temperatura absolută, K;
η = vâscozitatea dinamică, Kg/m·s;
n = numărul de particule pe unitatea de volum, m-3;
d = diametrul particulei, m.
Această floculare nu intervine decât pentru particule mici cu dimensiuni mai mici de 1 μm. Ea favorizează formarea microflocoanelor.
„Flocularea” ortocinetică. Acest tip de „floculare” este legată de energia disipată. Eficacitatea acestei floculări care permite obținerea unui flocon voluminos separabil este dată de micșorarea în timp a numărului de particule , exprimate prin relații diferite funcție de regimul de curgere, și anume (Zaharia, 2006):
pentu regim laminar: (4.10)
pentru regim turbulent: (4.11)
în care: G0 = gradient de viteză, s-1.
În practică, se folosește gradientul de viteză în regim turbulent exprimat prin releția:
(4.12)
în care: G = gradientul mediu de viteză, s-1;
P = puterea reală dispersată, m2Kg/s3 sau W;
V= volumul ocupat de apa uzată, m3;
η = vâscozitatea dinamică, Kg/m·s.
Tipuri de agenți de coagulare
Reactivii de coagulare sunt produși de natură minerală sau organică, naturali sau de sinteză și pot fi (Zaharia, 2006):
a. Coagulanții minerali sunt săruri de aluminiu sau fier, precum și combinații între aceștia și alți electroliți organici și și cei mai folosiți fiind:
– sărurile de aluminiu care prin adăugarea lor în apă formează un precipitat de hidroxid de aluminiu Al(OH)3 și produce o ușoară acidifiere a apei. Reacțiile care au loc la adăugarea acestora în apă sunt:
Al3+ + 3H2O ↔ Al(OH)3 + 3H+ (4.13)
HCO3- + H+ ↔ H2O + CO2 (4.14)
– sulfatul de aluminiu care poate fi folosit în formă lichidă sau solidă: bulgări, plăci sau pulbere de culoare cenușie. Reacția care are loc este:
Al2(SO4) + 6HCO3- ↔ 2Al(OH)3 + 3SO + 6CO2 (4.15)
– clorura de aluminiu care se folosește în special sub formă lichidă și are la bază reacția:
2AlCl3 + 6HCO↔ 2Al(OH)3 + 6Cl- + 6CO2 (4.16)
– sulfatul de aluminiu și var care prin folosirea lor în procesele de coagulare a apelor uzate are la bază reacția:
Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 ↔ 2Al(OH)3 + 3Ca2+ + 3SO (4.17)
– clorura ferică a cărei reacție de bază este următoarea:
FeCl3 + 3H2O ↔ Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl- (4.18)
– clorura ferică și varul care dau reacția:
2FeCl3 + 3Ca(OH)2 ↔ 2Fe(OH)3 + 6Cl- + 3Ca2+ (4.19)
b. Coagulanții organici care pot fi:
– coagulanți organici naturali care sunt, în general, compuși naturali extrași din substanțe minarale sau vegetale. Aceștia pot fi:
arginații care sunt obținuți plecând de la acidul alginic care este extras din alge marine. Constituienții principali ai acestei structuri sunt acidul manuronic și acidul guluronic.
derivații din amidonuri obținuți plecând de la cartofi sau extrase din cereale.
– coagulanții organici de sinteză care sunt substanțe organice de sinteză, cu caracter cationic. Aceștia sunt grupați în trei grupe principale:
melaminformaldehida sau melaminformolul (MF);
epiclohidrindimetilamină (EPIDMA);
clorura de dialildimetilamoniu (DADMAC).
Factorii care influențează coagularea apelor uzate
Procesul de coagulare aplicat apelor uzate poate fi influențat semnificativ de următorii factori (Zaharia, 2006):
– temparatura care are un efect hotărâtor asupra vitezei de reacție chimică. Temperaturile scăzute încetinesc desfășurarea procesului datorită împiedicării coliziunilor dintre particulele coloidale datorită agitației termice cât și a sedimentării flocoanelor formate.
– pH-ul care are un efect important în asigurarea stabilității speciilor ionice și a precipitatelor formate precum și a desfășurării în bune condiții a proceselor de coagulare.
– regimul de agitare sau amestecare care în cadrul procesului de coagulare trebuie ca inițial să realizeze un gradient mare de viteză și un timp de contact mic, și apoi un gradient mic de viteză și un timp de contact mare.
– doza de agent de coagulare care se determină experimental sau prin calcul, în funcție de caracteristicile inițiale ale apei uzate, de tipul de agent de coagulare folosit și de condițiile de operare.
4.1.4.2. Flocularea
Flocularea este fenomenul de destabilizarea a particulelor coloidale ce se realizează direct și prin adăugare de compuși macromoleculari capabili să creeze punți de legătură între particule ca rezultat al adsorbției aceleași macromolecule pe mai multe particule coloidale. Acest fenomen are loc cu ajutorul compușilor macromoleculari de tipul polimerilor, cum ar fi polielectroliții. Agenții de flculare posedă un număr are de grupări ionizabile. Aceste grupări sunt capabile să disocieze în apă transformând compușii macromoleculari în ioni macromoleculari cu sarcini multiple având o mare putere de adsorbție (Zaharia, 2006).
Viteza de formare a flocoanelor reprezintă reducerea numărului de particule inițiale pe unitatea de timp și este dată de relația:
(4.20)
în care: = porțiunea din suprafața ocupată de polimer;
n = numărul de particule pe unitatea de volum, m-3;
k = constanta Boltzmann, J/K.
La mărirea dimensiunilor flocoanelor peste cea critică apare tendința de defloculare. Viteza descompunerii flocoanelor este o creștere în timp a numărului de particule coloidale, proporțională cu dimensiunile flocoanelor:
(4.21)
Tipuri de floculanți utilizați în procesele de floculare
Separările solid/lichid din diferite sisteme apoase au la bază și procese de floculare folosind polielectroliți care pot fi încadrați în trei grupe: neionici, cationici și anionici. La rândul lor aceștia pot fi naturali sau de sinteză (Zaharia, 2006).
Polielectroliții naturali sunt cei derivați din polizaharide, în special amidonurile, chitosanul, acizii alginici polimerizați sau alginații polimeri.
Polielectroliții floculanți sintetici neionici folosiți cel mai des la epurarea apelor uzate sunt:
– polietilenoxidul;
– poliacrilamida neionică, anionică și cationică.
Polielectroliții anionici utilizați ca floculanți posedă gruparea funcțională carboxilică (-COOH) sau carboxilat (-COOMe). Cei mai utilizați sunt cei pe bază de acid acrilic și maleic.
Factori care influențează flocularea
Utilizarea floculanților polimerici în epurarea apelor uzate este influențată de o serie de factori care pot fi grupați astfel (Zaharia, 2006):
– variabile legate de sistemul apos care conțin factori legați de sarcină, masa și compoziția solidelor din sistem;
– variabile legate de polimer care includ natura și caracteristicile structurale, masa moleculară și distribuția masei moleculare, etc.;
– factori operaționali care includ variabile legate de modul de lucru – hidrodinamica sistemului.
4.1.5. Sedimentarea
Sedimentarea reprezintă procesul de separare din apele uzate a particulelor solide prin depunere gravitațională. În timpul procesului de sedimentare a suspensiilor, ca urmare a separării, se formează două straturi: unul limpede, lipsit de suspensii sau cu suspensii cât mai puține, numit și supernatant și altul de suspensii îngroșate, numit sediment (Rojanschi și Ognean, 1997).
În epurarea apelor uzate, în anumite situații, poate fi mai importantă fie funcția de limpezire, fie cea de îngroșare. În raport cu aceasta, utilajul în care se realizeză sedimentarea se poate numi: clarificator (limpezitor), decantor sau îngroșător (Rojanschi și Ognean, 1997).
Natura particulelor în suspensie din apele uzate este extrem de eterogenă. Caracteristicile particulelor se pot modifica sub acțiunea factorilor fizici (uzură mecanică etc.) sau chimici (fragmentare, aglomerare, floculare etc.). Comportarea particulelor în apă depinde de caracteristicile lor principale privind mărimea, forma, greutatea specifică, viteza de cădere în apa în repaus (mărimea hidraulică), stare coloidală, stare de floculare, grad de saturație etc. (Dima, 1989).
t = 0 t = t0
Figura 4..6. Traiectorii de sedimentare a particulelor într-un bazin ideal rectangular
Curba 1-Traiectoria particulelor discrete cu viteza vs=ho/to;
Curba 2-Traiectoria particulelor care floculează în timpul sedimentării;
Curba 3-Traiectoria patriculelor cu sedimentare stânjenită;
Curba 4-Traiectoria particulelor cu viteza v<vs, care de obicei nu sedimentează în timp. Bazinul de sedimentare poate fi împărțit în 4 zone:
I zonă de admisie, în care amestecul apă-suspensii este distribuit pe secțiunea transversală a bazinului;
II zonă de sedimentare în care particulele se deplasează în sens descendent prin masa de apă, aflată în curgere orizontală cu o viteză constantă va (masa de apă);
III zonă de nămol – în care se acumulează sedimentele;
IV zonă de evacuare a apei limpezite care conține unele particule ce nu au sedimentat (coloizi).
Densitatea specifică a particulelor ρs variază în limite destul de largi, între 0,01 g/cm3 pentru particulele coloidale din nămolul decantoarelor și 2,65 g/cm3 pentru particulele solide minerale reținute în deznisipatoare. În funcție de raportul ce există între densitatea specifică a suspensiilor și cele ale apei ρa, deosebim următoarele situații: când ρs>ρa are loc procesul de sedimentare al suspensiilor, când ρs<ρa suspensiile plutesc la suprafața apei și când ρs=ρa suspensiile plutesc în masa apei sub formă de emulsii sau dispersii coloidale, iar pentru reținerea lor se folosesc procedee chimice (coagularea) sau procedee fizice (flotația) (Dima, 1989).
În cadrul procesului sedimentare se îndepărtează atât suspensiile (particulele) de natură organică, cât și cele anorganice. În același timp, se pot separa și coloizii, dacă în prealabil au fost adăugați agenți coagulanți pentru destabilizarea acestora.
Mărimea geometrică a particulelor solide constituie cea mai importantă caracteristică deoarece influențează asupra condițiilor de cadere în lichid și asupra deplasării lor în curent. Datorită acestui fapt, procesul de separare prin sedimentare poate fi considerat că se desfășoară în conformitate cu patru tipuri, numite: tip I, tip II, sedimentare în masă (frânată) și tasată, care sunt grupate în trei zone sau regimuri de sedimentare (Rojanschi și Ognean, 1997).
Figura 4.7. Diagrama diferitelor moduri de decantare
În zona de concentrații reduse particulele se depun individual cu viteze uniforme (de exemplu, nisipurile) alcătuind modul de sedimentare, denumit clarificare clasa 1, sau reunite în flocoane separate, alcătuind clarificarea clasa a 2-a, regim de sedimentare ce caracterizează cele mai multe din suspensiile conținute în apele uzate.
Dacă materiile în suspensie prezintă forțe de coeziune între ele și concentrații ridicate (de exemplu, nămolurile active), se petrece fenomenul de sedimentare în masă. În acest regim (zonă), suspensiile sunt considerate ca suficient de apropiate pentru a adera într-o structură plastică depunându-se sau formând o masă care lasă o linie netă de demarcație între nămol și lichidul tulbure de deasupra.
Forța de cădere F1 echivalenta cu greutatea particulei în apă, va fi dată de relația (Dima, 1998):
F1=g(ρs-ρ)V (4.22)
în care: ρs – densitatea particulei;
ρ – densitatea apei;
g – accelerația gravitațională;
V – volumul particulei.
