Sa Se Proiecteze Proiectul Tehnologic al Unei Statii de Epurare a Apei Uzate Urbane
Să se proiecteze proiectul tehnologic al unei stații de epurare a apei uzate urbane
CUPRINS
CAP. 1 TEMA DE PROIECTARE
CAP. 2 MEMORIU TEHNIC
2.1. Obiectivele proiectului
2.2. Varianta tehnologica aleasa
2.3. Etapele procesului tehnologic de epurare si descrierea succinta a acestora
2.4. Tipul de utilaj ales
CAP. 3 CONSIDERENTE PRIVIND EPURAREA APELOR UZATE MUNICIPALE
3.1. Poluantii caracteristici, impactul asupra mediului si necesitatea epurarii apelor uzate
3.2. Conditii de calitate privind evacuarea apelor uzate; standarde, normative
3.3. Caracteristicile apelor uzate municipale
CAP. 4 TEHNOLOGIA ADOPTATA PENTRU EPURAREA APELOR UZATE
4.1. Variante tehnologice pentru epurarea apelor municipale
4.2. Factorii care influenteaza selectia operatiilor si proceselor unitare
4.3. Determinarea gradului de epurare necesar
4.4. Alegerea variantei tehnologice optime (cu justificarea acesteia din punct de vedere tehnic economic si ecologic)
4.5. Calculul concentratiilor intermediare realizate pentru etapele de epurare mecanica si biologica (solide in suspensie, CBO5, CCOCr) si verificarea realizarii gradului de epurare necesar. Descrierea determinarii a procesului chimic adoptat.
4.6. Elaborarea schemei bloc tehnologice
4.7. Materii prime auxiliare.
4.8. Utilitati si energie
4.9. Subproduse naturale si energetice. Deseuri
CAP. 5 PROIECTAREA TEHNOLOGICA A UTILAJELOR
5.1. Debite de calcul si verificare utilizata in statiile de epurare industriala
5.2. Calculul utilajelor din cadrul etapei mecanice de epurare
5.3. Calculul utilajelor din cadrul treptei biologice de epurare
5.4. Tratarea namolurilor. Aspecte generale la tratarea namolurilor
5.5. Fise tehnice pentru doua utilaje din cadrul proceselor tehnologice de epurare
CAP. 6 CONSTRUCTII SI INSTALATII PREVAZUTE IN CADRUL STATIEI DE EPURARE MUNICIPALA
CAP. 7 TEHICA SECURITĂȚII DE PROTECȚIE ȘI IGIENA MUNCII CANALIZARE
CAP.8 DESEN – SCHEMA TEHNOLOGICA DE EPURARE A APELOR UZATE MUNICIPALE
CAP. 9 BIBLIOGRAFIE
Tema de proiectare
Să se proiecteze proiectul tehnologic al unei stații de epurare a apei uzate urbane. Se dau următoarele date:
A. Debite de calcul
Qzi, med = 0,275 m3/s;
Qzi, max = 0,315 m3/s;
Qorar, min = 0,235 m3/s;
Qorar, max = 0,355 m3/s.
Compoziția apelor uzate care sunt introduse în stația de epurare
Solide în suspensie: Ciss = 410 mg/l;
Substanțe organice: – CBO5 = 420 mg O2/l;
– CCOCr = 510 mg O2/l;
Azot total : CiN = 14 mg /l;
Temperatura apei uzate: ;
pH = 7;
Constanta de consum a oxigenului din apele uzate: K1 = 0,1 zi-1
Analize de laborator ale emisarului în care se deversează apele epurate:
Oxigen dizolvat : COr = 6 mg O2/l (concentrația oxigenului dizolvat din receptor);
Substanțe organice:CBO5 = 20 mg O2/l;
CCOCr = 50 mg O2/l;
Solide în suspensie: Cess = 50 mg /l ;
Azot total: CeN = 2,5 mg/l;
Temperatura medie a apei este de ;
Constanta de oxigenare a apei: K2 = 0,2 zi-1
Studiile hidrologice ale emisarului indică:
Viteza medie a apei: v = 1,5 m/s;
Debitul emisarului : Qe = 5 m3/s;
Coeficientul de sinuozitate al râului: ф = 1,2;
Constanta vitezei de consum a oxigenului din apele uzate:K= 0,1 zi-1
Utilaje ce urmează a fi proiectate:
Memoriu tehnic
Epurarea apelor uzate urbane și industriale este o necesitate a societății contemporane în permanență dezvoltare. Creșterea populației și industrializarea continuă indispenabilă modernizării societății au condus la creșterea consumului de apă, a volumului de ape uzate, a nmărului și complexități poluanților din aceste ape uzate.
Proiectul urmărește să rezolve principalele probleme generate de infrastructura apei potabile existentă în zonele urbane, astfel încât să fie protejate atât mediul înconjurător cât și efluentul.
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 și biologică (epurarea avansată).
Ca obiective, în ceea ce privește proiectul de an, putem preciza următoarele: Dobândirea cunoștințelor de specialitate inginerească prin elaborarea unui studiu de caz – stație de epurare a apelor uzate urbane.
Însușirea terminologiei legale referitoare la parametri și intervalul lor optim de variație;
Însușirea valorilor legale precizate prin NTPA 001, 002/2002, reactualizat în 2005 – legea apelor – specifice în calculele inginerești;
Dezvoltarea capacității de calcul inginerești pentru procesele unitare din tehnologia de epurare;
Însușirea principiilor de alegere a echipamentelor specifice conform datelor calculate în procesele unitare
Cunoașterea modalităților de abordare a aspectelor tehnico-economice (costuri de investiție, costuri de exploatare, bilanț energetic pe stație, preț de cost pe m3 de apă epurată).
În primul capitol se pezintă datele de proiectare a proiectului tehnologic al unei stații de epurare a apei uzate urbane.
În al doilea capitol este prezentat memoriul tehnic.
În al treilea capitol, se face o introducere asupra problemelor generale legate de epurarea apelor uzate industriale, cu referiri directe la epurarea mecanică, epurarea chimică și epurarea biologică a apelor uzate, la clasificarea și prezentarea principalelor compuși organici nebiodegradabili (poluanți refractari sau prioritari).
În al patrulea capitol, se prezintă principalele variante de epurare a apelor uzate pentru eliminarea compușilor nebiodegradabili din apele uzate, grupate după tipul procesului care stă la baza metodei. Pentru fiecare din metode se prezintă informații legate de desfășurarea procesului, uilajele specifice care se folosesc, factorii și condițiile care influențează efieciența procesului, mecanismele de racție. Se prezintă avantajele și dezavantajele aplicării acestor procese, mai ales prin prisma epurării unor cantități mari de ape uzate, având în vedere și aspectele economice ale fiecărui proces.
În urma analizării avantajelor și dezavantajelor fiecărei variante tehnologice de epurare, din punct de vedere ecologic și economic, ca variantă tehnologică optimă se alege stația de epurare mecano-chimico-biologică de epurare a apei uzate, numită și epurarea avansată a apelor uzate.
Epurarea avansată a apelor uzate. Epurarea mecanică, chimică și biologică nu realizează eliminarea poluanților prioritari, care, chiar și în concentrații foarte mici, au efecte negative asupra organismelor vii și asupra echilibrului ecologic în natură sau care limitează posibilitățile de recirculare/reutilizare a apei în industrie, agricultură.
Dintre poluanții prioritari care sunt reținuți prin procedee de epurare avansată se menționează: compușii anorganici solubili, compușii organici nebiodegradabili, solidele în suspensie, coloizii si organismele patogene.
Procedeele de epurare avansată se pot aplica fie înaintea etapei de epurare biologică sau după aceasta, în funcție de matricea apei uzate (concentrația și tipul poluanților).
Etapele procesului de epurare avansată sunt:
-grătare și site, scopul grătarelor este 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 pentrua reduce pericolul de colmatare ale canalelor de legătură dintre obiectele stației de epurare;
-deznisipatoare, este operația unitară prin care se elimină pietriș și alte materii solide cu dimensiuni ≥ ., care au densitatea mult mai mare decât a apei sau a componenților organici din apele uzate;
– coagularea-flocularea, sunt metode de tratare a apelor, care facilitează eliminarea particulelor coloidale din apele brute, prin adăugarea de agenți chimici, aglomerarea particolelor coloidale și respectiv separarea lor ulterioară prin decantare, flotație cu aer dizolvat, filtrare. În afară de eliminarea coloizilor și reducerea urbidității din apele de suprafață, prin coagulare se reduc parțial culoarea, gustul, mirosul, respectiv conținutul de microorganisme;
-decantoare primare, sunt bazine deschise în care se separă substanțele insolubile mai mici de . care se prezintă sub formă de particule floculente, precum și substanțe ușoare care plutesc la suprafața apei;
-bazine cu nămol activ, în aceste bazine epurarea apelor uzate au loc în prezența unui amestec de nămol activ cu apă uzată, agitat în permanență și aerat;
-decantoarele secundare, sunt o parte componentă deosebit de importantă a treptei de epurare biologică și au scopul de a reține nămolul, materiile solide în suspensie, separabile prin decantare (membrana biologică sau flocoanele de nămol activ, evacuate o dată cu apa uzată din filtrele biologice, respectiv din bazinele cu nămol activ).
În capitolul cinci, se prezintă posibilitățile de integrare a epurării avansate în procesul tehnologic de epurare a epelor uzate urbane, pentru a realiza gradul de epurare dorit și dimensionarea utilajelor din cadrul stației de epurare a apelor uzate urbane.
În al șaselea capitol, se prezintă construcțiile și instalațiile prevăzute în cadrul procesului de epurare a apelor uzate urbane.
În capitolul al șapte, prezintă problemele legate de protecția muncii, în cadrul procesului de epurare a apelor uzate urbane.
În capitolul opt este prezentată schema thenologica a stației de epurare a apelor uzate urbane.
În capitolul nouă, este prezentată bibliografia.
Capitolul III
Considerente privind epurarea apelor municipale
3.1 Considerente privind epurarea apelor municipale
3.1.1 Poluanți caracteristici
Apele uzate cu cea mai mare încărcătură de poluanti sunt apele uzate menajere și cele industriale. O parte din poluanți le sunt comuni:
Principalele categorii de poluanți care conferă apelor ce îi conțin caracteristici de ape uzate, prin alterarea caracteristicilor fizice, chimice și biologice ale acestora sunt:
1.Reziduri organice provenind din apele uzate menajere,industriale și complexe de creștere a animalelor.Cele mai încarcate sunt cele din industria alimentară,cea organică de sinteză și de hârtie.
Impactul acestor compuși constă în reducerea concentrației de oxygen dizolvat cu repercursiuni asupra florei, faunei. Prezența acestor compuși este indicată de CBO5.
2.Nutrienți include: azotul, fosforul, compușii cu azot și fosfor, siliciul și sulfații.
Principalele surse de generare le constituie apele uzate menajere și efluenții din industria îngrășămintelor chimice. Azotul și fosforul stimulează creșterea algelor provocând fenomenul de eutrofizare.
3.Substanțe toxice(poluanți prioritari) respective metale grele, ciauri, compuși organici clorurați , lignina, proveniți dinn industria chimică, celulozei și hârtiei, petrochimică.
Poluanții prioritari sunt compuși organici sau anorganici selectați pe baza toxicității foarte mari, efectelor cancerigene sau mutagene.Acești poluanți sunt enumiți și compuși toxici (refractari) și se găsesc în majoritatea cazurilor în apele uzate industriale, fiind însă uneori depistați în cantități foarte mici în apele alimentare fie datorită unor infiltrații, fie epurării necorespunzătoare a apelor din amonte.
O clasificare a compușilor organici nebiodegradabili care reprezintă majoritatea poluanților organici prioritari s-a realizat pe clase de compuși astfel:
-compuși halogenați ai hidrocarburilor saturate și nesaturate;
-compuși aromatici monociclici;
-compuși fenolici;
-compuși policiclici;
-eteri siesteri ai acidului ftalic;
-compuși cu azot;
-pesticide;
-compuși policlorurați ai fenil benzenului.
Impactul este deosebit asupra cursurilor de apă, asupra oamenilor și asupra organismelor acvatic caracteristici de ape uzate, prin alterarea caracteristicilor fizice, chimice și biologice ale acestora sunt:
1.Reziduri organice provenind din apele uzate menajere,industriale și complexe de creștere a animalelor.Cele mai încarcate sunt cele din industria alimentară,cea organică de sinteză și de hârtie.
Impactul acestor compuși constă în reducerea concentrației de oxygen dizolvat cu repercursiuni asupra florei, faunei. Prezența acestor compuși este indicată de CBO5.
2.Nutrienți include: azotul, fosforul, compușii cu azot și fosfor, siliciul și sulfații.
Principalele surse de generare le constituie apele uzate menajere și efluenții din industria îngrășămintelor chimice. Azotul și fosforul stimulează creșterea algelor provocând fenomenul de eutrofizare.
3.Substanțe toxice(poluanți prioritari) respective metale grele, ciauri, compuși organici clorurați , lignina, proveniți dinn industria chimică, celulozei și hârtiei, petrochimică.
Poluanții prioritari sunt compuși organici sau anorganici selectați pe baza toxicității foarte mari, efectelor cancerigene sau mutagene.Acești poluanți sunt enumiți și compuși toxici (refractari) și se găsesc în majoritatea cazurilor în apele uzate industriale, fiind însă uneori depistați în cantități foarte mici în apele alimentare fie datorită unor infiltrații, fie epurării necorespunzătoare a apelor din amonte.
O clasificare a compușilor organici nebiodegradabili care reprezintă majoritatea poluanților organici prioritari s-a realizat pe clase de compuși astfel:
-compuși halogenați ai hidrocarburilor saturate și nesaturate;
-compuși aromatici monociclici;
-compuși fenolici;
-compuși policiclici;
-eteri siesteri ai acidului ftalic;
-compuși cu azot;
-pesticide;
-compuși policlorurați ai fenil benzenului.
Impactul este deosebit asupra cursurilor de apă, asupra oamenilor și asupra organismelor acvatice.
Încetinesc sau stopează procesele de autoepurare sau epurare biologică și pot da produși de dezinfecție.
4.Suspensii inerte ,materii coloidale sau materiale fin divizate rezultate ca urmare a proceselor de spălare din diverse industrii. Prin depunerea solidelor în suspensie se perturbă viața acvatică normală (înfundarea branhiilor peștilor) în emisarul în care a fost deversată apa uzată.
5.Alți compuși cum ar fi: sărurile sau agenții reducători (sulfiți sau săruri feroae) acizi, baze, uleiuri, 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.
6.Apa caldă produsă de mai multe industrii care utilizează apa ca agent de răcire.
Deversarea ca atare a apei calde în emisar perturbă desfășurarea proceselor biologice de autoepurare (temperature maximă admisă ).
7.Contaminarea bacteriologică poate fi produsă de către industriile alimentare, crescătoriile de animale sau canalizarea apelor menajere și industriale în sistem combinat [Macoveanu M. Și alții-1997].
3.1.2 Impactul poluanților asupra mediului
Odată cu creșterea numărului populației și necesității ei se înregistrează o creștere considerabilă a producerii diferitor substanțe și articole sintetice în compoziția cărora intră compuși chimici care în timpul fabricării și utilizării prezintă un pericol mare pentru sănătatea oamenilor și mediul ambient.
A sporit considerabil și utilizarea pesticidelor în agricultură, aplicarea intensivă a acestora provoacă efecte toxice asupra tuturor ființelor vii.
O categorie deosebit de periculoasă a compușilor menționați o prezintă poluanții organici persistenți (P.O.P) care se utilizează în industrie și agriculură și în unele cazuri se generează în cadrul proceselor industriale.
În majoritatea bazinelor acvatice, cursurilor de apă, mărilor sunt depistate diferite concentrații de pesticide și alte substanțe organice persistente.
În cazul unor cantități mai mari de pesticide apa capătă un miros specific, carac-teristic acestor tipuri de substanțe.
Datorită proceselor de migrare,pesticidele impreună cu apa de ploaie se infiltrează în straturile freatice și chir în cele arteziene.
Sursa cu cel mai mare număr potențial de poluare este agricultura. Reziduurile netratate de la formele zootehnice sunt împrăștiate pe terenuri și o parte își croiesc drum până la cursul de apă.
3.1.3 Necesitatea epurării apelor uzate
Pentru asigurarea cantitativă și calitativă a pei necesare tuturor folosințelor (industrii, irigații, orașe) este necesar, ca pe lângă alte lucrări și măsuri de gospodărire a apelor, să se asigure utilizarea cu randament maxim a instalațiilor de epurare existente și să se dezvolte noi tehnologii de epurare capabile să asigure din apa epurată o nouă sursă de apă pentru alimentarea sistemelor de irigații sau pentru industrii.
Procesul de epurare constă în îndepărtarea din apele uzate a substanțelor poluante, în scopul protecției calității apelor și a mediului înconjurător. Epurarea constitue unul din aspectele poluării apei. Stabilirea comportarii multiplelor substanțe care poluează apele de suprafață, precum și efectelor asupra organismelor vii fac obiectivul epurării apelor.
Epurarea apelor uzate se efectuează în construcții și instalații grupate într-o anumită succesiune tehnologică în cadrul unei stații de epurare. Mărimea stației de epurare va depinde de cantitatea și calitatea apelor uzate ale receptorului, de condițiile tehnice de calitate, care trebuie să le îndeplinească amestecul dintre apa uzată și a receptorului în aval de punctul de deversare a apelor uzate, astfel încât folosințele din aval să nu fie afectate.
O caracteristică a stațiilor de epurare o reprezintă ‘’materia primă’’ care este apa uzată a cărei puritate este destul de ridicată. Randamentul impus la eliminarea poluanților din apă (gradul de epurare) este adesea la ordinul a 80% și chiar peste 95%, valori superioare celor obișnuite în prelucrărle industriale. Una din metodele de bază aplicate pentru eliminarea poluanților organici din apele uzate,epurarea biologică operează cu populații de microorganisme,cu evoluție deosebit de greu de dirijat.
Stațiile de epurare se realizează cu costuri de investigații mari și cu cheltuieli de exploatare ridicate, care, numai parțial pot fi recuperate. Se impun studii tehnico-economice aprofundate în vederea găsirii soluțiilor care să contribuie la reducerea diferitelor costuri.În acest scop se are în vedere aplicarea unor măsuri preliminarede prevenire a poluării apelor, respective ușurarea epurării apelor uzate [Dima M.-1998].
3.2. Condițiile de calitate a factorilor de mediu si normativele
3.2.1 Condițiile de calitate privind evacuarea apelor uzate în apele de suprafață
În vederea protecției apelor ca factor natural al mediului înconjurător,ca element de bază pentru viață și desfășurarea activitătilor social economice, evacuarea apelor uzate în apele de suprafață se face numai în condițiile prevăzute de Legea Apelor nr.8/1974.
Pentru respectarea acestor condiții, sunt necasare numeroase studii și cercetări în vederea stabilirii schemei optime a statiei de epurare.
Codițiile tehnice de calitate pe care trebuie să le îndeplinească apele de suprafată, după amestecul lor cu apele uzate brute sau epuraresunt specificate de către Legea “Apelor Române”, în grija cărora se află bazinele hidrografice.
Conform domeniului de utilizare, apele de suprafață se clasifică in 3 categorii de calitate notate cu I, II, III, așa cum sunt arătate în tabelul 3.1, la care s-au prezentat și valorile limită pentru diferiți indicatori de calitate. Aceste valori trebuiesc realizate în secțiunea de control situate la amonte de punctul sau zona de folosință pentru apele de suprafață din categoria I și a-II-a respective pentru apele din categoria a-III-a. Condițiile de calitate ale apei din categoria a-III-a corespund și cerințelor de desfășurare a proceselor biologice care asigură autoepurarea.
În tabelul 3.1. sunt prezentate valorile limită a principalelor substanțe poluante din apa uzată, corespunzătoare gradelor de diluție cu valori 1-50-100
Tabelul 3.1. Domeniul de utilizare a apelor de suprafață și valorile limită pentru unele caracteristici de calitate a apei
Se recomandă ca evacuarea în emisar a apelor uzate ale căror grade de diluție sunt cuprinse între 50-100 să se realizeze prin guri de vărsare speciale de difuzie în vederea obținerii de valori limită admise [Dima M.-1981].
Obiectivul acestei Directive este reducerea poluarii cu substante din Lista II în toată Uniunea Europeana și eliminarea poluarii cu cele mai periculoase substante (prevăzute pe Lista I a Directivei). Directiva aceasta este asimilată acum cu Directiva Cadru privind Apa, dar majoritatea prevederilor, cu exceptia Listei I și Listei II inlocuite de Lista de substanțe prioritare/prioritar periculoase, rămân în vigoare până în 2013.
În legislatia din Romania aferentă acestei directive, respectiv HG nr. 118/2002, termenul de “substanțe din Lista I si Lista II” a fost înlocuit cu termenul “substanțe prioritare/prioritar periculoase din Lista de substanțe prioritare în domeniul politiciii apelor, prezentă și în Legea Apelor nr. 310/2004 [http://www.apmdb.ro/noutati/angaja-mente/Calitatea%20apei/Directiva%2076_464_CEE.htm].
Hotărâre nr. 188/2002 din 28/02/2002-pentru aprobarea unor norme privind condițiile de descărcare în mediul acvatic a apelor uzate. Actualizat în 2005.
Normativ din 28/02/2002- privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și orășenești la evacuarea în receptorii naturali, NTPA-001/2005.
Tabelul 3.2 Valori limită de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și urbane evacuate în receptori naturali [http://www.anpcnet.ro/ro/wpcontent/uploads/manual/Le-gislatie/HG-188-2002.pdf].
Normativ din 28/02/2002-privind condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților și direct în stațiile de epurare, NTPA-002/2002 ,(HG nr.352/2005), a se vedea tabelul 3.3.
Tabelul nr. 3.3 Indicatori de calitate ai apelor uzate evacuate în rețelele de canalizare ale localităților
Valoarea concentrației CCO(Cr) este condiționată de respectarea raportului CBO5/CCO mai mare sau egal cu 0,4. Pentru verificarea acestei condiții vor putea fi utilizate și rezultatele determinării consumului chimic de oxigen, prin metoda cu permanganat de potasiu, urmărindu-se cunoașterea raportului CCO(Mn)/CCO(Cr) caracteristic apei uzate.
Pentru localitățile în care apa potabilă din rețeaua de distribuție conține zinc în concentrație mai mare de 1 mg/dm3 se va accepta aceeași valoare și la racordare, dar nu mai mare de 5 mg/l.
Metoda de analiză va fi cea corespunzătoare standardului în vigoare [http://www.fose-septice.ro/ro/anexa2_188.html].
3.3. Caracteristicile apelor uzate municipale
Cunoașterea naturii apelor uzate este absolute necesară pentru proiectarea și operarea sistemelor de colectare. Compoziția apelor de suprafață și a apelor uzate se determină prin analize de laborator: gravimetrice, volumetrice sau fizico-chimice, conform standardelor în vigoare pentru fiecare țară.
Caracteristicile fizice, chimice, biologice și bacteriologice reflectă compoziția și respective, gradul de poluare al apei uzate.
Caracteristici fizice
1.Temperatura apelor uzate influențează majoritatea reacțiilor fizice și biochimice, care au loc în procesul de epurare. Apele uzate menajere au o temperatură cu 2- mai ridicată decât temperatura apelor de alimentare cu excepția cazului de deversări de ape calde tehnologice sau când în rețea se infiltrează ape subterane.
Determinarea temperaturii se efectuează numai la locul de recoltare prin introducerea termometrului în apa de cercetat, iar citirea temperaturii se face după 10 minute de la introducerea termometrului fără a-l scoate din apă.
