Șl. dr. ing. Victor- Viorel Safta [307817]
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI FACULTATEA DE INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE Programul de studii: INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE ȘI ECOLOGICE
PROIECT DE DIPLOMĂ
Coordonator Științific:
Șl. dr. ing. Victor- Viorel Safta
Student: [anonimizat]2018-
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI FACULTATEA DE INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE
Programul de studii: INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE ȘI ECOLOGICE
Bazin cu nămol cu difuzoare cu tuburi membranoase
Coordonator Științific:
Șl. dr. ing. Victor- Viorel Safta
Student: [anonimizat]2018-
CUPRINS
CAPITOLUL I
Studiul documentar privind epurarea apelor uzate urbane
Calitatea și proprietățile apelor. Poluarea apelor. Caracteristicile apelor uzate menajere. Epurarea și autoepurarea apelor uzate
Calitatea și proprietățile apelor
Poluarea apelor
Caracteristicile apelor uzate menajere
Epurarea și autoepurarea apelor uzate
Metode de epurare a apelor uzate
Epurarea mecanică
Epurarea chimică
Epurarea biologică
Epurarea avansată
Tipuri de stații de epurare a apeloruzate menajere
Stațiile de epurare într-o singură treaptă de epurare (mecanică)
Stațiile de epurare în două trepte de epurare
Stațiile de epurare în trei trepte de epurare
Instalații și echipamente folosite in treapta biologică a stațiilor de epurare a apelor uzate
Bifiltru de mică încarcare
Biofiltru de mare încarcare
Bazine cu nămol activ
Filtre biologice
Decantoare secundare
Bazine de aerare cu nămol activ folosite in stațiile de epurare a apelor uzate urbane
Nămolul activ
Tipuri de aeratoare utilizate in treapta de epurare biologică
Alegerea și motivarea soluției de banin cu nămol activ cu tuburi difuzoare membranoase ce urmează a fi proiectat
CAPITOLUL II
Proiectarea unui bazin de aerare prevăzut cu tuburi difuzoare membranoase de la stația de epurare a apelor uzate a unei localităti cu ….. de locuitori
Stabilirea debitelor caracteristice de apă uzată ale localitătii deservite de stația de epurare
Stabilirea parametrilor principali ai bazinului cu nămol cu tuburi difuzoare membranoase
Stabilirea numărului de tuburi membranoase în bazinul de aerare cu nămol activ
Probleme legate de exploatarea și întreținerea bazinului cu nămol activ din stațiile de epurare a apelor uzate
Probleme legate de protecția muncii în stațiile de epurare
MATERIALE GRAFICE
Schema profilului tehnologic în plan orizontal a stației de epurarea a apelor uzate
Profilul tehnologic al epurării biologice cu nămol activ
Desenul de ansamblu al bazinului cu nămol activ
Desene de execuție al tubului difuzor cu membrană elastică
CONCLUZII……………………………………………………………………………………………….
BIBLIOGRAFIE…………………………………………………………………………………………
[anonimizat]. Din resursa globală de apă a Pământului, resursele de apă dulce reprezintă doar cca. 2,4 %, din care disponibile pentru utilizare sunt doar cca. 13 %. Viața umană se bazează pe apa dulce potabilă.
[anonimizat]. 1 m³ [anonimizat] 100 m³ și alte 1000 m³ [anonimizat] 900 m³ anual de persoana. [anonimizat], resursele de apă trebuie gospodărite astfel încât, să se poată asigura o capacitate de cel puțin 2000 m³/an.locuitor.
În prezent cca. 1,2 miliarde de oameni duc lipsa apei, 3 miliarde de oameni nu dispun de apă potabilă curată, iar 3-4 milioane de oameni – majoritatea copii – mor anual din cauze datorate lipsei de apă sau de bolile hidrice, cum sunt dizenteria, febra tifoida și holera. La copii nou-născuti, nitriții, provoacã cianoză. Compușii nitriților cu proteinele pot provoca cancer, iar amoniul poate provoca de exemplu encefalopatia hepatică, tulburări de concentrare, oboseală. Trebuie știut ca, nitrații, și amoniul din apă nu dispar prin fierbere.
Conform datelor guvernamentale, în România 98 % din populația urbană și doar 33 % din populația rurală este racordată la sistemele centrale publice de alimentare cu apă. Conform acelorași date, 90 % din populația urbană și doar 10 % din populația rurală este racordată la rețelele publice de canalizare. La nivelul țării, 31 % din apele uzate (orașenesti și industriale) se evacuează fără epurare, 41 % sunt insuficient epurate și doar 25 % sunt epurate corespunzător.
Efectul de poluare a apelor uzate neepurate sau insuficient epurate asupra apelor de suprafață se manifestă în principal prin conținutul de materii în suspensie, de materii organice, în săruri nutritive, amoniu și în microorganisme patogene. De exemplu, sărurile nutritive de azot și fosfor provoacã eutrofizarea apelor de suprafață, cu efect de consumare a oxigenului dizolvat necesar pentru susținerea vieții acvatice. Amoniul este deosebit de toxic pentru vietățile acvatice. Apele uzate neepurate sau insuficient epurate poluează apele subterane printre altele cu nitrați, amoniu și bacteriologic.
Din cele prezentate rezultă că, epurarea apelor uzate este o cerința esențială a dezvoltării civilizației umane. Fiind o necesitate cu implicații sociale și ecologice deosebite, reglementarea unitară și asigurarea generală a infrastructurii necesare reprezintă o prioritate.
CAPITOLUL I
Studiul documentar privind epurarea apelor uzate urbane
Calitatea și proprietățile apelor. Poluarea apelor. Caracteristicile apelor uzate menajere. Epurarea și autoepurarea apelor uzate.
Calitatea și proprietățile apelor:
Apa pură este combinația chimică dintre hidrogen și oxigen (H2O) care la presiunea atmosferică de 760mm.col.Hg și temperatura în intervalul 0 – 100ﹾC, se prezintă ca un lichid incolor, transparent, fără miros și fără gust, care în strat gros este ușor colorată în albastru, având densitatea ρ=1000 kg/m3, greutatea specifică γ=9810.N/m3, vâscozitatea dinamică η=1,31·10-3.N.s/m2 și cinematică ν=1,31·10-6.m2/s și tensiunea superficială σ=0,077.N/m2. Apa pură nu există în natură, ci apa naturală care conține impurități dispersate sub formă de particule de natură minerală sau organică dizolvate sau în suspensie, constituindu-se ca un sistem dispersat cu concentrație mică. [curs V.V.Safta]
Calitatea apei este determinată de proprietățile sale fizice, chimice, biologice și organoleptice și diferă în funcție de scopul în care apa se consumă. Apa utilizată pentru consum menajer, pentru fabricarea produselor alimentare sau apa folosită în unitățile agrozootehnice trebuie să îndeplinească condițiile de potabilitate. Apa necesară în industrie trebuie să îndeplinească condițiile impuse de tehnologia de fabricație a produselor respective.
Clasificarea calității apelor de suprafață din țara noastră, bazată pe respectarea obiectivelor de referință în scopul protecției împotriva oricărei forme de poluare și de refacere a calității apelor se face conform "Normativului privind obiectivele de referință pentru clasificarea calității apelor de suprafață", aprobat în anul 2002 în temeiul Legii apelor nr. 107/1996. Obiectivele de referință urmărite pentru clasificarea apelor au în vedere: abordarea integrată a calității apei din punct de vedere chimic, biologic și bacteriologic, coroborarea datelor de calitate ale apei cu cele specifice sedimentelor, armonizarea cu practica de la nivelul Uniunii Europene în domeniul protecției apelor de suprafață curgătoare, asigurarea condițiilor de implementare a "Directivei cadru" a apei și încadrarea în metodologia adoptată în activitatea de monitoring a "Rețelei transnaționale de monitoring pentru bazinul hidrografic al Dunării" din cadrul "Convenției privind protecția fluviului Dunărea".
Clasificarea se face în cinci clase de calitate și anume:
la clasa a I-a de calitate valorile maxime admisibile ale substanțelor din apă corespund condițiilor naturale de referință sau concentrațiilor specifice fondului natural din bazinul hidrografic analizat în secțiunile în care influența antropică este sub 10%, iar pentru substanțele toxice (sintetice), pragului de interes minim posibil în activitatea de monitoring;
la clasa a II-a de calitate valorile maxime admisibile ale substanțelor din apă corespund valorilor-țintă (obiectivelor de referință) care reflectă condițiile de calitate pentru protecția ecosistemelor acvatice, iar cazul altor substanțe toxice, pragului de risc;
la clasele III și IV de calitate valorile maxime admisibile sunt de 2 – 5 ori mai mari decât cele ale obiectivelor de referință reflectând ponderea influenței antropice, iar la clasa a V-a de calitate se încadrează apele în care substanțele depășesc valorile limită de la clasa a IV-a de calitate. [curs V.V.Safta]
Proprietățile apei
Proprietățile apelor depind de substanțele conținute și de transformările suferite în curgere; aceste proprietăți sunt scoase în evidență prin analiza fizico-chimică, biologică și bacteriologică.
Proprietățile organoleptice se determină cu ajutorul simțurilor, acestea fiind mirosul și gustul apei.
Mirosul apei se poate datora substanțelor organice în descompunere, microorganismelor vii, alge, protozoare etc.), prezenței unor substanțe chimice (fenoli, crezoli etc.) provenite din ape uzate industriale etc.
Gustul apei depinde de natura și de calitatea substanțelor dizolvate; apa chimic pură este fadă, adică fără gust. Mirosul și gustul apei se apreciază de către un personal specializat (degustători) pe baza unei scări cu șase gradații și anume: 1 – inodor și insipid; 2 – foarte slab; 3 – slab; 4 – perceptibil; 5 – pronunțat; 6 – foarte pronunțat. Pentru ca apa să fie potabilă, aceasta nu trebuie să depășească gradația 2 (foarte slab).
Proprietățile fizice ale apei sunt următoarele: tulbureala, culoarea, temperatura, conductivitatea electrică și radioactivitatea.
Tulbureala sau turbiditatea apei este cauzată de materiile solide aflate în apă în stare de suspensie și se măsoară în grade, în scara silicei. Un grad de tulbureală corespunde, prin comparație, unei emulsii etalon având 1g pulbere de silice fin divizată la 1m3 de apa. Apa potabilă are maximum 5 grade de tulbureală. Inversul tulbureli este limpezimea sau limpiditatea apei.
Culoarea este determinată de unele substanțe dizolvate in apă (oxizi ferici, compuși de mangan, clorofila din frunze, acizi humici etc) și se determină prin comparație cu soluția-etalon de clorură de platină și potasiu și clorura de cobalt. Un grad de culoare corespunde la un mg clorură de platină la un litru de apă.
Temperatura apei variază in funcție de proveniența ei (subterană sau de suprafață), de climă și de anotimp. Temperatura apei potabile trebuie să fie cuprinsă între 7o și 15o C și se masoară cu termometre. Apele subterane de la adâncimi până la 50 m sub nivelul terenului au temperatura cuprinsă între +10o și 15o C; de la această adâncime în jos temperatura crește cu câte un grad Celsius pentru fiecare 33…35 m. Apele de suprafață au temperaturi cuprinse între 0o si +27o C.
Conductivitatea electrică este proprietatea apei de a permite trecerea curentului electric și este proporțională cu conținutul ei în substanțe dizolvate. De obicei, se măsoară rezistivitatea electrică a apei, care este inversul conductivității și se măsoară in Ω*cm (ohmi * cm). O variație bruscă a conductivității indica apariția unei surse de infecție a apei.