Pe de altă parte forța de frecare notată cu Rz poate fi determinată aplicând teorema ”π” a dependenței funcționale dintre factorii fizici care intervin în mișcare (diametrul particulei, densitatea apei etc.), la care se adaugă regimul de mișcare al apei (turbulent sau laminar), rezultând următoarea relație (Dima, 1998):
(4.23)
în care: Rz – forța de frecare în regim turbulent de mișcare;
CD – coeficientul de frecare al lui Newton;
AC – secțiunea transversala a particulei proiectată pe direcția perpendiculară a mișcării;
ρ – densitatea apei;
vs – viteza de sedimentare (de cădere) a particulei.
Coeficientul de frecare al lui Newton, CD, variază în funcție de regimul curentului din lichidul ce înconjoară particulele în mișcare, adică numărul lui Reynolds.
În figura următoare este prezentat graficul de variație al coeficientului de frecare al lui Newton în funcție de numărui lui Reynolds.
Figura 4.8. Variația coeficientului de frecare a lui Newton (CD) în funcție de numărul lui Reynolds (Re)
Sedimentarea apelor uzate se realizează în decantoare. Acestea pot fi decantoare primare și decantoare secundare.
Decantoarele primare au rolul de reține particulele mici cu dimensiuni mai mici de 0,2 mm și care nu au fost reținute de deznisipatoare. Aceste particule se găsesc sub forma unor flocoane sau stau în suspensie în apă întrucât, au o densitate mult apropiata de densitatea apei. Este important să fie reținute aceste particule din apele uzate pentru a permite ca procesul de epurare biologică ce urmează procesului de decantare primară, să poată fi mult mai performant (Dima, 1998).
Decantoarele primare, poartă această denumire pentru că ele fac parte din prima treapta de epurare, respectiv treapta de epurare mecanică. După treapta de epurare biologică urmează o nouă sedimentare numită sedimentare secundară. Atât decantoarele primare cât și cele secundare au același principiu de proiectare și funcționare. După modul și direcția de curgere a apei în decantor, acestea se pot împărți astfel:
– Decantoare orizontale;
– Decantoare verticale;
– Decantoare radiale.
Figura 4.9. Schema unor decantoare orizontale
a – cu pod raclor; b – cu transportor cu racleți a nămolului
4.1.6. Epurarea biologică a apelor uzate
Epurarea biologică a apelor uzate constituie un procedeu de epurare a apelor uzate bazat pe fenomene biochimice ce decurg din metabolismul microorganismelor ce populează apa uzată și are ca scop reținerea din aceste ape uzate a suspensiilor coloidale sau dizolvate de natură organică (Dima,1989).
Procesele de epurare biologică sunt precedate de o treaptă de epurare mecanică a apelor uzate, care are ca scop reținerea majorității suspensiilor sedimentabile și a celor în stare de plutire. Pentru unele categorii de ape uzate se impune și procesul mecano-chimic de epurare preliminară în vederea coagulării suspensiilor din apa uzată.
Procedeele de epurare biologică utilizează una din cele două grupe, fiziologic diferite, de microorganisme: aerobe sau anaerobe. Microorganismele anaerobe se folosesc pentru fermentarea nămolurilor și pentru fermentarea unor ape uzate industriale concentrate. Microorganismele aerobe sunt folosite în mod curent la epurarea majorității apelor uzate cu caracter predominant organic și la fermentarea aerobă a nămolurilor (Dima, 1998).
Procesele de epurare biologică nu pot avea loc decât în cazul în care apele uzate supuse epurării au valoare biologică, respectiv conțin, pe de o parte suficiente substanțe nutritive, iar pe de altă parte, dispun de substanțe necesare sintezei organice.
Îndepărtarea substanțelor organice se face prin metabolism de către o cultură mixtă de microorganisme (biomasa), iar eficiența va fi maximă atunci când sunt asigurate toate condițiile realizării unei suprafețe de contact cât mai mari (epurarea biologică este un fenomen de suprafață) și a menținerii parametrilor favorabili desfășurării procesului (temperatura, alimentarea cu oxigen, încărcarea organică sau hidraulică etc.). Transferul de substanțe organice din apa uzată spre biomasa prin contact interfacial și prin fenomenul imediat următor, de sorbție (adsorbție fizică și chimică și absorbție) va fi deci condiționat de mărimea principalului parametru care este interfața apă uzată – biomasă (Dima, 1998).
Schematic, procesul de epurare biologică se desfășoară astfel: substanțele organice din apele uzate sunt adsorbite și concentrate la suprafața biomasei; aici, prin activitatea enzimelor eliberate de celulă (exoenzime) substanțele sunt descompuse în unități mici (compuși cu masă moleculară mai mică) care pătrund în celula microorganismelor unde sunt metabolizate; o parte a reacțiilor de oxidare care au loc furnizează energie reacțiilor prin care se formează masa celulară nouă, iar produșii finali ai descompunerilor (produși de oxidare ca H2O, CO2, azotați, sulfați, substanțe organice stabile etc.) sunt eliberați în mediu din reacție – apa uzată epurată (Dima, 1998).
Figuara 4.10. Schema proceselor generale de metabolism în epurarea aerobă
Reacțiile metabolice ale microorganismelor se desfășoară simultan prin cele două laturi contradictorii și inseparabile de proces: prin catabolism sau dezasimilație, în care are loc degradarea (oxidarea) substanțelor organice, mai ales în scopul obținerii energiei, și prin anabolism sau asimilație, în care are loc sinteza materialului celular, folosind energia eliberată în reacțiile de oxidare.
Mineralizarea substanțelor organice (transformarea elementelor ce le compun în oxizi: CO2, H2O, NO, NO, , POetc.) se face prin consum de oxigen. Din aceasta cauză substanțele organice din apele uzate sunt de cele mai multe ori măsurate și exprimate prin cantitatea de oxigen necesară pentru reacțiile chimice și biochimice de oxigen (CCO sau CBO5).
Substanțele organice din apele uzate se exprimă simplificat sub formă de glucoză, iar azotul sub formă de amoniac, reacțiile biochimice de oxido-reducere se prezintă sub forma (Dima, 1998):
transformarea substanțelor organice dizolvate în material celular:
8(CH2O) + NH3 + 3O2 → C5H7NO2 + 3CO2 – ΔE (4.24)
oxidarea substanțelor organice acumulate sub formă de material celular:
C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + NH3 + 2H2O (4.25)
nitrificarea (oxidarea NH3):
NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O (4.26)
Sub formă generală, ecuațiile biochimice pot fi scrise sub forma:
oxidarea materiei organice:
CxHyO2 +O2 → CO2 + H2O (4.27)
sinteza materialului celular:
(CxHyO2) + NH3 + O2 → celule + CO2 + H2 – ΔE (4.28)
oxidarea celulară:
(celule) + O2 → CO2 + H2O +NH3 – ΔE (4.29)
Reacțiile de oxido-reducere ale substanțelor organice sunt reacții producătoare de energie fiind cuplate cu reacțiile de sinteză a materialului celular nou.
Pentru obținerea materialului celular nou, sunt necesare următoarele elemente esențiale:
C, H, O, N, S, P – în cantități relativ mari,
K, Mg, Mn, Ca, Fe, Co, Cu, Zn, Mo – în cantități mici.
Existența acestor elemente în apele uzate exprimă condiția minimă necesară a substratului, adică posibilitatea de epurare biologică a apelor uzate.
Pentru determinarea eficienței proceselor de epurare biologică în bazinele de aerare, trebuie cunoscută cinetica proceselor care au loc. Cinetica reacțiilor se refera la studiul dinamicii proceselor în organismele vii începând cu celula individuală și sfârșind cu interacțiunile populațiilor de organisme complexe.
În bazinul cu nămol activ, cinetica reacțiilor se referă la cinetica consumării substratului sau a producerii produsului de biosinteză.
Modelarea matematică a proceselor de creștere ale populațiilor de celule este cunoscută sub diferite forme, dintre care cea mai utilizată este reacția propună de Monod care exprima legătura ce exista între viteza de creștere specifică (constanta vitezei de creștere bacteriană) și concentrația substratului (Vaicum, 1981).
Figura 4.11. Curba de creștere bacteriană
1 – faza de lag, viteza de creștere nulă; 2 – faza de accelerație, viteza de creștere mărită; 3 – faza exponențială (logaritmică), viteza de creștere maximă constantă; 4 – faza de încetinire, viteza de creștere descrește; 5 – faza staționară, viteza de creștere nulă; 6 – faza de declin, viteza de creștere negativă.
Creștere microorganismelor poate fi descrisă matematic prin ecuațiile (Vaicum, 1981):
(4.30)
în care: X = concentrația microorganismelor;
μ = constanta vitezei de creștere.
Cea de-a doua ecuație care descrie creșterea bacteriană este:
(4.31)
în care: N1 = numărul de bacterii la timpul t1;
N2 = numărul de bacterii la timpul t2;
n = numărul de generații sau de dublări.
În cazul în care creșterea masei bacteriene este proporțională cu creștere numărului de bacterii, timpul de dublare a masei bacteriene, tD, este (Vaicum, 1981):
(4.32)
În dezvoltarea microorganismelor este importantă relația microorganisme – substrat. Astfel între viteza de creștere specifică și concentrația substratului, pentru culturile statice, s-a stabilit următoarea relație (Vaicum, 1981):
(4.33)
în care: μ = viteza de creștere specifică;
μmax = viteza de creștere specifică maximăla concentrații nelimitate ale lui S;
S = concentrația substratului;
Ks = constanta de saturație.
Prin combinarea relațiilor de mai sus se obține viteza de creștere a unei biomase în funcție de concentrația substratului, care este dată de relația:
(4.34)
Factorii care influențează epurarea biologică
Epurarea biologică este influențată de:
– pH care reprezintă unul din factorii cheie a dezvoltării microorganismelor în stațiile de epurare. pH-ul optim este de 6,5-7,5 și orice valori mai mari sau mai mici ale acestuia trebuie să fie corectate înainte de epurarea biologică.
– temperatura influențează procesele de epurare biologică artificială. Temperatura recomandată pentru procesare în stațiile de epurare este cuprinsă între 10-20ºC.
– cantitatea de O2 sau aer furnizatăîn procesul de epurare biologică. Epurarea biologică aerobă necesită furnizarea continuă de aer sau oxigen pur. Chiar dacă apele uzate sunt saturate în oxigen la intrarea în stația de epurare, oxigenul este consumat rapid de microorganisme în procesul de epurare biologică și practic O2 se furnizează în mod continuu pentru a păstra caracterul aerob al procesului.
– încărcarea organică și hidraulică.
Epurarea biologică cu nămol activ
Schema tipică a acestui tip de epurare este prezentată în figura 4.12. Influentul cu conținut de substanțe organice este pus în contact într-un bazin de aerare cu cultură mixtă de microorganisme – nămol activ, care consumă impuritățile degradabile biologic din apa uzată. O parte din ămolul activ, separat în decantorul secundar, este recirculată în bazinul de aerare, iar altă parte este evacuată ca nămol în exces (Rojanschi și Ognean, 1997).
Figura 4.12. Schema tipică a unei instalații de epuare biologică cu nămol activ
Epurarea biologică cu nămol activ se realizează în bazine de aerare. Acestea sunt construcții a căror formă în plan poate fi radială, dreptunghiulară sau pătrată. În cadrul stațiilor de epuare de dimensiuni mari se folosesc bazinele de formă dreptungiulară sau pătrată.
Bazinele de aerare pot fi cu aerare pneumatică sau mecanică.
Figura 4.13. Bazine cu aerare pneumatică
cu placă poroasă; b. cu conducte cu orificii
4.2. Proiectarea tehnologică a utilajelor
4.2.1. Debite de calcul și de verificare utilizate în stațiile de epurare municipale
Aceste debite de calcul și verificare sunt specifice fiecărei trepte din procesul de epurare a apei uzate.
Valorile acestora sunt prezentate sintetic în următorul tabel:
Tabelul 4. Debitele de calcul și de verificare pentru fiecare utilaj
4.2.2 Calculul utilajelor din cadrul treptei mecanice de epurare (grătare, deznisipator, separator de grăsimi, bazin de egalizare, decantor primar)
4.2.2.1. Dimensionarea grătarelor și sitelor
Dimensionarea grătarelor
a) Debite de calcul: Qc = 2· 0,35 = 0,7 m3/s (4.35)
Qv = 0,14 m3/s (4.36)
Se specifică gradul de reținere al solidelor: GE = 5%;
Viteza apei uzate prin interspațiile grătarului, vg, variază între 0,7 – 1 m/s. Se adopta vg = 0,8 m/s.