2.Turbiditatea apelor uzate este dată de particulele foarte fine aflate în suspensie, care nu sedimentează în timp. Turbiditatea nu constituie determinare curentă a apelor uzate, deoarece nu există o proporționalitate directă între turbiditate și conținutul lor în suspenii. Analizele de laborator se exprimă în grade de turbiditate, 1 grad de turbiditate corespund la 1 mg SiO2/dm3. Orientativ, apele uzate menajere prezintă valori ale gradului de turbiditate în limitele de 400-500° în scara silicei.
3.Culoarea apelor uzate menajere proaspete este gri deschis, iar culoarea gri-închis indică începutul procesului de fermentare a materiilor organice existente în aceste ape. Pentru apele uzate care reprezintă alte culori, rezultă că amestecul acestora cu apele uzate industriale care pătrund în rețeaua de canalizare este dominat de acestea din urmă (apele verzi de la industriile de legume, ape galbene de la industriile prelucrătoare de clor, ape roșii de la uzinele de metalurgie, etc).
4.Mirosul apelor uzate menajere proaspete este aproape imperceptibil. Intrarea în fermentație a materiilor organice este indicată de mirosuri de hidrogen sulfurat, de putregai, sau alte mirosuri de produse de descompunere. Apele uzate orășenești pot avea mirosuri diferite imprimate de natura și de proveniența apelor uzate industriale.
5.Materiile solide totale (MST) care se găsesc în apa uzată pot fi în stare de suspensie (organice și minerale) și materii solide dizolvate. Materiile solide în suspensie, la rândul lor,pot fi separabile prin decantare și materii coloidale. În funcție de dimensiunile diferitelor particule (gradul de dispersie) și de greutatea specifică a acestor particule, materiile solide în suspensie se pot depune sub formă de sediment, pot pluti la suprafața apei sau pot pluti în masa apei (materii coloidale).
Prin termenul general de solide se definesc materiile care rămân ca reziduu după evaporarea apei la 103- și au în componența atât materii solide nefiltrabile prin filter de 1,2µm (solide în suspensie) cât și materii solide filtrabile (coloizi și compuși dizolvați)
6.Conductivitatea adduce informații asupra cantității de săruri dizolvate.
Caracteristici chimice
Se pot grupa în trei categorii principale:
I.Organice:carbohidrații,grăsimi și uleiuri, proteine, fenoli, pesticide, poluanți prioritari, agenți de suprafață, compuși organici volatili.
Substanțele organice din apele uzate menajere provin din dejecțiile umane și animale, din resturile de alimente,legume și fructe, precum și din alte materii organice evacuate în rețeaua de canalizare. Prezența substanțelor organice in apă poate reduce oxigenul din apă poate reduce oxigenul din apă până la zero, iar în lipsă de oxigen, substanțele organice se descompun prin procese anaerobe care au loc concomitent cu producerea H2S și a altor gaze rău mirositoare și toxice.
1.Oxigenul dizolvat este un indicator care arată în mod global gradul de poluare al apelor cu substanțe organice.
Cantitatea de oxigen care se poate dizolva în apa curată –așa numita limit satutație –depinde de temperatură și variază de la 7,63 mg/dm3 la la 9,17 mg/dm3 la și la 14,23 mg/dm3la . Solubilitatea oxigenului în apă mai depinde și de turbulența la suprafața apei de presiunea atmosferică , mărimea suprafeței de contact, cantitatea de oxigen din apă sau din atmosferă etc.
Oxigenarea apei poate poate avea loc prin dizolvarea oxigenului din aer sau în anumite condiții speciale,prin degajarea oxigenului în procesul de fotosinteză al vegetației acatice.
Cantitatea de oxigen care lipsește unei ape pentru a atinge limita de saturație se numește deficit de oxigen și indică o impurificare anterioară cu substanțe organice, care a condus la consumarea totală sau parțială a oxigenului dizolvat.
Conținutul de oxigen din apa uzată indică gradul de prospețime al apei brute, precum și stadiul decsompunerii substanțelor organice în instalații biologice și în apele naturale.
Fiind un factor global care pune în evidență starea de impurificare organică a apelor uzate, se recomandă ca acest indicator privind oxigenul dizolvat să fie analizat în asociație cu consumul biochimic de oxigen, consumul chimic de oxigen și stabilitatea relativă a apelor uzate.
2.Consumul biochimic de oxigen(CBO) exprimat in mg/dm3 reprezintă cantitatea de oxigen consumat de către bacterii și alte microorganisme pentru descompunerea biochimică,în condiții aerobe,a substanțelor organice biodegradabile la temperatura și în timpul standard, de obicei la și 5 zile.
Detreminarea mărimii CBO5 se face în funcție de destinația analizei probei atât pentru apele uzate căt și pentru apele epurate mecanic. Rezultă că CBO5 va indica cantitatea de oxigen necesară pentru oxidarea materiilor oraganice coloidale și dizolvate, precum și a celei părți de materiale organice nedizolvată, care a fost reținută în decantoare.
În apele uzate menajere,precum și în apele uzate industriale care au o compoziție apropiată cu cea a apelor uzate menajere, mărimea CBO5 variază în limitele foarte largi în funcție de proveniența lor.
Tabelul 3.4 Compoziția medie a apelor uzate menajere în g/loc·zi
Mineralizarea biochimică a substanțelor organice,respective consumul biochimic de oxigen, este un process complex,care în apele bogate în oxigen se produce în doua faze:
a)faza primară (a carbonului), în care oxigenul se consumă pentru oxidarea substanțelor oranice care conțin carbon și producerea de bioxid de carbon care rămâne în soluție sau se degajă. Această fază are o durată la apele uzate menajere de aproximativ 20 zile la temperature de .
b)faza secundară (a azotului) în care oxigenul se consumă pentru oxidarea substanțelor organice, care conțin azot, producându-se oxidarea până la stratul de nitriți și apoi până la stadiul de nitrați. Această fază începe după aproximativ 10 zile, la temperature de și se desfășoară pe o perioadă mai îndelungată,de circa 100 de zile. Această fază poartă denumirea de nitrificarea substanțelor organice.
3.Consumul chimic de oxigen(CCO) sau oxidabilitatea apei, care reprezintă cantitatea de oxigen în mg/dm3, necesară pentru oxidarea tuturor substanțelor organice sau minerale oxidabile, fără ajutorul bacteriilor. Oxidabilitatea reprezintă cantitatea de oxigen echivalentă cu consumul de oxidat.
Pentru apele uzate industriale, care conțin substanțe toxice se distrug microorganismele din apă și deci nu se poate determina CBO, în schimb nu oferă posibilitatea de a diferenția materia organică stabilă și instabilă din apa uzată.
Determinarea consumului chimic de oxigen după metoda standard se efectuează prin metoda cu KMnO4, iar pentru cele intens poluate, prim metoda cu bicromat de potasiu. Prima metodă evidențiază cantitatea de substanțe organice și anorganice oxidabile prin oxidarea acestora cu KMnO4 în mediu acid și la cald, iar KMnO4 rămas în exces se determină cu acid oxalic. La a-II-a metodă, substanțele organice din apa uzată sunt oxidate cu bicromat de potasiu în mediu de acid sulfuric, la cald în prezența sulfatului de argint.
4.Carbon organic total(COT) constituie o metodă de determinare a nivelului de poluare organică a apelor uzate, care spre deosebire de determinările prin CBO și CCO rezultatele sunt mai exacte datorită eliminării variabilelor care intervin în analizele CBO și CCO.
În esență, metoda constă în oxidarea materiilor organice cu carbon și conversia lor în CO2 și apă. Gazul generat se captează printr-o soluție caustică de concentrație standard și cu ajutorul unui analizor de carbon se determină concentrația materiilor organice din apă.
Principiul metodei constă în oxidarea completă a unei probe de apă uzată, iar CO2 rezultat este injectat într-o coloană cu un suport ce formează faza staționară și care se încălzește la o anumită temperatură.
5.Consumul total de oxygen(CTO) este aplicat în general pentru concentrații mici de compuși organici. Testul este realizat prin introducerea unei cantități cunoscute de probă într-un dispozitiv de oxidare chimică sau un cuptor cu temperatură înaltă. Înaintea analizei se realizează acidifierea și aerarea probei pentru a elimina erorile datorate carbonului organic.
6.Tratabilitatea unei ape uzate reprezintă capacitatea acesteia de a-si micșora complexitatea și numărul compușilor organici, datorită acțiunii microorganismelor în procesul de epurare biologică. Pot fi considerate tratabile biologic apele uzate care la trecerea prin instalațiile de epurare biologică permit îndepărtarea compușilor biodegradabili în proporție de 80-98% și a compușilor organici totali în proporție de 60-90%.
7.Azotul sub formă de ammoniac liber, azotul organic, nitriții și nitrații constituie azotul total din apa uzată brută. Amoniacul liber constituie rezultatul descompunerii bacteriene a materiilor organice. În apele uzate menajere amoniacul poate varia în limitele 15-50 mg/dm3. Azotul organic și amoniacul liber reprezintă indicatori de baze pun în evidență gradul de poluare organică azotoasă ale apelor uzate. În general apele uzate menajere au un conținut ridicat de azot organic și scăzut de amoniac liber.
II. Anorganice
1.Aciditatea apelor uzate este determinată de prezența CO2 liber, a acizilor minerali și a sărurilor acizilor tari cu bazele slabe. Se exprimă în ml substanță alcalină normală pentru neutralizarea unui dm3 de apă.
2.Alcalinitatea apelor uzate este dată de prezența bicarbonaților și carbonaților alcalini și a hidroxizilor. Apele uzate menajere sunt ușor alkaline cu ph 7,2-7,6. Se determină prin neutralizarea unui dm3 de apă de analizat cu o soluție de NCl 0,1 N exprimată în ml.
3.Ph-ul apelor uzate poate fi acid sau alcalină și constituie o cauză importantă perturbatoare a proceselor biologice din cadrul unei stații de epurare.
4.Potențialul de oxidoreducere(redox)exprimă logaritmul cu semn schimbat al presiunii hidrogenului gazos în echilibru cu oxigenul molecular din soluție (scara redox are valori de la 0 la 42). Rh-ul dar în informații asupra capacității de oxidare sau reducere a pei uzate. Astfel pentru rh<15 proba analizată se află în stare de reducere corespunzătoare fermentării anaerobe,iar ph>25, caracerizează o probă în faza de oxidare aerobă.
5.Conținutul de săruri: cloruri, sulfuri, sulfați este important pentru desfășurarea proceselor de epurare biologică.
6.Materiale grele existente în apele uzate industriale sunt toxice pentru microorganismele care participă la epurarea biologică a apelor și la fermentarea anaerobă a nămolurilor.
7.Substanțe radioactive folosite din ce în ce mai mult în medicină precum și în centralele atomice creează probleme celor care se ocupă cu protecția calității apelor. Aceste substanțe influențează procesele de epurare.
8.Detergenții din apele uzate sunt substanțe tensioactive a căror structură moleculară este formată din două grupări. Detergenții sintetici pot favoriza acțiunea nocivă a unor toxine ușurând absorbția acestora.
9.Nitriți și nitrați sunt prezenți în apa uzată în cantități mai reduse. Nitriții din apa uzată provin din oxidarea incomplete a amoniacului, în prezența bacteriilor nitrificatoare. Cantitățile maxime de nitriți din apele uzate menajere nu depășesc 0,1mg/dm3.
Nitrații provin din mineralizarea substanțelor organice poluante de natură proteică ce conțin azot. Cantitățile de nitrați în apa uzată menajeră variază între 0,1-0,4 mg/dm3.
10.Produsele petroliere,grăsimi,uleiuri formează o peliculă plutitoare,care împiedică oxigenarea apei. În apele uzate menajere prezența acestor substanțe este nesemnificativă,însă prezența acestor substanțe în stația de epurare este dăunătoare, deoarece pot colmata filtrele biologice și în procesele de fermentare a nămolurilor.
III. Gazele dizolvate (oxigen,H2S,CH4)
Caracteristici bacterilogice
Au drept scop determinarea numărului,genului și condițiile de dezvoltare ale bacteriilor în emisar sau în efluenții stațiilor de epurare.
Apele uzate conțin foarte multe specii bacteriene, care s-au adaptat unor condiții specifice de poluare. Pentru determinarea gradului de impurificare a apei cu bacterii, se utilizează titrul coli, care pune în evidență existența bacteriilor din grupa coli-bacterii.
Caracteristici biologice
Se referă la determinarea speciilor de organisme și a densităților, oferind informații asupra gradului de poluare sau a capacității de autoepurare a apelor. Astfel prezența sau absența unot tipuri de organisme poate oferi indicații asupra desfășurării procesului de epurare biologică sau de fermentare a nămolurilor [Dima M.-1998].
CAPITOLUL IV
Tehnologia adoptată în epurarea apelor uzate municipale
4.1 Variante tehnologice de epurare a apelor uzate municipale
În funcție de caracteristicile apelor uzate definite de proveniența acestor ape,la care se adaugă condițiile de calitate la deversare în receptori impuse de STAS 4706-88, procedeele de epurare pot fi mecanice, mecano-chimice, mecano-biologice, mecano-chimică-bilogică, avansat [Dima M.-1998].
Procesele tehnologice de epurare a apelor uzate realizeaze rucerea sau eliminarea completă a impurităților de natură minerală, organică și bacteriologică astfel încât apele epurate să nu afecteze caracteristicile calitative ale emisarilor în care se evacuează.
Epurarea apelor uzate, indiferent de procedeele utilizate, are ca obiective:
-reținerea substanțelor poluante sau a celor ce pot fi valorificate ulterior având ca efect final obținerea apei epurate ce poate fi reintrodusă în circuitul natural sau recirculată în procese tehnologice;
-prelucrarea depunerilor (nămolurilor) rezultate din epurarea apelor.
Procedeele tehnologice de epurare realizate în cadrul stațiilor de epurare municipale sau industriale utilizează operații unitare (bazate pe fenomene fizice de reținerea poluanților) sau procese unitare(bazate pe procese chimice și biologice de transformare a poluanților în compuși mai simpli,sau chiar molecule de CO2 și H2O [Axinte S. și altii-2003].
Procedeele de epurare mecanică
Asigură reținerea prin procese fizice, a substanțelor solide (solide de dimensiuni mari, nisip, pietriș, solide în suspensie) din apele uzate.
Pentru reținerea corpurilor solide de dimensiuni mari se folosesc grătare și site; pentru separarea, prin flotație sau gravitațională, a grăsimilor și uleiurilor care plutesc în masa apei uzate, se folosesc separatoare de grăsimi, iar sedimentarea materiilor solide în suspensie, are loc în deznisipatoare, decantoare, fose septice. În epurarea mecanică (decantoare) se reține și o parte din material organică biodegradabilă, datorită asocierii acesteia cu aolidele în suspensie.
Dacă în canalizarea orășenească sunt deversate mari cantități de ape uzate industriale, pentru a proteja desfășurarea normală aproceselor de epurare în treaptă mecanică, se prevede o treaptă preliminară, realizată în bazine de egalizare (uniformizare) a debitelor și a concentrațiilor.
În figura 4.1. este reprezentat schematic un procedeu de epurare mecanică
Procedeele de epurare mecano-chimică
Se aplică la apele uzate în compoziția cărora predomină materii solide în suspensie, materii coloidale și dizolvate, care nu pot fi reținute decât numai prin epurarea apelor cu reactivi chimici (pentru coagularea flocularea materiilor coloidale sau precipitarea chimică).
Pentru a crește eficiența procesului chimic, apele sunt epurate mechanic, în prealabil, de aceea acest procedeu este denumit epurare mecano-chimică.
Acest procedeu este aplicat frecvent în epurarea apelor uzate industriale, pentru industriile minieră, extractivă, alimentară, petro-chimică.
Epurarea mecanică și epurarea mecano-chimică reprezintă epurarea primară a apelor uzate.
În figura 4.2. este reprezentat schematic un procedeu de epurare mecano-chimică:
Procedeele de epurare mecano-biologică
Se bazează pe acțiunea comună a proceselor mecanice, chimice și biologice și pot avea loc în condiții naturale (câmpuri de irigare și de infiltrare, iazuri biologice, lagune aerate) sau în condiții artificiale prin filtrare biologică (filtre biologice de mică sau de mare încărcare, filtre biologice scufundate, filter tun, aerofiltre, pentru apele uzate) sau în bazine de aerare cu nămol active (de mică sau de mare încărcare, cu aerare normală sau prelungită, cu distribuția în trepte a materiei organice)
Construcțiile și instalațiile în care se realizează procesele biochimice de epurare biologică alcătuiesc treapta secundară a stației de epurare, având drept scop final, reținerea materiilor solide dizolvate și în special a celor organice (biodegradabile). Nămolul produs în treapta biologică este reținut prin decantare, în decantoarele secundare. În aceasta treaptă de epurare sunt necesare unele construcții și instalațiile de deservire (instalații pentru producerea și introducerea artificială a aerului,stații de pompare și conducte pentru transportul și distribuția nămolului active).
În figura 4.3. este reprezentat schematic un procedeu de epurare mecano-biologică.
Procedeele de epurare avansată
Epurarea mecanică, chimică și biologică nu realizează eliminarea poluanților prioritari , care, chiar și în concentrații foarte mici, au efecte negative asupra organismelor vii și asupra echilibrului ecologic în natură sau care limitează posibilitățile de recirculare/reutilizare a apei în industrie, agricultură.
Dintre poluanții prioritari care sunt reținuți prin procedee de epurare avansată se menționează: compușii anorganici solubili, compușii organici nebiodegradabili, solidele în suspensie, coloizii si organismele patogene.
Procedeele de epurare avansată se pot aplica fie înaintea etapei de epurare biologică sau după aceasta, în funcție de matricea apei uzate (concentrația și tipul poluanților).
În mod normal, ciclul apei a fost întotdeauna utilizat pentru a reprezenta transportul continuu și transformările suferite de ape în mediu, cuprinzând toate sursele naturale de ape de suprafață (râuri, fluvii, mări, oceane) apă subterană, apă din atmosferă. Dupilizarea apei, efluenții în cantități și grade de poluare diferite pot fi recirculați sau reutilizați în conformitate cu reprezentarea din Figura 4.4. Recircularea se referă la utilizarea apei provenite din procese industriale, după o epurare corespunzătoare pentru a satisface necesitățile privind consumul de apă în aceleași unități economice (apa de spălare, apa de proces, apa utilizatnt termic: răcire, încălzire).
Reutilizarea apei rezultată din stațiile de epurare municipale sau de pe platformele industriale poate avea ca beneficiari agricultura, sistemele de irigații, sistemele duale de alimentare a locuințelor, piscicultura, îmbogățirea acviferelor).
a)în această reprezentare,modalitățile de deversare respective posibilitățile de recirculare/ reutilizare sunt prezentate cu linii punctuate.
b)deversarea efluenților stațiilor de epurare municipale în emisari;
c)reutilizarea efluenților stațiilor de epurare municipale în procese industriale;
d)recircularea efluenților,după epurare,în cadrul proceselor industiale;
e)recircularea efluenților stațiilor de epurare municipale pentru tratare în vederea obținerii apei potabile;
f)reutilizarea efluenilor stațiilor de epurare municipale pentru irigații;
g)reutilizarea efluenilor stațiilor de epurare municipale pentru suplimentarea resurselor de apă subteran.
Dintre procedeele de epurare avansată avem:
a)procedee care au la bază procese fizice:filtrarea,flotația cu aer,evaporarea,extrcția lichid-lichid,adsorbția,procedeele de membrană (microfiltrarea, ultrafiltrarea, osmoza inversă, electrodializa), distilarea.
b)procedeele care au la bază procese chimice: oxidarea cu aer umed,oxidarea cu apă în condiții supercritice, ozonizarea, precipitarea chimică, schimbul ionic, procesele electrochimice;
c)procedee care au la bază procese fizico-chimice: îndepărtarea azotului prinstripare cu aer, clorinare, schimb ionic;
d)procedee care au la bază procese biologice: îndepărtarea azotului prin procese de nitrificare/ denitrificare sau oxidarea amoniacului prin nitrificarea biologică [Axinte S.,Teodosiu C,.și alții-2003].
4.2 Factorii care influențează selecția operațiilor și proceselor unitare
Selecția proceselor și operațiilor unitare, în vederea alcătuirii procesului tehnologic de epurare a apelor uzate este cea mai importantă etapă în proiectarea unei stații de epurare a apelor uzate.
Aspectul cel mai important, în procesul de selecție, este evaluarea diverselor combinații de operații și procese unitare și interacțiunile dintre acestea, cu referiri atât la treptele de epurare, dar și la egalizarea debitelor și concentrațiilor, alternativelor de prelucrare a nămolului rezultat, bilanțul de masă.
În general alegerea factorilor care influențează selecția operațiilor și proceselor unitare dintr-o stație de epurare a apelor uzate municipale sunt prezentați în tabelul 4.1.
Tabelul 4.1 Factorii care intervin în evaluarea și selecția operațiilor și proceselor unitare [Macoveanu M.,și alții-1997].
Influența proceselor tehnologice asupra calității mediului, poate fi sintetizată în următorul tabel:
Tabelul 4.2 Influența proceselor tehnologice asupra calității mediului [proiect TBE].
4.3 Determinarea gradului de epurare necesar
În vederea protecției apelor ca factor natural al mediului înconjurător, ca element de bază pentru viață și desfășurarea activităților social economice, evacuarea apelor uzate în apele de suprafață, care trebuie să îndeplinească condițiile din NTPA 001 (Legea 188/2002).
În tabelul 4.3 sunt prezentați indicatorii de calitate cu valorile limită admisibilă conform NTPA 001 din Legea 188/2002, privind evacuarea apelor uzate în apele de suprafață.
Tabelul 4.3 valori limită privind evacuarea apelor uzate în apele de suprafață
Conform domeniului de utilizare, apele de suprafață de pe teritoriul României se clasifică în trei categorii de calitate, notate cu I, II, și III așa cum sunt arătate în tabelul 4.4.
Tabelul 4.4 Categorii de calitate a apelor de suprafață [Dima M.-1981].
Aceste categorii de apă anumite valori pentru indicele de calitate care trebuie să realizeze în secțiunea de control situată la un km amonte de punctul sau zonă de folosință pentru apele de suprafață din categoria I și a II-a respectiv pentru apele uzate din categoria a III-a, în secțiunea de evacuare a apelor uzate.
Condițiile de calitate pentru apa de categoria a III-a, corespund și cerințelor de desfășurare a proceselor biologice care asigură autoepurarea, rezultă de aici necesitatea ca evacuările de apă uzată să nu impurifice emisarul sub limitele categoriei a III-a de calitate.
Valorile limită ale principalelor substanțe poluante din apele uzate, corespunzătoare gradelor de diluție cu valori de 50 și 100, sunt prezentate în tabelul 4.5.
Tabelul 4.5 Valorile limită ale principalelor substanțe poluante din apele uzate,
În funcție de valoare obținută a gradului de epurare determinat se compară cu datele din tabelul 4.6, care exprimă eficiența construcțiilor și stațiilor de epurare stabilindu-se în final mărimea stației de epurare din punct de vedere a metodelor și procedeelor de epurare ce trebuiesc adoptate.
Tabelul 4.6 Eficiența construcțiilor și stațiilor de epurare
Determinarea capacității stașiei de epurare, presupun și eficienta sa, sunt calculate funcție de valorile gradului de epurare necesare pentru principalii indicatori de calitate ai apelor uzate.
Prin grad de epurare necesar se înțelege procentul de reducere, ca urmare a epurării, aunei părți din elementele poluante de natură fizică chimice si biologică din apele uzate, astfel încât, partea rămasă în apa epurată să reprezinte valoarea limită admisibilă.