Radioactivitatea este proprietatea apei de a emite radiații permanente α, β sau γ. Concentrațiile admisibile se exprimă în μC/ml (microcurie pe ml); 1C (curie) reprezintă 3.71*1010 atomi de radiu dezintegrați pe secundă care corespund unui gram de radiu. Pentru ca apa să fie potabilă nu trebuie să aibă o radioactivitate mai mare de 10-9 μC/ml pentru radiații α, 10-8 μC/ml pentru radiații β, iar pentru radiații γ valorile măsurate să nu depășească 25% din valoarea medie anuală a acestora.
Proprietățile chimice ale apei se exprimă prin următorii indicatori globali: reziduul fix, reacția apei, duritatea, substanțe organice și conținutul de gaze, iar concluzia asupra calității apei rezultă din ansamblul acestor indicatori.
Reziduul fix reprezintă totalitatea substanțelor solide minerale și organice dizolvate în apă și se obține prin încălzirea apei până la 105o C, când se realizează evaporarea completă; se exprima în mg/l (miligrame/litru).
Reacția apei poate fi neutră, alcalină sau acidă, în funcție de conținutul de săruri dizolvate în apa; se exprimă prin logaritmul cu semn schimbat al concentrației ionilor de hidrogen la un litru de apă și se notează cu pH. Daca pH=7 reacția apei este neutră; pH >7 reacția este alcalină; pH<7 reacția este acidă.
Duritatea apei se datorează sărurilor de calciu și magneziu aflate în soluție și se măsoară în grade. Un grad de duritate este echivalent cu 10 mg de CaO (oxid ce calciu) sau 7.142 mg de MgO (oxid de magneziu) la 1 dm3 apă.
Duritatea apei poate fi:
temporară, determinată de carbonații care, prin fierbere, precipită;
permanentă, datorita sulfaților, clorurilor și altor compuși de calciu și magneziu dizolvați în apă și care nu precipită prin fierbere;
totală, care este suma durităților temporară si permanentă.
Pentru ca apa sa fie potabilă, trebuie să aibă o duritate permanentă de maximum 12 grade ș o duritate totală de maximum 20 de grade. [https://www.scribd.com/document/120346725-47763409-Calitatea-Apei]
Conținutul de substanțe organice în apa naturală reprezintă cantitatea de substanțe provenite din resturi de plante sau animale care se găsesc dizolvate sau în suspensie în apa naturală. Substanțele organice au proprietatea de a putea fi arse, adică oxidate complet și se găsesc în apă sub formă de compuși binari (conținând C și H), ternari (conținând C, H și O), sau cuaternari (conținând C, H O și N). Conținutul de substanțe organice în apă se apreciază global și indirect prin cantitatea de permanganat de potasiu (KMgO4) necesar oxidării totale a acestora, și se exprimă în mg de permanganat de potasiu necesar pentru un dm3 de apă naturală.
Conținutul total de substanțe organice nu poate caracteriza suficient o apă naturală din punct de vedere al salubrității ei și de aceea este în plus necesar să fie puse în evidență și analizate individual conținuturile în apă a unor substanțe organice semnificative cum ar fi: amoniac (NH3), anhidridă azotoasă (N2O3), anhidridă azotică (N2O5) și eventual anhidridă fosforică (P2O5):
amoniacul poate ajunge în apele naturale doar în urma contaminării acestora cu ape provenite de la latrine, depozite de gunoaie sau canalizări;
anhidrida azotoasă este un element component al azotiților, prezența ei în apele naturale datorându-se fie acțiunii microbiene, fie bacteriilor nitrificante care oxidează amoniacul, fie acțiunii unor bacterii patogene (vibronul holerei, bacilul febrei tifoide sau bacilul coli);
anhidrida azotică se găsește în apă în soluție sub formă de acid azotic care în reacție cu oxizii alcalino-pământoși și oxizii de fier dă azotați; prezența azotaților în apă indică o contaminare mai veche a apei cu fecale, la care procesul de contaminare s-a efectuat complet;
anhidrida fosforică din apa naturală provine din fosfați, prezența acesteia indicând o contaminare a acesteia cu fecale sau urină.
Conținutul de substanțe minerale în apa naturală se referă la prezența în apă a unei multitudini de elemente (metaloizi sau metale) dizolvate sub formă de combinații chimice sau libere în suspensie care ajung în apă naturală în urma contactului sau a acțiunii acesteia.
Metaloizii care se întâlnesc cel mai frecvent în apă sunt carbonul, clorul, fluorul, iodul, sulful, siliciul și fosforul:
carbonul se găsește în apele naturale sub formă de carbonați sau bicarbonați precum și ca bioxid de carbon liber sub formă gazoasă;
clorul se găsește în apele naturale sub formă de clor liber (clor rezidual provenit de la tratarea apei) sau sub formă de cloruri (de obicei, de origine minerală);
sulful se găsește în apele naturale sub formă de sulfați (de obicei, de origine minerală), dar uneori compușii sulfului pot avea și origine biologică din cauza contaminării apelor naturale cu ape murdare provenite din rețeaua de canalizare;
fluorul, iodul și siliciul se găsesc în mod normal în cantități foarte mici în apele naturale;
fosforul se găsește în mod normal în cantităși foarte mici în apele naturale, iar atunci când cantățile de fosfor conținute sunt mai mari înseamnă că fosforul este de origine biologică, deci s-a produs o contaminare a apei cu fecale sau urină (care conțin mult fosfor).
Metalele ai căror compuși se găsesc cel mai frecvent în apele naturale sunt fierul, manganul, aluminiul, cuprul, zincul, plumbul:
calciul și magneziul se găsesc în apele naturale sub formă de bicarbonați, sulfați și cloruri, aceste substanțe fiind cele care conferă duritate apei;
sodiul și potasiul se găsesc în apele naturale de obicei sub formă de cloruri, iar prezența acestora sub formă de sulfați sau fosfați în cantități semnificative indică o contaminare a apei cu dejecții;
fierul se găsește în anumite ape subterane sub formă de compuși solubili; atunci când aceste ape, inițial limpezi, vin în contact cu oxigenul atmosferic, acestea se tulbură devenind opalescente, iar în timp se formează fulgi de oxid de fier (Fe(OH)3) de culoare galben-roșiatică;
manganul, care frevent însoțește fierul în apele subterane, însă în cantități mai mici, conferă apei aceleași inconveniente ca și fierul cu diferența că fulgii rezultați din compuși ai manganului au o culoare brună-închisă;
aluminiul se găsește în unele ape subterane sul formă de alumină (Al2O3) care în cantități mai mari dau apei un gust de pământ;
cuprul, zincul și plumbul se găsesc foarte rar în apele naturale, de regulă în urma cotaminării cu ape de la instalațiile de preparare a acestor metale, formînd în contact cu apa oxizi foarte otrăvitori pentru organismele vii.
Conținutul de gaze se determină pentru gaze necesare (normale) în apa potabilă (oxigenul si bioxidul de carbon) și pentru gaze anormale (hidrogenul sulfurat, metanul si amoniacul).
Proprietățile biologice ale apelor naturale sunt legate de încărcarea cu organisme microscopice vegetale sau animale, vii, moarte ori în stare latentă, care se găsesc în apele naturale în suspensie împreună cu diferite particule anorganice (granule de nisip, de argilă, praf de piatră, praf de cărbune, etc.). Analiza biologică a unei ape naturale permite caracterizarea acesteia din punct de vedere calitativ, al salubrității, deoarece prin această analiză sunt puse în evidență speciile de organisme care trăiesc în apa respectivă și densitățile acestora, elemente care se constituie în indicatori de calitate, deoarece o apă curată este populată cu anumite specii de organisme și în anumite cantități pe când o apă murdară este populată cu alte specii de organisme și în alte cantități, specifice acesteia.
Astfel, de exemplu, murdărirea unei ape cu materii organice putrescibile este indicată de un mare număr de specii de organisme reunite în sistemul saprobiilor, sistem care cupinde patru grupe de diferențiere după gradul de impurificare astfel:
specii polisaprobe care se găsesc în ape foarte puternic impurificate;
specii α-mezosaprobe care se găsesc în ape puternic impurificate;
specii β-mezosaprobe care se găsesc în ape moderat impurificate;
specii oligosaprobe care se găsesc în ape curate.
Analiza biologică a apei nu dă indicații complete asupra salubrității apei, deoarece există anumite specii de microorganisme, vizibile numai la ultramicroscop, denumite bacterii și microbi, a căror prezență în apă se determină prin analiză bacteriologică, aceste microorganisme fiind clasificate numai din punctul de vedere al efectului pe care îl au asupra organismului uman.
Proprietățile bacteriologice ale apelor naturale se referă la încărcarea apelor naturale cu bacterii și microbi, care sunt organisme microscopice unicelulare, cu dimensiuni de cca. 3 μm în sens longitudinal și de cca. 0,2 μm în sens transversal. Dintre aceste microorganisme, unele pot trăi doar în prezența oxigenului liber din apă, purtând numele de microorganisme aerobe, altele trăiesc în medii puțin aerate, asimilând oxigenul legat chimic din substanțele organice din apă, pe care acestea le descompun și care poartă denumirea de microorganisme anaerobe, iar altele care pot asimila atât oxigenul liber din apă cât și oxigenul legat chimic din substanțele organice, acestea purtând numele de microorganisme facultativ anaerobe.
Din punct de vedere al analizei bacteriologice, salubritatea apei este caracterizată de prezența următoarelor categorii de microorganisme:
bacterii banale – a căror prezență nu are de obicei nici o influență directă asupra organismului uman, decât dacă se găsesc într-un număr mult mai mare decât cel natural normal când pot avea o acțiune nocivă prin cantitatea de toxine eliminate în apă, de aceea la apele potabile se impune ca numărul de bacterii banale să fie mai mic decât o valoare limită admisibilă;
bacterii coliforme – a căror prezență într-un număr redus este inofensivă pentru organismul uman, însă existența în proba de apă a anumitor specii de bacterii coliforme, și în număr mare, poate indica murdărirea apei cu dejecții sau se poate constitui într-un indicator al prezenței bacilului febrei tifoide, care de cele mai multe ori însoțește colibacilii și a cărui prezență este mai dificil de decelat;
bacterii saprofite – care produc putrezirea materiilor organice și a căror prezență este un indicator asupra contaminării apei cu dejecții animale și umane, precum și un indicator al prezenței bacilului febrei tifoide;
bacterii patogene – a căror prezență produc îmbolnăvirea organismului; prin analiza bacteriologică se pun în evidență în special bacteriile care se transmit prin apă și provoacă așa-numitele boli hidrice și anume: bacilul febrei tifoide, bacteria holerei și bacilul dizenteriei;
bacteriofagii – care sunt microorganisme care se hrănesc cu bacterii și care pot fi puși mai ușor în evidență și a căror prezență poate indica o contaminare a apei cu fecale;
Analiza bacteriologică a apei este o analiză de laborator și se realizează numai în laboratoare specializate autorizate. [curs VVSafta]
Poluarea apelor
Prin definiție, poluarea apei reprezintă un fenomen complex de modificare a proprietăților și caracteristicilor naturale ale apei curate prin introducerea unor substanțe sau forme de energie. Apa poate fi poluată prin prezența oricăror substanțe anorganice, organice, radioactive sau biologice care tind să degradeze calitatea acesteia și să o facă improprie folosințelor normale. [curs VVSafta]
Sursele de poluare naturală pot avea caracter permanent sau caracter accidental.