Caracteristicile grătarelor din tehnologia de epurare sunt următoarele:
– Lățimea barelor: s = 10 mm = 0,01m;
– Coeficientul de formă a barelor: β = 1,83;
– Distanța dintre bare: b = 20 mm = 0,02 m;
– Unghiul de înclinare: θ = 75°
Viteză în amonte de grătar trebuie să varieze între 0,4 – 0,6 m/s și în condiții de precipitații abundente poate varia intre 0,4-0,9 m/s. Această viteză se poate calcula cu relația:
(4.37)
unde: Qc = debit de calcul;
Bc = înălțimea grătarului, Bc = ;
hmax = înălțimea lichidului în amonte de grătar. Acesta variază între 0,25 – . Vom adopta hmax = 0,35 m.
a) Se calculează suma lățimilor interspațiilor dintre bare:
m (4.38)
b) Se calculează numărul de bare:
(4.39)
unde : c = lățimea pieselor de prindere a barelor grătarului. Se adopta .
c) Se verifică viteza apei în amonte de grătar:
(4.40)
unde: R= raza hidraulică;
(4.41)
j = panta grătarului; se consideră j = 0,5 mm = 0,0005 m.
d) Se calculează pierderea de sarcină pe grătar:
m (4.42)
unde: B*= coeficient de forma al barelor; se adoptă B* = .
Reținerea pe grãtare = (Ci – Cf )·Qc = (0,3-0,285)·0,7 = 0,0105 kg/s (4.43)
RG/S = 0,0105 kg/s
4.2.2.2. Dimensionarea deznisipatorului
Gradul de retinere pentru materiile solide este: GE = 8%.
a) Debite de calcul: Qc = 0,7 m3/s
Debite de verificare: Qv = 0,14 m3/s
Pentru dimensionarea deznisipatorului, sunt importante ariile următoare:
(4.44)
Aria orizontală a deznisipatorului:
– L = lungimea deznisipatorului;
– B = lățimea deznisipatorului;
– vs = viteza de sedimentare.
(4.45)
Aria transversală a deznisipatorului:
– H = Înălțimea deznisipatorului;
– va = viteza apei în deznisipator; se adoptă va=0,15 m/s
b) Se calculează volumul util al deznisipatorului:
m3 (4.46)
unde tdez = timpul de deznisipare care variază între 30 – 50 s. Se adopta tdez = 50 s.
c) Calculul suprafeței orizontale:
m2 (4.47)
unde: α = coeficient ce ține seama de regimul de curgere, α = 1,5.
vs se adopta 2,3 cm/s.
Încărcarea superficială:
cm/s = 0,0153 m/s (4.48)
d) Calculul ariei transversale:
m2 (4.49)
unde va = 0,05 – 0,3 m/s, funcție de diametrul particulei de nisip. Se adopta va = 0,15 m/s.
e) Se calculează lungimea și lățimea deznisipatorului:
m (4.50)
m (4.51)
f) Se calculează înălțimea deznisipatorului:
m (4.52)
g) Se împarte deznisipatorul într-un număr de canale de deznisipare separate iar lațimea unui compartiment canal b1 trebuie să fie cuprinsă intre 0,6 – iar în cazuri extreme poate fi cuprinsă între 3-. Se adopta b1 = .
Numărul de compartamente utilizat va fi:
compartimente (4.53)
Reținerea pe deznisipatoare = (0,285 – 0,2622)·0,7 = 0,016 kg/s (4.54)
RDez = 0,016 kg/s
4.2.2.3. Dimensionarea separatorului de grasimi
Separatoarele de grăsimi se prevăd în mod obligatoriu când epurarea mecanică este urmată de epurarea biologică și îndeplinesc rolul de a elimina din apele uzate substanțele ușoare (grăsimi, uleiuri etc.) care plutesc în masa apei sub formă de emulsii. În acest scop, în bazin se introduce aer de joasă presiune (0,5-0,7 at), care împreună cu viteza de mișcare pe orizontală a apei formează un curent în spirală care ajută la separarea grăsimilor.
Procesul tehnologic de separare a grăsimilor prin flotare constituie în același timp și un proces de preaerare a apei care contribuie la creșterea randamentului de sedimentare al apelor prin flocularea substanțelor coloidale și eliminarea gazelor de fermentație specifice acestor ape.
Dimensionarea hidraulică a unui separator de grăsimi constă în stabilirea dimensiunilor acestuia și a debitului de aer ce trebuie insuflat.
Aria secțiunii orizontale medie (de separare) se determină cu relația:
(4.55)
unde: QC = debitul de calcul, m3/s;
Qc= 0,7 m3/s
Va= viteza ascensională minimă care permite ridicarea particulelor de grăsimi de dimensiuni reduse, m/s.
Va = 8 -14 m/h → Va= 14/3600= 0,0039 m/s. (4.56)
Dimensionarea pe baza timpului de trecere a apei prin separator are la bază relația:
L = V0·ts = 0,15·400 = 60 m (4.57)
V = Qc·ts = 0,7·400 = 280 m3 (4.58)
(4.59)
unde: L = lungimea separatorului de grăsimi, în m;
n = L/30 = 60/30 = 2 compartimente (4.60)
ts = timpul de trecere a apei prin separator, în secunde; se adoptă ts = 400 s;
V = volumul util al separatorului, în m3;
B = lățimea medie a bazinului, în m;
V0 = viteza orizontală în separatorul de grăsimi, în m/s, care se recomandă să fie 0,1-0,2 m/s; Se adoptã: V0=0,15 m/s.
Adâncimea utilă a separatorului poate varia între 1,2-, în funcție de mărimea debitului.
Aerul comprimat se introduce în mod continuu, cantitatea specifică fiind de 0,3 Nm3 aer /m3 apă uzată timp de o oră în cazul repartizării aerului prin plăci poroase și de 0,6 Nm3/m2·h în cazul repartizării prin tuburi perforate.
Reținerea pe separatorul de grăsimi = (0,2622 – 0,23598)·0,7= 0,0184 kg/s (4.61)
RSG = 0,0184 kg/s
4.2.2.4. Dimensionarea bazinului de egalizare
Dimensionarea bazinului de egalizare se face în conformitate cu STAS 4462/2-89.
Figura 4.14. Schema unui bazin de egalizare
hu – înălțimea utilă, hu = 1,8-2,0 m; se adoptă hu = 1,9 m;
hs – înălțimea de siguranță, hs = 0,2-0,4 m; se adoptă hs= 0,3 m;
hd – înălțimea zonei de depuneri, hd = 0,2-0,4 m; se adoptă hd = 0,3 m;
D – diametrul bazinului, D = 12-20 m;
H = hu+ hs+ hd = 1,9 + 0,3 + 0,3= 2,5 m (4.62)
unde: H- înălțimea bazinului de egalizare, m.
Vc = 2500 m3
Va = 20-30%Vc; se adoptă Va= 25% Vc ;
Va= 2500 + 0,25.2500= 3125 m3 (4.63)
Vc – volumul cumulat al bazinului de egalizare, m3;
Va – volumul adoptat al bazinului de egalizare, m3;
(4.64)
m2 (4.65)
(4.66)
m (4.67)
Se calculează reținerile în bazinul de egalizare:
RBE = (0,23598 – 0,23598).0,7= 0 kg/s (4.68)
RBE = 0 kg/s
4.2.2.5. Dimensionarea decantoarelor primare
Decantorul primar radial
Particularitatea regimului de funcționare al decantorului constă în aceea că viteza de circulație a apelor variază de la o valoare maximă în centrul decantorului până la o valoare minimă în dreptul jgheabului periferic colector.
Din punct de vedere constructiv, decantoarele radiale se prezintă sub forma unor bazine de beton având formă circulară în plan, în care apa uzată intră prin conducte (intrarea pe la partea inferioară) sau prin canale (intrarea pe la partea superioară).
Particularitatea regimului de funcționare a decantorului constă în aceea că viteza de circulație a apelor variază de la o valoare maximă în centrul decantorului până la o valoare minimă în dreptul jgheabului periferic colector.
Din punct de vedere constructiv, decantoarele radiale se prezintă sub forma unor bazine de beton având formă circulară în plan, în care apa uzată intra prin conducte (intrarea pe la partea inferioară) sau prin canale (intrarea pe la partea superioară).
Debitul de calcul și de verificare:
Qc = Qzi,max (m3/s), Qc = 0,29 m3/s = 1044 m3/h;
Qv = Qorar, max (m3/s), Qv = 0,35 m3/s;
Volumul total util de sedimentare a apei uzate, în m3, se calculează cu relația:
m3 (4.69)
unde: QC = debitul de calcul al decantoarelor, în m3/h;
td = timpul de trecere a apei, în ore. Se adoptă td = 1,5 h.
În continuare se calculează aria suprafeței orizontale, în m2, a decantoarelor cu relația:
m2 (4.70)
unde: u = încărcarea superficială, în m3/m2·h. Se adoptă u = 1,5 m3/m2·h.
Înălțime medie utilă a spațiului de sedimentare, în m, se determină cu relația:
m (4.71)
Cu ajutorul datelor obținute se stabilesc principalele dimensiuni ale decantorului primar ce vor fi redate în următorul tabel:
Tabelul 5. Dimensiunile tipizate ale decantorului primar
Se vor construi două decantoare cu aceste dimensiuni, care vor luca în paralel. Cel de-al doilea va fi folosit numai în cazul în care vor apărea defecțiuni la decantorul utilizat, în cazul unor debite crescute datorită precipitațiilor abundente sau în perioada de reparații/ întreținere a utilajelor stației.
Volumul de nămol sedimentat într-o zi se determină cu releția:
m3/zi (4.72)
unde: GEDP= gradul de epurare a decantorului primar, GEDP = 55 %;
γn – greutatea superficială a nămolului care pentru o umiditate de 95 % poate lua valori între 1100 – 1200 kg/m3. Se adopta 1150 kg/m3;
p – umiditatea nămolului, p = 95 %
CSSi – concentrația la intrare în decantorul primar a solidelor în suspensie.
Reținerea pe decantorul primar =(0,23598 – 0,10619)·0,29=0,0376 kg/s (4.73)
RDP = 0,0376 kg/s
4.2.3 Calculul utilajelor din cadrul treptei biologice de epurare (bazin cu nămol activ, decantor secundar)
4.2.3.1. Dimensionarea bazinului cu nămol activ (BNA)
1. Concentrația materiei organice exprimată în CBO5 ce intră în treapta biologică :
CCBO5 = 119,07 mg O2/l
2. Debitul de calcul al instalației de epurare biologică:
QC = Qzi max = 0,29 m3/s
3. Eficiența epurării biologice:
– global
(4.74)
4. Încărcarea organică a bazinului cu nămol activ (IOB)
Reprezintă cantitatea de CBO5 din influent exprimată în kg CBO5/zi care poate fi îndepărtată dintr-un m3 de bazin de aerare. Datele din literatura oferă posibilitatea calculării IOB în trei variante:
a) Funcție de GE, de conținutul de materii în suspensie și de timpul de aerare:
(4.75)
unde: k – coeficient ce depinde de temperatura după cum urmează:
t = 10 – 20oC, k = 5; (4.76)
b) Funcție numai de gradul de epurare:
GE = 85 % →IOB = 1,936 kg CBO5/m3·zi
c) În conformitate cu definiția lui Imhoff:
Pentru GE = 85 – 90 %→IOB = 1,8 kg CBO5/m3·zi.
5. Se calculează încărcarea organică a nămolului activ (ION):
Pentru GE = 85%→ IOB = 1,936 kg CBO5/m3·zi
(4.77)
CN – concentrația namolulu activ, (g/m3).