Conform definiții, gradul de epurare se calculează cu relația:
,
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 a unei stații de epurare de 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 :
,
în care:
Q-este debitul emisarului, (m3/s), Q=5 m3/s;
q- reprezintă debitul maxim zilnic ape uzate, (m3/s), q=0,315 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 și anume :
,
în care:
a-coeficientul de amestecare corespunzător secțiunii considerate a cărei valori poate varia între 0,7-0,9; se adoptă a=0,85.
În cazul în care amestecarea ar fi perfectă valoarea lui 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:
,
în care:
a-reprezintă coeficientul de amestec ;
-reprezintă coeficientul exprimat prin relația lui V.A. Frolov ;
,
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 ;
în care:
v- viteza medie a receptorului, v=1,5 m/s
H- adâncimea medie a receptorului, H= (se adoptă);
q – debitul maxim zilnic al apei uzate, q=0,315 m3/s;
;
L – distanța totală după talveg de la puctul 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= =
Se adopta L temă = .
Se calculează lungimea de amestecare indicată cu ajutorul relației (se calculează utilizând ambele valori ale lui „a” [Dima M.-1981].
Deci, .
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 II-a de ape de suprafață.
Determinarea gradului de epurare pentru materii în suspensii:
Se va aplica formula generală de determinare a GE particularizată pentru materiale în suspensii:
în care:
-reprezintă cantitatea de materii în suspensii din apele uzate brute, ce intră în stația de epurare, =410;
– reprezintă cantitatea de materii în suspensii, ce poate fi evacuată în emisar, conform NTPA 001/2005,concentrația limită pentru materiile în suspensie este 35mg/l.
Determinarea gradului de epurare necesar pentru substanțe organice (CBO5):
Acest calcul se definește în următoarele situații:
când în afară de diluții și amestecare intervine și procesul natural de autoepurare a 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 001/2002.
Se ia în considerare diluția, amestecarea și procesul de autoepurare prin oxigenarea apei.
CBO5a.u.·q∙10-k1t + a∙ Qe·CBO5 r ∙10-k1rt = (a∙Qe +q) ∙CBO5 a.m.
unde:
CBO5 a.m –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;
k1r = 0,1 zi-1 – constanta de consum a oxigenului din apele emisarului în amonte de gura de vărsare;
q –debitul zilnic maxim, q=0,315 m3/;
Q – debitul emisarului, Q=5 m3/s;
a = 0,8;
t – timpul de curgere a apei între secțiunea de evacuare și secțiunea de calcul;
CBO5 r-reprezintă cantitatea de substanță organică, exprimată prin CBO5, al apelor emisarului în amonte de gura de vărsare, (2 mg/l);
=
=
72,7095·0,315·
30,214930,205
b)Se ia în considerație numai amestecarea și diluția, ecuația de bilanț fiind:
CBO5 au·q+a·Q·CBO5r=(q+a·Q) ·CBO5am
CBO5 am=(CBO5am – CBO5r)+ CBO5am
==
70,492·0,315+0,8·5·2=(0,315+0,8·5) ·7
30,205= 30,205
c)Se ia în calcul valoarea impusă de NTPA 001/2005.
Se constată că valorile gradelor de epurare în ceea ce privește CBO5-ul variază funcție de modul de diluție și raportare. CBO5 NTPA=25 mg/l
Se constată că valorile gradelor de epurare în ceea ce privește CBO5 –ul variază între 70,492 și 72,7095, funcție de diluție și raportare.
Determinarea gradului de epurare necesar pentru oxigenul dizolvat
În general, GE privind oxigenul dizolvat se va calcula funcție de CBO5 la amestecare folosind relația:
CBO5am=F·Dmax
în care :
factor cu valori între 1,5-2,5, se adoptă F= 2
Dmax- deficit maxim de oxigen în aval de secțiunea de avacuare 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).
Concentrația CBO5 , intr-o apă uzată, se determină folosind următoarea relație de calcul care ia în considerație bilanțul în ceea ce privește CBO5.
Se calculează în continuare CBO20 pentru ape uzate:
CBO20au= 1,46∙CBO5au mg/L = 1,46·72,7095=106,1554mgO2/L
CBO20r= 1,46∙CBO5r mg/L = 1,46*2=2,92 mgO2/L
Se calculează deficitul de oxigen ca fiind :
DO=COs- COr
COs(la )= 11,35 mgO2/L
DO=11,35- 6=5,35 mgO2/L
Se determină timpul critic la care se realizează deficitul maxim de oxigen (după gura de vărsare) din apa râului:
Calculul deficitului critic (maxim de oxigen):
Se compară concentrația oxigenului necesar vieții acvatice într-o apă de suprafață (>4mg/l) cu concetrația minimă de oxigen.
Deci,
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 mgN/l
,
în care:
-reprezintă cantitatea de azot total, care intră în stația de epurare, în ;
-reprezintă cantitatea de azot total, la evacuarea din stașia de epurare, în .
Nu sunt necesare restricții în ceea ce privește N total [proiect T.B.E.].
Calculul concentrațiilor intermediare realizate pentru etapele de epurare mecanică și biologică (solid în suspensie, CBO5, CCO-cr, N)
Exemple de variante tehnologice:
Varianta I
Solide în suspensie
Grătare, GE=5%,
Deznisipare, GE=25%,
Bazin de egalizare=deznisiparea,
Decantor primar, GE=55%,
Bazin cu nămol active+ Decantor secundar,GE=85%,
CBO5
Grătare, GE=0%,
Deznisipare, GE=5%,
Bazin de egalizare=deznisiparea,
Decantor primar, GE=40%,
Bazin cu nămol active+Decantor secundar,GE=85%,
CCO-Cr
Grătare,GE=0%,
Deznisipare,GE=5%,
Bazin de egalizare=deznisiparea,
Decantor primar, GE=30%,
Bazin cu nămol active+ Decantor secundar,GE=85%,
N
Grătare,GE=0%,
Deznisipare,GE=0%,
Bazin de egalizare=deznisiparea,
Decantor primar, GE=0%,
Bazin cu nămol active+Decantor secundar,GE=85%
Varianta II
Solide în suspensie
Grătare, GE=5%,
Deznisipare, GE=25%,
Decantor primar, GE=55%,
Filtru biologic, GE=75%,
CBO5
Grătare, GE=0%,
Deznisipare, GE=5%,
Decantor primar, GE=35%,
Filtru biologic, GE=80%,
CCO-Cr
Grătare,GE=0%,
Deznisipare,GE=5%,
Decantor primar, GE=30%,
Filtru biologic, GE=80%,
N
Grătare,GE=0%,
Deznisipare,GE=0%,
Decantor primar, GE=0%,
Filtru biologic, GE=80%,
Varianta III
Solide în suspensie
Grătare, GE=5%,
Deznisipare, GE=25%,
Coagulare-floculare+Decantor primar, GE=70%,
CBO5
Grătare, GE=0%,
Deznisipare, GE=5%,
Coagulare-floculare + Decantor primar, GE=70%,
CCO-Cr
Grătare,GE=0%,
Deznisipare,GE=5%,
Coagulare-floculare + Decantor primar, GE=65%,
N
Grătare,GE=0%,
Deznisipare,GE=0%,
Coagulare-floculare + Decantor primar , GE=70%,
Varianta IV
Solide în suspensie
Grătare, GE=5%,
Deznisipare, GE=25%,
Coagulare-floculare + Decantor primar, GE=70%,
Bazin cu nămol activ+ Decantor secundar, GE=80%,
CBO5
Grătare, GE=0%,
Deznisipare, GE=5%,
Coagulare-floculare + Decantor primar, GE=70%,
Bazin nămol activ + Decantor secundar, GE=85%
CCO-Cr
Grătare,GE=0%,
Deznisipare,GE=5%,
Coagulare-floculare + Decantor primar, GE=65%,
Bazin cu nămol activ+ Decantor secundar, GE=85%,
N
Grătare,GE=0%,
Deznisipare,GE=0%,
Coagulare-floculare + Decantor primar, GE=70%,
Bazin cu nămol activ+ Decantor secundar, GE=85%,
Varianta V
Solide în suspensie
Grătare, GE=5%,
Deznisipare, GE=25%,
Bazin de egalizare=deznisiparea,
Decantor primar, GE=55%,
Bazin cu nămol active+ Decantor secundar,GE=85%,
Adsorbție C active, GE=60%,
CBO5
Grătare, GE=0%,
Deznisipare, GE=5%,
Bazin de egalizare=deznisiparea,
Decantor primar, GE=40%,
Bazin cu nămol active+Decantor secundar,GE=85%,
Adsorbție C active, GE=55%,
CCO-Cr
Grătare,GE=0%,
Deznisipare,GE=5%,
Bazin de egalizare=deznisiparea,
Decantor primar, GE=30%,
Bazin cu nămol active+ Decantor secundar,GE=85%,
Adsorbție C active, GE=60%,
N
Grătare,GE=0%,
Deznisipare,GE=0%,
Bazin de egalizare=deznisiparea,
Decantor primar, GE=0%,
Bazin cu nămol active+Decantor secundar,GE=85%
Adsorbție C active, GE=45%,
Alegerea variantei tehnologice optime și descrierea detaliată a procesului adoptat
Dintre toate aceste variante tehnologice analizate, constatăm că doar doua dintre acestea se încadrerază din punct de vedere ecologic, deoarece concentrațiile
calculate sunt în conformitate cu Legea 188/2002, NTPA 001/2005.
Dacă analizăm cele două varinte tehnologice de epurare din punct de vedere economic, observăm că cea mai economică, este varianta tehnologică de epurare IV, deoarece, aceasta are un cost de intrținere mai scăzut, iar procesele și utilajele nu sunt atât de pretențioase, precum sunt cele din varianta tehnologică V.
Deci, având în vedere, criterile economice și ecologice, varianta tehnologică optimă se alege stația de epurare mecano-chimico-biologică de epurare a apei uzate, numită și epurarea avansată a apelor uzate.
4.6 Elaborarea schemei bloc-tehnologice
Figura 4.5 Epurarea avansată a apelor uzate
Epurarea avansată a apelor uzate
Epurarea mecanică, chimică și biologică nu realizează eliminarea poluanților prioritari, care, chiar și în concentrații foarte mici, au efecte negative asupra organismelor vii și asupra echilibrului ecologic în natură sau care limitează posibilitățile de recirculare/reutilizare a apei în industrie, agricultură.
Dintre poluanții prioritari care sunt reținuți prin procedee de epurare avansată se menționează: compușii anorganici solubili, compușii organici nebiodegradabili, solidele în suspensie, coloizii si organismele patogene.
Procedeele de epurare avansată se pot aplica fie înaintea etapei de epurare biologică sau după aceasta, în funcție de matricea apei uzate (concentrația și tipul poluanților).
În mod normal, ciclul apei a fost întotdeauna utilizat pentru a reprezenta transportul continuu și transformările suferite de ape în mediu, cuprinzând toate sursele naturale de ape de suprafață (râuri, fluvii, mări, oceane) apă subterană, apă din atmosferă. Dupilizarea apei, efluenții în cantități și grade de poluare diferite pot fi recirculați sau reutilizați.
Reutilizarea apei rezultată din stațiile de epurare municipale sau de pe platformele industriale poate avea ca beneficiari agricultura, sistemele de irigații, sistemele duale de alimentare a locuințelor, piscicultura, îmbogățirea acviferelor).
a)în această reprezentare,modalitățile de deversare respective posibilitățile de recirculare/ reutilizare sunt prezentate cu linii punctuate.
b)deversarea efluenților stațiilor de epurare municipale în emisari;
c)reutilizarea efluenților stațiilor de epurare municipale în procese industriale;
d)recircularea efluenților,după epurare,în cadrul proceselor industiale;
e)recircularea efluenților stațiilor de epurare municipale pentru tratare în vederea obținerii apei potabile;
f)reutilizarea efluenilor stațiilor de epurare municipale pentru irigații;
g)reutilizarea efluenilor stațiilor de epurare municipale pentru suplimentarea resurselor de apă subteran.
Dintre procedeele de epurare avansată avem:
a)procedee care au la bază procese fizice:filtrarea,flotația cu aer,evaporarea,extrcția lichid-lichid,adsorbția,procedeele de membrană (microfiltrarea, ultrafiltrarea, osmoza inversă, electrodializa), distilarea.
b)procedeele care au la bază procese chimice: oxidarea cu aer umed,oxidarea cu apă în condiții supercritice, ozonizarea, precipitarea chimică, schimbul ionic, procesele electrochimice;
c)procedee care au la bază procese fizico-chimice: îndepărtarea azotului prinstripare cu aer, clorinare, schimb ionic;
d)procedee care au la bază procese biologice: îndepărtarea azotului prin procese de nitrificare/ denitrificare sau oxidarea amoniacului prin nitrificarea biologică
4.7 Materii prime și utilități
Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării, într-o statie de epurare, în vederea obținerii de apă epurată de caliate 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 întreprinderi.
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 – în tot timpul anului, sau apa de la turnurile de răcire, când se recirculă, având temperatura în timpul verii de 25 – . Pentru evitarea formării crustei temperatura apei la ieșire din aparate nu trebuie să depășească . Răcirile cu apă industrială se pot realiza până la 35 – .
Apa ca agent de încălzire poate fi:
-apă caldă cu temperatura până la ;
-apă fierbinte, sub presiune până la temperatura de 130-.
Apa este un agent termic cu capacitate calorică mare, ușor de procurat. Pentru încălzire 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 latentă de condensare mare și coeficienți individuali de transfer de căldură 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, căldură sensibilă de răcire, până la atingerea temperaturii de saturație, când coeficientul individual de
transfer de căldură 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 masuri speciale de protecția muncii.
Nămolul activ. Sunt două categorii de nămoluri care intervin în funcționarea bazinelor cu nămol activ: nămolul de recirculare, care acționează în bazine pentru epurarea apei și care poate fi asemănat cu cel care constituie membrana de pe filtrele biologice, și nămolul în exces, care este îndepărtat continuu din proces, el nu mai este util procesului și poate fi asemănat cu membrana 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.
4.8 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 MTS evacuate zilnic din instalația de epurare; poate fi exprimate 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 apa 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 de exces care trebuie evacuată, pentru a menține constantă cantitatea de nămol de recirculare, se estimează la 1,5-3,0% din cantitatea de apă uzată care intră în aerotanc.
Producția zilnică de nămol în exces, kg MTS/zi, se poate calcula cu ajutorul relației propusă de Huncken, relație acceptată de STAS 11566-82, având forma:
,
În care:
încărcare 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 îngroșătoare de nămol. Daca schema tehnologică a stației de epurare prezintă un amplasament corespunzător, se recomanda 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.
Deșeuri menajere rezultate din stațiile de epurare sunt ambalaje, hârtie, recipientele de la reactivi etc. [Dima M.-1998].
Capitolul V
Proiectarea tehnologică a utilajelor
5.1 Debite de calcul și de verificare utilizate în instalațiile de epurare municipale
Aceste debite de calcul și verificare sunt specifice fiecărei trepte din procesul de epurare a apelor uzate.
Valorile acestora sunt prezentate sintetic în următorul tabel [proiect TBE]:
5.2 Calculul utilajelor din cadrul treptei mecanice de epurare (grătare, deznisipator, bazin de egalizare, decantor primar)
5.2.1 Grătare
Grătarele , conform STAS 12431-86, se prevăd la toate stațiile de epurare, indiferent de sistemul de canalizare adoptat și independent de procentul de intrare a apei în stația de epurare-prin curgere gravitațională sau sub presiune. În acest caz grătarele se prevăd înaintea stației de pompare.
Scopul grătarelor este 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 pentrua reduce pericolul de colmatare ale canalelor de legătură dintre obiectele stației de epurare [Dima M.-1998].
Grătarele se confecționează sub forma unor panouri metalice, plante sau curbe, în interiorul căreia 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.
Grătarele rare îndeplinesc de obicei rolul de protecție a grătarelor dese împotriva corpurilor mari plutitoare. Distanța între barele acestui grătar variază în limetele 50-100mm.
Grătarele dese prezintă deschiderile dintre bare de 16-20mm, când curățirea lor este manuală și de 25-, la curățirea lor mecanică. Cele din fața staților de pompare a apelor uzate brute au interspațiile de 50-.
Grătarele sunt alcătuite din bare metalice. Distanța dintre bare, grătarele pot fi:
-cu deschidere mare (2,5-.);
-cu deschidere mai mică (1,5-.).
Pentru grătarele plasate înaintea stației de pompare, distanța dintre bare se recomandă a fi între 5-. Înclinarea grătarelor față de orizontală, depinde de modul lor de curățire (mecanic sau manual). Se recomandă pentru grătare cu curățare manuală înclinarea de 30-75°, iar pentru cele mecanice, înclinarea va fi mai mare de 45-90°.
Înclinările mai mici favorizează curățirea grătarelor mai repede și descresc căderea de presiune pe grătar. Viteza de curgere a apei prin grătare se recomandă a fi între 60-100 cm/s pentru a se evita depunerile.
Curățirea manuală a grătarelor se realizează pentru instalații mai mici, cu cantități mai reduse de reținere și se efectuează cu o greblă de pe o patformă situată deasupra nivelului maxim al apei [Teodosiu C.-suport cursTBE-2008].
Grătarele cu curățire manuală se utilizează numai la stațiile de epurare mici cu debite pană la 0,1, care deservesc maximum 15000 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 . aveând 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 grătare aferente debitelor respective.
Grătarul de curățire mecanică constituie soluția aplicată la stațiile de epurare ce deservesc peste 15000 locuitori, deoarece, în afară de faptul că elimină necesitatea unui personal de deservire contină asigură condiții bune de curgere a apei prin interspațiile grătarului fără a exista riscul apariției mirosurilor neplăcute în zonă [Dima M./1998].
Curățirea mecanică, se realizează atunci când cantitatea de materii obținute sunt mari, astfel încât, este necesară curățarea continuă și frecventă. Se pot utiliza grătaare cu curățare rotativă, la canale cu adâncimi mai mici de 1m., și greble de curățare cu mișcări de translație pentru bazinele drepte cu adâncimi mari [Teodosiu C.-suport cursTBE-2008].
Dimensionarea grătarelor
a)
Debite de calcul:
Se specifică gradul de reținere a solidelor: GE = 5%;
Viteza apei uzate prin interspațiile grătarului variază între 0,7 – 1 m/s.
Se adoptă: vg = 0,8 m/s.
Caracteristicile grătarelor din tehnologia de epurare:
Lățimea barelor: s = 10 mms=0,01m;
Coeficientul de formă a barelor: β= 1,83;
Distanța dintre bare: b = 20 mmb=0,02m;
Unghiul de înclinare: θ = 75°
Viteza în amonte de grătar trebuie să varieze între 0,4 – 0,6 m/s și în condiții de precipitații abundente poate varia între 0,4 – 0,9 m/s. Această viteză se poate calcula cu relația:
Qc = debit de calcul;
Bc = înălțimea grătarului, Bc = ;
hmax = înălțimea lichidului în amonte de grătar. Acesta variază între 0,25 – . Vom adopta hmax = .
b)
c)
b
unde :
c = lățimea pieselor de prindere a barelor grătarului. Se adoptă .
d)
unde:
R = raza hidraulică
j = panta grătarului j=0,5mmJ=0,0005m
e)
B* = coeficient de formă al barelor; B* = .
[proiect TBE].
5.2.2 Deznisipator
Deznisiparea este operația unitară prin care se elimină pietriș și alte materii solide cu dimensiuni ≥ ., care au densitatea mult mai mare decât a apei sau a componenților organici din apele uzate.
În general materialul eliminat prin deznisipare este considerat inert și destul de uscat. Compoziția materialului care se elimină prin deznisipatoare urmărește:
-umidatatea, cuprinsă între 13-65%;
-substanțe volatile, cuprinsă între 1-56%;
-densitatea specifică, cuprinsă între 1300-2700 kg/m³. Pentru proiectare se va folosi densitatea de 1600 kg/m³.
Bazinele de deznisipare sunt realizate cu scopul de a proteja echipamentul mecanic în mișcare de abraziune, de a reduce depunerile cu densitate mare în canale, în conducte și de a reduce frecvența curățirii decantoarelor și instalația de epurare biologică.
Este absolut necesară plasarea acestor bazine înaitea centrifugelor, schimbătoarelor de căldură, a pompelor de presiuni mari. Localizarea deznisipatoarelor se face de obicei după grătare și site și instalația de flotație și înaintea decantoarelor primare. Se recomandă folosirea acestor utilaje atunci când curba de sedimentare indică faptul că într-un timp scurt, aproximativ 120-180 secunde, se depun 25-30% din totalul suspensiilor conținute în apă.
Prin deznisipatoare se îmbunătățește procesul tehnologic în celelalte trepte de epurare, cu implicații directe asupra funcționării decantoarelor. Viteza de trecere a apei prin deznisipatoare este de obicei cuprinsă între 0,1-0,5 m/s, iar timpul de deznisipare este de 30-120 s [Teodosiu C.-suport cursTBE-2008].
Necesitatea tehnologică a desnisipatoarelor în cadrul unei stații de epurare este justificată de protecția instalațiilor mecanice în mișcare împotriva acțiunii abrazive a nisipului, de reducerea volumelor utile a rezervoarelor de fermentare a nămolului organic ocupate cu acest material inert, preum și pentru a evita formarea de depuneri pe conductele sau canalele de legătură care pot modifica regimul hidraulic a influentului.
Amplasamentul deznisipatoarelor, din considerentele menționate, se va prevedea la începutul liniei zehnologice de epurare mecanică a apelor uzate, imediat după grătare.
Normativul prevede constrierea de deznisipatoare la toate stațiile de epurare indiferent de sistemul de canalizare adoptat cu mențiunea că pentru apele uzate din sistemul separativ de canalizare opotunitatea lor este justificata pentru debite care depășesc 3000.
În deznisipatoare sunt reținute particule de nisip cu diameetrul mai mare de 0,2-0,3mm și până la maximum 1mm.
După direcția de mișcare a apei în aceste bazine se deosebesc deznisipatoare orizontale cu mișcarea apei în lungul bazinului și deznisipatoare verticale , unde mișcarea apei se face pe verticală.
În funcție de modul de curățire a depunerilor, se deosebesc deznisipatoare cu curățire manuală, desnisipatoare cu curățire mecanică și hidraulică.
Alegerea soluției constructive de deznisipator și a procedeului lui de curățire depinde de mărimea debitului, de cantitatea și calitatea nisipului, de tipul de echipament mecanic ce poate fi ușor procurat, spațiul disponibil pe amplasamentul stației de epurare, etc.
Se va avea în vedere că în deznisipatoare dunt reținute și cantități mici de materii organice antrenate de particule minerale sau depuse împreună cu acetea, mai ales la viteze mici [Dima M./1998].
Gradele de epurare pentru solide în deznisipator sunt cuprinse între 25 – 45%. Vom alege GE=25%
Debite de calcul:
Pentru dimensionarea deznisipatorului, sunt importante ariile următoare:
L = lungimea deznisipatorului; , L=11,25m;
B = lățimea deznisipatorului; B=4,1159m;
vs = viteza de sedimentare; =0,023m/s.
Aria transversală a deznisipatorului:
H = înălțimea deznisipatorului;
va = viteza apei în deznisipator; =0,15m/s.
Se calculează volumul util al deznisipatorului:
tdez = timpul de deznisipate care variază între 30 – 50 s. Se adoptă 50 s.
c) Calculul suprafeței orizontale:
α = coeficient ce ține seama de regimul de curgere, α = 1,5.
vs se adoptă 2,3 /s=0,023m/s.