Surse naturale de poluare cu caracter permanent sunt:
sărurile minerale solubile rezultate din spălarea rocilor de către apele de suprafață sau freatice;
particule solide provenite din eroziunea solului (aluviuni);
substanțe organice în descompunere rezultate in urma descompunerii vegetației acvatice submerse/emerse;
Surse de poluare naturală cu caracter accidental sunt reprezentate de particulele de substanțe ce pătrund in apă ca urmare a:
fenomenelor geologice: erupții vulcanice, cutremure;
fenomenelor meteorologice: uragane, inundații, furtuni de praf;
fenomenelor complexe: alunecările de teren.
Poluarea artificială reprezintă introducerea in apele naturale a unor substanțe poluante in mod direct sau prin deversarea apelor uzate menajere, industriale, agricole sau provenite din alte activități umane.
Principalele surse de poluare antropică a apelor sunt reprezentate de:
apele reziduale comunale (ape menajere): din locuințe, spălătorii, ape pluviale urbane.
Apele menajere prezintă cantități mari de substanțe organice, detergenți, săruri minerale, un conținut microbian ridicat și potențial epidemiologic crescut.
apele uzate industriale provenite din combinate chimice, siderurgice, fabrici de celuloză și hartie.
Apele menajere industriale au in componența lor cantități mari de substanțe minerale dizolvate sau in suspensie și sunt în general toxice;
apele reziduale agricole provenite din sectoarele agrozootehnice, irigații, apele pluviale și freatice drenate de pe terenurile agricole.
Apele menajere agricole conțin un număr mare de germeni microbieni, ingrășăminte, pesticide, amendamente, aluviuni.
surse de poluare neorganizate : reziduurile menajere din localitățile necanalizate, depozitele de gunoaie din albia majoră a raurilor, scurgeri accidentale de produse petroliere de la sonde, conducte de transport, rezervoare, bataluri de sondă.
Agenții poluanți ai apelor se împart în opt categorii:
deșeuri care consumă oxigen – substanțe organice fermentascibile: reziduuri menajere și industriale;
agenți infectanți – bacterii, viruși și alte microorganisme;
substanțele nutritive pentru plante – săruri de azot și fosfor (ajung in apele naturale prin spălarea terenurilor agricole de către apele pluviale sau de irigație);
substanțele organice de sinteză: pesticidele;
substanțele minerale – din spălări din industria chimică, minieră, petrolieră, siderurgică;
sedimente provenite din eroziune ;
substanțe radioactive – din industria extractivă sau industria energetică nucleară;
temperaturile înalte – din apele de răcire de la termocentrale sau de la centralele nucleare.
După natura agenților poluanți se pot distinge trei categorii de poluare a mediului acvatic:
poluare biologică, poluare chimică și poluare fizică.
Poluarea biologică reprezintă impurificarea apelor naturale cu microorganisme (bacterii, viruși, ciuperci microscopice) sau cu substanțe organice fermentascibile.
Sursele principale de contaminare sunt reprezentate de:
apele menajere urbane;
apele uzate din industria alimentară (abatoare, fabrici de lapte, de bere, de zahăr);
ape din industria celulozei și hartiei;
ape din sectoarele agrozootehnice;
Consecințele generale ale poluării biologice sunt reprezentate de răspandirea unor boli cu transmitere digestivă precum colibaciloze, hepatite virale, holeră, febră
tifoidă, dizenterie; eutrofizarea ecosistemelor acvatice și anihilarea puterii de autoepurare a apei având ca și rezultat proliferarea microorganismelor patogene.
Poluarea chimică a apei se referă la evacuarea directă sau antrenarea indirectă (prin intermediul precipitațiilor sau a factorilor atmosferici) în ape a unor substanțe chimice rezultate ca deșeuri în urma activităților industriale (săruri ale unor metale, acizi, baze, fenoli, produse petroliere, substanțe farmaceutice, etc.), ca urmare a tratării terenurilor agricole cu îngrăsăminte sau pesticide (nitrați, fosfați, erbicide, fungicide sau inseticide ca: DDT, policlorobifenili, etc.) sau ca urmare a activităților menajere (detergenți).
Principalii poluanți ai apelor:
Nitrații sunt poluanți majori ai apelor de suprafață și freatice ce provin din ingrășăminte chimice azotoase, dejecții animaliere și din arderea combustibililor fosili. Apele de precipitații spală acești compuși de la suprafața solului iar prin intermediul apelor de șiroire sunt transportați in apele curgătoare.
Fosfații prezenți ca poluanți in apele naturale provin din ingrășămintele chimice cu fosfor utilizate in agricultură, din descompunerea detergenților biodegradabili sau din apele menajere evacuate din stațiile de epurare (1-2 kg P mineral/ an/locuitor).
Hidrocarburile care contaminează apele continentale și oceanice, provin din procesele tehnologice de extracție și prelucrare a petrolului, transportul marin cu nave sau prin conducte, transportul de suprafață prin conducte și din utilizarea carburanților și lubrifianților la funcționarea motoarelor cu ardere internă.
Poluarea fizică a apei se referă la impurificarea acesteia cu corpuri sau particule solide insolubile, la poluarea termică și la poluarea radioactivă.
Impurificarea cu corpuri sau particule insolubile se referă la pătrunderea și antrenarea de către ape a unor materiale considerate inerte din punct de vedere chimic și biologic cum ar fi: materiale provenite din eroziunea solului, materiale de origine vegetală provenite mai ales din defrișarea pădurilor, materiale provenite din activitatea carierelor de extragere a diferitelor materii prime, deșeuri și gunoaie (resturi menajere, ambalaje, materiale de hârtie, textile, mase plastice sau metalice, etc.).
Poluarea termică se referă la evacuarea în apele de suprafață îndeosebi a apelor folosite ca agent de răcire de la instalațiile de producere a energiei electrice (centrale termo-electrice sau nuclearo-electrice) dar și a altor ape de răcire a agregatelor de la anumite obiective indutriale.
Consecințele poluării termice sunt reprezentate de modificarea concentrației de oxigen dizolvat în apă, prin micșorarea coeficientului lui de solubilitate, intensificarea activității microorganismelor din apă ( intensificarea descompunerii substanțelor organice, rezultând creșterea deficitului de oxigen din apă), mărerea nevoii de oxigen a hidrobionților (creșterea temperaturii cu 100o C mărește de 2,2 ori nevoile respiratorii ale poichilotermelor), scaderea concentrației azotului și a CO2 din apă (rezultând dezechilibrul ionic al apelor) și scaderea concentrației ionilor de calciu din apă (ce poate modifica metabolismul osos la pești și formarea exoscheletului la moluște și alte nevertebrate acvatice).
Poluarea radioactivă se referă la pătrunderea în ape a unor materiale sau reziduri radioactive provenite în urma unor accidente nucleare sau scăpări de la obiective nucleare. [https://www.scribd.com/document/105247824-Poluarea-apelor]
Caracteristicile apelor uzate menajere
Apele care au fost murdărite prin folosirea lor sau prin trecerea lor pe teritoriul unui centru populat sau industrial poartă numele de ape uzate. Apele uzate se pot clasifica după proveniență sau după gradul lor de murdărie. Gradul de murdărire al apelor uzate se caracterizează prin concentrația lor; concentrația este cantitatea de murdărie conținută într-o unitate de volum de apă.
După proveniență apele uzate se clasifică în:
ape uzate menajere și fecaloide, rezultate din satisfacerea nevoilor gospodărești de apă ale centrelor populate, precum și a nevoilor gospodărești, igienico-sanitare și social administrative ale diferitelor categorii de unitați industriale, agrozootehnice;
ape uzate publice, rezultate de la satisfacerea nevoilor de apă publice ale centrelor populate;
ape uzate industriale care rezultă din procesele de producție ale întreprinderilor industriale;
ape meteorice formate în urma precipitațiilor atmosferice (ploaie, zăpadă) și murdărite cu praf și nămol pe care îl spală;
ape stagnante de suprafață provenite din bălți, mlaștini;
Din punct de vedere al admiterii apelor murdare în emisar interesează gradul lor de murdărire precum și compoziția murdăriei. În funcție de gradul de murdărire apele murdare pot fi:
ape murdare care necesită o epurare înainte de vărsarea lor în emisar conform cerințelor sanitare;
ape convențional-curate care nu necesită o epurare înainte de vărsarea lor în emisar.
In marea majoritate a cazurilor, aceste categorii de ape de canalizare conțin, în stare de soluție, sau sub formă de suspensie, substanțe organice și minerale: particule de nisip, pământ, resturi de legume, coloranți, substanțe toxice ca cianuri, arsen, metale grele, etc. De aemenea conțin și o mare cantitate de bacterii, unele nevătămătoare (saprofite), iar altele care produc îmbolnăviri (patogene). Dintre acestea din urmă fac parte agenții bolilor gastro-intestinale (tifos, dizenterie, holeră, etc.).
Compoziția apelor uzate menajere este variabilă în timp, concentrația lor fiind determinată de mai mulți factori (modul de alimentare, colectarea deșeurilor) și, în special, de consumul specific de apă. Din practică s-a constatat că pentru a asigura o funcționare normală a rețelei de canalizare, consumul specific trebuie să fie de cel puțin 60 l/loc
Compoziția apelor uzate industriale este foarte variată, la unele ramuri industriale prezentând caracteristici diferite chiar în cazul aceleiași industrii, în funcție de fazele procesului de producție. Unele ape uzate industriale sunt considerate convențional curate, adică satisfac condițiile stabilite pentru descărcarea lor în receptorul respectiv (de exemplu unele ape de răcire), iar altele sunt mai mult sau mai puțin murdare. Acestea din urmă, iau parte, de cele mai multe ori, la procesul de tehnologic și deseori conțin produse valoroase, a căror recuperare face, în ultimul timp, obiectul a numeroase studii.
Apele de ploaie sunt caracterizate, de obicei, de murdăriile specifice locurilor pe care se scurg. Astfel, apele de ploaie ce se scurg de pe teritoriul rafinăriilor de petrol sunt încarcate cu reziduuri petroliere, cele de la depozitele de cărbune, cu praf de cărbune, cele de la creuzotarea traverselor de cale ferată, cu gudroane și compuși fenolici, cele de la industriile chimice, cu diferiți compuși chimici, iar cele de pe străzile orașelor se aseamănă cu apele menajere.
Compoziția apelor de canalizare este definită de calitățile fizice, chimice, biologice și bactereologice. Din totalitatea acestor indicatori, la proiectarea rețelei de canalizare, este necesar să se cunoască elementele principale.
Cei mai importanți indicatori fizici sunt:
temperatura, ca indicator important la alegerea materialului canalelor și a celorlalte construcții și instalații ale canalizării și la stabilirea măsurilor pentru protecția lor.
culoarea și mirosul, dau indicații asupra felului și provenienței apelor uzate, precum și asupra gradului de descompunere a substanțelor aflate în suspensie, sau în soluție, folosind la stabilirea măsurilor pentru asigurarea unei raționale exploatări a instalațiilor de canalizare.
Culoarea poate arăta ce fel de ape industriale uzate intră în canalizarea orașului; de exemplu o culoare roșie, poate indica prezența apelor uzate de la tăbăcării, sau de la industria acidului sulfuric, o culoare roșie brună, poate arăta prezența fierului din apele de la decapaj iar o culoare galbenă poate indica prezența sărurilor de crom.
Mirosul dă de asemenea indicații asupra provenienței apelor, cum ar fi de exemplu, mirosul de benzină, fenoli, etc. Mirosul de hidrogen sulfurat indică, de regulă, dezvoltarea unor procese de fermentație anaerobă.