CN = 2,5 – 4 kg/m3.
Sau:
ION = k·(1 – GE) = 5·(1 – 0,85) = 0,75 kg CBO5/kg nămol activ·zi (4.78)
(4.79)
6. Indicele volumetric al nămolului (IVN)
– IVN – reprezintă volumul unui gram de nămol total în suspensie după 30 minute de sedimentare.
IVN = 50-150 cm3/g în cazul în care nămolul activ acționează în condiții ce asigură o eficiență corespunzătoare procesului biologic de reținere al CBO5.
IVN >200 cm3/g în cazul în care nămolul activ se consideră că este „bolnav”.
– Indicele de încărcare organică variză în funcție de caracteristicile nămolului activ.
– Conținutul în materii totale solide (MTS)
7. Se calculează volumul bazinului de aerare:
(4.80)
8. Se calculează debitul de nămol activ recirculat (QR):
(4.81)
(4.82)
unde: CR – concentrația nămolului recirculat, kg/m3;
r – coeficient de recirculare.
Se va adopta CR = /m3
Se va verifica corespondeta raportului de recirculare în conformitate cu datele din literatură.
9. Timpul de aerare, se poate determina în două situații:
a) Când se consideră că recircularea nămolului poate fi neglijată:
(4.83)
b) Luând în considerare nămolul recirculat
(4.84)
Se consideră că valoarea maximă ce poate fi recirculata este asigurată de o valoare rmax=0.7.
Pentru această valoare se calculează:
Se vor verifica datele cu cele existente în literatură.
10. Se calculeaza debitul de namol în exces cu ajutorul relației Huncker:
(4.87)
LSB = cantitatea de CBO5 pentru ape uzate ce urmează a fi prelucrate biologic, (exprimat în kg/zi).
LSB = V · IOB (Kg/zi) = 1541,022·1,936 = 2983,42 kg/zi (4.88)
11. Calculul necesarului de oxigen (C0) necesar respirației endogene și în procesul de nitrificare
Co- reprezintă necesarul de oxigen pentru respirația substratului și a respirației endogene a microorganismelor, iar în cazul în care sunt luate în considerare procesele de nitrificare, se adăugă și necesarul de oxigen în nitrificare.
a) Calculul necesarului de oxigen se face pentru un proces de epurare fără nitrificare:
C0 = a·GEb·C + b·CNtot = kg O2/kg CBO5 (4.89)
unde: a – un coeficient corespunzător utilizării substanțelor de către microorganisme; în cazul apelor uzate orășenești a = O2/kg CBO5
c – coeficientul care definește cantitatea totală de materii organice exprimată prin CBO5 adusă de apele uzate influențată în treaptă biologică.
c = QC · CCBO5ib (Kg/zi) (4.90)
b – oxigenul consumat de unitatea de nămol activ aflat în BNA în timp de o zi;
b = 0,15 – 0,17 kg O2/kg CBO5 ·zi (4.91)
Se adopta b = 0,15 kg O2/kg CBO5 ·zi.
CNtot – cantitatea totală de nămol activ din bazinul de nămol activ exprimat prin fracția volatilă;
(4.92)
12. Capacitatea de oxigenare (CO)
Reprezintă cantitatea de O2 ce trebuie introdusă prin diferite sisteme de aerare
(4.93)
unde: Co – necesarul de oxigen pentru consumarea materiei organice de către microorganisme;
α – raportul de eficienta al transformării de oxigen în apă curentă a unui sistem de oxigenare. Pentru apele uzate orășenești: α = 0,9;
COS – concentrația oxigenului la saturație în condițiile standard de temperatură ().
COS =11,35 mgO2/l ;
CSA – concentrația la saturație a oxigenului în amestecul de ape uzate și nămol activ la temperatura de lucru (); CSA = 7,4 mg O2/l (STAS 11566/1991);
CB – concentrația efectivă de oxigen în amestecul de ape uzate și nămol activ, valoare care este între 1,5 – 2 mg O2/l; se adoptã CB = 1,75 mg O2/l;
K10, kT = coeficienții de transfer al oxigenului în apă pentru t = 20 și respectiv t= 10 – din STAS 11566; radicalul raportului este 0,83.
p – presiunea barometrică calculată ca o medie a valorilor zilnice în orașul unde realizăm epurarea apelor uzate; în general ia valori între 780 – 785 mm Hg. Se adopta p = 783 mmHg.
13. Sisteme de aerare pneumatică
Se folosesc dispozitive pneumatice de dispersie a aerului generat de compresoare sau turbosuflante. Dispersarea se poate face cu: bule fine (d< 0,3 mm), cu bule mijlocii (d = 0,3-) și cu bule mari (d >3 mm). Se alege aerarea fină. Se utilizează sisteme de distribuție cu plăci poroase.
– Se calculează capacitatea de oxigenare orară:
(4.94)
– coeficient funcție de măsură sistemului de aerare; = 24.
Se calculează debitul de aerare necesar pentru aerarea BNA, cu relația:
(4.95)
unde: Himersie – adâncimea de imersie a sistemului de distribuție a aerului care poate varia între 1,5 – 5 m. Se adoptã: Himersie = .
COsp – capacitatea de oxigenare specifică a sistemului de insuflare a aerului, a cărui valoare variază între 8 – O2/m · m3aer. Se va alege valoarea de O2/ m3aer·m
– Se va calcula suprafața plăcilor poroase Ap.
Poziționarea distribuitorului de aer se realizează la înălțime de imersie pe toată suprafața bazinului de aerare.
(4.96)
unde: Qaer – debitul de aer, m3/h;
i aer – intensitatea aerării;
i aer = 1 m3/m2·min = 60 m3/m2·h
– Se calculează energia brută a sistemului de aerare:
Eb = Himersie · Es = 4 · 5,5 = 22 (W·h/m2) (4.97)
unde: Es – consumul energetic specific, Es = 5,5 Wh/m2.
Dimensionarea bazinului cu nămol activ
Se recomandă Hbazin = 3 – .
Inãlțimea totală a bazinului va fi :
Htotala = Himersie + Hs = 4+0,5 = 4,5 m (4.98)
Hs = 0,5 – ; se adopta valoarea de ;
Lățimea bazinului de nămol activ:
B = (1 – 1,5 ) ·Htot =1,1 · 4,5 = 4,95 m (4.99)
Lungimea bazinului:
L = (8 ÷ 18) · B =10·4,95 = 49,5 m (4.100)
Determinarea numărului de compartimente:
(4.101)
(4.102)
(4.103)
4.2.3.2. Dimensionarea decantoarelor secundare
Decantorul secundar radial
Din punct de vedere constructiv, decantoarele radiale se prezintă sub forma unor bazine de beton având formă circulară în plan, în care apa uzată intra prin conducte (intrarea pe le partea inferioară) sau prin canale (intrarea pe la partea superioară).
1. Debitul de calcul și de verificare
Qc = Qzi,max (m3/s), Qc = 0,29 m3/s;
QDSc = QC + QR = 0,29 + 0,1 = 0,39 m3/s = 1404 m3/h (4.104)
Qv = Qorar, max (m3/s), Qv = 0,35 m3/s;
QDSv = QV + QR = 0,35 + 0,1 = 0,45 m3/s = 1620 m3/h (4.105)
2. Stabilirea încărcării superficiale în decantorul secundar
(4.106)
(4.108)
unde: Au = suprafața utilă a decantorului radial din care s-a scăzut suprafața de sub jgheabul apei sedimentate.
În general, datele din literatura stabilite pentru încărcarea superficială în decantorul secundar au o valoare mai mică sau egală cu 1,9 m3/h·m2 pentru valori ale IVN < 100 ml/g.
În general, 1,2 m3/m2 ·h.
3. Se calculeazã încãrcarea superficialã a decantorului secundar cu materii solide:
(4.109)
4. Se determina timpul de sedimentare:
(4.110)
5. Se calculează înălțimea utilă și volumul decantorului:
(4.111)
V = td · QDSc (m3) = 4·1404 =5616 m3; se alege conform STAS 4162/2-89, următorul decantor:
Tabelul 6. Dimensiunile tipizate ale decantorului secundar
Se vor construi două decantoare cu aceste dimensiuni, care vor luca în paralel. Cel de-al doilea va fi folosit numai în cazul în care vor apărea defecțiuni la decantorul utilizat, în cazul unor debite crescute datorită precipitațiilor abundente sau în perioada de reparații/ întreținere a utilajelor stației.
Se calculează volumul de nămol activ
(4.112)
unde: GEDS = gradul de epurare a decantorului secundar , GEDS = 85 %;
γn – greutatea superficială a nămolului care pentru o umiditate de 95 % poate lua valori între 1100 – 1200 kg/m3. Se adopta 1150 kg/m3;
p – umiditatea nămolului, p = 95 %
CSSi – concentrația la intrare în decantorul secundar a solidelor în suspensie, kg/m3.
7. Rețineri solide în decantorul secundar
CSSi = 106,191 mg/l = 0,106191 kg/m3;
CSSf = 21,24 mg/l = 0,02124 kg/m3;
QDSc = 0,39 m3/s.
Reținerea = QDSc ∙ (CSSi – CSSf ) =0,39·(0,106191- 0,02124) = 0,033 kg/s (4.113)
RDS = 0,033 kg/s
4.3. Fișe tehnice ale utilajelor
Fișa tehnică nr. 1
Denumire utilaj: Grătar plan cu curățire mecanică
Domeniul de utilizare: Grătarul plan cu curățire mecanică se montează la intrarea în stație pentru a reține corpurile plutitoare și suspensiile solide de dimensiuni mari aflate în apele uzate.
Descriere: grătarele sunt alcătuite din bare metalice. După distanța dintre bare se deosebesc grătare rare și grătare dese.
Distanța dintre bare este variabilă: pentru grătare rare se recomandă distanțe cuprinse între 2,5-5 cm (chiar 8-10 cm); pentru grătarele dese deschiderile dintre bare variază între 1,5-2,5 cm. Distanța dintre barele grătarelor așezate în fața stațiilor de pompare a apelor uzate brute variază între 5-15 cm. Grătarele pot avea forme plane sau curbe. Grosimea barelor variază între 0,8-1,2 cm.
Înclinarea grătarelor fața de orizontală depinde de obicei de modul lor de curățire: grătarele curățite manual au o înclinare de 30-75º; cele curățite mecanic au o înclinare de 45-90º. În prezent, există tendința de a adopta pentru grătarele cu curățire manuală înclinări de 30º cu un maxim de 45º.
Grătarul plan cu curățire mecanică este compus din elementele: sașiu, grătar, greblă, mecanism de antrenare, roți de întoarcere, lanțuri, descărcător, jgheab de colectare.
Funcționare: Explotarea grătarelor constă în curățirea la timp a depunerelor, respectiv supravegherea și întreținerea mecanismelor în cazul grătarelor curățire mecanică.
Dimensiuni:
– lățimea barelor, s = 10 mm;
– coeficientul de formă a barelor: β = 1,83;
– distanța dintre bare: b = 20 mm;
– unghiul de înclinare: θ = 75º;
– numărul de bare: nb = 45;
– înălțime grătarului, BC = 2 m;
– lățimea pieselor de prindere a grătarului, c = 0,3 m.
Figura 4.15. Elementele geometrice ale camerei grătarului
Fișa tehnică nr. 2
Denumire utilaj: Deznisipator orizontal longitudinal
Domeniul de utilizare: Deznisipatorul reține din apa uzată particule grele formate din nisip, pietriș sau alte materiale solide care au densitate mult mai mare decât a apei sau compușilor organici prezenți în apa uzată. Se amplasează de regulă după grătare/site și înainte de decantorul primar.
Descriere: camerele de deznisipare sunt realizate cu scopul de:
– a proteja echipamentul mecanic în mișcare de abraziune;
– a reduce depunerile cu densitate mare in conducte, canale etc.;
– a reduce frecvența curățirii decantoarelor și instalațiilor de epurare biologică.