Încărcarea superficială:
d) Calculul ariei transversale:
va = 0,05 – 0,3 m/s, funcție de diametrul particulei de nisip. Se adoptă va = 0,15 m/s.
e) Se calculează lungimea și lățimea deznisipatorului:
f) Se calculează înălțimea deznisipatorului
g) Se împarte deznisipatorul într-un număr de canale de deznisipare separate iar lățimea unui compartiment canal b1 trebuie să fie cuprinsă între 0,6 – iar în cazuri extreme poate fi cuprinsă între 3-. Se adoptă b1 = .
Numărul de compartimente utilizate va fi:
[proiect TBE].
5.2.3 Coagulare-floculare
Procesele de coagulare-floculare sunt metode de tratare a apelor, care facilitează eliminarea particulelor coloidale din apele brute, prin adăugarea de agenți chimici, aglomerarea particolelor coloidale și respectiv separarea lor ulterioară prin decantare, flotație cu aer dizolvat, filtrare. În afară de eliminarea coloizilor și reducerea urbidității din apele de suprafață, prin coagulare se reduc parțial culoarea, gustul, mirosul, respectiv conținutul de microorganisme.
Procesul de coagulare-floculare are loc în trei etape:
Neutralizarea sarcinilor electrice prin adaosul de agenți de coagulare. În această etapă a procesului de coagulare-floculare se realizează premiza îmbunătățirii posibilităților de aglomerare sub agitare intensă, într-un timp foarte scurt (30s-1min).
Formarea microflocoanelor prin aglomerarea particulelor lipsite de sarcina lor inițială aglomerarea se face întâi în microflocoane și apoi în flocoane voluminoase, separabile prin decantare, se numește floculare. După modul în care se realizează aglomerarea particulelor, flocularea este de două tipuri:
-floculare pericinetică, această fază începe imediat după terminarea agitării rapide și se produce numai pentru particule mai mici de 1;
-floculare ortocinetică, care conduce la formarea de microflocoane și se produce în pracică datorită unui gradient de viteză produs prin curgerea lichidului sau prin agitare mecanică. Aceasta fază se realizează prin agitare lentă timp de 15-30 min. Și are ca rezultat formarea de flocoane mari, dense și ușor sedimentabile.
3. Separarea flocoanelor prin sedimente, filtrare sau flotație cu aer diyolvat. Sedimentarea sau flotația cu aer dizolvat se pot realiza în același utilaj în care s-a făcut flocularea sau în utilaje separate [Teodosiu C.-suport cursTAPI-2008].
Pentru instalațiile de coagulare clasice se realizează dimensionarea următoarelor repere:
stația de preparare și dozare a reactivilor;
camera de amestec;
camera de reacție.
Stația de preparare și dozare a reactivilor cuprinde spațiile necesare pentru înmagazinarea reactivilor, pentru pregătirea acestora în forma în care se administrează și pentru dozare. Dozele de reactivi se stabilesc pe baza testelor de laborator care se efactuează zilnic, prin metoda „jar test”. Pentru pre-dimensionarea acestor stații se pot admit dozele orientative de indicate în tabelul următor [Pîslărașu și alții, 1981]:
Necesitatea alcalinității apei pentru a contracara scăderea pH-ului datorită introducerii agenților de coagulare se stabilește cu formula:
unde:
=doza de , respectiv sau necesară, în mg/L;
=doza de coagulant, în mg/L;
Solide în suspensie: Ciss = 410 mg/L, =50,3mg/L
A=alcalinitatea naturală a apei, ca duritate temporară, în grade germane;
K=10mg/L pentru ; 18,3mg/L pentru ; 14,3 pentru ;
Dacă <0, atunci nu este necesară adăugarea de soluții alcaline.
La stabilirea dimensiunilor depozitelor și a duratei de stocare a reactivilor sunt considerate următoarele aspecte:
posibilitățile locale de aprovizionare cu reactivi,
consumul zilnic de reactivi.
În general, trebuie să se asigure în depozite cantitatea de reactivi corespunzătoare consumului pentru 30 de zile.
Dozarea reactivilor se poate realiza:
uscat, introducerea agentului de coagulare sub formă de pulbere prin dozatoare cu șnec, disc,
în soluție, cu doză constantă sau cu doză variabilă, prin dozatoare cu plutitor , dozatoare cu pompe, dozatoare cu orificii calibrare.
Dozarea se poate face direct în cazul soluțiilor de aproximativ 20%, sau printr-o soluție intermediară, cu o concentrație de 5-10%, care se prepară în bazine al căror volum se determină astfel:
,
În care:
Q=debitul apei, în ;
D=doza de coagulant, în g/;
n=numărul de preparări, în 24h, (3-6);am ales n=5;
c=concentrația soluției (5-10%);am ales c=7%;
ρ=densitatea soluției de concentrație utilizată, 1,22.
Camerele de amestec.
Amestecul apei brute cu reactivii, se opate realiza prin procedee mecanicce sau hidraulice, după cum s+a prezentat anterior.
Înalțimea camerelor de amestec.
În camerele de amestec cu șicane, alegerea elementelor constructive se face ținând cont cont de următorii factori:
viteza a apei la ieșirea din bazin se consideră între 0,4-0,6 m/s, astfel încât să se asigure o curgere liniștită a apei spre camerele de reacție, am ales=0,5m/s. În spațiile înguste dintre șicane, viteza apei se consideră 0,8 m/s, astfel încât să se asigure un regim turbulent,
lățimea jgheabului, l, la plecarea apei se alege, l≥6m, am ales l=6m.
înlălțimea primei trepte de amestecare este dată de relația:
,
În care:
Q=
=0,5 m/s;
l=6m.
Pierderile de sarcină în deschiderile ale pereților în șicană sunt date de formula:
,
Unde:
=coeficient având valoarea 2-2,5 pentru înclinarea la 45° a șicanelor, am ales=2,3;
= viteza apei în orificii, 1,5 m/s;
g=accelerația gravitațională, g=9,81.
Deschiderile pereților în șicană se calculează cu relația:
n=numărul de preparări, în 24h. (3-6);am ales n=5 în 24h,
=viteza apei în orificii; =1.5 m/s,
= înlălțimea primei trepte de amestecare, =0.1183m,
=pierderile de sarcină, =0.2637m.
Camerele de reacție
Camerele de reacție în care se realizează flocularea sunt dimensionate pentru a permite formarea flocoanelor într-un interval de timp de 5-30 min, după amestecarea reactivilor în apa brută și sunt adaptate tipului de decantor la care sunt utilizate.
În bazinele de reacție trebuie să se asigure viteze suficient de mari pentru a menține flocoanele în suspensie, dar între anumite limite, pentru a nu contribui la dezagregarea acestora ( respectiv 0,5 m/s la intrare și 0,2-0,01 m/s la ieșire.
Volumul camerei de reacție este dat de relația:
;
unde: Q – debit de calcul, Q=0.355[m3/s],
t – timpul de staționare a apei în bazinul de reacție, t=7200 [s].
Proiectarea decantoarelor suspensionale în care se realizează combinat procesul de coagulare- floculare și sedimentare consideră calcularea sau adoptarea următoarelor elemente:
Forma bazinului,
Timpul de staționare,
Incadrarea hidraulică,
Viteza apei în camera de amestec, reacție și în zona de sedimentare,
Raportul de recirculare al nămolului,
Concentrația nămolului,
Volumul concentratorului de nămol. [proiect TBE].
f) retinerea solidelor in suspensie
CSSi = 2,92,125mg/l
CSSf = 87,6375mg/l
Qc = 0,235 m3/s =846 m3/h
Reținerea = Qc (CSSi – CSSf )/1000
5.2.4 Decantor primar
Sunt bazine deschise în care se separă substanțele insolubile mai mici de . Care se prezintă sub formă de particule floculente, precum și substanțe ușoare care plutesc la suprafața apei.
În funcție de gradul necesar de epurare a apelor uzate, procesul de decantoare poate fi folosit, fie în scopul prelucrării preliminare a acestora înaintea epurării lor în treapta biologică, fie ca procedeu de epurare finală.
După direcția de deplasare a apei uzate în decantoare, acestea se împart în două grupe:
-decantoare orizontale; în decantoarele orizontale apele uzate circulă aproape orizontal;
-decantoare verticale; în decantoarele verticale apa circulă de jos în sus.
Randamentul sedimentării particoleleor floculente depinde de numeroși factori, dintre aceștia cei mai importanti, pot fi considerați, timpul de decantare, încărcarea suprficială sau viteza de sedimentare și accesul sau evacuarea cât mai uniformă a apei din decantor.
La decantoare o deosebită semnificație este timpul de decantare. Durata de decantare, conform STAS 4162/1-89 ”Canalizări. Decantoare primare”, se recomandă de minimum 1,5 ore corespunzător debitului de calcul.
În ceea ce privește viteza de sedimentare sau de ridicare la suprafață a materiilor în suspensie , exprimată global, prin încărcarea superficială sau hidraulică, în /·h. Conform STAS 4162/1-89, mărimea acestei încărcări de suprafață, variază în funcție de concentrașia inițială meteriilor în suspensie din apa uzată și de eficiența decantoarelor în ceea ce privește eliminarea suspensiilor conform tabelului 5.1.
Tabelul 5.1 încărcarea superfcială (viteza de sedimentare) la decantoarele primare.
În scopul măririi eficienței de reducere a suspensiilor în decantorul primar, în afară de decantorul primar, în afară de creșterea duratei de decantare se mai folosesc următoarele soluții tehnologice:
-adăugarea unor substanțe în suspensie care sedimentează ușor, în speță nămolul activ din deantorul secundar, care îndeplinește rolul de adjuvant și de biocoagulator;
-aerarea preliminară a apelor uzate care contribuie la formarea flocoanelor, separatorul de grăsimi care funcționează prin flotare contribuie la preaerarea apelor;
-pentru apele uzate industriale se recomandă tratarea preliminară cu coagulanți chimici care contribuie la creșterea dimensiunilor aglomerărilor.
Eficiența decantării primare asupra reducerii materiilor organice exprimată în CBO5 , este de 20-25% [Dima M.-1998].
Pentru proiectarea decantoarelor sunt necesare studii privitoare la viteza de sedimentare sau de ridicare la suprafață a materiilor în suspensie, exprimată global, prin încărcarea superficială sau hidraulică. Conform STAS 4162-1/89, mărimea acestei încărcări de suprafață, variază în funcție de concentrația inițială a materiilor în suspensie din apa uzată și de eficiența decantoarelor în ceea ce privește eliminarea suspensiilor.
Dimensionarea tehnologică constă în stabilirea numărului și dimensiunilor geometrice ale decantoarelor în conformitate cu prevederile STAS 4162/89.
a) Debit de calcul:
Se adoptă un grad de epurare pentru solide în suspensie de și pentru CBO5 de .
b) Determinarea vitezei de sedimentare (vs), se face în funcție de eficiența sedimentării, care se urmărește și de concentrația inițială a suspensiilor. În cazul acesta se adoptă vs:
vs = 1,5 m/h.=0,0004166 m/s
c) Se calculează încărcarea hidraulică:
unde α = coeficient ce ține seama de regimul de curgere și GE, α = 1,5.
Viteza de circulație a apei prin decantor:
va = 10 mm/s = 0,01 m/s
Timpul de staționare în decantor:
Se calculează volumul spațiului de decantare:
d) Se calculează ariile transversale și orizontale
e) Se calculează lungimea decantorului
f) Se calculează înălțimea totală a decantorului:
Hs =înălțimea de siguranță a decantorului primar, 0,2 ÷ ; se adoptă,Hs = ;
Hd =înălțimea depunerilor în decantorul primar, 0,2 ÷ ; se adoptă 0,45;
0,000416672002,99m
H=0,4+2,99+0,45H=3,8495m
g) Se calculează lățimea decantorului
Dacă lățimea decantorului primar este mai mare decât valorile standardizate (3-5) m se recurge la compartimentarea bazinelor de sedimentare. Se adoptă lățimea unui compartiment b1= și se calculează:
n=n=n=0,3
h) Se calculează volumul total de nămol depus
unde:
γn = densitatea nămolului, γn = 1100 ÷ 1200 kg/m3. Se adoptă γn = 1150 kg/m3;
P = umiditatea nămolului, P = 95 %;
gradul de epurare,
concentrația inițiala a solidelor în suspensie, [proiect TBE].
5.3 Calculul utilajelor din cadrul treptei biologice de epurare (bazin cu nămol activ, decantor secundar)
5.3.1 Dimensionarea BNA
Bazin cu nămol activ
Epurarea biologică cu nămol activ a apelor uzate în bazinele de aerare constituie, în prezent procedeul cel mai utilizat în stațiile de epurare. Avantajul acestuia este, realizarea unei eficiențe de epurare mai ridicate, atât iarna cât și vara, sunt lipsite de mirosul neplăcut și de prezența muștelor, suprafețele specifice constituite sunt mai reduse, permite o mai ușoară adaptare a procesului tehnologic din stația de epurare la modificări de durată ale caracteristicilor apelor uzate. Marele inconvenient al acestui procedeu este de ordin energetic deoarece necesită un consum specific de energie mai ridicat, această energie fiind absorbită de utilajele care furnizează oxigenul necesar proceselor aerobe.
Din punct de vedere constructiv, un bazin cu namol activ se prezintă sub forma unui bazin rectangular din beton armat, unde epurarea biologică are loc în prezența unui amestec de nămol activ și apă uzată [Dima M.-1998].
Proiectarea tehnologică a unui bazin de egalizare implică calcularea volumului cumulativ al unui bazin de egalizare; funcție de acest volum se alege un bazin a cărui dimensiuni trebuie să corespundă următoarelor specificații:
Înălțimea unui bazin de egalizare are 3 componente:
hu= înălțimea utilă, hu variază între 1,8 – 2m. se adoptă hu = ;
hd= înălțimea depunerilor, hd= 0,2 – . Se adoptă hd = 0,3 ml
hs= înălțimea de siguranță, hs= 0,2 – . Se adoptă hs = .
H=hu+hd+hsH=1,9+0,3+0,3H=2,5m
Variațiile de debite și de concentrații ce apar ca urmare a procesului tehnologic provoacă dereglări în funcționarea stației de epurare, de aceea se impune un bazin de egalizare a debitelor respective. Bazinul de egalizare a debitelor este de formă cilindrică și se urmărește determinarea diametrului și înălțimii. Se calculează volumul bazinului de egalizare ținând seama de:
Se calculează volumul cumulativ pentru fiecare interval orar;
Se reprezintă grafic variația volumului cumulativ în timp;(cronograme)
Se reprezintă curba debitului mediu;
Se calculează volumul bazinului de egalizare;
Se trasează tangenta de la punctul de maxim sau de minim a curbei debitelor realizate, distanța pe ordonată a acestei trepte reprezintă volumul bazinului calculat.
Volumul bazinului de egalizare este .(conform interpretării cronogramei)
Rezultă ca diametrul D al bazinului de egalizare este adică se încadrează în valorile 10-20 recomandate [proiect TBE].
Ipotezele considerate în proiect pentru treapta biologică sunt:
1. bazinul de nămol activ este asimilat cu un bazin cu amestecare perfectă în care se consideră că în orice punct din bazin concentrația substratului cât și a nămolului activ este egală cu cea de la ieșirea din bazin;
2. epurarea biologică se realizează în ansamblul format din bazinul de nămol activ și decantorul secundar;
3. procesul biologic de degradare a materiei organice care are loc numai în bazinul de nămol activ, în decantorul secundar se realizează separarea flocoanelor biologice de apa epurată și recircularea unei părți a nămolului activ în bazinul de nămol activ;
4. în decantorul secundar, nămolul activ trebuie menținut în stare proaspătă prin evacuarea excesului și recircularea unei părți de nămol activ în bazinul de nămol activ în conformitate cu raportul de recirculare;
5. principalele caracteristici ale nămolului activ ce sunt avute în vedere în proiect în treapta biologică, sunt:
indicele volumetric a nămolului IVN;
încărcarea organică a nămolului ION;
materiile totale în suspensie MTS.
Concentrația materiei organice exprimate în CBO5 ce intră în treapta biologică
119,7 mg/L
Debitul de calcul al instalației de epurare biologică:
Eficiența epurării biologice :
– global:
În general, bazinele cu nămol activ permit reducerea conținutului de CBO5 la valori mai mici de 25 mg/L, conform NTPA 001/2005, asigurând un grad de epurare cuprins între 85 – 95 %.
Încărcarea organică a bazinului cu nămol activ (IOB)
Reprezintă cantitatea de CBO5 din influent care poate fi îndepărtată într-un metru cub de bazin de aerare. Datele din literatură oferă posibilitatea calculării IOB în trei variante:
Funcție de GE, de conținutul de materii în suspensie și de timpul de aerare:
,
K = coeficient de depinde de temperatură după cum urmează:
t = 10 – → K = 5;
t = 20 – → K = 6;
t = 30 – → K = 7.
Funcție numai de gradul de epurare:
Pentru GE = 89 % → IOB = CBO5/m3∙zi
Pentru GE = 94 % → IOB = CBO5/m3∙zi
În conformitate cu definiția lui Imhoff:
Pentru GE = 60 – 80 % → IOB = CBO5/m3∙zi
Pentru GE = 85 – 90 % → IOB = CBO5/m3∙zi
Se calculează încărcarea organică a nămolului activ (ION)
Pentru GE = 93 % → ION = CBO5/kg nămol activ∙zi
sau
CN = concentrația nămolului active;
CN = 2,5 – 4 kg/m3 , CN =3 kg/m3
sau
,
, se încadrează între limitele impuse.
Indicele volumetric al nămolului (IVN)
IVN reprezintă volumul unui gram de nămol de materie totală 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 a CBO5.
IVN > 200 cm3/g în cazul în care nămolul activ se consideră că este „bolnav”.
Indicele de încărcare organică:
Variază în funcție de caracteristicile nămolului activ
Conținutul în materii totale solide (MTS)
Se calculează volumul bazinului de aerare:
Se calculează debitul de nămol activ recirculat (QR):
r = coeficient de recirculare.
CR = concentrația nămolului activ recirculat
Se va adopta CR = 10 kg/m3
Se va verifica corespondența raportului de recirculare în conformitate cu datele din literatură.
Timpul de aerare
Când se consideră că recircularea nămolului poate fi neglijată
h
Luând în considerare nămolul recirculat
h
Se consideră că valoarea maximă ce poate fi recirculată este asigurată de o valoare rmax = 0,7.
Pentru această valoare se calculează:
h
Se vor verifica datele cu cele existente în literatură.
Se calculează debitul de nămol în exces
(relația Huncker)
LSB = cantitatea de CBO5 pentru apa uzată ce urmează a fi prelucrată biologic, exprimat în kg/zi
kg/zi
Se calculează necesarul de oxigen (CO) 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 adaugă și necesarul de oxigen în nitrificare.
a. Calculul necesarului de oxigen se face pentru un proces de epurare fără nitrificare:
a = coeficient corespunzător utilizării substratului de către microorganisme pentru apele uzate orășenești.
a = O2 / kg CBO5
c = coeficient care definește cantitatea totală de materie organică adusă de apa uzată influentă.
b = reprezintă oxigenul consumat de către microorganismele din nămolul activ aflate în BNA, în timp de o zi.
b = 0,15 – O2/kg CBO5∙zi. Se adoptă valoare de O2/kg CBO5
CN tot = cantitatea totală de nămol activ din BNA, exprimată prin fracțiunea volatilă
Capacitatea de oxigenare (CO). Reprezintă cantitatea de O2 ce trebuie introdusă prin diferite sisteme de aerare.
kg/zi
CO = necesarul de oxigen pentru consumarea materiei organice de către microorganisme;
α = raportul de eficiență al transferului de oxigen în apa epurată a unui sistem de oxigenare;
α = 0,9;
= concentrația oxigenului la saturație în condiții standard funcție de temperatură;
= 11,35 mg O2/l;
CSA = concentrația la saturație a oxigenului în amestec de apă uzată și nămol la temperatura de lucru;
CSA = 7,4 mg O2/l;
CB = concentrația efectivă a oxigenului în amestecul de apă uzată și nămol activ;
CB = 1,5 – 2 mg O2/l; se adoptă valoarea 1,75 mg O2/l
K10 și KT = coeficienți de transfer ai oxigenului în apă pentru t = și respectiv t = ;
Radicalul raportului este 0,83.
p = presiunea barometrică calculată ca o medie a valorilor zilnice în orașul în care se efectuează epurarea apelor uzate; variază între 780 și Hg
p = 783 mmHg.
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 < ), cu bule mijlocii (d = 0,3 – ) și cu bule mari (d > ). Se alege aerarea fină. Se utilizează sisteme de distribuție cu plăci poroase.
Se calculează capacitatea de oxigenare orară:
d =1 zi=24h;
Se calculează debitul de aer necesar:
H imersie = adâncimea de imersie a sistemului de distribuție a aerului.
H imersie = .
COsp = capacitatea specifică de oxigenare a sistemului de insuflare a aerului.
COsp = 8 – O2/m3 aer∙m. Se alege valoarea de 9 O2/m3 aer∙m
Se calculează suprafața plăcilor poroase (Ap)
Poziționarea distribuitorului de aer se realizează la înălțimea de imersie pe toată suprafața bazinului de aerare.
iaer = intensitatea aerării;
iaer = 1 m3/m2∙min = 60 m3/m2∙h.
Se calculează energia brută a sistemului de aerare:
ES = consumul specific de energie; se adoptă
ES = 5,5 W∙h/m3.
Dimensionarea bazinului cu nămol activ
Se recomandă H bazin = 3 – ., H bazin=4m
Înălțimea totală a bazinului va fi:
H s = 0,5 – .
Lățimea bazinului:
Lungimea bazinului:
Determinarea numărului de compartimente necesar:
5.3.2 Decantorul secundar
Decantoarele secundare sunt o parte componentă deosebit de importantă a treptei de epurare biologică și au scopul de a reține nămolul, materiile solide în suspensie, separabile prin decantare (membrana biologică sau flocoanele de nămol activ, evacuate o dată cu apa uzată din filtrele biologice, respectiv din bazinele cu nămol activ).
Nămolul din decantoarele secundare are următoarele caracteristici:
-este puternic floculat;
-are un conținut mare de apă;
-este ușor;
-intră repede în descompunere.
Dacă nămolul rămâne un timp mai îndelungat în decantoarele secundare, bulele mici de azot care se formează prin procesul chimic de reducere, îl aduc la suprafață și astfel, nu mai poate fi evacuat.
În comparație cu filtrele biologice, unde evacuarea nămolului este necesar să se facă într-un mod mai mult sau mai puțin contunuu, la bazinele cu nămol activ această operație trebuie să se facă, în mod obligatoriu, continuu, pentru a asigura cantitatea și calitatea corespunzătoare de nămol în bazine, aspect de care depinde efieciența epurării.
Cele mai recomandate sunt decantoarele verticale; la stațiile mari de epurare se recurge la decantoare radiale sau longitudionale. Din punct de vedere constructiv, decantoarele secundare sunt asemănătoare cu cele primare.
Decantorul secundar radial
Particularitatea regimului de funcționare a decantoarelor radiale 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 armat având forma circulară în plan, în care apa uzată intră prin conducte (intrarea pe la partea inferioară) sau prin canale (intrarea pe la partea superioară).
Debit de calcul și de verificare
→ QDSc = Qc +QR = 0,315+0,1349→ QDSc =0,4499 [m3/s]; QDSc = 1619,64 m3/h;
→ QDSv = Qv +QR= = 0,355+0,1349→ QDSv =0,4899 [m3/s]; QDSc = 1763,64 m3/h;.