Substanțele în suspensie sunt de trei categorii:
care plutesc la suprafața (păcură, reziduuri petroliere, uleiuri, grăsimi);
care se depun într-un timp relativ scurt;
foarte fin dispersate, uneori până în stare coloidală, depunându-se foarte greu, sau de loc.
Unele substanțe volatile, cum ar fi anumite hidrocarburi se evaporă foarte repede și dau un amestec detonant, care poate produce explozii în rețeaua de canalizare; suspensiile care se depun în timp scurt pot conduce la înfundarea canalelor.
Indicatorii chimici cu importanță ridicată sunt reprezentați de reacția pH, rezidul fix, reziduul obținut prin ardere, oxidabilitatea și consumul biochimic de oxigen.
Reacția pH a apelor uzate, este unul din factorii principali la alegerea materialului canalului și a celorlalte construcții și instalații ale canalizării și a măsurilor pentru protecția lor.
Rezidul fix la 105O C, obținut prin evaporare, se determină după filtrarea probei, valoarea obținută dă indicații asupra substanțelor de origine organică și anorganică dizolvate în apă.
Reziduul obținut prin ardere, reprezintă conținutul de materie organică. Substanțele îndepărtate prin ardere (volatile) sunt cele de natură organică. In cenușa de calcinare, după dizolvarea în acid clorhidric, se pot identifica prin metode curente de laborator, ionii de cupru, nichel, etc.
Oxidabilitatea, exprimată prin CCO-Mn, sau consumul de permanganat de potasiu, dă de asemenea indicații asupra cantității de substanțe organice din apă uzată; nu reprezintă totdeauna o caracteristică precisă, deoarece permanganatul acționează și asupra substanțelor de natură organică, iar o serie de substanțe organice nu reacționează la acest reactiv. Pentru a se evita în parte aceste neajunsuri se folosește uneori determinarea oxidabilitatii, metoda cu bicromat de potasiu CCO-Cr.
Consumul biochimic de oxigen (CBO) indică gradul de impurificare cu substanțe organice biodegradabile al apelor uzate. CBO reprezintă cantitatea de oxigen, în miligrame la litru, necesară pentru a descompune materiile organice din apă uzată, cu ajutorul microorganismelor. În practica proiectarii se folosesc datele privind consumul biochimic de oxigen la 5 zile (CBO5) și mai rar, cel la 20 zile (CBO20).
Unele substanțe toxice cum sunt cianurile, arseniul, sărurile de metale grele, la o anumită concentrație în apele uzate, precum și substanțele inflamabile și cele explozive, devin periculoase pentru personalul de exploatare.
Principalul indicator biologic este reprezentat de capacitatea de fermentare, care arată dacă și după câte ore sau zile, apa uzată începe să fermenteze, dezvoltând hidrogen sulfurat. Determinarea se face cu o soluție de albastru de metilen, care în momentul când începe fermentația se decolorează, din cauza hidrogenului sulfurat care se degajă. Este un indicator important atât în stabilirea sistemului și schemei de canalizare, cât și a modului de epurare.
De exemplu, apele uzate care intră foarte repede în fermentație (apele uzate industriale, de la fabricarea zahărului, amidonului, de la tăbăcăriile vegetale, etc.) trebuie colectate și transportate într-un timp foarte scurt la stația de epurare, altfel intrând în fermentație acidă devin agresive și greu de epurat. De multe ori, pentru a împiedica intrarea apelor uzate în fermentare se adaugă var sau substanțe clorigene.
Indicatorii bacteriologici sunt reprezentați de analizele bacteriologice care au ca și obiectiv determinarea gradului de impurificare al apelor uzate. Ele prezintă interes în special în legatură cu măsurile pentru evitarea propagării maladiilor contagioase precum și pentru protecția personalului de exploatare a rețelei de canalizare.
De la industrii provin, în general, următoarele ape uzate:
ape de la bucătării, spălătorii, dușuri, băi, etc.;
ape de răcire, condens și spălarea utilajelor, a produselor fabricate sau a pardoselilor;
ape din procesul de fabricație propriu-zis.
În comparație cu apele uzate menajere, apele uzate industriale se pot deci încadra în următoarele grupe:
grupa I. ape uzate a căror compoziție nu se deosebește decât puțin de cea a apelor uzate menajere, putând fi descărcate în rețeaua de canalizare publică, fără o prealabilă epurare.
grupa a II-a. ape uzate cu conținut mare de substanțe organice, care pot fi descărcate în rețeaua de canalizare publică după o eventuală preepurare; când substanțele organice conținute în apele industriale intră foarte repede în fermentare, este indicată descărcarea în rețeaua publică cu luarea unor măsuri preventive.
grupa a III-a. ape uzate în care predomină substanțe de natură minerală sau compuși chimici organici.
Apele din grupa I au aceeași compoziție ca și apele uzate menajere. Apele din grupa a II-a sunt, în general, puțin uzate, acestea putând fi întrebuințate în intreprindere. În caz că nu se prevede această reîntrebuințare, se canalizează, de regulă separat de apele ce provin din procesul de fabricație propriu-zis, amestecul lor putând stânjeni epurarea acestora, mai ales când debitul apelor de răcire și de spălare este mult mai mare decât cel al apelor de fabricație. Apele de răcire și condens, în cazul când corespund condițiilor de vărsare în emisar, sau necesită în acest scop numai o epurare sumară și nu sunt reîntrebuințate, se canalizează separat și se descarcă direct în receptor. Compoziția apelor din grupa a III-a variază în limite foarte largi, depinzând de procesul tehnologic, de felul materiei prime supuse prelucrării, de normele consumului de apă etc.
Din grupele I și a II-a fac parte, în general, apele uzate industriale ce provin din industria alimentară, ușoară, forestieră, din unitățile agrozootehnice, etc., iar din grupa a III-a apele nefermentabile care provin de la industria extractivă (cărbune, minereuri), de la industria chimică și metalurgică.
Unele ape uzate industriale au influențe nefavorabile asupra rețelei de canalizare și pot schimba complet caracterul apelor menajere din canalizare. [Iancu Paulina, Pienaru Adriana, 1999 –– Canalizări și epurarea apelor uzate, Editura GLOBUS, București]
Epurarea și autoepurarea apelor uzate
Epurarea apelor uzate este un proces complex de reținere și/sau neutralizare prin diferite mijloace a substanțelor poluante aflate în apele uzate sub formă de suspensii, în stare coloidală sau în stare dizolvată, în scopul reintroducerii acestora în circuitul hidrologic, prin deversare în emisari, fără ca prin aceasta să se aducă prejudicii atât florei și faunei acvatice cât și omului.
În urma procesului de epurare a apelor uzate rezultă două produse:
apa epurată, în diferite grade de epurare, care se deversează în receptor, sau poate fi valorificată la irigații sau alte activități;
substanțele poluante extrase, care poartă denumirea generică de nămoluri.
În cadrul procesului tehnologic de epurare, metodele și procedeele de extragere a substanțelor poluante din apele uzate sunt de natură mecanică, biologică și chimică. Alegerea unei anumite structuri de flux tehnologic este determinată atât de caracteristicile apelor uzate prelucrate cât și de gradul de epurare care se urmărește să fie atins, determinat din rațiuni atât ecologice, dar și economice. Pe parcursul procesului tehnologic de epurare, poluanții extrași din apele supuse procesului sunt concentrate în nămoluri foarte nocive, care dacă sunt evacuate ca atare, constituie un pericol deosebit pentru mediul înconjurător, compromițând instalația de depoluare prin nerealizarea integrală a scopului său principal, acela de protejare a mediului. Procesul tehnologic de prelucrare a nămolurilor în scopul neutralizării potențialului deosebit de poluant al acestora, deține o pondere importantă în procesul tehnologic general al stațiilor de epurare (costuri de investiții și exploatare mari, comparabile, dacă nu superioare celor pentru epurarea apelor uzate), și trebuie să fie subordonat cerințelor de evacuare finală sau valorificare a nămolurilor.
Procesul tehnologic general al stațiilor de epurare a apelor uzate cuprinde deci două mari grupe succesive de operații și anume:
reținerea și/sau neutralizarea încărcării poluante din apele uzate, rezultând nămoluri;
prelucrarea nămolurilor în scopul valorificării sau evacuării acestora în siguranță în mediul înconjurător, fără pericol de contaminarea acestuia. [Florea Julieta, Robescu D. – Hidrodinamica instalațiilor de transport hidropneumatic și de depoluare a apei și aerului, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1982.]
De menționat că din punct de vedere al activității de protecție a calității apelor, într-o primă etapă s-a crezut că protecția calității apelor ar putea fi rezolvată numai prin epurarea apelor uzate și s-au depus eforturi pentru conectarea cât mai rapidă a producătorilor de ape uzate la stații de epurare. În prezent s-a constatat că oricât de evoluate ar fi procedeele de epurare acestea prezintă limitări, cu toate că eforturile pentru perfecționarea acestora pe plan mondial sunt deosebit de intense. De aceea se admite că nu există premise absolut sigure conform cărora s-ar ajunge la o stare satisfăcătoare a calității apelor numai prin intermediul epurării apelor uzate, ci se impun și o serie de măsuri aplicate atât la nivelul surselor de producere a apelor uzate cât și la nivelul cursurilor de apă receptoare în care sunt deversați efluenții stațiilor de epurare, care împreună cu folosirea unor procedee moderne de epurare, deosebit de eficiente, se constituie într-un sistem optimizat de protecție a calității apelor.
Dintre măsurile care pot fi aplicate surselor de apă poluată se pot menționa: introducerea și utilizarea în unitățile economice a unor tehnologii de producție, cu consum redus de apă sau total neconsumatoare, puțin poluante sau total nepoluante; recircularea apelor uzate evacuate, care este un procedeu care poate diminua semnificativ debitele de apă uzată deversate în receptori, degrevându-i astfel; folosirea la irigații a unor categorii de ape uzate, direct sau după un tratament adecvat.
Dintre măsurile care pot fi aplicate cursurilor de apă receptoare se pot menționa:
aerarea intensă a râurilor sau lacurilor poluate folosind aeratoare speciale, prin aceasta asigurându-se o oxigenare suplimentară, rezultând o reducere, uneori spectaculoasă, a gradului de poluare cu materii organice;
destratificarea termică a apelor stătătoare, care constă în înlocuirea apei de la adâncime, care prin stagnare își înrăutățește uneori considerabil calitatea, cu apă de bună calitate de la suprafață;
creșterea debitelor minime ale cursurile de apă receptoare ale apelor uzate, prin intermediul unor lucrări hidrotehnice (acumulări sau derivații), prin care să se reducă semnificativ gradul de diluție al apelor uzate în apele rectoare, fapt cu o contribuție deosebită în calitatea amestecului;
crearea pe cursurile de apă receptoare ale apelor uzate a condițiilor deautoepurare, proces care dirijat corespunzător poate crea un minim de condiții care duc la îmbunătățirea naturală a calității apelor de suprafață.
Autoepurarea este un proces natural complex (fizico-chimic, biologic și bacterilogic) prin care impurificarea unei ape de suprafață receptoare, curgătoare sau stătătoare, se reduce treptat odată cu îndepărtarea de sursa de impurificare. Indiferent de receptor și de natura impurificării, procesele de autoepurare sunt asemănătoare, însă diferă desfășurarea lor ca durată, ca amploare, ca ordine de succesiune sau ca măsură în care iau parte toate felurile de procese specifice, sau numai unele dintre acestea, depind de caracteristicile receptorului și ale poluanților introduși în acestea. Capacitatea de autoepurare a apelor receptoare nu este nelimitată, aceasta putând varia în timp chiar dacă caracteristicile apelor receptoare rămân relativ constante. Procesul de autoepurare se realizează, în esență, prin îndepărtarea din masa de apă supusă procesului a materiilor solide în stare de suspensie, sau prin transformarea pe cale chimică sau biochimică a unor substanțe poluatoare.