În cazul deznisipatoarelor orizontale curgerea se face prin bazin pe direcție orizontală, iar viteza de curgere este controlată de:
– dimensiunile bazinului;
– modul de distribuire a influentului pe suprafața bazinului;
– utilizarea deversoarelor pe diferite tipuri pentru efluent.
Funcționare: Exploatarea deznisipatorului constă în înlăturarea nisipului la timp respectiv supravegherea și întreținerea mecanismelor de curățire. În deznisipator apa uzată este introdusă printr-o conductă în camera de liniștire.
Dimensiuni:
– lungime deznisipator: L = 11,25 m
– lățimea deznisipatorului: B = 4,06 m
– înălțimea deznisipatorului: H = 0,77 m
– numărul de compatimente: n = 3.
Figura 4.16. Deznisipator orizontal
Fișa tehnică nr. 3
Denumire utilaj: Separator de grăsimi
Domeniul de utilizare: Separatorul de grăsimi are rolul de a elimina din apele uzate substanțele ușoare (grăsimi, uleiuri etc.) care plutesc în masa apei sub formă de emulsii.
Descriere: Separatoarele de grăsimi se prevăd în mod obligatoriu când epurarea mecanică este urmată de epurarea biologică și îndeplinesc rolul de a elimina din apele uzate substanțele ușoare (grăsimi, uleiuri etc.) care plutesc în masa apei sub formă de emulsii. În acest scop, în bazin se introduce aer de joasă presiune (0,5-0,7 at), care împreună cu viteza de mișcare pe orizontală a apei formează un curent în spirală care ajută la separarea grăsimilor.
Procesul tehnologic de separarea grăsimilor prin flotare constituie în același timp și un proces de preaerare a apei care contribuie la creșterea randamentului de decantare a apelor prin flocularea substanțelor coloidale și eliminarea gazelor de fermentație specifice acestor ape.
Funcționare: Exploatarea bazinului de flotație constă în îndepărtarea continuă a materialelor colectate la suprafața lichidului în separator, verificarea permanentă a dizpozitivelor de colectare și evacuare, curățirea zilnică a părților accesibile ale separatorului și a dispozitivelor de colectarea a spumei și supravegherea distribuției aerului în bazin.
Dimensiuni:
– lungimea bazinului de flotație: L = 30 m;
– lățimea unui compartiment a bazinului de flotație: B = 3 m;
– viteza orizontală a apei în bazinul de flotație: V0 = 0,15 m/s;
– numărul de compartimente: n = 2.
Figura 4.17. Separator de grăsimi prin flotație cu aer comprimat
1- admisie apă uzată; 2- placă poroasă; 3- evacuare apă epurată.
Fișa tehnică nr. 4
Denumire utilaj: Bazin de egalizare
Domeniu de utilizare: Are rolul de a uniformiza, omogeniza compoziția apelor uzate și de a egaliza debitul apelor uzate.
Descriere: Este un bazin cilindric din beton armat.
Funcționare: Prin intermediul canalelor de legătură apa uzată ajunge în bazinul de egalizare, unde se realizează uniformizarea debitelor și a concentrațiilor.
Dimensiuni:
diametrul bazinului, D = 35,68 m;
înălțimea bazinului, H = 2,5 m;
volumul bazinului, V = 3125 m3.
Fișa tehnică nr. 5
Denumire utilaj: Decantor primar radial
Domeniul de utilizare: Reduce conținutul de materie în suspensie și parțial a materiei organice exprimată prin CCO si CBO5.
Descriere: Sunt instalații în care sedimentează cea mai mare parte a substanțelor în suspensii din apele uzate. Decantoarele radiale sunt bazine de beton armat cu formă circulară în plan, în care apa uzată intră prin conducte (intrarea pe la partea inferioară) sau prin canale (intrarea pe la partea superioară).
Funcționare: Exploatarea decantorului primar constă în inspectarea de câteva ori pe zi a acestuia dar și a instalațiilor mecanice. Utilajul de evacuare a nămolului, dispozitivele de înlăturare a produselor plutitoare și pompele trebuie controlate din punct de vedere al funcționării, iar suprafața apei se ține mereu sub observație.
Dimensiuni:
Figura 4.18. Decantor primar radial
Fișa tehnică nr. 6
Denumire utilaj: Bazin cu nămol activ
Domeniul de utilizare: Are rolul de a transforma impuritățile organice cu ajutorul unei culturi de microorganisme, în produși de degradare inofensivi (CO2, H2O, alte produse) și în masă celulară nouă.
Descriere: Bazinele cu nămol activ reprezintă inima proceselor biologice. Sunt caraterizate prin intensitatea amestecării și regimul de amestecare. Aerarea pneumatică se caracterizează prin introducere de bule în apă. Acestea sunt de trei categorii: bule fine (cu diametrul cuprins între 1-1,5 mm), bule mijlocii (1,5-3 mm), bule mari. Bulele fine sunt obținute prin distribuția aerului prin difuzorii poroși care sunt montați uniform pe suprafața bazinului. Procesul de epurare biologică cu nămol activ este influențat și de condițiile de desfășurare a procesului de epurare.
Funcționare: Exploatarea bazinului cu nămol activ constă în asigurarea unei cantități suficiente de oxigen procesului de epurare, asigurarea temperaturii optime, controlul și menținerea concentrației de nămol, respectarea timpul minim de staționare a apei în bazin pentru realizarea procesului și supravegherea procesului.
Dimensiuni:
– lungimea bazinului cu nămol activ: L = 49,5 m
– lățimea bazinului cu nămol activ: B = 4,95 m
– înălțimea bazinului: H = 4,5 m
– numărul de compartimente: n = 2.
Figura 4.19. Bazinul cu nămol activ
Fișa tehnică nr. 7
Denumire utilaj: Decantor secundar radial
Domeniul de utilizare: În decantoarele secundare se reține flocoanele de nămol activ evacuate odată cu efluentul din bazinele de aerare.
Descriere: Decantoarele radiale sunt bazine cilindrice, cu adâncimea apei de 3-4 m, care se dimensionează pe baza timpului de staționare (1,5-2 h) și a încărcării superficiale. Ele reprezintă un dispozitiv foarte rațional, în care apa circulă radial de la centru spre periferie, având progresiv viteze din ce în ce mai mici, pe masură ce scad și dimensiunile particulelor care urmează a se depune.
Curățirea depunerelor se face printr-un pod raclor rulant, cu răzuitoare de fund, care conduce nămolul spre bașa centrală, de unde este evacuat prin pompare. Mișcarea podului este continuă.
Funcționare: Exploatarea decantorului secundar constă în inspectarea de câteva ori pe zi a acestuia dar și a instalațiilor mecanice. Utilajul de evacuare a nămolului, dispozitivele de înlăturare a produselor plutitoare și pompele trebuie controlate din punct de vedere al funcționării, iar suprafața apei se ține mereu sub observație.
Dimensiuni:
Figura 4.20. Decantor secundar radial
Capitolul 5. Exploatarea instalației
5.1. Calculul bilanțului de masă pe instalație
S-a întocmit bilanțul de masă pentru sistemul alcătuit din grătar – deznisipator – separator de grăsimi – bazin de egalizare – cameră de reacție și decantor primar – bazin cu nămol activ și decantor secundar.
Ecuația generală a bilanțului de masă este:
I – E = Ac + P (5.1)
în care: I – intrări;
E – ieșiri;
Ac – acumulări (rețineri);
P – pierderi.
sau I – E + G = Ac
unde G – generări.
Intrările se calculează cu relația:
I = Ci,SS · QC (5.2)
unde: Ci,SS = concentrația solidelor în suspensie la intrarea în stație sau în utilaj, kg/m3;
QC = debitul maxim zilnic, m3/s.
Ieșirele se calculează cu relația:
E = Cf,SS · QC (5.3)
unde: Cf,SS = concentrația solidelor în suspensie la intrarea în stație sau în utilaj, kg/m3;
QC = debitul maxim zilnic, m3/s.
Aplicând formula generală fiecărei trepte de epurare realizăm bilanțul de masă pentru fiecare treaptă.
Bilanțul de masă pentru grătar
Materii solide în suspensie
IG = 300 · 0,29 · 10-3 = 8,7 · 10-2 kg/s
EG = 285 · 0,29 · 10-3 = 8,265 · 10-2 kg/s
RG = (300 – 285) · 0,29 · 10-3 = 0,435 · 10-2 kg/s
Bilanțul de masă pentru deznisipator
Materii solide în suspensie
IDez = 285 · 0,29 · 10-3 = 8,265 · 10-2 kg/s
EDez = 262,2 · 0,29 · 10-3 = 7,6038 · 10-2 kg/s
RDez = (285 – 262,2) · 0,29 · 10-3 = 0,6612 · 10-2 kg/s
Bilanțul de masă pentru separatorul de grăsimi
Materii solide în suspensie
ISG = 262,2 · 0,29 · 10-3 = 7,6038 · 10-2 kg/s
ESG = 235,98 · 0,29 · 10-3 = 6,84342 · 10-2 kg/s
RSG = (262,2 – 235,98) · 0,29 · 10-3 = 0,76038 · 10-2 kg/s
Bilanțul de masă pentru bazinul de egalizare
Materii solide în suspensie
IBE = 235,98 · 0,29 · 10-3 = 6,84342 · 10-2 kg/s
EBE = 235,98 · 0,29 · 10-3 = 6,84342 · 10-2 kg/s
RBE = (235,98 – 235,98) · 0,29 · 10-3 = 0 kg/s
Bilanțul de masă pentru bazinul de coagulare/floculare și decantorul primar
Materii solide în suspensie
IC/F-DP = 235,98 · 0,29 · 10-3 = 6,84242 · 10-2 kg/s
EC/F-DP = 106,191 · 0,29 · 10-3 = 3,07954 · 10-2 kg/s
Ccoagulant = 50 mg/l
GC/F-DP = 50 · 0,29 · 10-3 = 1,45 · 10-2 kg/s
RC/F-DP = (235,98 + 50 – 106,191) · 0,29 · 10-3 = 5,21388 · 10-2 kg/s
Bilanțul de masă pentru bazinul cu nămol activ și decantorul secundar
Materii solide în suspensie
IBNA = 106,191 · 0,29 · 10-3 = 3,07954 · 10-2 kg/s
EBNA = 21,24 · 0,29 · 10-3 = 0,61596 · 10-2 kg/s
GBNA = 2,58 ·3,296 · 10-2 = 8,5 · 10-2 kg/s
RBNA = (106,191 – 21,24) · 0,29 · 10-3 + 8,5 · 10-2 = 10,9636 · 10-2 kg/s
Figura 5.1. Bilanțul de masă pentru solidele în suspensie pe fiecare treaptă de epurare
Bilanțul de masă pe intreaga stație de epurare
I = 300 · 0,29 · 10-3 = 8,7 · 10-2 kg/s
E = 21,24 · 0,29 · 10-3 = 0,61596 · 10-2 kg/s
G = 50 · 0,29 · 10-3 + 8,5 · 10-2 = 9,95 · 10-2 kg/s
R = (300 – 285) · 0,29 · 10-3 + 9,95 · 10-2 = 18,03404 · 10-2 kg/s
Figura 5.2. Bilanțul de masă pe întreaga stație de epurare
5.2. Subproduse, materiale și energetice, deșeuri
Nămolul activ în exces. Reprezintă cantitatea de nămol activ care nu mai este necesară procesului de epurare, fiind exprimată în kg materii solide totale (MTS) evacuate zilnic din instalația de epurare; poate fi exprimată și în volume de nămol când se ia în considerare și umiditatea acestuia de 98,5 – 99,5%.
Cantitatea de nămol în exces depinde de mai mulți factori, dintre care ponderea cea mai mare o reprezintă cantitatea de CBO5 din apă uzată la care se adaugă factorul privind menținerea concentrației constante a nămolului activ în bazinul de aerare.
Este știut că nămolul activ de recirculare își mărește neîncetat volumul, prin proliferarea microorganismelor datorită hranei asigurată de apa uzată nou sosită în bazin.