Stabilirea încărcării superficiale în bazinul de decantare secundar.
Au = suprafața utilă a decantorului radial din care s-a scăzut suprafața de sub jgheabul apei decantate.
În general, datele din literatură stabilite pentru încărcarea superficială în decantorul secundar au o valoare mai mică sau egală cu 1,9 m3/m2∙h pentru valori ale IVN < 100 ml/g.
În general
Se calculează încărcarea superficială a decantorului secundar cu materii solide.
Se determină timpul de decantare
td = 3,5 ÷ 4 h;
td = 4 h.
Se calculează înălțimea utilă și volumul decantorului
; se alege conform STAS 4162/2-89, următorul decantor:
Se calculează volumul de nămol
m3/zi
GEDS= gradul de epurarea a decantorului secundar, GEDS= 85%
γn = densitatea nămolului, 1100÷ 1200 kg/ m3
p= umiditatea nămolului, p= 95%
CSSi = concentrația la intrarea în treapta biologică a materiilor solide
7. Reținerea solidelor în decantorul secundar
CSSi = 87,6375mg/l
CSSf = 17,5275mg/l
QDSc = 1610,28m3/h
Reținerea = QDSc (CSSi – CSSf )/1000
5.4 Tratarea nămolurilor
Scopul tratării nămolurilor este mineralizarea materiilor organice din acestea, pentru a obține, astfel, atât reducerea volumului, respectiv posibilitatea de tratare mai ușoară a acestora, precum și cantități importante de gaz metan, folosit în principal la nevoile stației de epurare. Nămolurile fermentate sunt aproape lipsite de miros și pot fi folosite ca atare sau în diferite scopuri, după ce sunt tratate
.
5.4.1 Caracteristicile și debitele nămolurilor
Nămolurile provin din decantarea primară și secundară a apelor uzate, iar caracteristicile lor fizice, chimice, biologice și bacteriologice depind, în mare măsură, de proveniența lor.
Dintre caracteristicile fizice, culoarea și mirosul sunt primele care furnizează informații asupra nămolului. Nămolurile proaspete din apele uzate orășenești au culoarea cenușiu deschis și sunt aproape,lipsite de miros. Nămolurile care au fermentat complet au culoarea cenușiu deschis și miros de gudron.
Umiditatea sau conținutul de apă al nămolului se determină prin stabilirea pierderii în greutate, ca urmare a evaporării în etuvă (la ), până la uscarea completă și se exprimă în procente. De cele mai multe ori, în loc de umiditate se ia în considerare conținutul de materii solide totale (în suspensie și dizolvate) ale nămolului. Valorile umidității și conținutul de materii solide totale sunt prezentat în tabelul 5.2
Tabelul 5.2 debite de nămol în stațiile de epurare
a-mică; b-mare
Observații:
La filtrele biologice secundare, nămolul din decantoarele secundare reprezintă 1,5 dm /loc, zi și are o umiditate de 97,5%; după fermentarea nămolului provenit din amestecul din decantoarele primare și secundare, cantitatea lui este de 0 61 dm3/loc, zi si umiditatea 90%.
Greutatea specifică sau volumetrică a nămolurilor, γ,variază, în funcție de proveniența lor, între 1,002 și 1,118 tf/m3; nămolurile din decantoarele primare, amestecate cu cele din decantoarele secundare au greutatea specifică : γ= 1,004÷1,010 tf/m3, iar nămolurile în exces au greutatea specifică: γ= 1,001 tf/m3.
Densitatea nămolurilor variază între 1,0÷1,3 gf/cm3. În ceea ce privește variația volumului nămolului, ca urmare a schimbării de umiditate, respectiv a conținutului de materii solide totale, se admite, în general, că, neglijând schimbările în greutatea specifică, proporția față de volumul inițial este egală cu raportul dintre procentele de materii solide totale inițiale și după schimbarea volumului.
De exemplu, dacă un nămol a avut umiditatea de 95%, respectiv 5% materii solide totale și un volum de , iar prin fermentare a ajuns să aibă 90% umiditate și 10% materii solide totale, volumul său, după fermentare, este de (5/10) x 100 = .
Cele de mai sus se pot exprima cu relația:
V=,
În care: V și V sunt volumele de nămol;
p și p2 – umiditățile corespunzătoare ale nămolurilor, [%].
Filtrabilitatea sau capacitatea de filtrare (de a pierde apa) a nămolurilor se determină, în mod sumar, prin observarea timpului necesar nămolului pentru a deveni consistent sau să prezinte o serie de crăpături, când a fost întins, pentru uscare, în aer liber, pe o platformă de nisip sau pe hârtie de filtru. Pe baza observațiilor se poate stabili, cu aproximație, dacă nămolul cercetat:
– este proaspăt fermentat sau spălat;
– conține substanțe chimice, adăugate pentru mărirea filtrabilității;
– se poate deshidrata în filtre etc.
Pentru a determina, cu precizie, filtrabilitatea nămolurilor, laboratoarele stațiilor de epurare mai mari folosesc aparate speciale (majoritatea fiind dotate cu așa-numitele pâlnii Biichner). Cu ajutorul acestora se determină doi parametri foarte importanți pentru capacitatea de filtrare a nămolurilor:- rezistența specifică la filtrare, r;
-coeficientul de compresibilitate, s.
Puterea calorică a nămolurilor (tabelul 9.2) depinde de:
• proveniența lor;
• caracteristicile apelor uzate din care provin;
• cantitatea de materii solide totale organice, uscate, numite și materii volatile etc.
Tabelul 5.2 Valorile aproximative ale puterii calorice a nămolurilor
Observăm din tabelul de mai sus, că, un nămol provenit din decantoarele primare (care, conform tabelului 1.1, conține circa 70% materii solide organice totale, uscate) are o putere calorică de 4.300 kcal/kgf materii solide organice totale, uscate; după fermentare, când conținutul acestor materii scade la circa 40%, puterea calorică se reduce corespunzător, la circa 2.150 kcal/kgf materii solide organice totale, uscate. Pentru nămolurile provenite în urma folosirii de coagulanți, pentru decantarea materiilor în suspensie, puterea calorică trebuie redusă (în comparație cu cifrele din tabelul 9.2) în funcție de cantitatea de coagulant, care există în nămol.
Dintre caracteristicile chimice, o semnificație deosebită o are pH-ul nămolului care intră sau iese de la fermentare sau cel din timpul fermentării, el fiind, în același timp, și ușor de determinat; pH-ul nămolului trebuie să fie permanent în jur de 7,0; valori mai mari de 8,5 și mai mici de 6,0 indică o înrăutățire a fermentației fiind deci necesare măsuri pentru redresarea procesului.
Materiile solide totale, uscate, în greutate, reprezintă o caracteristică importantă a nămolurilor, care se determină prin uscarea nămolului în etuve, la , după care se cântărește reziduul. Cantitățile de materii solide totale ale nămolurilor, provenite din diferite obiecte ale stației de epurare, sunt arătate în tabelul 9.1. Materiile solide totale pot fi minerale și organice (volatile). Nămolurile brute, provenite din decantoarele primare, la fel ca și apa brută (vezi tabelul 1.1), conține 60-70% materii organice și 30-40% materii minerale; după fermentare, procentele se inversează: cantitatea de materii organice coboară la 40-45%, iar cea minerală urcă la 60-65%.
În mod convențional, fermentabilitatea nămolurilor se măsoară prin studierea, în laborator, a fermentării unui amestec din nămolul ce urmează a fi analizat (două părți) și nămol bine fermentat (o parte), nămoluri caracterizate prin conținutul în materii organice. Condițiile de fermentare a nămolurilor sunt definite de:
– cantitatea și calitatea gazului rezultat în timpul fermentării (la o bună fermentare se obțin 30% bioxid de carbon și 70% metan);
– raportul dintre materiile organice și minerale (la o bună fermentare raportul este de circa 2/3);
– cantitatea de acizi volatili (în medie 500 mgf/dm3) etc.
Substanțele fertilizante au o deosebită importanță pentru valorificarea nămolului fermentat în agricultură, la care conținutul de fosfor și azot se găsește în cantități suficiente; în general, potasiul este insuficient.
Conținutul de substanțe toxice, grăsimi și detergenți, care împiedică fermentarea, trebuie să se stabilească prin analize chimice mai detaliate. Determinarea chimică ce stabilește conținutul de gaze este deosebit de importantă.
Caracteristicile biologice și bacteriologice ale nămolurilor indică mersul fermentării acestora. Astfel:
– bacteria metanului ajută la formarea metanului și la distrugerea parțială a bacteriilor patogene;
– bacteriile de nitrificare dezintegrează oxigenul legat de azotul din nitriți și nitrați, contribuind astfel la realizarea fermentării anaerobe etc.
Menționăm că bacilul tuberculozei nu este distrus în timpul fermentării la (fermentare termofilă, care nu este însă practicată în stațiile de epurare), dar suni distruse, în majoritate, bacteriile și ouăle de helminți.
Debitele nămolului, în diferite etape ale fermentării și prelucrării lui, sunt date în tabelul 9.1, fiind completate cu tabelul 1.1. Aceste valori sunt stabilite pentru un consum specific de 150 dm/1oc și zi și pentru ape uzate provenite din sistemul separativ de canalizare. Valorile din tabelul 9.1 variază în funcție de:
• compoziția apelor uzate și felul epurării;
•cantitatea de ape uzate industriale și natura deșeurilor evacuate o dată cu acestea (valorile putându-se, chiar, dubla) conținutul de materii solide totale din apele uzate brute etc.
În cazul sistemului unitar de canalizare, dacă rețeaua dispune (pe parcurs) de numeroase deversoare, iar în amonte de stația de epurare există un deversor care lasă să intre în stație numai două debite menajere – valorile din tabelul 9.1 pot fi folosite întocmai.
Pentru nămolurile provenite din apele uzate ale unui sistem unitar de canalizare, care nu îndeplinește condițiile de mai sus – valorile tabelului 9.1 trebuie majorate; pentru rețelele de canalizare dimensionate în sistem unitar, care folosesc bazine de apă de ploaie, cu introducerea în rețea a nămolurilor, valorile trebuie majorate cu cel puțin 20%.
În S.U.A., pentru nămolurile provenite din stațiile de epurare care prelucrează ape uzate din sistemul unitar de canalizare, valorile din tabelul menționat se măresc cu 50-100%. Stațiile de epurare care folosesc coagulanți pentru decantarea apei, produc cantități de nămoluri de cel puțin două ori mai mari, decât cele care nu întrebuințează coagulanți, astfel că, în acest caz, cantitatea de materii solide totale se majorează cu 20-40 %, față de cele indicate în tabelul 5.2.
5.4.2. Fermentarea nămolurilor
Uneori, înainte de fermentare, pentru a micșora volumul de nămol, respectiv volumul bazinului de fermentare a nămolului, se procedează la îngroșarea nămolului în așa-numitele îngroșătoare sau concentratoare de nămol .Pentru depășirea perioadei de fermentare acidă, a nămolului, în care reducerea materiilor organice și producția de gaz sunt nesemnificative, se poate interveni numai prin metode artificiale. Fermentarea metanică poate fi atinsă într-un timp scurt de la începerea procesului (40-60 de zile), dacă în bazinele de fermentare se introduce, la început, nămol fermetat, provenit de la o altă instalație (circa 15-20 dm3/loc), iar nămolul nefermentat se introduce numai în limite în care pH-ul de fermentare se menține în jurul valorii 7,0; în locul nămolului fermentat se pot introduce frunze uscate. În aceste condiții, tratarea nămolului se numește inocularea sau însămânțarea nămolului.
După amorsarea fermentării, viteza de fermentare sau viteza descompunerii anaerobe este mai slab precizată, în comparație cu cea a descompunerii aerobe a materiilor organice. Menționăm că viteza descompunerii anaerobe este mult mai mică decât a celei aerobe.
Dintre numeroșii factori care influențează procesul de fermentare menționăm, în primul rând, temperatura. Aceasta, la rândul ei, influențează timpul de fermentare și cantitatea de gaz. Ținând seama de temperatura de fermentare a nămolului, se deosebesc trei zone de fermentare:
• zona temperaturilor înalte (50-), în care acționează organismele termofile;
• zona temperaturilor moderate (30-), în care acționează organismele mezofile;
• zona temperaturilor joase (sub ), în care acționează organismele criofile.
Întotdeauna, în stațiile de epurare, fermentarea nămolurilor se realizează în zona temperaturilor moderate.
Temperatura optimă de lucru, în zona mezofilă, este de 30—35°C, scop în care, nămolul este încălzit în bazinele de fermentare.
În decantoarele cu etaj sau în fosele septice se realizează o fermentare în zona temperaturilor joase, deoarece acestea nu sunt încălzite.
Încălzirea, inocularea și amestecul nămolului sunt factori care acționează în paralel cu timpul fermentării nămolului. Pentru a depăși într-un timp cât mai scurt perioada de fermentare acidă, cei trei factori trebuie sa acționeze în același timp Scopul principal al amestecului este acela de a pune în contact și a uniformiza materialul din bazinul de fermentare, respectiv nămolul nou introdus cu cel care este în curs de fermentare. în lipsa amestecului, nămolul mai vechi, care sedimentează mai ușor, rămâne în permanență pe radierul bazinului, în timp ce nămolul proaspăt, de deasupra, lipsit de bacterii anaerobe, fermentează destul de greu. O dată cu amestecul se produce atât uniformizarea temperaturii de fermentare, cât și distrugerea spumei, care se formează la suprafața nămolului din bazin.
La anumite perioade, după ce fermentarea nămolului a atins un regim normal de lucru, nămolul fermentat trebuie evacuat din bazin, timp în care se evacuează si o mică parte din nămolul proaspăt; tehnicile de exploatare sunt însă în măsură să reducă la minimum partea de nămol proaspăt evacuat. Deranjarea fermentării poale apărea numai în condiții speciale, date de prezența unor substanțe toxice (în cantități mari), a detergenților etc. Dacă detectarea acestora nu s-a făcut la timp, bazinul de fermentare trebuie golit și amorsarea, reluată.
Produsele finale ale fermentării nămolului sunt:
– materiile solide totale;
– apa de nămol, inclusiv materiile solide coloidale;
– gaze.
Procesul de fermentare a nămolului se consideră terminat când:
– s-a obținut 90% din producția de gaz teoretică;
– nămolul și-a pierdut o bună parte din apă, este stabil și are un miros aproape imperceptibil.
Fermetarea nămolului conduce la reducerea importantă a volumului. Așa cum rezultă din tabelul 9.1, la finele fermentării, materiile solide totale se reduc de la 54 la 34 gf/loc și zi; cea mai mare parte a reducerii se referă la conținutul de apă, care, de la 95% scade la 87%, astfel încât, cantitatea de nămol (volumul) se reduce la 25%, față de cel inițial (de la 1,08 la 0,26 dm/loc și zi).
Deși în comparație cu nămolul proaspăt, care este vâscos și aderent, s-a produs o scădere importantă a cantității de apă, nămolul fermentat este foarte fluid, pierde ușor apa și nu degajă miros.
În cele mai multe cazuri, construcțiile pentru fermentarea nămolului sunt sub forma unor bazine închise (din beton armat), așezate parțial sub nivelul solului, pentru a menține căldura necesară unei bune fermentări; bazinele deschise sunt mai rar folosite.
5.4.3. Fermentarea anaerobă de contact
Creșterea demografică, de la 3miliarde în 1960 la 5,7 miliarde în 1994 cu șanse de a depăși 6 miliarde în anul 2000 și 8 miliarde în 2025,cât și migrarea populației către orașe, fac ca apele uzate și nămolul din marile aglomerări constituie un puternic factor poluant. Se impune deci, dezvoltarea capacităților și modernizarea tehnologiilor din stațiile de epurare orășenești, pentru prelucrarea nămolului, precum și găsirea soluțiilor ecologice de încadrare a lui în mediul natural.
Se apreciază că, la noi în țară, se, evacuează anual peste 10 mii km3 ape uzate, din care 5.500 km ape de răcire, poluate termic și restul – poluate chimic sau biologic, iar cantitatea de nămol uscat este de circa 150 mii tone, anual.
Deoarece nămolul orășenesc conține cantități importante de elemente fertilizante, în medie, azot, fosfor (PO), potasiu (K20), raportat la de nămol deshidratat, se recomandă utilizarea acestui îngrășământ pentru terenurile agricole. Cercetările făcute atât în țările cu tehnologii avansate, cât și în țara noastră, au dus la concluzia că aplicarea lui, ca îngrășământ, pe terenurile agricole reprezintă cel mai rațional și economic mod de folosire.
Una din condițiile necesare pentru împrăștierea nămolurilor pe terenurile agricole, precum și pentru depozitarea sa, este stabilizarea cu rol de descompunere a compușilor organici, pentru eliminarea riscurilor generate de procesele de putrefacție necontrolată.
Între procedeele de stabilizare a nămolului, potrivit tehnologiilor actuale, se citează fermentarea aerobă și fermentarea anaerobă, ultima fiind utilizată în majoritatea stațiilor de epurare. În ultima perioadă, între tehnologiile de fermentare anaerobă se citează, ca procedeu nou, dar negeneralizat în practică, fermentarea anaerobă de contact.
5.4.3.1. Stabilizarea anaerobă a nămolurilor orășenești
Pentru stabilizarea nămolurilor în stațiile mari de epurare se folosește în mod frecvent procedeul anaerob mezofil, la o temperatură de 30-, în digestoare dimensionate pentru un timp hidraulic de 15-20 zile, specific vitezelor mici de dezvoltare a biocenozei metanogene.
Bioconversia anaerobă metanică se desfășoară, potrivit lui McCarty (fig. 5.3), în trei etape.
În prima etapă, cea de „hidroliză + acidogeneză", moleculele organice mari sunt solubilizate și scindate în unități mici (acizi grași volatili, alcooli, aldehide), accesibile la rândul lor microorganismelor de fermentație acidogenă.
În faza a doua, „acetogeneza", moleculele mici, obținute în faza anterioară, sunt transformate în acetați sau hidrogen și bioxid de carbon.
În faza a treia, „metanogeneza", compușii acetat, hidrogen și bioxid de carbon sunt bioconvertiți în metan, potrivit relațiilor:
CH3-COOH→CH4+C02
C02+4HO→CH4+H20.
Dacă bacteriile specifice primelor două etape sunt facultativ anaerobe, cele me-tanice sunt strict anaerobe, necesitând un potențial redox scăzut, de -400 ÷ -500 mV și un pH optim de 7,0÷7,5 cu valori limită de 6,6÷8. În funcție de temperatura ecosistemului,bacteriile metanogene au timp de generare(dublare) foarte lung,de 4÷35 zile . Acest parametru are și un efect selectiv asupra biocenezei metanogene. Din acest punct de vedere se evidențiază trei regimuri dependente de temperatură:
– criofil, cu temperatura optimă de și durata de dublare de 35 zile;
– mezofil, cu și, respectiv 10 zile;
– termofil, cu și, respectiv 4zile.
Figura 5.3. Stadiile bioconversiei anaerobe a substanțelor organice.
Spre deosebire de bacteriile metanogene, care au o viteză de dezvoltare redusă, bacteriile nemetanogene au o viteză de dezvoltare de 5-6 ori mai mare, fapt ce face ca rata de dezvoltare a metanogenelor să fie considerată ca factor limitativ al vitezei de mineralizare, determinând în mod practic durata procesului de stabilizare și, ca urmare, volumul digestoarelor. Cunoașterea, chiar și parțială, a biologiei proceselor de fermentare metanică a condus la promovarea în practică a următoarelor procedee de stabilizare anaerobă a nămolurilor:
– fermentarea criofilă în fose septice sau în decantoare etajate, tip Imhoff, cu o încărcare de 0,25- s.v./m3 și zi;
– fermentarea de mică încărcare, în regim criofil sau mezofil, dar cu aport energetic exterior, cu agitare, pentru încărcări de până la s.v./m și zi;
– fermentarea de mare încărcare, într-o singură treaptă, nămolul fiind menținut la o temperatură constantă de 30-, pe o durată egală cu timpul de retenție celulară, cu omogenizare continuă. Încărcarea digestorului poate oscila între 0,8 și s.v./m și zi, conducerea procesului făcându-se prin reglarea vitezei de alimentare cu nămol brut, în funcție de viteza dezvoltării și menținerii concentrației optime de floră etanogenă;
– fermentarea în două trepte, prima treaptă fiind destinată reacțiilor de hidroliză și acidizare, iar cea de-a doua, reacției de metanogeneză.
Cel mai frecvent procedeu folosit în practică, pentru instalații mari, este cel de mare încărcare, cu o singură treaptă, exploatat la temperaturi de 30-.
Pornind de la faptul că descompunerea metanică a substratului se produce în timpi de reacție mari și, deci, în volume mari, care necesită atât fonduri importante de investiție, cât și consumuri energetice mari pentru menținerea temperaturii, asemănător procedeului de epurare aerobă cu nămol activ, se propune analiza fermentării metanice de contact, deci cu recircularea nămolului metanogen după separarea supernatantului, prezentată în figura 5.4.
Figura 5.4 Schema tehnologică a fermentării anaerobe de contact.
5.4.3.2. Cinetica proceselor de fermentare metanică de contact
Spre deosebire de procesele de epurare la care substratul este caracterizat prin CBO sau CCO, iar biomasa este în mod convențional acceptată ca fiind egală cu concentrația în substanță volatilă din nămolul activ, în cazul fermentării metanice de contact concentrația de substanță volatilă, singurul indicator care se poate determina pentru nămol, exprimă atât substratul, cât și masa biologică. Din acest motiv, se propune ca, în continuare, substratul să se exprime prin indicatorul „substanță volatilă", iar masa anaerobă metanică prin producția de gaz (exprimată în mod indirect). Rata de producere a biogazului se consideră (aprioric) ca fiind proporțională cu concentrația în masa biologică metanică x, cu volumul digestorului și cu rata de transformare a substratului, potrivit relației:
Substituind r și r prin relațiile de definiție:
Rezultă:
unde:
– factor de proporționalitate, specific condițiilor de lucru.
Studiul procesului de fermentare anaerobă, în laborator, implică urmărirea următorilor parametri:
– producția zilnică de biogaz și volumul cumulat în timp. Din curba integrată a producției de biogaz rezultă viteza de producere a biogazului, Vb:
– reducerea substratului, exprimată prin evoluția parametrului „substanță volatilă", determinat în procente de substanță uscată, respectiv în mg/l, potrivit relației:
Pe baza elemetelor de mai sus se poate exprima:
• raportul dintre rata (viteza) de producere a biogazului și rata (viteza) de reducere a substratului, raport care poate fi interpretat ca un randament momentan de transformare a substratului în biogaz, pentru unitatea de timp dt ,potrivit relației:
• raportul dintre volumul integral de biogaz, din momentul de referință T, până la timpul T și cantitatea de substanță volatilă redusă în intervalul analizat (T … T), potrivit relației:
,
exprimat în [Nm/kg s.v.redusa), unde: kT este denumit coeficient total de transformare a substratului în biogaz.
Coeficientul global de transformare a substratului, kȚ, are două valori importante:
• kmax -care dă o imagine asupra producției maxime de biogaz, posibilă prin digestia anaerobă;
• k care exprimă valoarea economică (practică) a coeficientului.
Pentru procedeele clasice de fermentare în regim mezofil, coeficientul de transformare, k, a atins valori de 0,6-0,9 Nm3/kg s.v. red., pentru un timp de fermentare de 15-20 zile.