Factorii care intervin în procesul de autoepurare sunt foarte numeroși și sunt de natură fizică, chimică, și biologică sau factori de mediu. Aceștia pot interveni în proces simultan sau într-o anumită succesiune, însă între acțiunile acestor factori există anumite interdependențe, astfel încât momentul în care intră în acțiune un anumit factor și intensitatea cu care acționează este de regulă condiționat de acțiunile altor factori cum ar fi:
factorii fizici care intervin în procesul de autoepurare (sedimentarea, lumina, temperatura și miscarea curenților de apă);
factorii chimici care joacă un rol foarte important în procesul de autoepurare , contribuind direct și/sau indirect la crearea condițiilor de viață a organismelor din apa supusă procesului. Dintre aceștia, factorii chimici cu cea mai mare importanță sunt oxigenul (de concentrația acestuia depinzând intensitatea de descompunere a materialelor organice poluante, oxidarea unor substanțe minerale poluante și popularea cu organisme a sistemelor acvatice) și bioxidul de carbon (care constituie sursa principală de carbon pentru sistetiazrea substanțelor organice de către plante).
Procesul de autoepurare mai este influențat și de alți componenți chimici din apă, care contribuie la crearea condițiilor de viață ale organismelor acvatice sau favorizează unele reacții chimice sau biochimice, cum ar fi: fierul, manganul, azotul, fosforul, potasiul, sulful, siliciul, magneziul, aluminiul și unele oligoelemente; factorii biologici care intervin în procesul de autoepurare sunt organismele acvatice și anume: bacteriile, protozoarele, macrovertebratele și plantele clorofiliene.
Dintre acești factori, rolul principal în autoepurare îl au bacteriile, restul organismelor, cu puține excepții, continuând transformările inițiate de bacterii, eventual stimulând unele dintre ele. Unele dintre bacteriile din apă (împărțite în autotrofe și heterotrofe, după modul de nutriție) se dezvoltă în prezența oxigenului molecular, dizolvat în apă, și poartă numele de bacterii aerobe, acestea având rolul principal în procesul de autoepurare a apei.
Alte bacterii din apă utilizează în procesele metabolice oxigenul combinat chimic din apă (din sulfați, azotiți, etc.) și poată numele de bacterii anaerobe, acestea având un anumit rol și în procesul de autoepurare a apei, dar mai ales în procesele din interiorul sedimentelor de pe fundul apelor. Având în vedere că principala caracteristică a bacteriilor este capacitatea extraordinară de adaptare, există bacterii care se dezvoltă atât în prezența oxigenului molecular liber din apă, cât și în prezența oxigenului legat chimic, acestea purtând numele de bacterii facultativ aerobe. În general toate procesele biologice bacteriene se produc într-o multitudine de trepte susccesive, care dacă se desfășoară în echlibru, descompun materia organică (poluatoare) din apă, în bioxid de carbon și apă, în cazul proceselor aerobe, și în bioxid de carbon și metan, în cazul proceselor anaerobe. [Rojanschi V., Ognean Th. – Cartea operatorului din stații de epurare a apelor uzate – Editura Tehnică, București, 1997]
Metode de epurare a apelor uzate
La baza funcționării stațiilor de epurare a apelor uzate stau procesele de epurare mecanice,chimice, biologice și procese combinate.
Metodele de epurare a apelor uzate în funcție de natura lor se împart în:
metode de epurare mecanice;
metode de epurare chimice;
metode de epurare biologice;
metode de epurare avansata.
O altă clasificare a metodelor de epurare a apelor uzate se poate face considerând operațiile și procesele unitare necesare pentru a realiza îndepărtarea poluanților, într-un anumit stadiu al sistemului de epurare în:
metode de epurarea primara reprezinta epurarea apelor uzate prin procese fizice si/sau chimice care implica decantarea / sedimentarea suspensiilor (CBO5 min. 20%, MTS min. 50%).
metode de epurarea secundara reprezinta epurarea apelor uzate urbane prin procese care implica in general epurare biologica urmata de decantare secundara sau alte procedee care respecta anumite cerintele
metode de epurare terțiară (avansată) cu rol de a inlatura compusii in exces
Schema care reprezintă succesiunea și amplasarea obiectelor principale din stația de epurare cu arătarea pozițiilor relative între ele precum și indicații asupra fluxului tehnologic al apei, nămolului, energiei electrice, al aburului și al altor agenți necesari epurării constituie schema de epurare (Fig. 1.1.).
Fig.1.1. Schema stației de epurare a apei uzate menajere [http://www.fhh.org.ro/ed_fhh/reviste/arhiva_cdf/53_5_2005.htm]
Instalațiile în care se realizează procesul de epurare a apelor uzate poartă denumirea generică stații de epurare a apelor uzate. Stațiile de epurare a apelor uzate se pot clasifica după mai multe criterii și anume: după destinație, după structură, după calitatea efluentului evacuat, după configurația fluxului tehnologic, după natura procedeelor de epurare utilizate și după modul de distribuție a obiectelor tehnologice componente. [Negulescu M – Epurarea apelor uzate municipale, Ed. Tehnică, București, 1978]
Epurarea mecanică
Metodele de epurare mecanică asigură eliminarea din apele uzate a corpurilor mari vehiculate de acestea, a impurităților care se depun si a celor care plutesc sau pot fi aduse în stare de plutire. Metoda este larg folosită ca epurare prealabilă sau ca epurare unică (finală), în funcție de gradul de epurare necesar, după cum trebuie să fie urmată sau nu de alte trepte de epurare.
Metodele mecanice de epurare aplicate apelor uzate urbane constau în:
sitarea apei în scopul separării împurităților grosiere din apele supuse procesului de
epurare;
sedimentarea (decantarea) în scopul separării suspensiilor solide decantabile din apele supuse procesului de epurare sau îngroșării nămolurilor;
flotarea în scopul separării împurităților ușoare (cu structură ramificată) sau a impurităților coloidale hidrofobe din apele supuse procesului de epurare;
micrositarea, filtrarea, ultrafiltrarea în scopul eliminării avansate a suspensiilor solide și coloizilor din apele supuse procesului de epurare sau deshidratării nămolurilor;
absorbția pe medii poroase în scopul eliminării avansate a substanțelor organice dizolvate, sau a eliminării substanțelor greu biodegradabile sau nebiodegradablile;
filtrarea în scopul deshidratării nămolurilor;
centrifugarea în scopul deshidratării nămolurilor;
evaporarea și infiltrarea-percolarea în scopul deshidratării nămolurilor
procedee termice în scopul condiționării, pasteurizării, uscării și incinerării nămolurilor;
iradierea cu raze UV în scopul dezinfectării apelor supuse procesului de epurare. [curs VVSafta]
În treapta de epurare mecanică se rețin suspensiile grosiere și cele fine. Pentru reținerea lor se utilizează grătarele, sitele, separatoarele de grăsimi, deznisipatoarele și decantoarele, centrifugele.
Grătarele (Fig.1.2.) rețin corpurile și murdăriile plutitoare aflate în suspensie în apele uzate (cârpe, hârtii, fibre, cutii, etc.). Materialele reținute de grătare sunt evacuate ca atare, pentru a fi depozitate în gropi sau incinerate. In unele cazuri pot fi mărunțite prin tăiere la dimensiune de 0,5- 0,1mm în dezintegratoare mecanice.
După mărimea interspațiilor grătarele pot fi clasificate astfel:
grătare rare cu interspații de 40-50 mm;
grătare dese (obișnuite), cu interspații de 20 mm sau chiar mai mici.
Fig. 1.2. Grătar automat rar cu transportor pentru rețineri
1 – mecanism antrenare; 2 – mecanism întindere; 3 – mecanism curațare; 4 – bare de curațare; 5 – șasiu metalic; 6 – suport glisant; 7 – motoreductor; 8 – tablou de comandă; 9 – senzor de nivel.
[http://www.adiss.ro/ro/produse/echipamente-de-proces-137/retention-coars-materials/adigra-gratar-rar-automat-cu-transportor-pentru-retineri]
După mărimea grătarelor și gradul de mecanizare adoptat pentru stația de epurare, reținerile de pe grătare pot fi transportate mecanic, hidraulic sau manual, sortate în vederea recuperării materialelor feroase, fărâmițate respectiv compactate, incinerate sau îngropate.
Deznisipatoarele sunt dispozitive destinate eliminării impurităților de natura nisipurilor (particule mai mari de 0,2 mm). Un deznisipator este un bazin în care, prin relativa staționare a apei, are loc depunerea gravitațională a nisipului.
După direcția principală a curentului de curgere, deznisipatoarele pot fi orizontale – în cele mai dese cazuri sau verticale.
Deznisipatoarele orizontale, constau, de obicei, din două sau mai multe canale înguste și relativ puțin adânci, în care apa circulă cu viteză medie de circa 0,30 m/s (0,20 – 0,40 m/s), având timpul de staționare de 0,5 – 1 min. (fig. 1.3.).
Deznisipatoarele verticale sunt cilindrice, apa mișcându-se de jos în sus cu o viteză de 0,02 – 0,05 m/s, depunerile adunându-se jos, într-o bașă tronconică.
Fig.1.3. Deznisipatorul orizontal cu curățire manuală:
1-grătar; 2-bare de liniștire; 3-nișe pentru reparații în caz de avarie;
4-stăvilar de intrare; 5-vane de golire; 6-stăvilar de ieșire; 7-galerie de golire [CONSTRUCȚII DE TRATAREA ȘI EPURAREA APEI CURS Prof.dr. ONCIA SILVICA]
Separatoarele de grăsimi (Fig.1.4.) sau bazinele flotoare au ca scop îndepărtarea din apele uzate a uleiurilor, grăsimilor și, în general, a tuturor substanțelor mai ușoare decât apa, care se ridică la suprafața acesteia, în zonele liniștite și cu viteze orizontale mai mici decât ale apei. Separatoarele de grăsimi sunt amplasate după denisipatoare sau după grătare, dacă din schemă lipsește deznisipatorul.
Separatoarele de grăsimi pot utiliza pentru îndepărtarea impurităților fie flotarea naturală, fie flotarea cu aer. Flotarea naturală se realizează în bazine obișnuite în care, din cauza vitezelor mici cu care se deplasează apa, particulele ușoare se ridică la suprafață. Flotarea cu aer poate fi de joasă presiune sau sub presiune. In ultimul caz, bulele de aer introduse în apă aderă la materialul în suspensie și ajută la deplasarea la suprafața lichidului aparticulelor solide sau coloidale aflate în masa acesteia.
Fig.1.4. Separator de grăsimi
1 – conductă de alimentare; 2- conductă de evacuare; 3- perete șicană; 4- insuflarea aerului; 5-materii plutitoare.
[https://www.scribd.com/document/3 PROTECTIA RESURSELOR DE APA]
Decantoarele primare sunt instalațiile în care se sedimentează cea mai mare parte a substanțelor în suspensie din apele uzate. După direcția de curgere a apei, decantoarele se împart în: orizontale și verticale. După forma în plan, decantoarele pot fi dreptunghiulare și circulare.
In mod uzual, la noi au căpătat denumirea de decantoare orizontale, decantoarele cu circulație orizontală a apei, având forma dreptunghiulară.