Cantitatea de nămol în exces care trebuie evacuată, pentru a menține constanta cantitatea de nămol de recirculare, se estimeaza la 1,5 – 3,0 % din cantitatea de apă uzată care intra în bazinul de aerare.
Producția zilnică de nămol în exces, kg MTS/zi, se poate calcula cu ajutorul relației propusă de Huncken, având forma:
(5.4)
în care:încarcare organică a nămolului, în ;
eficiența treptei biologice, în unități zecimale;
cantitatea de CBO5 din apa uzată ce intră în treapta biologică, în kg/zi.
Nămolul activ în exces poate fi trimis, spre tratare, în rezervoarele de fermentare metanică, după ce în prealabil a fost supus unui proces de reducere a umidității în bazine speciale numite îngroșatoare de nămol. Dacă schema tehnologică a stației de epurare prezintă un amplasament corespunzător, se recomandă ca acest nămol să fie pompat într-un cămin din fața decantoarelor primare, prezentând următoarele avantaje:
– creșterea eficienței decantoarelor primare, deoarece flocoanele de nămol activ au efectul unui coagulant;
– amestecul celor două feluri de nămoluri conține mai puțină apă și în consecință volume reduse de nămol vor fi dirijate spre rezervoarele de fermentare, eliminând necesitatea obligatorie a îngroșătorului de nămol.
Deșeurile menajere rezultate din stațiile de epurare sunt ambalaje, hârtie, recipientele de la reactivi etc. (Dima, 1998).
5.3. Construcții și instalații prevăzute în cadrul stației de epurare a apelor uzate
În cadrul stației de epurare se pot deosebi construcții și instalații legate direct de procesul tehnologic, dar și construcții și instalații anexe acesteia, acestea din urmă au drept scop principal asigurarea exploatării corespunzătoare a stației (Negulescu, 1978).
5.3.1. Construcții și instalații legate direct de procesul tehnologic de epurare a apelor uzate
Așezarea cea mai logică a construcțiilor și instalațiilor din stația de epurare este cea în plan, care urmărește procesul de epurare.
Așezarea pe verticală depinde de condițiile de curgere hidraulică a apei în stație, care trebuie să se realizeze ori de câte ori este posibil prin gravitație, de natura terenului de fundație și de topografia amplasamentului.
Bazinele cu diferite folosințe din stația de epurare, din motive de exploatare, protecție contra răcirii apelor uzate, structură etc. sunt astfel așezate, încât nivelul apei din ele să corespundă cu nivelul terenului, uneori sunt îngropate complet, iar alteori sunt jumătate îngropate și jumătate sau mai mult ridicate deasupra solului (Negulescu, 1978).
În ceea ce privește forma în plan a bazinelor îngropate în pământ, forma circulară, în comparație cu cea rectangulară, este cea mai avantajoasă din toate punctele de vedere (rezistență, execuție, exploatare etc.). Există situații în care procesul de epurare obligă adoptarea formelor rectangulare (de exemplu bazinele cu nămol activ) (Negulescu, 1978).
Utilajele (bazinele în general) dintr-o stație de epurare sunt construite din beton armat sub diferite forme. Oțelul este cel mai des folosit pentru părțile metalice, acoperișuri, distribuitoare, scări etc.
Compartimentarea construcțiilor, atât pentru a evita oprirea întregii stații în caz de avarie, cât și pentru o ușoară exploatare și realizarea dezvoltării pe etape a stației, trebuie avută în vedere în permanență în proiectare.
Conductele și canalele de legătură între diferite construcții și instalații din stație reprezintă un procent important din ansamblul stației de epurare. Conductele trebuie amplasate astfel încât canalul de aducțiune a apei în stație să nu fie pus sub presiune. În stație, de regulă, construcțiile sunt legate între ele prin canale dreptunghiulare deschise. Pe cât posibil, conductele și canalele se vor lega pe drumul cel mai scurt, construcțiile vor fi astfel plasate încât să se realizeze o ușoară exploatare și construcție a unor noi legături. La canale, colțurile între radier și pereți vor fi rotunjite, pentru o mai bună antrenare a apei și se vor evita curbele în loc, iar în plan se recomandă raze de curbură egale cu de 5 ori lățimea canalului. Pe conducte, din loc în loc și în special la cele care transportă nămol se vor monta piese de curățire, așezate în cămine (Negulescu, 1978).
Conductele se fabrică din fontă, azbociment, oțel izolat la interior și exterior, iar canalele se construiesc din beton și de cele mai multe ori din elemente de beton armat prefabricate.
Conductele care transportă nămolul, fabricate de obicei din fontă, trebuie să fie suficient de mari în diametru, deoarece pierderile de sarcină sunt cu 50-100% mai mari în comparație cu cele care transportă ape uzată. Aceste conducte trebuie să fie prevăzute cu posibilități de curățire din loc în loc și cu ventuze pentru evacuarea gazului.
Camerele de repartiție au ca scop să asigure distribuția automată și uniformă a unor cantități egale de ape uzate și nămoluri la construcții sau compartimente similare. Repartiția apelor uzate pentru stații mici de epurare se face prin stăvilare, iar pentru stațiile mai mari de epurare repartiția se face prin intermediul unui distribuitor care poate fi dotat și cu praguri deversoare reglabile, neînecate (Negulescu, 1978).
În fața tuturor construcțiilor și instalațiilor se așează atât pe conducte cât și pe canale vane și stăvilare, cu scopul scoaterii din funcțiune pentru curățire sau revizie, pentru reglarea procesului tehnologic, pentru by-pass-are etc.
În diferite puncte ale stației de epurare se instalează aparate de măsură a debitelor, presiunii, temperaturii, vitezelor, nivelelor de apă etc. Măsurarea debitelor pe conducte se face cu tuburile Venturi, care pot fi folosite atât pentru apă uzată în diferite stadii de epurare, cât și pentru nămol și aer. Rotametrele sunt folosite pentru măsurarea cantităților de soluții chimice introduse în diferite puncte ale stației de epurare. Presiunile apei, nămolului sau a gazului se măsoară cu ajutorul manometrelor. Temperaturile apei, nămolului sau aerului se măsoară cu termometre obișnuite, indicatoare sau inregistratoare (Negulescu, 1978).
Nivelurile de lichid se stabilesc fie prin citire directă în ferestre special construite, fie prin dispozitive care funcționează sub presiune. Măsurarea vitezei apei uzate în stația de epurare își găsește aplicare în unele canale sau în bazinele cu nămol activ, în care caz sunt folosite micromoriștele; viteza gazelor în conducte se măsoară cu ”pitometrele”.
În stațiile de epurare sunt utilizate numeroase alte aparate de control pentru măsurarea pH-ului, potențialului de oxido-reducere etc.
5.3.2. Construcții și instalații anexe stației de epurare
Grupul de exploatare cuprinde în principal camera dispecer, laboratorul, birourile, grupul sanitar etc. Mărimea acestuia depinde de capacitatea stației de epurare.
În stația de epurare clădirile importante și necesare în principal exploatării sunt: casa pompelor, camerele vanelor la bazinele de fermentare a nămolului, construcțiile care adăpostesc utilajele pentru filtrarea sau tratarea nămolului, camerele grătarelor etc.
Rețeaua e alimentare cu apă în stațiile de epurare trebuie să asigure următoarele necesități (Negulescu, 1978):
sanitare (apă de spălat, băut, pentru laboratorul stației, dușuri etc.);
de spălare a diferitelor bazine și instalații;
de răcire (compresoare, pulverizatoare, incineratoare);
de funcționare a unor echipamente (vane, stăvilare, boilere, cloratoare);
proceselor de epurare (elutrierea nămolului, diluție, distrugerea spumei etc.);
Rețeaua de canalizare din incinta stației de epurare are drept scop să colecteze apele uzate rezultate de la diferite folosințe și să le evacueze în canalul de aducțiune a apei uzate în stație.
Rețelele de alimentare cu energie electrică, cu gaze, cu apă caldă, abur, aer comprimat etc. sunt folosite atât pentru necesitățile instalațiilor de epurare, cât și pentru exploatarea generală a stației (Negulescu, 1978).
Clădirile stațiilor de pompare, a generatoarelor de putere etc. sunt prevăzute cu macarale fixe; pentru celelalte nevoi ale stației aceasta trebuie să fie dotată cu macarale mobile.
Protecția muncii și tehnica securității trebuie să constituie o preocupare deosebită a proiectantului, deoarece într-o stație de epurare sunt multe puncte în care se pot produce accidente. În acest sens se vor prevedea balustrade la toate bazinele, instalații de joasă tensiune, de ventilare, precum și toate celelalte echipamente necesare evitării oricărui accident.
Majoritatea instalațiilor din cadrul stației de epurare sunt automatizate și mecanizate, astfel defecțiunile aparute vor putea fi constatate mai repede (Negulescu, 1978).
5.4. Controlul, automatizarea și reglarea procesului tehnologic. Elaborarea schemei de reglare și automatizare a procesului
În timpul desfășurării proceselor tehnologice au loc o serie de transformări fizice, chimice, biologice ale materiilor, astfel încât starea produselor să corespundă unor indicatori prestabiliți. Aceste transformări au loc în instalații (utilaje) tehnologice, construite pentru a realiza una sau mai multe faze ale transformărilor din procesul tehnologic. Procesul ce are loc într-o instalație tehnologică este caracterizat de mai multe mărimi fizico-mecanice: temperaturi, presiuni, debite, concentrații etc. O parte din aceste mărimi variază în mod independent, altele sunt influențate de variabile independente. Desfășurarea corectă a procesului tehnologic presupune ca la fiecare instalație tehnologică, una sau mai multe mărimi fizice să aibă o lege de variație prestabilită sau distribuție. Instalațiile tehnologice sunt astfel concepute, încât să fie posibilă ajustarea acestor mărimi fizice de ieșire, numite mărimi de eșire, prin intermediul altor mărimi fizice de execuție (Ungureanu, 2001).
O instalație tehnologică considerată ca obiect al automatizării se numește instalație automatizată. Așadar un sistem automatizat reprezintă un ansamblu format din instalația automatizată, echipamentul de automatizare, care are rolul de a realiza, fără participarea omului, o funcție de comandă, control, reglare sau optimizare.
Automatizarea poate fi implementată în numeroase variante de realizare, funcție de indicatori sau maximele prestabilite (Ungureanu, 2001):
natura procesului automatizat;
gradul de cunoaștere, respectiv cantitatea de informație avută la dispoziție referitoare la procesele tehnologice respective;
echipamentele tehnice puse la dispoziție de firmele producătoare;
gradul de pregătire profesională a personalului de proiectare și de exploatare.
Automatizarea reprezintă în ultimă instanță cea mai ridicată treaptă de conducere care poate să asigure performanțe ridicate pentru procesul condus (Ungureanu, 2001).
Ca și în alte domenii industriale, în domeniul protecției mediului automatizarea, reglarea și conducerea proceselor tehnologice, în prezent nu au o aplicație destul de răspândită.
Epuarea apelor uzate reprezintă o parte importantă a protecției mediului, deoarece de eficiența sa depinde prevenirea poluării apelor de suprafață cu materii organice nebiodegradabile, substanțe toxice, deșeuri. Din acest motiv procesul tehnologic de epurare a apelor uzate municipale, implică automatizarea și reglarea debitului, nivelului, pH-ului, compoziției, necesarului de oxigen (în cazul bazinului de aerare) și alți indicatori implicați.
Reglarea automată a nivelului
Schema de reglare a nivelui depinde de obiectivul urmărit prin reglarea automată, de mărimea manipulată de care dispunem, presiunea din rezervor și de tipul de proces. Obiectivele urmărite la reglarea nivelui în utilajele tehnologice sunt (Ungureanu, 2001):
nivelul trebuie menținut riguros constant, la valoarea sa se referință;
nivelul se poate menține în limite largi, așa cum este cazul decantoarelor, la care debitul de intrare are fluctuații mari în timp ce debitul de ieșire trebuie să fie cât mai constant.