Pentru exprimarea matematică a procesului de fermentare anaerobă de contact, transformările substratului și biomasei din reactor sunt reprezentate în figura 5.6, folosindu-se următoarele notații:V – volumul reactorului;
X – concentrația biomasei metanogene;
Q – debitul de nămol brut influent;
QR – debitul de nămol îngroșat recirculat;
Qw – debitul de nămol îngroșat evacuat în exces;
X – concentrația de nămol activ în supernatant;
L – concentrația substratului în influent;
L- concentrația substratului în efiuent, egală cu concentrația substratului în reactor;
Y – factorul de creștere a nămolului, egal cu raportul: Y=r/rL
rx – creșterea biomasei (dX/dt);
V – volumul de biogaz produs.
Figura 5.6. Diagrama sistemului de descompunere a substratului organic din nămol, prin procedeul de contact.
5.4.3.3. Ecuațiile de bilanț pentru substrat și biomasă
Substratul
Descreșterea substratului din influent, exprimată prin, termenul VC{dL/dt), rezultă din:
– cantitatea de substrat influent – QL0, din care se scade;
– cantitatea de substrat îndepărtată prin metabolizare și producție de biogaz:
– cantitatea de substrat evacuat în efluent – (Q – Q) sau:
Prin explicitarea termenilor, ecuația ia forma:
,
iar prin regrupare:
• Biomasa
Creșterea de biomasă din reactor, exprimată prin termenul V(dXldt), rezultă din:
– creșterea de biomasă formată din degradarea substratului, , din care se scade;
– cantitatea de biomasă pierdută prin respirație endogenă, kDXV;
– cantitatea de biomasă evacuată din reactor, {Q – Q)XE + QX, cuX=0;
– cantitatea de biomasă din nămolul recirculat, (Q – Q) X, respectiv:
Prin regrupare, ecuația devine:
Din această ecuație, la limită, pentru (dX/dt) = 0, rezultă:
Deoarece vârsta nămolului este reprezentată de relația:
rezultă:
Din expresia finală a substratului, la limită pentru dL/dt =0, rezultă:
sau
Combinând cele două expresii ale lui , rezultă:
sau
Prin definiție:
sau
Considerând că timpul hidraulic:
și exprimând debitul de nămol îngroșat în exces ca fracție „a” din debitul Q, respectiv:
Rezultă:
Exprimând viteza specifică de creștere a biomasei μ, în funcție de concentrația substratului din efluent L, rezultă:
sau, prin inversarea termenilor:
Exprimat în funcție de , raportul 1/μ devine:
Prin echivalarea ecuațiilor anterioare, rezultă:
sau
Concluzii:
a) Pentru construcția modelului matematic propus pentru reprezentarea proceselor de fermentare anaerobă de contact a nămolurilor orășenești, s-a propus acceptarea unui parametru specific metanogenezei, denumit coeficient de transformare, kȚ, care exprimă volumul specific de biogaz, rezultat din descompunerea unității de substanță volatilă conținută în substrat.
b) în scopul eliminării dificultăților generate de reprezentarea substratului și a biomasei în anaerobioză, prin același parametru, substanța volatilă, se formulează unele ipoteze simplificatoare.
c) Modelul matematic, procedeele și metodele de analiză propuse, constituie un instrument util pentru studiul fermentării anaerobe de contact, precum și a proceselor de epurare anaerobă a apelor uzate cu încărcare organică mare, prin procedeul de contact.
5.4.4. Gazul de nămol
Gazul de nămol este produsul cel mai important al fermentării nămolului.
Utilizarea lui în stația de epurare conduce la satisfacerea, aproape în totalitate, a energiei necesare epurării.
5.4.4.1. Caracteristici și debite ale gazului de nămol
Gazul de nămol conține aproximativ 30% bioxid de carbon și 70% metan și, în cantități mici, câteva procente de azot, oxigen, hidrogen sulfurat, vapori de apă etc.
El este greu de identificat, deoarece nu are miros; amestecat cu mercaptan, care îi dă un miros specific, devine ușor detectabil.
Considerând greutatea specifică a aerului 1,0 greutatea specifică a metanului este 0,553 kgf/m3, iar a bioxidului de carbon 1,529 kgf/m3.
Aerul necesar combustiei metanului este de 9,5 m/m3 de gaz metan.
Hidrogenul sulfurat conținut în gazul de nămol este foarte toxic; prin miros pot fi sesizate cantități de 0,001%, iar la concentrații de 0,1% este otrăvitor. în urma fermentării unor nămoluri provenite din unele ape industriale (cum ar fi cele de la fabricile de celuloză și hârtie), rezultă cantități mari de hidrogen sulfurat, cazuri în care este necesară îndepărtarea lui, operația realizându-se cu ajutorul epuratoarelor de gaz, filtre pe mai multe niveluri, având ca material filtrant hidroxidul de fier (pilitura de fier).
Debitele de gaz depind, în mare măsură, de temperatura de fermentare; cu cât temperatura este mai mare, cu atât și cantitatea de gaz este mai mare. Puterea calorică, corespunzătoare gazului metan, este cu atât mai mare cu cât cantitatea de materii solide organice totale este mai mare. în tabelul 5.4 sunt prezentate debitele de gaz și puterile calorice repective, rezultate în urma fermentării nămolurilor menajere, provenite din diferite trepte de epurare.
În cea mai mare parte, gazul rezultat se folosește pentru încălzirea din bazinele de fermentare, cu apă caldă, abur etc; el se mai utilizează pentru încălzirea încăperilor din stație, pentru becurile de gaz ale laboratoarelor etc.
Una din folosințele principale ale gazului este producerea de putere prin intermediul motoarelor cu gaz cu combustie internă, necesară pentru punerea în funcțiune a generatoarelor de curent electric, a pompelor, compresoarelor de aer sau a altor motoare din stația de epurare. La motoarele cu gaz se consumă aproximativ gaz/kWh. în același scop este utilizat și gazul rezultat în stațiile mari, din incinerarea reținerilor de pe grătare sau din bazinele de flotare, precum și a nămolului fermentat.
Tabelul 5.4 Debite și puteri calorice ale gazului provenit din bazinele de fermentare care tratează nămoluri menajere
5.4.5. Tratarea și îndepărtarea nămolurilor
Principalele obiective ale tratării nămolului sunt:
• reducerea volumului acestuia, în continuare, prin deshidratare;
•stabilizarea, micșorarea sau reducerea completă a pericolului prezentat de nămolul fermentat, din punct de vedere sanitar;
• realizarea unor condiții corespunzătoare utilizării lui etc.
Cantitatea de nămol care trebuie tratat, precum și cea rezultată ca urmare a diferitelor tratări, sunt prezentate în tabelul 9.1.
În procesul de tratare a nămolurilor se deosebesc trei faze sau tipuri de tratare: preliminare, în scopul pregătirii (îngroșării) nămolului, în vederea tratării ulterioare; deshidratare și deshidratare avansată.
5.4.5.1. Tratări preliminare
Acestea se realizează prin următoarele procedee: îngroșare, elutriere, coagulare, centrifugare.
Îngroșarea se produce în așa-numitele îngropătoare sau concentratoare de nămol și este practicată uneori, și înainte de a se introduce nămolul în bazinele de fermentare. Îngroșătoarele de nămol sunt asemănătoare decantoarelor radiale, având prevăzute, pentru accelerarea îngroșării, o serie de bare metalice, perpendiculare pe radier, care se rotesc cu o viteză de 1 rot/h. În lungul lor, barele favorizează îngroșarea nămolului prin facilitarea circulației apei spre suprafață, împiedicând formarea pungilor de gaze de fermentație. Îngroșătoarele pot reduce volumul de nămol inițial, până la jumătate.
Îngroșătoarele de nămol se dimensionează pentru o încărcare superficială de maximum 0,75 m /m și h sau materii solide în suspensie, decantabile/m2 și zi. Adâncimea la perete a îngroșătoarelor de nămol radiale nu trebuie să depășească iar radierul trebuie să aibă o înclinare către centru mai mare ca a decantoarelor radiale (adâncimea la centru este de maximum ). Timpul de decantare la îngroșătoare este de circa 3 ore.
Elutrierea nămolului are scopul de a îndepărta din nămolul fermentat, coloizii și particulele fin dispersate, ceea ce conduce la scăderea rezistenței specifice la filtrare, respectiv la o eficiență mai mare a filtrării nămolului. De asemenea, prin elutriere se micșorează alcalinitatea nămolului, necesară în special când se prevede folosirea de coagulanți pentru condiționarea nămolului (cazul vacuumfiltrelor).În acest caz, elutrierea conduce la reducerea cantității de coagulant. În timpul fermentării nămolului, ca o consecință a formării de amoniac, acizi organici și bicarbonați, se constată creșterea alcalinității. Procedeele de elutriere a nămolului sunt:
– într-o singură treaptă, respectiv un singur bazin, unde are loc și sedimentarea nămolului, procesul fiind intermitent;
– în două sau mai multe trepte, respectiv mai multe bazine, folosindu-se apă curată, pentru spălare, în fiecare treaptă;
– în contracurent, proces continuu de spălare, în care apa circulă în contracurent cu nămolul, apa proaspătă de spălare introducându-se în cea de-a doua treaptă, de unde se scoate și nămolul elutriat.
Ca apă de spălare se utilizează apă uzată, epurată biologic, apă de râu, de rețea etc.
Apa de spălare, împreună cu nămolul, se amestecă într-o cameră de amestec, prevăzută cu amestecător mecanic, timp de 20 – 90 s; amestecul trebuie să fie suficient de puternic, pentru a ține în suspensie nămolul, evitând în același timp distrugerea flocoanelor naturale, care se formează. Un amestec bun se poate realiza și în timpul pompării apei și a nămolului spre bazinele de elutriere.
Forma în plan a bazinelor de elutriere este circulară sau pătrată, fiind asemănătoare cu îngroșătoarele de nămol, având de cele mai multe ori și bare metalice verticale. Pentru evitarea aglomerărilor de nămol, care depășesc mai mult de jumătate din înălțimea bazinului, este necesar ca evacuarea nămolului elutriat să se facă cu regularitate.
În funcție de natura nămolului, de alcalinitatea sa și a agentului de elutriere, precum și de metoda de elutriere se va stabili cantitatea de apă de spălare.
Dimensiunile bazinelor de elutriere depind de numeroși factori. Astfel, tratarea prin elutriere a nămolului primar fermentat necesită bazine mai mici decât cele folosite, de exemplu pentru nămolurile primare fermentate în amestec cu nămoluri fermentate în exces. Nămolurile cu procente mici de materii solide totale, organice, au densitatea inițială mai mare decât cele cu procente mari și, de aceea, elutrierea este mai dificilă.În comparație cu celelale metode, cele mai mici cantități de apă de spălare, sunt necesare folosind metoda în contracurent. Modul de exploatare, continuu sau intermitent, influențează de asemenea dimensiunile bazinelor de elutriere.
Încărcarea maximă a unui bazin de elutriere trebuie să rămână sub 32 m3/m și zi, iar timpul de staționare a apei în bazin este de circa 4 ore și nu trebuie să coboare sub 3 ore.
Coagularea sau condiționarea chimică a nămolului are drept scop modificarea structurii nămolului, aceasta conducând la micșorarea rezistenței specifice la filtrare și ușurarea sarcinii de deshidratare a nămolului în filtrele presă sau cu vacuum.
Pentru condiționarea chimică a nămolului se utilizează, în general, coagulanți similari celor folosiți pentru apele uzate, adică săruri de aluminiu (sulfat de aluminiu, clorură de aluminiu), săruri de fier (sulfat feros, sulfat de fier clorurat, clorură ferică) ș.a. Acești electroliți se utilizează singuri sau asociați cu var. Rezultate bune s-au obținut și cu polielectroliți organici anionici și cationici.
Dozele de coagulant se stabilesc pentru fiecare tip de.nămol, prin cercetări de laborator. Cercetări efectuate asupra diferitelor tipuri de nămoluri au arătat că dozele de coagulant depind, în principal, de proveniența și caracteristicile chimice ale nămolurilor și că acestea variază între 1 – 10% (procente în greutate, față de materiile solide totale, uscate, din nămol).
Dozele optime de coagulant pentru nămoluri, la fel ca și pentru apele uzate, se determină în laborator și, uneori, cu ajutorul diferitelor formule, recomandate de literatura de specialitate.
Polielectroliții organici, cationici sau ionici, produc la doze mici, o floculare rapidă a nămolurilor, turtele de nămol, rezultate în urma filtrării acestuia, având umiditatea mai mică decât în cazul folosirii coagulanților chimici. În prezent, aceștia au dezavantajul unui preț de cost ridicat.
5.4.5.2. Deshidratarea
Deshidratarea nămolurilor continuă procesul de reducere a procentului de umiditate a nămolurilor.
Deshidratarea se realizează prin:
– procedee naturale (pe platforme de uscare și iazuri de nămol); sunt folosite când cantitățile de nămol, nu sunt prea mari și se dispune de suprafețe mari de teren;
– procedee artificiale (pe filtre presă, pe filtre cu vacuum, în centrifuge etc); sunt aplicate în cazul tratării unor cantități mari de nămol și necesită, întotdeauna, tratări preliminare.
Platformele pentru uscarea nămolului sunt construcții executate la suprafața solului, caracterizate prin natura stratului de susținere. Din acest punct de vedere, se deosebesc:
– platforme cu strat de susținere impermeabil, executate în cazul unor soluri permeabile, a căror infestare ar putea produce prejudicii;
– platforme cu strat de susținere permeabil.
Deshidratarea se realizează ca urmare,a infiltrării (drenării) în sol și evaporării apei din nămol. Platformele de nămol trebuie așezate la distanțe de cel puțin de locuințe, deoarece mirosul care rezultă în timpul deshidratării este neplăcut.
Alegerea procedeului de deshidratare pe platforme este condiționată de posibilitatea obținerii de suprafețe mari pentru construcția acestora; pentru un număr de 15.000 – 20.000 de locuitori deserviți, suprafețele necesare sunt atât de mari, încât folosirea filtrelor presă sau vacuum este mai avantajoasă. Platformele sunt recomandate, în același sens, în zonele cu precipitații mici, cu perioade scurte de îngheț, pentru a putea fi folosite aproape tot timpul anului, acolo unde nivelul apei subterane nu este prea aproape de suprafața solului, unde există posibilitatea trimiterii nămolului pe platforme, prin gravitație etc.
Platformele impermeabile se execută pe straturi de argilă de 20 – grosime sau din beton, în grosime de , peste care se așează stratul de susținere drenant.
Pentru platformele cu curățare manuală, lățimea platformelor de uscare trebuie să rămână sub 4-, iar pentru, cele cu curățare mecanică, maximum . Lungimea uzuală a platformelor, deși nu este limitată, variază între 15 și 45 de metri. Compartimentarea platformelor pentru obținerea lățimilor și lungimilor de mai sus se realizează prin diguri de pământ, înalte de 30 – și, de obicei, prin garduri de beton prefabricate. Pentru exploatarea eficientă a platformelor, când suprafața depășește 150 m, acestea trebuie să aibă cel puțin două compartimente (de obicei, există trei compartimente).
Accesul nămolului pe platformele de dimensiuni mai mari se face prin tuburi de oțel cu diametre de cel puțin ; pentru platforme cu dimensiuni mai mici, accesul se poate face și prin jgheaburi cu secțiune semicirculară. Viteza nămolului în jgheaburi și conducte trebuie să fie mai mare de 1,0 m/s.
Nămolul de pe platforme poate fi curățat manual, cu lopata, iar evacuarea lui se poate realiza cu roaba sau vagonetul, și mecanic, cu ajutorul excavatoarelor, a mașinilor speciale etc. Transportul se face cu canioane, electrocare.etc.
La fiecare umplere a platformei de uscare, înălțimea nămolului este de circa , considerându-se, în medie, 9 umpleri pe an; dacă platformele sunt acoperite, numărul de umpleri poate crește până la 15.
Referitor la proiectarea platformelor de uscare a nămolului, menționăm că suprafața acestora este în funcție de felul nămolului și condițiile climatice, sistemul de canalizare din care provin apele uzate și caracteristicile acestor ape, alcătuirea stației de epurare etc. Timpul de deshidratare a nămolului pe platforme depinde, în cea mai mare măsură, de grosimea stratului de nămol stabilit la fiecare umplere. Acest timp este mai mic în zonele cu însorire puternică, ploi puține și umiditate relativă mică. La stabilirea suprafeței platformelor trebuie să se țină seama și de influența vântului, care condiționează evaporarea apei din nămol. Umiditatea nămolului evacuat de pe platforme este de 55 – 75%.
În tabelul 5.5 sunt prezentate suprafețele necesare platformelor de uscare, pentru toate categoriile de nămoluri fermentate.
Tabelul 5.5 Suprafața platformelor de uscare pentru diferite categorii de nămoluri
Vacuumflltrele constau dintr-un tambur cu diametrul de 1,5 – sau chiar mai mult, pe a cărui suprafață laterală este așezat filtrul.
Tamburul este scufundat într-o baie de nămol, în proporție de 15 – 40% din suprafața lui laterală, și se rotește orizontal, cu o viteză de 1 rot/min. Nămolul din baia de nămol este agitat mecanic, cu o viteză de 10-15 rot/min, împiedicându-se astfel depunerea lui în baie. Spațiul din interiorul tamburului este compartimentat în lungul acestuia, formând o serie de celule longitudinale, care pot fi supuse la diferite presiuni. Vacuumul format în interiorul celulelor face ca nămolul din baie să se prindă la exteriorul filtrului, de unde este îndepărtat de un răzuitor. Dacă, la acțiunea răzuitorului, nămolul nu se desprinde ușor de filtru, se creează în interiorul tamburului, o presiune care împinge și dezlipește turta. în funcție de vacuumul care se realizează în interior, turtele de nămol au grosimi de 4 – . Transportul turtelor la exterior, se face cu ajutorul unei bande transportoare. Apa rezultată din filtrare este evacuată printr-o conductă așezată în axul tamburului și trebuie înapoiată în stația de epurare, deoarece are un CB05 mare.
Vacuumul necesar (400 – CA) este realizat de pompe de vacuum, care consumă aproximativ 1,5 kW/m de suprafață filtrantă. în funcție de dimensiunile tamburului, puterea de antrenare a acestuia variază între 4-6 kW, iar a agitatorului între 2 și 4 kW.
Consumul total de energie al vacuumfiltrelor este de aproximativ 6 kW/m3 de nămol supus filtrării.
În prealabil, nămolul supus filtrării trebuie tratat. Se recomandă ca această operație să se realizeze astfel:
– cu 2,5% clorură de fier, pentru nămolul proaspăt fermentat;
– cu 7% clorură de fier, pentru nămolul în exces.
Nămolul și clorură de fier sunt considerate în cantități uscate.
Uneori, este necesar să se adauge 7 – 10% var. Dacă, în prealabil, se procedează la elutrierea nămolului, cantitatea de clorură de fier se micșorează.
Filtrul este executat dintr-o țesătură de bumbac, lână, fibre sintetice etc. Durata de utilazare a unei pânze filtrante este de 1 – 2 luni, perioadă după care aceasta trebuie curățată prin periere, cu ajutorul aburilor sau a diferitelor soluții chimice.
Productivitatea vacuumfiltrelor se situează între 10 și 30 kgf substanțe solide în suspensie, uscate, în greutate/h și m. .,
Umiditatea nămolului (a turtei) ajunge, după vacuumfiltrare, la 65 – 70%. Când provin din nămolul fermentat, turtele sunt fără miros; cele provenite din nămol nefermentat, dacă apele uzate au avut un pronunțat caracter industrial (de exemplu, din industria anorganică), sunt de asemenea lipsite de miros.
Vacuumfiltrele fabricate la noi în țară au suprafețele de 5, 10, 40 și 80 m .
Filtrele presă au fost primele instalații artificiale folosite pentru deshidratarea nămolului fermentat. O perioadă de timp, datorită consumului mai mare de coagulanți, în comparație cu vacuumfiltrele, precum și datorită numeroaselor manevre de încărcare și descărcare a filtrelor, acestea au fost mai puțin folosite. O dată cu automatizarea manevrelor, ele și-au recâștigat importanța, în special datorită umidității mai mici a turtelor obținute în aceste filtre (50 – 65%), în comparație cu cele obținute cu ajutorul vacuumfiltrelor (65 – 70%).
Un filtru presă este constituit dintr-o serie de camere, formate din cadre metalice, pătrate sau circulare, pe care se așază filtrul propriu-zis. Dimensiunile cadrelor pot fi, de exemplu, de 1,5 x . Un filtru este format din 30, 40, 50 și chiar 100 de camere.
Volumul util pentru 100 de camere, de exemplu; poate ajunge la , respectiv o suprafață de filtrare de circa .
Presiunea de filtrare variază între 6 și 8 at, în funcție de caracteristicile nămolului și durata ciclului de filtrare, care, la rândul ei, depinde de natura nămolului, presiunea necesară etc., variind între 1 și 2 ore (inclusiv timpul de filtrare și de încărcare-descărcare a nămolului). Nămolul, introdus printr-un tub central, intră în spațiile de presare și, apoi, în camere. După trecerea timpului de filtrare, camerele se desfac, iar turtele cad pe o bandă transportoare sau în buncăre.
Capacitatea de filtrare a filtrelor presă variază între 5 și 15 kgf substanțe solide în suspensie/m2 și h. Necesarul de energie electrică este de 3 kWh/m3 nămol introdus în filtru, pentru prelucrare.
5.4.5.3. Deshidratarea avansată
Problema tratării și îndepărtării nămolurilor, mai ales în stațiile mici de epurare, este rezolvată doar parțial, atât prin procedeele naturale, cât și prin cele artificiale de deshidratare a nămolurilor. După deshidratare, în instalațiile menționate nămolul mai conține cantități importante de materii organice, umiditate, respectiv volumul acestuia este mare și periculos din punct de vedere sanitar.
Instalațiile moderne de deshidratare și îndepărtare a nămolurilor urmăresc o reducere mai mare a materiilor organice, în comparație cu reducerea obținută prin metodele clasice și chiar reducerea completă a acestora. Reducerea avansată a materiilor organice se obține prin tratarea termică a nămolului și prin oxidarea umedă, în timp ce reducerea completă a materiilor organice se realizează prin arderea pe pat fluidizat și prin incinerare. La primele trei procedee se tratează nămol nefermentat (se elimină, deci, instalațiile de fermentare a nămolului), iar la ultimul procedeu – nămol fermentat și deshidratat în filtre.
Tratarea termică a nămolului se face, îndeosebi, prin procedeul Porteous. După tratare, nămolul brut, cu umiditate de 96%, are un volum de numai 8% din cel inițial, umiditatea 90%, este consistent și ușor de manevrat. În timpul procesului de tratare, nămolul: – este supus la temperaturi înalte;
– își pierde calitățile inițiale;
– sedimentează foarte ușor în îngroșătorul de nămol final.
Dacă, după tratare, nămolul este trecut prin filtre presă, umiditatea este de 50 – 55%. întregul proces de tratare termică, inclusiv filtrarea, durează circa 4 ore.
Oxidarea umedă a nămolului se realizează după procedeul Zimpro, care se bazează pe faptul că toate substanțele combustibile aflate în apă, în suspensie sau dizolvate, se pot oxida în intervalul de temperaturi 120 – . Procesul de oxidate umedă se desfășoară în trei faze:
a) în prima fază se realizează prelucrarea nămolului;
b) în faza a doua, nămolul adus la o presiune de 20 at, este încălzit până la temperatura de 160ºC, pentru a fi oxidat;
c) în faza a treia are loc filtrarea nămolului în filtre cu vacuum.
Turtele de nămol: – au o umiditate de 60-65%;
– sunt sterile;
– nu conțin germeni patogeni;
– nu au miros.