Decantoarele cu circulație orizontală a apei având forma circulară se mai numesc decantoare radiale. (Fig.1.5.)
Fig.1.5. Decantor circular cu brațe
1- conductă de alimentare cu apă poluată; 2- sistem de distribuție; 3- canal circular de evacuare a apei epurate; 4- brațe cu raclete; 5- conductă cu evacuare a nămolului; 6- pasarelă de acces; 7- sistemul de acționare; 8- dispozitiv pentru ridicarea brațelor; 9- canal colector pentru nămol. [https://www.scribd.com/document/3 PROTECTIA RESURSELOR DE APA]
Epurarea chimică
Metodele chimice de epurare a apelor uzate:
neutralizarea în scopul corectării pH-ului apelor supuse procesului de epurare;
coagularea
flocularea în scopul clarificării apelor supuse procesului de epurare sau
îngroșării nămolurilor;
schimbul ionic în scopul demineralizării sau a îndepărtării unor compuși chimici din
apele supuse procesului de epurare;
oxidarea chimică în scopul îndepărtării unor substanțe organice greu biodegradabile
sau a unor substanțe minerale nedorite din apele supuse procesului de epurare sau
deshidratării nămolurilor;
clorinarea în scopul dezinfectării apelor supuse procesului de epurare;
ozonizarea în scopul dezinfectării apelor supuse procesului de epurare;
tratarea cu săruri metalice în scopul eliminării fosforului din apelor supuse
procesului de epurare;condiționarea chimică a nămolurilor;
tratarea chimică în scopul recuperării de metale sau substanțe valoroase din apele uzate sau nămoluri;
tratarea chimică în scopul extragerii/neutralizării unor substanțe toxice sau periculoase din apele uzate sau nămoluri.
Neutralizarea apelor acide se face cu substanțe cu caracter bazic (oxizi, hidroxizi,
carbonați). Neutralizanții care sunt utilizați sunt: piatra de var (carbonat de calciu), dolomita
(carbonat de calciu și magneziu), varul (oxid de calciu) sub formă de hidroxid de calciu (lapte de
var sau var stins praf).
Neutralizarea apelor alcaline se face cu acizi reziduali, cu gazele de ardere bogate în CO2
(14%) etc. Deoarece influenții au debite variabile în timp, este necesară o buclă de reglare a pH,
mărind debitul de agent neutralizant, fig. 1.6.
Fig.1.6. Schema de principiu a neutralizării apelor uzate
Scopul oxidării este de a converti compușii chimici nedoriți în alții mai puțin nocivi. Ca
oxidanți se pot folosi: oxigenul, ozonul, permanganați, apă oxigenată, clorul și bioxidul de clor.
Ca exemplu se dă distrugerea cianurilor cu clor până la formarea de cianați sau azot molecular:
CN- + OCl → CNO + Cl-
2 CNO + 3 OCl → N2 + 2HCO3- + 3Cl-
Reducerea constă în transformarea unor poluanți cu caracter oxidant în substanțe
inofensive care pot fi ușor epurate. Ca exemplu se dă reducerea cromului hexavalent la crom
trivalent, în vederea precipitării acestuia ca hidroxid:
Cr2O72- + 6 Fe SO4 + 7 H2SO4 ↔ Cr2(SO4)3 + 3 Fe2(SO4)3 + 7 H2O + SO42-
Ca agenți reducători se folosesc sărurile fierului trivalent, sulfați, acidul sulfuros.
Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluanților din apele
reziduale în produși insolubili. Ca exemplu se dă îndepărtarea fluorului din apă prin introducerea
de ioni de calciu:
2 F- + Ca2 ↔ CaF2 – precipitat
Coagularea și flocularea reprezintă îndepărtarea unor particule prin sedimentare (coagulare) și destabilizarea prin absorbția unor molecule mari de polimeri care formează punți de legătură între particule (floculare). Se folosesc pentru particule coloidale. În acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici.
Schimbătorii de ioni se utilizează mai ales pentru dedurizarea apelor, folosind cationați în
forma sodiu (Na), iar regenerarea lor se face cu clorură de sodiu:
2 ZNa + Ca2+ ↔ Z2 Ca + 2 Na+
Folosirea schimbătorilor de ioni este o soluție mai scumpă. https://ww[w.scribd.com/document/223977397-Procese-Chimice-de-Epurare-a-Apelor-Uzate]
Epurarea biologică
Obiectivul principal al treptei biologice de epurare este îndepărtarea substanțelor solide organice nesedimentabile (dizolvate sau coloidale), precum și stabilizarea materiilor organice din nămoluri. Totodată se propune reducerea nutrienților pe bază de azot și fosfor. Este un proces flexibil care se poate adapta ușor la o multitudine de ape uzate, concentrații și compoziții. Procesele biologice sunt precedate de o treaptă fizică de epurare care are rolul de a reține substanțele sedimentabile și sunt urmate de o decantare secundară – procese fizice – destinată reținerii produșilor rezultați din epurarea biologică.
Metodele biologice de epurare a apelor uzate:
fermentarea aerobă în scopul epurării biologice a apei sau a stabilizării nămolurilor;
fermentarea anaerobă în scopul stabilizării nămolurilor sau a epurării biologice a
apei;
nitrificarea/denitrificarea în scopul eliminării azotului din apele uzate;
eliminarea biologică a fosforului din apele uzate.
Procedeele de epurare biologică, utilizate în practică, folosesc una din două grupe de microorganisme: aerobe sau anaerobe. Microorganismele anaerobe se folosesc în procesele de fermentare a nămolurilor și la stabilizarea unor ape uzate industriale concentrate. Microorganismele aerobe sunt utilizate în mod curent în epurarea majorității apelor uzate cu caracter predominant organic – compuși pe bază de carbon, azot sau fosfor – și pentru stabilizarea anumitor categorii de nămoluri.
Prin fermentare anaerobă se înțelege procesul de degradare biologică a substanțelor organice din nămoluri, prin activitatea unor populații bacteriene, care în anumite condiții de mediu (pH, temperatură, etc), descompun materiilor organice din nămol prin procese de oxido – reducere biochimică în molecule simple de CH4, CO, CO2 si H2, care formează așa numitul gaz de fermentație sau biogaz și care are o putere calorică medie de circa 5.000 kcal/Nm3.
Procesele biochimice si microbiochimice ce stau la baza degradării materiilor organice sunt extrem de complexe și încă insuficient cunoscute, această situație datorându-se necunoașterii complete a modului de degradare (mineralizare) a compușilor organici complecși si insolubili. Acest proces este numit de unii, proces de condiționare a nămolului, având in vedere și modificările structurale. În același timp, prin fermentare sunt distruse parțial si unele bacterii patogene, restul bacteriilor nu se pot distruge decât prin pasteurizare.
Fermentarea aerobă este un procedeu de tratare a nămolurilor, cunoscut și sub denumirea "procedeului nămolului stabilizat", ce are la bază procesele biochimice cunoscute de la epurarea biologică a apelor uzate cu nămol activat. În acest scop, stabilizarea aerobă a nămolului poate avea loc în bazine separate sau în bazine comune cu apa uzată pentru debite foarte mici ce urmează a fi epurată biologic, figura 1.7.
Fig.1.7. Schema procesului de metabolism în regimul aerob
Comparativ cu fermentarea anaerobă, procesul de stabilizare aerobă este mai puțin influențat de substanțele toxice, este lipsit de miros și necesită o exploatare simplă. De asemenea, se înlocuiesc construcțiile înalte (rezervoare de fermentare) cu construcții de mică înălțime (bazine din beton armat) cu cheltuieli de investiții mai reduse. Dintre dezavantaje se semnalează, ca mai importante, consumul mare de energie pentru utilajele de aerare proprii, comparativ cu fermentarea anaerobă care produce și gaz de fermentare (sursă de energie).
Comparând cele două sisteme de stabilizare biologică a nămolului organic, pentru stațiilor mari de epurare, apare net avantajos procedeul de stabilizare anaerobă, mai ales sub aspectul energetic.
Reducerea biologică a fosforului necesită bazine în care sunt create condiții anaerobe, și bazine care lucrează în condiții aerobe. Expunerea la condiții anaerobe/ aerobe conduce la o utilizare competitivă a substratului și la selectarea microorganismelor care stochează fosforul. Metodele biochimice se bazează pe incorporarea ortofosfatului, a polifosfatului și fosforului legat organic în celule. Metoda biologică constă în expunerea microorganismelor la condiții alternativ aerobe și anaerobe. Acest lucru duce la o suprasolicitare a microorganismelor, astfel încât capacitatea de adsorbție crește foarte mult. Fosforul nu este utilizat numai pentru supraviețuire, sinteză și energie, ci este stocat și folosit ulterior de către microorganisme. Mecanismul de reducere a fosforului arată că nivelul reducerii biologice a fosforului este legat în mod direct de cantitatea de substrat care poate fi fermentat de către microorganismele existente în mod obișnuit în zona anaerobă, ulterior asimilat și stocat ca produși de fermentație prin microorganismele reducătoare de fosfor, de asemenea în zona anaerobă. Reprezentarea schematică a mecanismului de eliminare biologică a fosforului este redată în figura.1.8.
Fig.1.8. Reprezentarea schematică a mecanismului de eliminare a fosforului pe cale biologică
[http://sd.utcb.ro/_upload/content/docs/585_marin_d__florentina_-_rezumat_ro.pdf]
Nitrificarea este procesul de oxidare a amoniacului (NH4+ -N) în nitrit apoi în nitrat cu ajutorul a două grupe de bacterii, așa numite nitrifiante:
bacteriile consumatoare de dioxid de carbon (CO2), se numesc autotrofe,
bacteriile consumatoare de carbon organic se numesc heterotrofe.
Ambele tipuri de bacterii se dezvoltă în nămolul activ.
Reacțiile chimice care au loc în cadrul proceselor de nitrificare sunt sub forma:
2 NH4+ +3O2 = 2 NO2+ + 2 H2O + 4H+
2 NO2+ + O2 = 2 NO3-
NH4+ + 2O2 = NO2 +
Atât bacteriile heterotrofe cât și cele autotrofe conviețuiesc în nămolul activ și fiind consumatoare de oxigen au nevoie de un mediu aerob. În cazul în care se cere nitrificare avansată cu scopul reducerii concentrației de amoniu și de azot se impune descompunerea si a nitraților rezultați în urma proceselor clasice de epurare. La descompunerea nitraților se face uz de proprietatea bacteriilor heterotrofe din nămolul activ de a consuma oxigenul din nitrați în condiții anaerobe.
În cadrul proceselor de denitrificare, substanțele anorganice, combinațiile oxidante ale azotului, nitriți (NO2-), și nitrații (NO3-), sunt transformate cu ajutorul bacteriilor heterotrofe în azot gazos liber. În procesul de denitrificare, nitratul existent în apă este descompus pe cale biologică, în azot liber, bioxid de carbon, apă, concomitent cu un consum de carbon.
Reacțiile care au loc sunt de forma:
Corg + 5O2 = 5CO2
5Corg + 4H+ + 4NO2 = 5O2 + 2N2 + H2O
În aceste bazine are loc o agitare a amestecului pentru a permite menținerea substanțelor solide în suspensie, dar suficient de lentă pentru a preveni contactul cu oxigenul atmosferic.
Procesele de nitrificare – denitrificare se pot desfășura în treaptă unică (bazine comune) sau în trepte separate (bazine separate) cu condiția de a asigura mediul corespunzător dezvoltării microorganismelor specifice.