Figura 5.1. Reglarea automată a nivelului
Reglarea automată a concentrației
Reglarea automată a concentrației în reactoare este realizată, de cele mai multe ori, indirect, stabilind direct alți parametri care influențează desfășurarea procesului: temperatură, debitele de reactanți, timpii de staționare etc.
Reglarea automată directă a concentrației se realizează în cazurile în care viteza de reacție fluctuează, datorită modificării temperaturii sau a purității fluxurilor de alimentare și abaterile concentrației produsului au efecte economice semnificative (Ungureanu, 2001).
Figura 5.2. reglarea automată a concentrației
Reglarea automată a pH-ului
Sistemele de reglare pentru pH pot fi împărțite în două categorii (Ungureanu, 2001):
– reglarea pH-ului este o acțiune suplimentară, cu scopul de a realiza condițiile desfășurării procesului;
– stabilizarea pH-ului în reactoarele de neutralizare în care se amestecă soluția principală cu un reactiv, cu scopul de a realiza un anumit pH.
Figura 5.3. Reglarea automată a pH-ului
Reglarea automată a debitului
Reglarea automată a debitului nu prezintă dificultăți și este o reglare rapidă. Punctul de măsurare 1 poate fi plasat înainte sau după ventil, se măsoară debitul pe conductă în punctul 1 și se compară valoarea obținută cu referința regulatorului. În concordanță cu eroarea obținută, regulatorul de debit FC acționează ventilul pe conductă.
Figura 5.4. Reglarea automată a debitului
În cazul reglării automate, regulatorul acționează vetilul 1, ventilele 2 și 3 sunt deschise, iar ventilul 4 e ste închis. Trecerea pe reglare manuală presupune închiderea ventilelor 2 și 3, izolând astfel ventilul, procesul fiind condus prin manevrarea ventilului 4.
Figura 5.5. Reglarea automată a debitului cu ajutorul a 4 ventile
Figura 5.6. Schema tehnologică automatizată a stației de epurare
Legendă
1 – pompă FC – control automat al debitului de apă (FC 1) și a debitului de aer (FC2)
2 – grătar LC – control automat al nivelului de apă (LC 2), a nămolului (LC 3,4) și a reținerilor pe grătare (LC)
3 – deznisipator TC – controlul automat al temperaturii
4 – separator de grăsimi pHC – controlul automat al pH-ului
5,11 – compresor aer AC – controlul automat al concentrației: a materiilor solide în suspensie (AC 1,3,4,6),
6- bazin de egalizare a oxigenului (AC 5), a CBO5-lui (AC 7)
7 – cameră de reacție AI – indicarea concentrației: a MSS (AI 1,2), a CBO5 (AI 3,4), a CCOCr (AI 6)
8a,8b – decantore primare
9 – schimbător de căldură
10 – bazin cu nămol activ
12a,12b – decantore secundare
5.5. Tehnica securității, de protecție și igienă muncii la rețelele de canalizare
5.5.1 Legislația și protecția muncii
Protecția muncii cuprinde măsurilor luate pentru a se asigura tuturor oamenilor muncii condițiile de muncă, pentru a-i feri de accidente și boli profesionale. Protecția muncii face parte integrantă din procesul de muncă.
În țara noastră protecția muncii constituie o problemă de stat, activitatea de protecție a muncii făcând obiectul unor legi speciale, norme și normative, iar cunoașterea și aplicarea lor constituie o sarcină obligatorie pentru toți oamenii muncii (www.iprotectiamuncii.ro/norme-protectia-muncii/nssm-19).
5.5.2. Protecția muncii la executarea lucrărilor de terasament
Lucrările de terasament aferente rețelei de canalizare necesita un volum mare de muncă pentru executarea lor, de aceea trebuie folosite, cât mai mult, mijloacele mecanizate. Executarea săpăturilor deschise se pot face manual, mecanic, cu explozivi sau combinat. Accidentele care se pot produce în timpul lucrărilor de săpături se datorează necunoașterii caracteristicilor pământurilor, precum și nerespectării normelor de tehnica securității muncii specifice fiecărei lucrări (www.iprotectiamuncii.ro/norme-protectia-muncii/nssm-19).
5.5.2.1. Săpături executate manual
Principala cauză a accidentelor la săpăturile executate manual consta în surparea malurilor provocate de (www.iprotectiamuncii.ro/norme-protectia-muncii/nssm-19):
– executarea săpăturilor cu talazuri având înclinări mai mari față de unghiul talazului natural, adică talazuri insuficient de stabile;
– sprijinirea insuficientă a pereților săpăturii;
– încărcarea malurilor șanțurilor cu pământ, materiale sau utilaje, fără respectarea limitelor precise;
– neluarea măsurilor de îndepărtare a apelor de suprafața din zona sau a apelor subterane.
5.5.2.2. Săpături executate mecanizat
Pe marginea albiilor râurilor, pe marginea săpăturilor sau gropilor este interzis a se lucra cu utilaje de excavații, iar mijloacele de transport trebuie să circule la o distanță de cel puțin 1 m de la marginea talazului.
În timpul funcționarii utilajelor nu sunt admise efectuarea de lucrări auxiliare în raza de acțiune a acestuia și mai ales în abataj. Accesul muncitorilor deasupra frontului de lucru în limitele talazului natural este, de asemenea, interzis (www.iprotectiamuncii.ro/norme-protectia-muncii/nssm-19).
Când se lucrează în terenuri necorozive cu un front de lucru înalt, conducătorul tehnic și excavatoristul vor urmări, în mod continuu starea abatajului.
La descărcarea pământului excavat din cupa utilajului direct în autovehicul se vă urmări ca mijlocul de transport să fie astfel așezat încât cupa să se apropie din spate sau din partea laterală a caroseriei și nu dinspre partea din față. Trecerea cupei peste cabina autovehiculului este interzisă. Vehicolul se încarcă în mod simetric față de axa orizontală. În timpul încărcării autobasculantelor nu este permisă staționarea persoanelor în mașină, sub sau lângă excavator, precum și rămânerea șoferului în cabină (www.iprotectiamuncii.ro/norme-protectia-muncii/nssm-19).
La execuția săpăturilor subterane prin metoda scutului, lucrările se vor executa numai în limita vizierii scutului. Mutarea scutului la o distanță mai mare decât lățimea unui inel este interzisă, dacă nu s-au fixat în prealabil bolțarii care formează inelul cămășuirii galariei.
5.5.3. Protecția muncii și prescripții sanitare la exploatarea rețelelor de canalizare
Pentru protecția sănătății personalului folosit la exploatarea rețelelor de canalizare, în regulamentul de exploatare al rețelei se prevăd amănunțit măsurile sanitare și de protecția muncii, ce trebuie luate la fiecare loc de muncă.
Nici un muncitor nu poate fi folosit la lucrările rețelei de canalizare, fără a fi supus unui examen medical și fără a avea o pregătire profesională corespunzătoare.
Muncitorii de la rețelele de canalizare, ca de altfel și cei ce lucrează în stația de epurare sunt expuși la următoarele pericole: leziuni fizice, infectări ale corpului, lipsa de oxigen, gaze sau vapori nocivi și iradierea cu materiale radioactive.
Pentru prevenirea leziunilor fizice se vor lua următoarele măsuri (www.iprotectiamuncii.ro/norme-protectia-muncii/nssm-19):
– instruirea muncitorilor asupra modului cum trebuie ridicate piesele nu prea grele, folosind mușchii picioarelor și nu spatele;
– evitarea căderilor în cămine sau în canale deschise, prin montarea de panouri de împrejmuire sau semnalizatoare luminoase necesare pe timp de noapte, prin folosirea de centuri de siguranță la intrarea în cămine, bazine sau în alte spații subterane accesibile prin capace;
– leziunile și șocurile electrice pot fi evitate prin folosirea de mănuși și covoare de cauciuc la manevrarea tablourilor electrice când se lucrează la echipamentele electrice ale instalațiilor, executarea corectă a punerii la pământ a motoarelor electrice și izolarea corectă a firelor de curent;
Prevenirea infectării organismului datorită apelor uzate și nămolurilor, sub formă de febră tifoidă, hepatita infecțioasă, tetanos, viermi intestinali presupune luarea următoarelor măsuri:
– luarea de măsuri cu caracter individual: folosirea de mănuși de cauciuc în timpul curățirii pompelor de apă și nămol, a căminelor și bazinelor, spălarea pe mâini și dezinfecția cu alcool înainte de a servi masa;
– asigurarea de grupuri sociale echipate cu dulapuri individuale cu două compartimente, pentru Îmbrăcămintea de stradă și pentru echipamentul de lucru, dușuri cu apă caldă pentru spălarea obligatorie la ieșirea din schimb;
– se recomanda asigurarea unui frigider pentru păstrarea unor produse alimentare ușor alterabile și pentru asigurarea de apă rece de băut în timpul călduros;
– asigurarea de truse sanitare de prim-ajutor pentru tratarea imediată a tuturor rănilor mici deschise, celelalte răni urmând a fi tratate imediat de medicul de dispensar.
Prevenirea asfixierilor prin lipsa de oxigen, situație frecvent întâlnită în spațiile înguste și relativ adânci cum ar fi într-un bazin sau canal, cămin de acces, se impune luarea următoarelor măsuri (www.iprotectiamuncii.ro/norme-protectia-muncii/nssm-19):
– capacele căminelor de control vor fi deschise, simultan, pe o lungime ce cuprinde 2-3 cămine în aval și în amonte de punctul de intrare a echipei de control;
– deschiderea lor se va face cu 2-3 ore înainte de coborârea în canal, timp în care are loc aerisirea corespunzătoare a rețelei;
– în bazinele stațiilor de pompare pentru apa uzată sau nămol se va prevedea o ventilare artificială prin folosirea de ventilatoare portabile cu furtun de aspirație, ventilatoare ce funcționează în exterior, în zona respectivă de lucru se va introduce numai furtunul de aspirație;
– detectarea lipsei de oxigen se va face cu indicatorul de flăcări, iar în locurile periculoase cu analizoare de gaz;
– gazul care contribuie cel mai mult la lipsa de oxigen este gazul de nămol provenit prin fermentarea depunerilor organice;
– bioxidul de carbon sau azotul pot servi că agenți de diluare în cazul spațiilor de lucru subterane.
Muncitorii trebuie instruiți asupra pericolului de otrăvire cu gaze toxice, precum și asupra pericolului dat de prezența eventual a unor lichide inflamabile. Pentru înlăturarea pericolelor trebuie să se folosească echipament electric antiexploziv și să se asigure o bună ventilare prin introducerea de aer comprimat dintr-o suflantă portabilă printr-o gură de acces, să se controleze periodic atmosferă cu un indicator pentru gaze toxice (www.iprotectiamuncii.ro/norme-protectia-muncii/nssm-19).
Muncitorii trebuie instruiți asupra măsurilor de prim-ajutor ce trebuie acordat de urgență în caz de otrăvire cu gazele toxice emanate de instalațiile de canalizare.
Măsuri de prim ajutor în cazuri de intoxicare cu gaze toxice
Primă măsură care trebuie luată în caz de accident toxic, consta în îndepărtarea intoxicatului de zona primejdioasă și transportarea lui într-un loc liniștit și cu aer curat. Accidentatul va fi transportat apoi obligatoriu în stare culcată folosind o targă, o scândură sau pe brațe spre postul de prim-ajutor existent în apropiere. Aici trebuie așezat pe un pat sau pe o bancă însă cu trunchiul ridicat și sprijinit. Dacă însă accidentatul leșină, el trebuie imediat întins complet, cu capul jos. Ajutorul principal ce trebuie dat de urgență unui bolnav care se asfixiază este administrarea de oxigen (www.iprotectiamuncii.ro/norme-protectia-muncii/nssm-19).
Acordarea primului ajutor unui accidentat se recomanda a fi realizată de către un personal instruit, cunascator al semnelor intoxicației acute, al toxicității substanțelor cu care muncitorul a venit în contact și mai ales cunascator al mijloacelor de ajutoare.