Arderea nămolului pe pat fluidizat se realizează, de cele mai multe ori, după procedeu! Fluo-Solid. Patul fluidizat, aplicat de mult timp. în industrie, este constituit din nisip de siliciu cu granule uniforme; el este încălzit și ținut în suspensie printr-un curent de gaz (de obicei, aer). Într-o primă fază de preparare, se realizează deznisiparea nămolului și îngroșarea lui. În faza a doua, nămolul este deshidratat în vacuumfiltre sau centrifuge. În faza a treia, a combustiei, nămolul este ars pe pat fluidizat, folosindu-se, la început, pentru încălzire, un combustibil, apoi procesul continuă prin autocombustie. În faza a patra, tratarea gazelor și separarea substanțelor solide se realizează cu ajutorul unei instalații de spălare, în care se produce separarea gazului de cenușă.
Incinerarea nămolului, practicată de peste 50 de ani, se realizează în furnale de tip Nichols Herreshoff, având diametre de 5 – , înălțimi de 10 – și capacități de prelucrare a nămolului de 6 – 9 m3/h. Turtele de nămol fermentat, rezultate de la filtre, sunt concasate și apoi introduse în furnale, pe la partea superioară. Nămolul de aici cade pe o serie de cuptoare (6 – 9), unde este ars la temperaturi de 400 – . Gazele rezultate în timpul combustiei trec, de sus în jos, prin turnuri și scrubere de răcire și ajung, apoi, în atmosferă. Cenușa rezultată la incinerare este transportată în afara stației de epurare.
5.4.6 Îndepărtarea și valorificarea nămolurilor
Nămolurile rezultate în urma deshidratării sunt îndepărtate din stația de epurare, putând fi depozitate în gropi (foste cariere de cărămidă sau nisip), în depresiuni, în mare sau pot fi răspândite pe terenurile agricole, pentru fertilizarea acestora. În Marea Britanie, în orașe mari (Manchester, Glasgow, Liverpool), nămolul deshidratat se evacuează în mare, la 15 – de coastă, fără a prejudicia viața acvatică.
Deși valoarea ca îngrășământ necesar solului este destul de mică, întrebuințarea nămolului în agricultură este practicată în numeroase ocazii. Azotul, fosforul sub formă de acid fosforic (PO) și potasiul sub formă de oxid de potasiu (K20) au acțiuni fertilizatoare asupra solului; nămolul mai conține, în plus, și o bună parte din substanțele organice inițiale. Azotul ajută,în special, la dezvoltarea frunzelor și a tulpinei, fosforul – la formarea rădăcinilor, iar potasiul – la producerea de clorofilă. Humusul format de substanțele organice mărește capacitatea solului de a reține apa, de a rezista la eroziune și de a constitui un substrat pentru bacterii.
Valoarea fertilizatoare a nămolului depinde, în mare măsură, de stadiul de tratare, respectiv de proveniența lui. Nămolul nefermentat conține organisme patogene și, din acest punct de vedere trebuie luate măsuri de protecție sanitară la manipularea și folosirea lui; însă, are valoare fertilizatoare mai mare decât nămolul fermentat (de exemplu, nămolul fermentat conține 40 – 50% mai puțin azot decât nămolul proaspăt). După răspândirea nămolului (atât fermentat, cât și proaspăt) pe terenurile agricole, acestea trebuie arate, folosirea lor fiind interzisă pentru plante ale căror rădăcini, frunze etc. se consumă în stare proaspătă. Din punct de vedere sanitar, nămolurile deshidratate prin tratare termică sau oxidare umedă sunt mai puțin periculoase.
Folosirea compostării nămolului fermentat sau nefermentat conduce la obținerea unui produs de calitate superioară, din punct de vedere fertilizator, adăugându-se, eventual, și producția de metan. La compostarea nămolului trebuie să se adauge materii uscate, care favorizează trecerea aerului prin straturile de compost, în acest sens se folosește, de obicei, un amestec de nămol și 75 kgf turbă. O compostare mult mai bună se realizează amestecând nămolul cu gunoi menajer, astfel încât, umiditatea amestecului să fie de 40 – 50%. Gunoiul asigură amestecului o proporție favorabilă de carbon și azot, de circa 15:1, furnizând carbonul care lipsește nămolului.
În mod natural, compostarea nămolului se realizează în grămezi-depozite, în care temperatura se ridică, spontan, la .'în timpul fermentării, conținutul de apă scade, iar germenii sunt distruși.
Uneori, se preferă compostarea artificială, realizată într-un tambur stabilizator, în care nămolul este ținut timp de o zi, la temperatura de . Materialul rezultat este mărunțit și așezat în grămezi de înălțime, de unde, după câteva zile de fermentare anaerobă, poate fi folosit ca îngrășământ.
Nămolul mai poate fi valorificat pentru producerea de proteine (sub forma unor turte de nămol cu 10% umiditate, folosite pentru hrana păsărilor și a altor animale), fabricarea drojdiei furajere, producerea vitaminei B12, producerea de brichete pentru încălzire etc [Ianculescu O./2001].
Fișa tehnică nr.1
Denumirea utilajului: decantor primar
Instalația: Proiectarea tehnologică a unei stații de epurare a apelor uzate urbane
Parametrii funcționali:
-viteza de sedimentare 1,5m/h;
-viteza de circulație a apei 36m/h;
-reținerea solidelor 172,996.
Parametrii constructivi:
-volumul spațiului de depozitare 2268 m;
-suprafața transversală 756,1289m;
-suprafața orizontală 31,5 m;
-înălțimea totală 3,84m;
-lățimea decantorului 1,05m;
-numărul de compartimente 0,3;
-volumul total de nămol depus 123,5347 m;
-material de construcție din oțel inoxidabil.
Prescripții tehnice:
-pozitie de montaj, orizontal.
Fișa tehnică nr.2
Denumirea utilajului: decantor secundar (decantor radial)
Instalația: Proiectarea tehnologică a unei stații de epurare a apelor uzate urbane
Parametrii funcționali:
-încărcarea superficială în decantor 1,2 m/ m h;
-timpul de decantare 4h;
-debitul de recirculare 0,1323 m/s;
-debitul de calcul 0,315 m/s.
-reținerea solidelor în decantor 112,8967.
Parametrii constructivi:
-suprafața utilă a decantorului radial;
-înălțimea utilă ;
-volumul decantorului 6441,12 m;
-volumul de nămol reținut m3/zi;
-material de construcție din oțel inoxidabil.
Prescripții tehnice:
-pozitie de montaj, orizontal.
Capitolul VI
Construcții și instalații prevăzute în cadrul stației de epurare municipale
6.1 Construcții și instalații pentru coagularea suspensiilor din apă
Procesul de coagulare aa suspensiilor din apă cuprinde trei operații distincte:
-prepararea și dozarea;
-amestecul;
-reacția propriu-zisă.
În prima etapă a procesului de coagulare -prepararea și dozarea coagulanților- coagulanți sunt furnizați sub formă lichidă sau solidă. Uneori, fiind livrați sub formă de bulgări sau plăci, este necesară transformarea lor în stare lichidă sau solidă. În acest scop se folosesc vase, butoaie, confecționate din materiale rezistente la coroziune, în care prepară soluții de coagulant cu concentrații cunoscute. Dozarea coagulanților, care are ca scop trimiterea unor cantități bine dozate de coagulant în apa uzată, se poate face pe cale:
-uscată, folosind aparate de dozare;
-umedă, folosind pompe dozatoare.
În funcție de debitul apei uzate și cantitatea de suspensii, atât aparatele de dozare, cât și pompele dozatoare posedă dispozitive de dozare.
Transportul coagulanților, de la magazie până la instalațiile de dozare se poate face:
manual, pentru cantități mici;
mecanic, pentru cantități mari folosind:
-benzi transportoare sau tubuuri pneumatice, pentreu coagulanți în pubele sau granule;
-conducte, care trebuie sa fie rezistente la coroziune.
Amestecarea coagulantului cu apa uzată se realizează în bazine de amestec care au scopul de a dispersa, cât mai uniform, coagulantul sau soluția de coagulant în apa uzată, pentru obținerea unei omoginități cât mai bune.
Bazinele pentru amestec sunt de mai multe tipuri:
cu amestec gravitațional, în care mișcarea apei se face printr-o serie de pereți înclinați sau perpendiculari pe direcția de curgere a apei;
cu amestec pneumatic, în care aerul sub presiune este răspândit pe radierul bazinuli, prin tuburi găurite sau plăci poroase;
– cu amestec mecanic, în care amestecul este realizat de agitatoare mecanice cu palete.
Reacția sau flocularea, realizată în bazine de reacție, are scopul de a forma flocoane, care aglomerează substanțele fine și coloidale, acestea se depun în decantoare.
Flocularea se poate realiza în bazine:
de tip gravitațional, sub forma unor camere cu pereți în șicană, perpendiculari pe direcția de curgere a apei, cu mișcarea apei pe verticală sau pe orizontală;
de tip pneumatic, care se folosesc pentru amesteul apei, palete cu ax vertical sau orizontal. De obicei dispozitivul de amestec este prevăzut cu reductor, pentru a putea regla viteza, în funcție de calitatea apei;
– de tip pneumatic, care folosesc distribuția aerului, plăci poroase sau tuburi găurite, așezate pe radierul bazinului, de obicei lângă un perete al bazinului, pentru a produce un curent în spirală [Ianculescu O./2001].
Construcțiile și instalațiile în care se realizează procesele biochimice de epurare biologică alcătuiesc treapta secundară a stației de epurare, având drept scop final, reținerea materiilor solide dizolvate și în special a celor organice (biodegradabile). Nămolul produs în treapta biologică este reținut prin decantare, în decantoarele secundare. În aceasta treaptă de epurare sunt necesare unele construcții și instalațiile de deservire (instalații pentru producerea și introducerea artificială a aerului,stații de pompare și conducte pentru transportul și distribuția nămolului active).
În condițiile funcționării normale a treptei de epurare primare și secundare, eficiența acestora exprimată prin gradul de epurare realizat în ceea ce priveste materiile organice și a materiilor în suspensie separabile prin decantare, poate fi apreciat la 75-92%.
6.2 Construcții și instalații pentru tratarea nămolurilor
Construcțiile aferente fermentării anaerobe a nămolului se pot diferenția din mai multe puncte de vedere. Astfel, după poziția spațiului de fermentare față de apa uzată, deosebim:
-comune cu apă uzată:- fose septice,
– decantoare cu etaj,
– iazuri de nămol;
-separate de apă uzată:- rezervoare,
– bazine de fermentare.
Fosele septice sunt construcții în care, într-un singur volum, se produce simultan atât decantarea apei, cât și fermentarea nămolului rezultat din sedimentare. Ele sunt folosite pentru obiective izolate care deservesc maximum 50-100 locuitori, adică pentru un debit de până la 15 . Timpul de decantare, respectiv de epurare este de minimum 2 zile și maximum 10 zile. La un debit specific de 150rezultă un volum de 300, până la 1,500. Volumul din urmă permite epurarea biologică deoarece aici nu fermentează numai nămolul, ci și apa uzată.
Efluentul poate evacuat în bazine de infiltrație existente în apropiere sau se poate vidanja cu ajutorul unor utilaje speciale și se transportă la cea mai apropiată stație de epurare. Nămolul se evacuează o dată sau de două ori pe an. După fiecare evacuare se lasă în bazin o cantitate de nămol “copt”, adică un nămol ce conține bacterii metanice necesare pentru fermentarea nămolului proaspăt ce urmează a fi mineralizat.
Materialul de execuție a foselor este betonul monolit, cărămida sau tuburile prefabricate din beton. Se observă că volumul de decantare-fermentare este compartimentat pe direcția curentului, fiecare compartiment fiind prevăzut cu gură de vizitare și tuburi de ventilație.
Decantoare cu etaj îndeplinesc rolul de decantoare a apei (etajul superior) și de fermentare a nămolurilor (etajul inferior), ambele funcțiuni fiind desfășurate într-un bazin de beton armat cu forma în plan circulară sau dreptunghiulară. Sunt bazine din beton armat de formă cilindrică sau paralelipipedică, folosite frecvent la decantarea primară a debitelor mici și mijlocii evacuate din localități sau așezări izolate care nu depășesc 20000 locuitori sau 10000 .
În aceste bazine, la partea superioară re loc procesul de decantare a apei printr-un jgheab care funcționează după principiul unui decantor orizontal, longitudinal, iar la partea inferioară, în digestor, are loc fermentarea anaerobă la temperatura mediului ambiant, a nămolurilor sedimentate în decantor. Nămolul din decantor ajunge în digestor prin intermediul unei deschizături longitudionale cu lățimea sub 0,25m, ce se prevăd la partea inferioară a jgheabului decantor.
Jgheaburile, în secțiune transversală, sunt formate dintr-o secțiune dreptunghiulară cu dimensiunile și o secțiune triunghiulară, la partea inferioară, pe adâncimea. Pereții au înclinarea de 1,2:1 pentru o alunecare rapidă a depunerilor în etajul inferior prin fanta din vârful triunghiului.
Marginea inferioară a unuia din pereții înclinați a jgheabului depășește marginea celuilalt perete înclinat cu pentru ca particulele de nămol și bulele de gaz ce se ridică în urma procesului de fermentare să nu ajungă în spațiul de decantare. Lățimea jgheabului nu trebuie să depășescă 3m, iar adâncimea () se recomandă de 1,2-.
Accesul apei în jgheab și evacuarea apei decantate se realizează în același mod ca și la decantoarele orizontale.
Iazuri de nămol, numite și lagune se amplasează în depresiuni naturale unde adâncimea este mai mare de 2m, astfel încât să se creeze cât mai mult spațiu pentru nămol. În aceste iazuri se introduce nămolul pentru fermentare, deshidratare sau depozitare finală pe termen nedefinit. Această soluție, din motive igienice și de protecția mediului este mai puțin recomandată la fermentarea nămolurilor, în schimb este frecvent aplicată pentru deshidratarea lor naturală. La proiectarea acestor iazuri se recomandă o încărcare de 20kg materii solide din nămolul proaspăt la 1 de lagună.
Rezervoare de fermentare (metantancuri) reprezintă soluția frecvent aplicată pentru localitățile ce depășesc 20000 de locuitori, ele putând fi de mică sauu de mare încărcare. Se cunosc următoarele scheme tehnologice:
scheme standard, de mică încărcare într-o singură treaptă cu care introducerea nămolului proaspăt și evacuarea celui fermentat se face prin intermitență (2-3 ori pe zi).
schema de mare încărcare într-o treptă (este prevăzută cu instalații de amestecare și încățzire, fiind cea mai răspândită în momentul de față.
Temperatura interioară este de , iar durata de fermentare este de peste 15 zile. Alimentarea și evacuarea este continuă, amestecul este omogen și se elimină supernatantul.
schema de fermentare în două trepte se caracterizeaz prin faptul că primul fermentator este încălzit la temperatura de , masa de nămol este într-o continuă mișcare-agitare, superntantul nu se evacuează, iar procentul de formare a gazului edte de circa 67% după 5 zile și de 90% după 14-15 zile.
schema de fermentare de contact este asemănătoare schemei precedente, cu deosebire că aici nămolul fermentat din trepta a doua este recirculat în prima treaptă pentru însămânțarea nămolului proaspăt. Schema lucrează analog treptei biologice cu bazine de aerare și în ărezent nu cunoaște o răspândire mai mare.
La noi în țară majoritatea schemelor de epurare sunt prevăzute cu rezervor de fermentare de mare încărcare într-o singură treaptă.
Formele noi de rezervoare rezultă din studiul suprafețelor de rotație, linia meridianei modificându-se continuu, iar din punct de vedere a execuției lor, pretensionarea întregului ansamblu, constitue singura alternativa econimică.
Se va avea în vedere că rezervoarele de mare capacitate sunt mai economice din punct de vedere al bilanțului termic, față de soluția folosirii mai multor rezervoare mai mici însumând aceași capacitate.
Instalațiile interioare din aceste rezervoare cât și din camera de manevră au următoarele atribuții:
-distrugerea capacului plutitor care se formează la suprafața nămolului prin ridicarea materialului ușor care nu fermenteză, care împiedică trecerea gazului spre captator de gaze, și în același timp ocupă o parte din volumul util;
-reciclarea și omogenizarea nămolului proaspăt cu cel fermentat, cel cu temperatura mai mare cu cel cu temperatura mai joasă;
-încălzirea spațiului de fermentare sau încălzirea nămolului proaspăt;
-inoculareea nămolului proaspăt.
În figura 6.1 se arată un rezervor de fermentare de mare încărcare echipat cu instalațiile de amestec, încălzire, inclusiv conductele necesare exploatării procesului.
spre cazanul de incalzire spre rezervorul de gaz
Figura 6.1. Bazin inchis de fermentare a namolului (de mare incarcare):
1 – amestecator; 2 – conductă pentru introducerea namolului proaspăt; 3 – conductă pentru indepărtarea namolului plutitor din bazin; 4 – conductă pentru evacuarea nămolului fermentat; 5 – conductă pentru evacuarea nămolului de pe fundul bazinului; 6 – conductă pentru evacuarea nămolului plutitor; 7 – conductă pentru evacuarea supematantului; 8 – deversor; 9 – conductă pentru captarea nămolului; 10 – schimbător de căIdura; 11 – captator de gaz; 12 – conductă de gaz; 13 – cazan de încălzire; 14 – pompă de nămol; 15-gură de vizitare; 16-preaplin.
Deoarece în interior nu se poate efectua un control riguros asupra starii tehnice a conductelor și asupra exploatării lor privind posibilitatea de formare a dopurilor se reomandă aplicarea variantei cu conducte montate în exterior.
În cazul când schimbătorul de căldură se montează în interiorul rezervorului reircularea se efctuează numai cu pompe, lipsind tubul de amestecare din centrul rezervorului; restul de conducte arătate rămân cu aceleași obligații de fucționalitate.
Rezervoarele de fermentare a nămolurilor sunt echipate cu aparate de măsură și control. Astfel pentru măsurarea temperaturii nămolului proaspăt, fermentat și în curs de fermentare sunt folosite termometre plasate pe pereții rezervorului, la diferite niveluri și în interior.
Monitorizarea desfășurării procesului de fermentare se efectuează de la un pupitru de comandă unde sunt transmise toate datele necesare, prin telecomandă, de către aparatura menționată.
La punerea în funcțiune a unui rezervor de fermentare se va folosi o cantitate de namol bine fermentat dintr-un alt recipient de fermentare. Această cantitate de nămol, va prezenta 10% din volumul rezervorului, după care se adaugă, treptat, nămol proaspăt, care va fi permanent amestecat cu cel însămânțat cu bacterii metanice, având grijă să asigurăm o temperatura.
Pentru înmagazinarea gazului de fermentație, se folosec rezervoare speciale numite gazometre, al căror volume se stabilesc la un procent de 30-50% din producția zilnică de gaz. Ele se amplasează în apropierea rezervoarelor de fermentare, ambele obiective fiind protejate cu dispozitive adecvate de combatere a incendiilor și a exploziilor. Constructiv, un gazometru este alcătuit dintr-o cuvă circulară de beton armat umplută cu apă, în care se așează un clopot cilindric ce se deplasează pe verticală sub acțiunea presiunii gazelor de 180-260 .
Baza inferioară a clopotului în poziția cea mai ridicată trebuie să se regăsească sub nivelul minim al nămolului din rezervorul de fermentare, cu cel puțin , pentru a evita pătrunderea aerului în cazul captat care poate da loc la explozii.
Bazine de fermentare a nămolului sunt construcții din pământ sau din beton armat în care se produce fermentarea în aer liber a nămolului. Tehnologic, aceste bazine pot funcționa ca o unitate independentă de fermentare a nămolurilor, fie ca treapta a doua a metantancurilor cu două trepte.
Dimensionarea acestor bazine are în vedere prescripțiile de la decantoarele cu etaj, recomandându-se următoarele capacități specifice de fermentare: 150 pentru nămolurile primare și 220 pentru nămolurile primare și cele secundare [Dima M./1998].
Bazinele de fermentare în două trepte au spațiul de construcție despărțit în două. În prima treaptă (primul bazin) nămolul se menține numai în timpul activității de fermentare inițială, când el este într-o continuă agitare. Pentru a se evita zonarea, nămolul nou și cel vechi se amestecă în permanență, cu diferite dispozitive, în această treaptă, nămolul este încălzit, nu se evacuează supernatantul, iar gazul de nămol se captează numai din acest bazin. Aici, activitatea este asemănătoare cu cea din bazinele de fermentare de mare încărcare.
În treapta a doua (al doilea bazin) fermentarea continuă mult mai încet, fără a fi ajutată artificial. Bazinul nu este încălzit; de obicei este deschis și, rareori, este acoperit cu un rezervor de gaz. însămânțarea și amestecul nu au prea mare importanță, ele ajutând doar în mică măsură ia accelerarea fermentării, în această treaptă. În aceste condiții, la fel ca în bazinele de fermentare de mică încărcare, se formează aceleași trei zone:
– crustă;
-supernatant;
– nămol.
Din aceste tipuri de bazine se evacuează un nămol:- bine stabilizat; – cu vârstă mare.
De obicei, în fața acestor bazine se așează îngroșătoare de nămol.
Din punct de vedere constructiv, bazinele de fermentare a nămolului au forme circulare în plan, cu diametre cuprinse între 6-. Pentru evitarea pierderilor de căldură, ele sunt semiîngropate și înconjurate de pământ.
În țara noastră, bazinele de fermentare de mare încărcare au înălțimi de 8- și sunt tipizate pentru următoarele volume și diametre corespunzătoare:
De obicei, bazinele de fermentare de mare încărcare se cuplează, având între ele camere de manevră.
Radierul, pereții și acoperișul se execută din beton armat și se izolează termic. De obicei, radierul face un unghi de 45° cu orizontala. Acoperișurile bazinelor de fermentare pot fi fixe sau plutitoare; când acestea sunt fixe, trebuie cuplate la un rezervor de gaz. Unghiul pe care îl face acoperișul cu orizontala este, de obicei, de 30°. La acoperișurile plutitoare, pericolul de explozie a amestecului aer-gaz, în comparație cu cel pe care-1 prezintă acoperișurile fixe, este mai mic. Acoperișurile plutitoare sunt executate din metal și sunt folosite, de cele mai multe ori, ca rezervoare de gaz. Pe verticală, ele au o cursă de 0,5-.
La peretele bazinului de fermentare, înălțimea nămolului variază între valorile de 6-; în axul bazinului, înălțimea totală de nămol nu depășește, de regulă, . Deasupra nămolului, până la partea cea mai de sus a acoperișului, spațiul liber are înălțimea de 30-.
Bazinele de fermentare sunt prevăzute cu o conductă de alimentare, pe la partea superioară a bazinului cu nămol proaspăt și o conductă de evacuare, pe la partea inferioară a nămolului fermentat .Evacuarea nămolului se realizează prin diferența de presiune și, uneori, prin intermediul pompelor de recirculare. Conducta de presplin are capătul superior în apropiere de partea cea mai de sus a bazinului. Conductele pentru evacuarea supernatantului pot fi de tip pendu-lant sau sub forma unui selector de nivel (2-4 conducte, la niveluri diferite, la distanțe de 50-, una de alta, așezate pe peretele vertical, la 1,0- sub nivelul nămolului). În figura 9.2, conductele de evacuare a supernatantului suni plasate pe acoperișul bazinului. Pentru a stabili nivelul de la care trebuie evacuat supernatantul, pe peretele. bazinului de fermentare se montează conducte pentru luarea probelor. Pentru evacuarea corpurilor plutitoare, care nu pot fi distruse prin amestecarea crustei, se prevăd conducte independente (fig. 5.2), al căror capăt superior se găsește imediat sub nivelul lichidului din bazin. Uneori, în vecinătatea captatorului de gaze se plasează conducte similare. Toate conductele trebuie să fie executate din materiale rezistente la coroziune și, pentru a evita infundarea lor, diametrele trebuie să fie de cel puțin 150-200 de mm.