Fig.1.9. Schema fluxului tehnologic de epurare biologică cu denitrificare (N.A.- nămol activ)
[http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/Epurarea-avansata-tertiara-a-a987.php]
Epurarea avansată
Epurarea avansată (epurarea terțiară) cuprinde acele metode și procese care permit,pe de o parte,obținerea unor grade de epurare mai ridicate decât cele asigurate de procesele clasice de epurare primară și secundară,iar pe de altă parte îndepărtarea unor poluanți care trec neschimbați prin treptele de epurare primară și secundară, compuși organic toxici sau rezistenți la atacul microorganismelor, săruri minerale incluzând combinații care stimulează creșterea excesivă a algelor în râuri, lacuri.
Există procese de epurare avansată care pot modifica sau înlocui una sau mai multe(eventual toate) faze ale tehbologiei clasice de epurare.
Pentru instalațiile noi,procesele de epurare avansată folosite independent pot reprezenta uneori o variantă mai economică comparativ cu procedeele convenționale,prezentând,ca avantaje,în special efectele încărcărilor fizicochimice, adaptarea la variația debitelor și respectiv a încărcărilor,insensibilitatea la substanțe toxice pentru sistemele de epurare biologică,posibilități de comandă automată.
Scopul epurării avansate este acela de a diminua debitul de poluanți descărcați în emisari sau de a produce o apă de calitate adecvată pentru refolosire.
Fig.1.10. Schema generală de epurare completă a apelor uzate
Metodele fizice pentru epurarea avansată a apelor uzate sunt:
Microfiltrarea;
filtrarea prin mase granulare(nisip,nisip și antracit,pământ de diatomee).
Microfiltrarea sau micrositarea constă în trecerea apelor uzate epurate prin procedee mecano-biologice printr-o sită deasă alcătuită dintr-o pânză de oțel inoxidabil sau din masă plastică,cu ochiuri extrem de fine,cu interspații microscopice.
Filtrarea prin pământ de diatomee,prin nisip sau prin nisip și antracit a fost folosită cu bune rezultate pentru epurarea avansată a apelor uzate.Prin aceste instalații,și în mod deosebit prin filtrele rapide de nisip,s-a asigurat reducerea materiilor solide în stare de suspensie și a CBO5, în paralel cu eliminarea fosforului și azotului.
Metodele fizico-chimice utilizate la epurarea avansată a apelor uzate sunt:
coagularea chimică;
adsorbția;
spumarea;
electrodializa;
osmoza inversă;
distilarea;
inghețarea;
schimbul ionic;
extracția cu solvent;
oxidarea chimică si electrochimică.
Coagularea chimică reprezintă introducerea unor reactivi chimici care prin dizolvarea lor în apă, produc ioni de semn contrar particulelor coloidale, neutralizând total sau parțial sarcina electrică a acestora, astfel încât forțele de respingere dintre particulele în suspensie sunt reduse, conducând astfel la aglomerarea lor în microflocoane sau flocoane (agregate mai mari și mai grele). Acest procedeu de tratare a apei este denumit și coagulare-floculare.
[http://stiintasiinginerie.ro/wp-content/uploads/2014/01/29-PROCESUL-DE-COAGULARE-FLOCULARE.pdf]
Adsorbția este procesul de epurare care are la bază fenomenul de reținere pe suprafața unui corp a moleculelor unei substanțe dizolvate în apă. Materialul care realizează adsorbția poate fi un solid sau lichid și poarta denumirea de adsorbant, iar substanța care este reținută din apa uzată se numește adsorbat.
[http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/Epurarea-apelor-industriale-uz919.php]
Spumarea este o metodă relativ simplă pentru epurarea apelor uzate și constă în insuflarea de aer comprimat în apa uzată și formarea de spumă în care se acumulează o serie de impurități. Procesul este influențat pozitiv de introducerea în apaă a unor substanțe tensoactive, care asigură formarea ușoară a spumei și menținerea un timp mai îndelungat.
[http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/Epurarea-apelor-industriale-uz116.php]
Electrodializa constituie un proces de separare prin membrane cu permeabilitate selectivă la anioni și respectiv la cationi. Deplasarea acestora facându-se sub acțiunea unui câmp electric ca într-un proces de electroliza clasică.
[http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/Epurarea-apelor-industriale-uz351.php]
Tratarea apei prin osmoză inversă se bazează pe un fenomen fizic, respectiv filtrarea apei printr-o membrană semipermeabilă, nu implica o tratare chimică și conduce la eliminarea compușilor organici și anorganici dizolvați în apă precum și a contaminanților biologici (bacterii și viruși) din apă. [http://cv-water.ro/rezidential/osmoza-inversa/]
Procedeul de distilare este cunoscut de mult timp și constă în transformarea prin încalzire a apei în vapori și apoi condensarea vaporilor. Datorită faptului că în general impuritățile dizolvate în apă, de natura minerală sau organică au o volatilitate mult mai redusă decât a apei se obține o apă de bună calitate, dar cu costuri mai ridicate.
[http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/Epurarea-apelor-industriale-uz777.php]
Procedeul de epurare a apei prin înghețare se bazeaza pe faptul că la înghețarea apei, impuritățile se separă într-o soluție reziduală, iar cristalele de gheață formate sunt constituite din apă aproape pură. Acest proces se desfasoară în două etape: răcirea bruscă a apei până la punctul de înghețare, cu producerea de cristale solide de gheață, urmată de separarea cristalelor și topirea acestora cu apă curată.
[http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/Epurarea-apelor-industriale-uz812.php]
Schimbul ionic se bazează pe proprietățile unor materiale care puse în contact cu o apă mineralizată, ce conține săruri sub formă de ioni, sunt capabile să schimbe ionii aflați în apă cu ioni proveniți din materialul din care este confecționat. În industrie se utilizează schimbători de ioni de două tipuri: schimbători de cationi numiți cationiți și schimbători de anioni numiți anioniți. [http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/Epurarea-apelor-industriale-uz351.php]
Extracția este un procedeu de separare a unor substanțe dintr-un lichid pe baza diferenței de solubilitate a componenților aflați într-un amestec de două sau mai multe componente în raport cu un anumit solvent sau mai mulți solvenți. Procedeul se aplică la epurarea apelor industriale uzate mai ales atunci când componentul care trebuie separat poate fi valorificat (de exemplu cazul recuperării fenolului din apele reziduale de la cocserii). De asemenea sunt cazuri în care scopul este acela de a extrage anumite substanțe toxice din apele uzate în vederea distrugerii și astfel se reduce riscul poluării mediului prin deversarea apei uzate în emisar.
[http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/Separarea-unor-substante-prin-316.php]
Oxidarea și reducerea sunt procese chimice în care substanțele aflate în apele uzate sunt transformate prin schimb de atomi, în substanțe mai putin toxice sau mai ușor de separat. Întru-cât din punct de vedere chimic un proces de oxidare trebuie cuplat cu un proces de reducere, procesul se numește de oxi-reducere. Scopul oxidarii în epurarea apelor uzate este de a converti compușii chimici nedoriți din apele uzate în alții care nu sunt atât de toxici, sau se pot îndepărta ușor.
[http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/Epurarea-apelor-industriale-uz351.php]
Dintre toate metodele fizico-chimice de epurare avansata a apelor uzate,cele mai folosite sunt coagularea chimică si adsorbția.
Materiile coloidale și în suspensie foarte fine pot fi îndepărtate din apa uzată numai dacă sunt făcute sedimentabile,prin adăugarea de coagulanti.Aceștia sunt substanțe chimice care se dispersează în apă sub formă de particule fine încărcate cu sarcină electrică pozitivă,neutralinzand câmpul electric al particulelor solide naturale,aflate în suspensie coloidala.Efectul acestui fenomen este acela prin care particulele fine se aglomerează sub forma unor flocoane,din ce în ce mai mari,datorită așa-numitului proces de flocurare,care sub acțiunea gravitației se depun pe radierul bazinelor decantoare în care se produce procesul,antrenând în același timp și particulele neaglomerate.
Substanțele chimice folosite în scopul coagulării sunt:clorura ferică,sulfatul feric,sulfatul feros,sulfatul de aluminiu și varul sub formă de oxid.
Coagularea chimică mai contribuie la îndepărtarea fosforului și a azotului. Fosforul
provine din dejecțiile umane,din detergent,de la tratarea apei cu polifosfati,în vederea dedurizării și prevenirii coroziunii din apele uzate industrial,din dejecțiile animaliere și din îngrășămintele chimice.
Adsorbția este fenomenul de fixare și de acumulare a moleculelor unui gaz sau ale unui lichid(absorbat) pe suprafața unui corp solid(adsorbant).Substanțele reținute de adsorbant pot fi puse în libertate prin încălzire sau prin extracție,adsorbantul recapatandu-și aproape integral proprietățile inițiale și putând fi folosit din nou pentru adsorbție.
Pentru epurarea apelor uzate se folosesc drept adsorbanți:cărbunele active,cocsul,cenușile fine de la generatoarele de gaz,cenușile de la termocentrale,zgurele de la gazificarea cărbunilor,zgurele metalurgice,cărbuni fosili,talașul și rumegușul de lemn.
Adsorbția este aplicată pentru îndepărtarea din apă a unor impurități în concentrație scăzută, rămase în apa uzată după aplicarea în prealabil a unor procedee de epurare și atunci când se impune un grad de epurare ridicat.
Epurarea biologică avansată a apelor uzate se impune atunci când prin procedeele clasice nu pot fi separate acele substanțe și elemente chimice care prin conținutul lor pot accentua poluarea emisarilor,făcându-i improprii pentru alimentările cu apa,pentru creșterea peștilor sau pentru zonele de agreement.
Substanțele poluante care se pot elimina prin metode biologice,de epurare avansată sunt:combinațiile fosforului și cele ale azotului,combinațiile amoniacului,suspensiile fine de natură organică și anorganică,substanțele greu degradabile și nedegradabile.
În funcție de scopul urmărit epurarea biologică avansată se poate utiliza pentru: descompunerea materiilor organice,nitrificarea,denitrificarea și eliminarea fosforului.
Procedeele prin care se pot separa substanțele poluante din apele uzate sunt:
striparea cu aer;
irigarea cu ape uzate;
iazurile de stabilizare;
filtrele biologice;
bazinele cu nămol activ;
bazinele de denitrificare;
bazinele de nitrificare.
Striparea cu aer constă în introducerea cu bule de aer în apa uzată prin care poluanți volatili prezenți trec din fază apoasă lichidă în fază apoasă gazoasă,fiind transportați astfel în atmosferă. Procesul se aplică pentru eliminarea sulfurilor,a compușilor organic nepolari cu greutate molecular mică și mai ales a azotului amoniacal.
Irigarea cu ape uzate a terenurilor agricole poate conduce la îndepărtarea substanțelor poluante conținute în apele uzate. În timpul trecerii apelor uzate prin sol au loc procese de mineralizare a substanțelor organice evidențiate prin reducerea CBO5 cu până la 90% ,a CCO cu până la 60-80% și a azotului total cu 65-85% datorită procesului de denitrificare naturală.
Iazurile de stabilizare sunt construcții utilizate cu bune rezultate pentru epurarea terțiară, folosindu-se efectul algelor de a asimila substanțele nutritive, azotul și fosforul în special,indepartandu-le din apă. Plantele superioare (ex:coada calului) care se dezvoltă în aceste iazuri au nevoie de mari cantități de fertilizanți
Bazinele cu namol activ si filtrele biologice sunt instalații practicate îndeosebi pentru îndepărtarea din apele uzate a fosforului.