Se prezintă succint proprietățile principalelor gaze toxice și măsurile de prim-ajutor ce trebuie acordate de urgență.
Bioxidul de carbon. Gaz fără culoare și miros, în concentrații foarte mari este înțepător. Este mai greu decât aerul și acolo unde se produce în cantitate mare (se degaja din apele uzate sau din procesele de fermentație a substanțelor organice), tinde să se adune în părțile joase (șanțuri,gropi).
Bioxidul de carbon are o acțiune puternică asupra sistemului nervos și în special asupra centrilor care conduc respirația. În intoxicația acută bolnavul prezintă senzația de zăpușeală, dureri de cap, amețeală, apoi pierderea cunoștinței. Primul ajutor consta în scoaterea accidentatului la aer curat și așezarea lui în stare culcată cu capul în jos nesprijinit (www.iprotectiamuncii.ro/norme-protectia-muncii/nssm-19).
Monoxidul de carbon. Gaz fără culoare și fără miros, puțin mai ușor decât aerul. Se degaja din procesele de oxidare, fără aer, a materiilor organice.
Monoxidul de carbon are proprietatea de a se acumula în sânge, ceea ce provoacă intoxicații. Monoxidul de carbon, fiind complet lipsit de miros, ajunge în organism prin plămâni în care pătrunde odată cu aerul aspirat. Accidentatul intoxicat de oxid de carbon prezintă dureri de cap, uneori cu zvâcnituri, amețeli, oboseala, grețuri, nevoie de somn, bătăi de inimă. Dacă intoxicația este și mai acută, omul leșină brusc, iar pe piele pot apărea pete roșii.
Un accidentat ajuns în starea aceasta trebuie supus imediat măsurilor de salvare (scoaterea din atmosferă cu oxid de carbon) administrarea de oxigen și transportarea la spital.
Metanul. Gaz incolor, fără miros, mai ușor decât aerul, ușor inflamabil, exploziv. Provine din procesele de fermentație a substanțelor organice. Pericolul de intoxicare cu metan este mai rar deoarece fiind mai ușor decât aerul se găsește permanent în partea superioară a incintelor de lucru.
Rolul metanului, ca sursa de intoxicare, nu este mare în comparație cu pericolul de explozie pe care îl prezintă acest gaz.
Evitarea acumulării de gaz metan se realizează printr-o ventilație bună a spațiilor respective.
În cazul unei asfixieri cu gaz metan, accidentatul va fi scos imediat din atmosfera viciată, iar dacă respirația este oprită, va fi supus respirației artificiale care nu va fi oprită decât la apariția semnelor de revenire a respirației normale sau a semnelor de rigiditate cadaverică.
Măsurile de prim-ajutor indicate mai sus nu sunt limitative, ele urmând a fi completate și adaptate și la alte tipuri de substanțe toxice care ar putea fi conținute în apele uzate ce se evacuează prin instalațiile de canalizare (www.iprotectiamuncii.ro/norme-protectia-muncii/nssm-19).
Capitolul 6. Amplasament și plan general
6.1. Alegerea terenului și amplasarea în mediu
Stația de epurare a apelor uzate municipale provenite din zonele rezidențiale ale orașului Vaslui este amplasată la 0,5 km S de oraș. Platforma pe care este amplasată stația de epurare se află la est de DN 24.
Această stație este amplasată la ieșirea din oraș pentru a elimina din apele uzate poluanții și pentru a putea fi deversate ulterior în râul Vasluieț îndeplinind condițiile prevăzute în legislația în vigoare.
6.1.1. Elemente de geologie și topografie
Este așezat în partea de est a României, făcând parte din Regiunea de Dezvoltare Nord-Est. Coordonatele orașului sunt: 46°38′18″ latitudine nordică și 27°43′45″ longitudine estică. Vaslui este situat pe Valea Bârladului, în aria de confluență a râurilor Vasluieț și Racova, în zona de contact dintre Colinele Tutovei și Podișul Central Moldovenesc. Este reprezentat prin terase de 10 – 20 m propice pentru construcții, mărginite de valea mlăștinoasă de la confluența râurilor Bârlad, Vaslui și Racova.
Relieful este format din interfluvii cu altitudinea de 350 – 400 m, cu aspect de platou, dealurile Morii, Chițoc și Brodoc, fiind despărțite de văi largi, însoțite de terase bine dezvoltate și de versanți cu intense procese geomorfologice, în special alunecări. Terasele formate de-a lungul principalelor ape cuprind trei forme: superioară (70 – 80 m), medie (40 m) și inferioară (10 – 20 m). Albiile Bârladului, Vasluiului și Racovei sunt puternic colmatate, înconjoară orașul despărțindu-l de localitățile suburbane.
6.1.2. Hidrologie
Este reprezentată prin apele subterane care sunt repartizate neuniform și au debite mici și de suprafață (pânza de apă freatică este la 10 – 15 m). În timpul verii și iernii apele râurilor scad, dar deficitul de apă pentru oraș este acoperit de lacurile de acumulare din punctele Pușcași și Solești, respectiv prin pompare din râul Prut. De asemenea prin municipiul Vaslui trec râurile Bârlad, Vaslui și Delea.
6.1.3. Clima și calitatea aerului
Clima orașului se încadrează în trăsăturile climei temperat – continentale cu regiuni de antestepă. Regimul termic măsurat pe o perioadă de o sută de ani (1896 – 1998), pune în evidență următoarele:
– temperatura medie anuală de 9,4 °C, apropiindu-se de media pe țară care este de 9,5°C;
– trecerea de la anotimpul rece la cel cald și invers se face brusc;
– există mari diferențe de temperatură între luna martie și luna mai (12,5 °C – 13,2 °C);
– numărul mare de zile cu îngheț (120), ca și cel cu temperaturi superioare lui 30° (70);
– în ultimii ani temperaturile minime și maxime depășesc chiar ± 35 °C.
Regimul eolian pune în evidență dominarea curenților din N-NV și S-SE. Aceasta are o influență directă asupra regimului precipitațiilor care sunt sărace în perioada lunilor noiembrie – martie, când vânturile de E și NE au o frecvență mai mare și mai bogată în celelalte luni ale anului când frecvența vânturilor dinspre N și chiar SV crește. Cantitățile mari de precipitații cad în perioada caldă a anului, cu maxime înregistrate în lunile mai și iunie (media multianuală fiind de 80,7 mm). Stratul de zăpadă are o grosime ce variază între 12,2 – 33,6 cm.
Din punct de vedere al calitatilor organoleptice, aerul din zona statiei de epurare este partial afectat în zona locuita din imediata vecinatate nordică a statiei de epurare, respectiv zona din estul stației.
6.1.4. Elemente de geologie acvatică și terestră
Vegetația tipică este cea de stepă și cea de silvostepă caracterizată prin vegetație ierboasă, xerofilă, completată de prezența unor păduri de foioase.
În perimetrul stației nu sunt specii sau zone protejate, amenințate cu dispariția.
Accidental apare iepurele de câmp (lepus europaeus).
Avifauna este cea obișnuită: vrabia, graurul, ciocănitoarea și cioara.
6.2. Așezări umane
Stația este amplasată în afara perimetrului locuibil, distanța până la aceasta variind între 200 – 600 m.
Nu există obiective de interes tradițional în zonă, monumente istorice, obiective culturale sau sociale importante, sau alte obiective majore care pot fi afectate.
Populația care poate fi afectată într-o anumită măsură de activitatea stației de epurare este cea amplasată în gospodăriile la distanța de 200 m.
Bibliografie
Dima Mihai, (1998), Epurarea apelor uzate. Canalizări, vol II, Editura Litografia Universitățiii Tehnice Gheorghe Asachi Iași;
Dima Mihai, (2005), Epurarea apelor uzate urbane, Editura Tehnopress Iași;
Ianculescu Dan Ovidiu, Arpad Molnar, Csaba David, (2002), Stații de epurare de capacitate mică, Editura MATRIXROM București;
Ianculescu O., Ionescu G., Iacoviteanu R., (2001)- “Epurarea apelor uzate”, Editura MATRIXROM, București;
Macoveanu Matei, Teodosiu Carmen, Duca Gheorghe, Epurarea avansată a apelor uzate conținând compuși organici nebiodegradabili, Editura Gheorghe Asachi, Iași, 1997;
Negulescu Mircea, (1978), Epurarea apelor uzate orășenești, Editura Tehnică București;
Radu Z. Tudose și colaboratorii, (1990), Fenomene de transfer și utilaje în industria chimică – Îndrumar de proiectare, Iași;
Rojanschi Vladimir, Ognean Theodor, Cartea operatorului din stații de epurare a apelor uzate, Editura Tehnică, București, 1997;
Simonescu Claudia-Maria, (2009), Epurarea biologică a apelor uzate, Editura MATRIXROM București;
Lydia Maria Vaicu – “Epurarea apelor uzate cu nămol activ. Bazele biochimice”, Editura Academiei Republicii Socialiste Române, București, 1981;
Zaharia Carmen, (2006), Epurarea chimică a apelor uzate, Editura Performantica Iași;
Zaharia Carmen, (2008), Legislația privind protecția mediului, Editura Politehnium Iași;
Ungureanu Ștefan și Petrilă Corneliu, (2001), Automatizarea proceselor din industria chimică, Iași;
(www.iprotectiamuncii.ro/norme-protectia-muncii/nssm-19)
Teodosiu Carmen, Suport de curs, Tehnologii și biotehnologii de epurare a apelor uzate, 2011-2012;
Teodosiu Carmen, Gavrilescu Dan, Bârjoveanu George, Practici de management durabil al apei în industria hârtiei, Editura Cermi, Iași, 2007;
Bibliografie
Dima Mihai, (1998), Epurarea apelor uzate. Canalizări, vol II, Editura Litografia Universitățiii Tehnice Gheorghe Asachi Iași;
Dima Mihai, (2005), Epurarea apelor uzate urbane, Editura Tehnopress Iași;
Ianculescu Dan Ovidiu, Arpad Molnar, Csaba David, (2002), Stații de epurare de capacitate mică, Editura MATRIXROM București;
Ianculescu O., Ionescu G., Iacoviteanu R., (2001)- “Epurarea apelor uzate”, Editura MATRIXROM, București;
Macoveanu Matei, Teodosiu Carmen, Duca Gheorghe, Epurarea avansată a apelor uzate conținând compuși organici nebiodegradabili, Editura Gheorghe Asachi, Iași, 1997;
Negulescu Mircea, (1978), Epurarea apelor uzate orășenești, Editura Tehnică București;
Radu Z. Tudose și colaboratorii, (1990), Fenomene de transfer și utilaje în industria chimică – Îndrumar de proiectare, Iași;
Rojanschi Vladimir, Ognean Theodor, Cartea operatorului din stații de epurare a apelor uzate, Editura Tehnică, București, 1997;
Simonescu Claudia-Maria, (2009), Epurarea biologică a apelor uzate, Editura MATRIXROM București;
Lydia Maria Vaicu – “Epurarea apelor uzate cu nămol activ. Bazele biochimice”, Editura Academiei Republicii Socialiste Române, București, 1981;
Zaharia Carmen, (2006), Epurarea chimică a apelor uzate, Editura Performantica Iași;
Zaharia Carmen, (2008), Legislația privind protecția mediului, Editura Politehnium Iași;
Ungureanu Ștefan și Petrilă Corneliu, (2001), Automatizarea proceselor din industria chimică, Iași;
(www.iprotectiamuncii.ro/norme-protectia-muncii/nssm-19)
Teodosiu Carmen, Suport de curs, Tehnologii și biotehnologii de epurare a apelor uzate, 2011-2012;
Teodosiu Carmen, Gavrilescu Dan, Bârjoveanu George, Practici de management durabil al apei în industria hârtiei, Editura Cermi, Iași, 2007;
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Proiectarea Unei Statii de Epurare a Apelor Uzate Urbane de Mare Incarcare (qc = 0,29 M3) (ID: 163211)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.