Pentru revizuirea bazinelor de fermentare se construiesc guri de vizitare circulare, cu diametrul minim de 75 de cm, amplasate atât pe acoperiș, cât și pe pereții rezervorului.
Pentru accesul la interiorul și exteriorul bazinului de fermentare sunt prevăzute scări.
Într-o cameră de manevră, care, de cele mai multe ori, deservește două bazine de fermentare a nămolului, sunt așezate: – vanele;
– echipamentul de control;
– pompele de recirculare a nămolului;
– ventilatoarele;
– aparatajul electric etc.
Camera de manevră trebuie să fie bine ventilată, luminată și prevăzută cu un sistem automat de alarmare, pentru avertizarea pericolului de explozie a gazelor. Din acest punct de vedere, pentru o siguranță mai mare, întregul echipament care se utilizează sau care controlează gazul de nămol, este amplasat într-o cameră separată.
Instalațiile de amestec și recirculare a nămolului, care reprezintă una din principale anexe ale bazinelor de fermentare a nămolului, au scopul de a omogeniza nămolul (cel proaspăt cu cel fermentat, cel cu temperatură mai mare cu cel cu temperatură mai scăzută etc.), precum și inocularea (însămânțarea) lui, distrugerea crustei etc.
Amestecul și recircularea se realizează prin:
– folosirea de agitatoare, la interiorul nămolului;
– trimiterea de apă curată sau supernatant cu presiune, în diferite puncte ale bazinului și, în special, deasupra nivelului de nămol; este preferat supematantul, deoarece produce și o însămânțare a nămolului proaspăt, prin bacteriile care le conține, și în același timp are și o temperatură mai ridicată (temperatura de încălzire a bazinului de fermentare), decât cea a apei curate;
– trimiterea nămolului proaspăt zilnic, sub presiune, deasupra crustei, operație care contribuie și la distrugerea crustei;
– insuflarea de gaz, rezultat în timpul fermentării, cu debite de 1,0-1,5 mc/min.;
– recircularea nămolului din interiorul bazinului, cu ajutorul unei pompe de nămol (fig 5.2); nămolul este important, în special în captarea crustei și în readucerea apei în circuit. În perioadele când se introduce nămol proaspăt, se recomandă ca acesta să fie încălzit la temperatura de fermentare și apoi, împreună cu nămolul mai vechi de recirculare, să fie introdus în bazin. Pentru a putea capta atât nămolul, cât și crusta sau apa de nămol, conductele pentru captarea nămolului trebuie să pătrundă în bazin, la diferite niveluri;
– utilizarea de agitatoare de nămol (cu elice sau cu spirală), așezate la suprafața nămolului. Spirala pătrunde la partea superioară a unui tub vertical, așezat sub nivelul nămolului, în timp ce motorul electric este așezat deasupra acoperișului; în timpul rotației, apa de sub crustă este antrenată de spirală și trimisă, sub presiune, deasupra crustei, producând astfel amestecul nămolului. Agitatoarele cu elice funcționează la fel ca și cele cu spirală, elicea fiind însă plasată la partea inferioară a tubului; elicea, care acționează ca o pompă axială, vehiculează nămolul de sus în jos, aspirând în același timp și crusta. Puterea electromotoarelor, care acționează agitatoarele cu elice sau spirală, este destul de mică, variind între 0,5-1,5 kW; capacitatea agitatoarelor trebuie să fie suficientă pentru a putea recircula lichidul din bazin, de cel puțin două ori pe zi;
– utilizarea de hidroelevatoare.
Captarea gazului de nămol se face cu ajutorul captatoarelor de gaz, plasate în punctele cele mai înalte ale acoperișului, într-un fel de turn circular, în secțiune orizontală, a cărui bază inferioară se găsește la 1,0- deasupra nivelului nămolului, și chiar mai mult (vezi fig. 5.2). Captatorul este un cilindru metalic așezai vertical, la care se racordează ștuțul conductei de gaz. în turn, într-un spațiu izolat, se afla supapa de siguranță cu gardă hidraulică, ce limitează presiunea maximă a gazului, din bazinul de fermentare, la CA. Prin montarea supapei de siguranță în interiorul turnului, se evită, în timpul iernii, înghețarea lichidului care formează garda hidraulică. Pentru a se putea controla starea instalațiilor interioare, pe turn se montează și o gură de vizitare, cu închidere etanșă.
Instalațiile pentru încălzirea nămolului au scopul de a realiza temperatura optimă de fermentare a nămolului. Încălzirea nămolului se poate face: – direct;
– indirect.
Încălzirea directă a nămolului are loc prin:
– arderea gazului de nămol, fie în instalații speciale, introduse în bazinul de fermentare, fie într-un cuptor deschis, submersat, fie într-un încălzitor submersat -de asemenea – în nămol;
– introducerea în bazinul de fermentare (deasupra radierului) a apei calde, vaporilor sau nămolului încălzit, evacuându-se condensul sau apa prin conductele de evacuare a supernatantului;
– încălzirea nămolului, care intră în bazin, cu vapori sau într-un schimbător de căldură în contracurent.
Încălzirea indirectă se produce prin intermediul unor conducte fixe sau mobile, prin care circulă apă caldă sau vapori.
Metoda cea mai răspândită de încălzire a nămolului este cea care folosește schimbătorul de căldură în spirală, alcătuit dintr-un corp în formă de tambur, în care este montată o spirală dublă (în plan vertical) închisă, prin care circulă apa caldă, iar la exteriorul' spiralei, nămolul este luat din bazinul de fermentare și refulat după încălzire, înapoi în bazin. O dată cu încălzirea nămolului, se realizează și omogenizarea și inocularea lui.
În comparație cu conductele folosite pentru schimbarea căldurii, așezate în interiorul bazinului, schimbătoarele de căldură sunt mult mai eficiente, datorită vitezei de schimb și coeficientului de transfer mare.
Apa caldă, necesară încălzirii nămolului se produce în boilere încălzite cu gaze arse în arzătoare. Eficiența acestora este de 60-80%, valoarea minimă corespunzând încălzirii bazinului direct, cu apa caldă, iar cea maximă, încălzirii indirecte, cu apă caldă și vapori, prin intermediul conductelor cu apă caldă, care pătrund în interiorul bazinului. Pentru încălzire se poate folosi și apa de răcire a motoarelor cu combustie internă sau vaporii proveniți din apa de răcire.
Pentru schimbul de căldură, conductele trebuie să fie executate din materiale rezistente la coroziune; ele se așează fie pe eșafodaje montate în interiorul bazinului, fie pe radier, fie pe pereții lui.
Bazinele de fermentare a nămolului sunt dotate, pentru buna lor funcționare, cu o serie de aparate:
– termometre pentru măsurarea temperaturii nămolului, apei etc;
– indicatoare de nivel pentru nămol;
– pH-metru;
– debitmetre de gaz:
– dispozitive pentru luarea probelor de nămol, supernatant, gaze etc;
– dispozitive pentru preparea laptelui de var, necesar alcalinizării procesului, în momentul când pH-ul scade.
Bazinele deschise pentru fermentarea nămolului constituie fie singura treaptă de fermentare a nămolului, fie treapta a doua a bazinelor în două trepte.
În primul caz, bazinele sunt construite în pământ și sunt dotate cu un minim de instalații. Când se dispune de teren pentru construcția bazinelor și amplasamentul este destul de departe de centrul populat, pentru ca mirosul din timpul fermentării să nu se facă simțit, soluția este economică. Bazinele au adâncimi de 3-, cu pereții executați în taluzul natural al solului. În locul bazinelor create artificial, uneori se pot folosi depresiunile naturale, după amenajarea lor corespunzătoare. Crusta care se formează nu trebuie să fie distrusă, deoarece ea păstrează căldura necesară fermentării nămolului și, în același timp, împiedică răspândirea mirosului neplăcut. Este recomandabilă compartimentarea acestor bazine, deoarece, o dată la câțiva ani, se golește câte un compartiment, pentru a se putea îndepărta nămolul și nisipul care nu au putut fi evacuate normal.
Bazinele deschise, care constituie treapta a doua a bazinelor de fermentare a nămolului în două trepte, sunt executate din beton armat și sunt dotate cu instalații asemănătoare bazinelor de fermentare de mică încărcare.
Construcții pentru înmagazinarea gazului:
În urma fermentării nămolului rezultă gaze care sunt înmagazinate în rezervoare de gaz. Acestea pot fi: – separate;
– așezate alături de bazinul de fermentare;
– făcând corp comun cu bazinul de fermentare, când constituie acoperișul plutitor al bazinului.
Rezervoarele de gaz constau dintr-o cuvă circulară de beton armat, în care se așază un clopot metalic cilindric, a cărui bază superioară este închisă. Cuva se umple cu apă. Sub presiunea gazului, clopotul se mișcă în sus și în jos, în cuvă, cursa acestuia fiind ghidată de un eșafodaj metalic. În poziția cea mai ridicată, baza inferioară a clopotului trebuie să se găsească sub nivelul minim al nămolului din bazinul de fermentare, cu cel puțin pentru a evita pătrunderea aerului în clopot și, respectiv producerea de explozii. Presiunea gazelor sub clopot variază între 150 și CA, limite între care trebuie să se încadreze variațiile zilnice ale volumului de nămol, ca urmare a evacuării nămolului fermentat și introducerii celui nou. Capacitatea clopotului se stabilește în funcție de cantitatea de gaz maximă, pe timp de 6 – 12 ore, sau se ia 0,3 din capacitatea bazinului de fermentare.
Cuva este prevăzută cu o conductă de golire și una de preaplin, care intră în funcțiune când presiunea din interiorul clopotului de gaz o depășește pe cea maximă, apa putând fi aruncată din cuvă.
Conductele pentru transportul gazelor au diametre sub , iar vitezele în acestea, nu depășesc 4 m/s. Pentru a se putea colecta apa de condens, ele se construiesc în pantă (10-25 mm/m).
Pentru măsurarea debitelor de gaz sunt prevăzute rotametre sau Venturimetre, executate la fel ca și clopotul, din materiale rezistente la coroziune, deoarece bioxidul de carbon este coroziv. În diferite puncte ale circuitului, pentru măsurarea presiunii clin sistemul de colectare și distribuție a gazului sunt montate manometre.
Din punct de vedere al protecției muncii, trebuie acordată o atenție deosebită instalării de dispozitive speciale contra flăcării, în toate zonele unde există acest pericol, în special în punctele alimentări; motoarelor cu gaz, boilerelor și arzătoarelor [Ianculescu O./2001].
Capitolul VII
Tehnica securității, de protecție și igiena
muncii la rețelele de canalizare
7.1 Legislația și protecția muncii
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.
Legea nr.5/1965 precizează că activitatea de protecție a muncii face parte integrată din procesul de muncă,responsabilitatea realizării depline a măsurilor de prevenire a accidentelor căzând în sarcina conducătorului procesului de muncă,începând cu șefii de echipă și terminând cu directorii generali, fiecare la nivelul locului său de muncă.Legea nr.5/1965 prin completările din 1969 cuprinde și un nou capitol ”infracțiuni” în care sunt stabilite sancțiunile,cu privațiuni de libertate,atunci când a avut loc o infracțiune,chiar și în cazul în care nu s-a produs cu accidente de muncă.
Legea nr.32/1968 privind stabilirea și sancționarea contravențiilor precizează: contravenția este fapta săvârșită cu vinovăție care reprezintă un pericol social mai redus decât infracțiunea și este prevăzută și sancționată ca atare prin legi,decrete sau acte normative.
Normele departamentale de tehnică a securității muncii și normele de igienă muncii dezvoltă și adaptează la specificul activității fiecărui departament toate prevederile cuprinse în normele republicane.Ministerele sunt obligate ca pe baza normelor republicane să elaboreze norme proprii,indiferent că le cuprind într-o singură normă departamentală sau în mai multe,pe specific de activități.
7.2 Protecția muncii la executarea lucrărilor de terasament
Lucrările de terasament aferente rețelei de canalizare necesită 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 săpaturi se datorează necunoașterii caracteristicilor pământurilor,precum și nerespectării normelor de tehnica securității muncii specifice fiecărei lucrări.
7.2.1 Săpături executate manual
Principala cauză a accidentelor la săpăturile executate manual constă în surparea malurilor provocate de:
– executarea săpăturilor cu talazuri având înclinări mai mari față de unghiul talazului natural, adică talazuri insuficient de stabile;
– sprijinirea insuficientă a pereților săpăturii;
– incărcarea malurilor șanțurilor cu pământ, materiale sau utilaje,fără respectarea limitelor precise;
– neluarea măsurilor de îndepărtare a apelor de suprafață din zonă sau a apelor subterane.
Accidentele se mai pot produce și din următoarele cauze:
– nesemnalizarea sau neîngrădirea săpăturilor;
– nefolosirea echipamentului de protecție;
– lovirea cablurilor electrice, a conductelor de gaze, de apă sub presiune, conducte de termoficare.
7.2.2. 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 de la marginea talazului.
În timpul funcționării 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.
Când se lucrează în terenuri necoezive cu un front de lucru înalt, conducătorul tehnic și excavatoristul vor urmări, în mod continuu starea abatajului.
Lucrul simultan, în două trepte, a două excavatoare situate unul în dreptul altuia este permis numai dacă distanța pe orizontală dintre excavatoare este de cel puțin .
La descărcarea pământului excavat din cupa utilajului direct în autovehicul se va urmării 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.
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.
7.3 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, lipsă de oxigen, gaze sau vapori nocivi și iradierea cu materiale radioactive.
Pentru prevenirea leziunilor fizice se vor lua următoarele măsuri:
– 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;
– folosirea troliurilor și macaralelor pentru obiecte grele și instruirea muncitorilor asupra modului corect de folosire a acestora.
Prevenirea infectării organismului datorită apelor uzate și nămolurilor, sub formă de febră tifoidă, hepatită 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 recomandă 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 lipsă 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:
– 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 apă uzată sau nămol se va prevedea o ventilare artificială prin foflosirea 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 ca 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 eventualăa 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 atmosfera cu un indicator pentru gaze toxice.
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.
7.3.1.Măsuri de prim ajutor în cazuri de intoxicare cu gaze toxice
Prima măsură care trebuie luată în caz de accident toxic, constă 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 compllet, cu capul jos. Ajutorul principal ce trebuie dat de urgență unui bolnav care se asfițiază este administrarea de oxigen.
Acordarea primului ajutor unui accidentat se recomandă a fi realizată de către un personal instruit, cunăscător al semnelor intoxicației acute, al toxicității substanțelor cu care muncitorul a venit în contact și mai ales cunăscător 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 degajă 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 respirațîa.În intoxicația acuta bolnavul prezintă senzația de zăpușeală, dureri de cap, amețeală, apoi pierderea cunoștinței. Primul ajutor constă în scoaterea accidentatului la aer curat și așezarea lui în stare culcată cu capul în jos nesprijinit.
Oxidul de carbon.Gaz fără culoare și fără miros,puțin mai ușor decât aerul. Se degajă din procesele de oxidare, fără aer, a materiilor organice.
Oxidul de carbon are proprietatea de a se acumula în sânge, ceea ce provoacă intoxicații. Oxidul 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, oboseală, 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 atmosfera 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 metanolului, ca sursă 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 [Dima M./1989].
Bibliografie
Negulescu M., “Epurarea apelor uzate municipale”, Ed.
Dima M. “Canalizări-vol. I” Litografia UTI, Iași, 1989;
Dima M. “Canalizări-vol. II”,.Litografia UTI, Iași, 1998;
Dima M. “Proiectarea stațiilor de epurare-îndrumar”, Litografia UTI, Iași, 1981;
Tudose R. Z., Stancu A., Vitan F., Horoba D., Petrescu S., Ibănescu I., Popovici L. Băcăoanu A., Moise A., Cârstea S.“Fenomene de transfer și utilaje în industria chimică”, Ed. Rotaprint, Iași, 1990;
Macoveanu M, Teodosiu C., Duca Gh. “Epurarea avansată a apelor uzate conținând compuși organici nebiodegradabili”, Ed. Gh. Asachi, Iași, 1997;
Ianculescu O., Ionescu Gh., Racovițeanu R. “Epurarea apelor uzate”, Ed. Matrixrom, București, 2001;
Axinte S., Teodosiu C., Balasanian I., Cojocaru I. “Ecologie și protecția mediului”Ed. Ecozone, Iași, 2003;
Cândea-Muntean V., Cândea-Muntean V.,”Epurarea apelor uzate”Ed. Oscarprint, București, 2001.
Grătarele , conform STAS 12431-86, se prevăd la toate stațiile de epurare, indiferent de sistemul de canalizare adoptat și independent de procentul de intrare a apei în stația de epurare-prin curgere gravitațională sau sub presiune. În acest caz grătarele se prevăd înaintea stației de pompare.
Scopul grătarelor este 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 pentrua reduce pericolul de colmatare ale canalelor de legătură dintre obiectele stației de epurare [Dima M.-1998].
Grătarele se confecționează sub forma unor panouri metalice, plante sau curbe, în interiorul căreia 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.
Grătarele rare îndeplinesc de obicei rolul de protecție a grătarelor dese împotriva corpurilor mari plutitoare. Distanța între barele acestui grătar variază în limetele 50-100mm.
Grătarele dese prezintă deschiderile dintre bare de 16-20mm, când curățirea lor este manuală și de 25-, la curățirea lor mecanică. Cele din fața staților de pompare a apelor uzate brute au interspațiile de 50-.
Grătarele sunt alcătuite din bare metalice. Distanța dintre bare, grătarele pot fi:
-cu deschidere mare (2,5-.);
-cu deschidere mai mică (1,5-.).
Pentru grătarele plasate înaintea stației de pompare, distanța dintre bare se recomandă a fi între 5-. Înclinarea grătarelor față de orizontală, depinde de modul lor de curățire (mecanic sau manual). Se recomandă pentru grătare cu curățare manuală înclinarea de 30-75°, iar pentru cele mecanice, înclinarea va fi mai mare de 45-90°.
Înclinările mai mici favorizează curățirea grătarelor mai repede și descresc căderea de presiune pe grătar. Viteza de curgere a apei prin grătare se recomandă a fi între 60-100 cm/s pentru a se evita depunerile.
Curățirea manuală a grătarelor se realizează pentru instalații mai mici, cu cantități mai reduse de reținere și se efectuează cu o greblă de pe o patformă situată deasupra nivelului maxim al apei [Teodosiu C.-suport cursTBE-2008].
Grătarele cu curățire manuală se utilizează numai la stațiile de epurare mici cu debite pană la 0,1, care deservesc maximum 15000 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 . aveând 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 grătare aferente debitelor respective.
Grătarul de curățire mecanică constituie soluția aplicată la stațiile de epurare ce deservesc peste 15000 locuitori, deoarece, în afară de faptul că elimină necesitatea unui personal de deservire contină asigură condiții bune de curgere a apei prin interspațiile grătarului fără a exista riscul apariției mirosurilor neplăcute în zonă [Dima M./1998].
Curățirea mecanică, se realizează atunci când cantitatea de materii obținute sunt mari, astfel încât, este necesară curățarea continuă și frecventă. Se pot utiliza grătaare cu curățare rotativă, la canale cu adâncimi mai mici de 1m., și greble de curățare cu mișcări de translație pentru bazinele drepte cu adâncimi mari [Teodosiu C.-suport cursTBE-2008].
4.8 Utilitati si energie
Aburul, apa, aerul comprimat, gazele inerte, energia electrica, solele de racire, folosite in industria chimica sunt usual inglobate in denumirea de utilitati.
Apa
Functie de utilizarea care se da apei se deosebesc mai multe categorii: apa tehnologica, apa de racire, apa potabila, apa de incendiu, apa de incalzire.
Apa de racire poate proveni din fantani de adancime, temperatura ei se mentine intre 10-15ºC in tot timpul anului. Pentru evitarea formarii crustei, temperatura apei la iesire din aparate nu trebuie sa depaseasca 50 ºC.
Apa ca agent de incalzire poate fi:
apa calda cu temperatura pana la 90 ºC;
apa fierbinte, sub presiune, pana la temperature de 130-150 ºC.
Apa este un agent termic, cu capacitate calorica mare, usor de procurat. Pentru incalzire, se prefera apa dedurizata in scopul evitarii depunerilor de piatra.
Energia electrica
Energia electrica este folosita, prin transformare in caldura, folosind mai multe tehnici:
trecerea curentului prin rezistente electrice
transformarea energiei electrice in radiatii inflarosii
folosirea curentilor de inalta frecventa, medie si mica
folosirea pierderilor dielectrice
incalzirea in arc electric.
Avantajul incalzirii electrice consta in incalzirea usoara a temperaturii, posibilitatea generarii caldurii intr-un punct, introducerea unei cantitati mari de caldura intr-un volum mic, realizarea unei incalziri directe, fara impurificarea mediului si la orice presiune.
Dezavantajul utilizarii energiei electrice il constituie costul ridicat si impunerea unor masuri speciale de protectia muncii.
Aerul comprimat
In industria chimica, aerul comprimat poate fi utilizat in urmatoarele scopuri:
ca purtator de energie
pentru amestecare pneumatica
pentru diferite scopuri
Gazele inerte
Se utilizeaza acolo unde, la manipularea unor materiale trebuie evitat contactul direct cu aerul, sau ca fluid pentru suflarea instalatiei la opriri, porniri sau in caz de avarii. De asemenea, gazelle inerte sunt utilizate in operatia de uscare a unor materiale.
Apa uzata este o materie prima si este rezultata prin consumul apei in diferite activitati: menajere, sociale, economice (industriale, in agricultura, in ferme zootehnice); aceste ape contin o varietate de poluanti sau reziduuri, in concentratii care variaza in functie de scopul in care au fost utilizate si care altereaza caracteristicile fizice, chimice, biologice si bacteriologice initiale ale apei. Tot in categoria apelor uzate sunt incluse si apele de ploaie care strabat terenuri poluate, depozite de reziduuri menajere sau industriale.
Ca subproduse amintim apa epurata si namolurile.
Bibliografie
Negulescu M., “Epurarea apelor uzate municipale”, Ed.
Dima M. “Canalizări-vol. I” Litografia UTI, Iași, 1989;
Dima M. “Canalizări-vol. II”,.Litografia UTI, Iași, 1998;
Dima M. “Proiectarea stațiilor de epurare-îndrumar”, Litografia UTI, Iași, 1981;
Tudose R. Z., Stancu A., Vitan F., Horoba D., Petrescu S., Ibănescu I., Popovici L. Băcăoanu A., Moise A., Cârstea S.“Fenomene de transfer și utilaje în industria chimică”, Ed. Rotaprint, Iași, 1990;
Macoveanu M, Teodosiu C., Duca Gh. “Epurarea avansată a apelor uzate conținând compuși organici nebiodegradabili”, Ed. Gh. Asachi, Iași, 1997;
Ianculescu O., Ionescu Gh., Racovițeanu R. “Epurarea apelor uzate”, Ed. Matrixrom, București, 2001;
Axinte S., Teodosiu C., Balasanian I., Cojocaru I. “Ecologie și protecția mediului”Ed. Ecozone, Iași, 2003;
Cândea-Muntean V., Cândea-Muntean V.,”Epurarea apelor uzate”Ed. Oscarprint, București, 2001.
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: Sa Se Proiecteze Proiectul Tehnologic al Unei Statii de Epurare a Apei Uzate Urbane (ID: 163426)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.