Creșterea numărului de microorganisme din nămolul activ are la bază fosforul,ca fiind substanță nutritiva esențială.
Procentul fosforului încorporat în nămol active este în funcție de încărcarea organică a bazinului,de cantitatea de aer furnizat și de concentrația oxigenului dizolvat din bazin. În acest proces cea mai mare parte din fosfor este îndepărtată prin acțiunea microorganismelor,iar o mică parte este eliminate prin procesul de precipitare cationică.Procesul de eliminare a fosforului din bazinele cu nămol active poate fi îmbunătățit prin adăugarea de substanțe chimice,coagulanti,obținându-se în final o îndepărtare a fosforului de până la 95%. [https://www.scribd.com/document/131495365-Procedee-Extensive-de-Epurare-a-Apelor-Uzate]
Tipuri de stații de epurare a apelor uzate menajere
Stațiile de epurare sunt ansambluri de construcții și instalații care au ca obiectiv îndepartarea din apele uzate a substanțelor solide în suspensie (decantabile și nedecantabile), a substanțelor dizolvate, a microorganismelor și substanțelor toxice, în scopul aducerii calității apelor rezultate la o valoare cât mai apropiată de cea inițială poluării.
În general, în stațiile de epurare sunt aduse printr-un sistem centralizat de canalizare a localității apele provenite de la poluatorii de apă de alimentație, menajeri și sociali, cât și ape provenite din precipitații și de la poluatorii industriali (dacă acestea respectă normele legale în vigoare din punct de vedere al compoziției ei).
Deși diferă prin dimensiuni și tehnologii folosite, cea mai mare parte a stațiilor de epurare a apelor uzate menajere au o schemă constructivă apropiată. Există și unele realizate pe verticală, tip turn, dar majoritatea sunt pe orizontală. Ocupă relativ mult teren, dar o parte din instalații se pot realiza în subteran, cu spații verzi deasupra [http://ro.scribd.com/doc/49730438/8/Decantor-primar-radial].
Clasificarea stațiilor de epurare:
a) După obiectivele pe care le deservesc:
-locale
-generale
Stațiile de epurare locale sunt stații de preepurare și deservesc în special unități industriale și agrozootehnice și au ca scop reținerea substanțelor periculoase sau valoroase până la un grad de epurare încât acestea să se încadreze în normele admise pe deversarea în canalizarea cantralizată.
Stațiile de epurare generale, denumite și urbane realizează epurarea apelor provenite din rețeaua de canalizare a localităților în care se pot găsi ape uzate menajere, ape industriale, ape meteorice și de suprafață de drenaj în proportii variabile [http://ro.scribd.com/doc/82947507/Proect-Final-SD-2].
În prezent stațiile de epurare pot fi clasificate în două mari categorii:
– orășenești;
– industriale.
Stațiile de epurare orășenești primesc spre epurare ape uzate menajere industriale, meteoritice de drenaj și de suprafață în proporții variabile.
b) După numărul de trepte pe care îl conține stația de epurare, stațiile de epurare se clasifică în funcție de principalele fenomene pe care se bazează în 3 categorii:
– stații de epurare într-o singură treaptă de epurare (mecanice);
– stații de epurare în două trepte de epurare (mecano-chimice sau mecano-biologice);
– stații de epurare în trei trepte de epurare (avansate).
Stațiile de epurare într-o singură treaptă de epurare (mecanică)
Epurarea mecanică a apelor uzate constă în îndepărtarea prin procedee fizice, în special, a materiilor solide în suspensie separabile prin decantare. Odată cu aceste substanțe sunt reținute parțial și substanțele organice, dar eficiența treptei mecanice asupra reducerii acestora este mică (max. 20-30%).
În treapta de epurare mecanică procedeele utilizate au drept scop:
reținerea corpurilor și suspensiilor mari, care se face în grătare, site, comminutoare;
reținerea grăsimilor, realizata in separatoare de grasimi;
sedimentarea materialelor solide în suspensie, separabile prin decantare, care au loc în deznisipatoare, decantoare, fose septice;
prelucrarea nămolurilor reținute.
Acest procedeu de epurare este folosit frecvent în epurarea apelor uzate menajere, constituind o etapă intermediară de realizare totală a epurării apelor, îndeosebi pentru localitățile în care stația de epurare se construiește simultan cu canalizarea localității. În cazul cănd în canalizarea orașenească sunt deversate mari cantități de ape uzate industriale, pentru a proteja desfășurarea normală a proceselor de epurare în treapta mecanică, se prevede o epurare preliminară alcatuită din bazine de egalizare a debitelor de uniformizare a concentrațiilor (în cazul apelor uzate industriale evacuate în șarje tehnologice), sau în bazine de neutralizare pentru apele puternic acide sau alcaline.
Fig.1.11. Schema de epurare mecanică cu fermentare separată a nămolului [https://www.scribd.com/document/ 348508723-epurarea-apelor-uzate]
Fig.1.12. Schema de epurare mecanică cu decantor cu etaj
Fig.1.13. Schema de epurare mecanică pentru eliminarea suspensiilor coloidale
Această metodă de epurare mecanică este larg folosită în epurarea apelor uzate menajere ca epurare prealabilă sau ca epurare unică în funcție de gradul de epurare necesar impus de condițiile sanitare locale, adică după cum ea trebuie să fie urmată sau nu de alte trepte de epurare. Se obișnuiește însă ca la toate stațiile de epurare – indiferent de gradul de epurare necesar – să se prevadă epurare mecanică, deoarece prin aceasta se poate realiza o simțitoare reducere a substanțelor în suspensie și creșterea productivității instalațiilor de epurare.
Reținerea substanțelor din apele uzate se realizează prin construcții și instalații, a căror alcătuire diferă după mărimea suspensiilor și procedeelor utilizate și anume: grătare, site, deznisipatoare, separatoare de grăsimi, decantoare.
Prelucrarea suspensiilor reținute din apele uzate, adică nămolurile, care alcătuiesc o masă vâscoasă, se realizează în funcție de condițiile sanitare locale: ele pot fi îndepărtate și depozitate în stare proaspătă în care se obțin, sau trebuie în prealabil supuse unor operații care le modifică o parte din calități și anume: gradul de nocivitate, vâscozitatea, mirosul, aspectul și umiditatea. Modificarea acestor calități se obține prin fermentare și reducerea umidității nămolurilor.
Fermentarea are drept efect principal mineralizarea substanțelor organice reținute și transformarea acestora în elemente mai simple cum ar fi: bioxidul de carbon, metan, azot, etc. Reducerea umidității are drept scop crearea condițiilor pentru o mai ușoară manipulare a nămolurilor care se depozitează sau se utilizează cu folos. Aceste operații au loc atât în spațiile prevăzute la decantoarele in care au fost reținute nămolurile, rezervoare sau bazine de fermentare a nămolurilor, cât și pe platformele de uscare, în instalații de deshidratare sub vacuum, instalații de uscare termică, instalații de incinerare, etc.
Realizarea acestor procese tehnologice impune existența unor construcții și instalații de deservire și anume:
conducte și canale de legătură între elementele tehnologice de bază;
dispozitive și aparate de reglări automate sau comandate, măsură, control și semnalizări;
rezervoare de înmagazinare a gazelor produse la fermentarea nămolurilor;
centrală termică pentru producerea energiei calorice necesare prelucrării nămolurilor;
stații de pompare pentru ape uzate și pentru nămol;
construcții pentru vărsarea în emisar a apelor epurate;
platforme pentru depozitarea nămolului fermentat;
rețeaua de alimentare cu apă potabilă și industrială;
drum de acces și de exploatare;
clădiri administrative;
instalații electrice exterioare și interioare de forță și lumină;
laborator (în funcție de mărimea stației)
plantații, împrejurimi.
Schema de epurare mecanică cuprinde în mod obișnuit grătare, dezintegratoare de deșeuri, deznisipatoare, separatoare de grăsimi, decantoare, vărsarea apei în emisar și rezervoare sau bazine de fermentare a nămolurilor, instalații de deshidratare a nămolurilor.[ Diana Robescu, Stroe F. ș.a. – Tehnici de epurare a apelor uzate, Editura Tehnica, Bucuresti, 2011]
Fig.1.14. Schema de epurare mecanică [curs VVSafta]
Stațiile de epurare în două trepte de epurare
După ce din apă supusă procesului de epurare, în treapta mecanică au fost extrase impuritățile grosiere, suspensiile granuloase, suspensiile ușoare, suspensiile decantabile precum și suspensiile nedecantabile aduse în stare decantabilă prin procedee fizico-mecanice, efluentul rezultat este supus într-o treaptă succesivă, denumită treaptă biologică sau treaptă secundară, unui tratament biologic prin care se încearcă eliminarea substanțelor organice dizolvate aflate în apa uzată. [curs VVSafta]
Epurarea biologică constituie cea de-a doua treaptă de epurare a apelor uzate; în prezent realizarea ei a devenit necesară în toate stațiile de epurare. Epurarea biogică se realizează prin construcții și instalații de epurare biologică naturală (iazuri de stabilizare) precum și prin cele de epurare biologică artificială (filtre biologice, bazine cu nămol activ).
Înaintea epurării biologice, epurarea mecanică este obligatorie; ea are drept scop îndepărtarea materiilor solide în suspensie decantabile, deoarece treptei a doua de epurare îi revine, în principal, îndepărtarea materiilor dizolvate și coloidale.
Procesul de epurare biologică este un proces complex, pentru dezvoltarea lui intervenind numeroși factori. Astfel, în momentul când apa uzată întâlnește o suprafață adecvată, pe o suprafață de separație dintre apa uzată și cea de contact se dezvoltă bacterii și alte numeroase microorganisme. Acestea dau naștere imediat la membrane biologice (la filtrele biologice, câmpuri de irigare) și la flocoane biologice (la bazinele cu nămol activ), în care se dezvoltă microorganismele unicelulare sau complexe, constituind așanumita biomasă; aceasta transformă materiile solide din apa uzată, ia din materiile solide energia sau hrana necesară membranei sau flocoanelor pentru întreținerea și dezvoltarea lor, transferă înapoi în apa uzată produsele finale ale descompunerii, de exemplu nitrații, sulfații, bioxidul de carbon și în final se transformă în materii solide separabile prin decantare.
Fig 1.15. Schema de epurare mecano-biologică A).
Fig 1.16. Schema de epurare mecano-biologică B).
G/S – gratare/site; Dz – deznisipator; D.P. – decantor primar; B.N.A. – bazin cu namol activ; F.B. – filtru biologic D.S. – decantor secundar; C.A – adsorbtie pe carbune activ.
Biomasa trebuie să fie alimentată ritmic și în cantități suficiente pentru ca organismele să dezvolte o activitate maximă. Activitatea microorganismelor este mai intensă când au cantități mai mari de materii organice. Cea mai mare parte a materiilorminerale necesare în procesul de transformare este adusă de apele uzate; azotul și fosforul sunt în general în cantități insuficiente și de aceea este necesar uneori a se recurge la completarea – alimentarea – artificială a lor.
Una din problemele importante ale epurării biologice o constituie oxidarea azotului organic sau amoniacului, care uneori poate fi atât de avansată încât efluentul stației de epurare să conțină cantități de azotați peste limitele normale. Prezența acestora poate stimula vegetația din emisari într-o asemenea măsură încât echilibrul oxigenului din aceștia să fie deranjat, prin fenomenul de eutrofizare, care conduce la reducerea capacității de autoepurare a emisarului. Epurarea biologică depinde de numeroși factori, dintre care cei mai importanți sunt: temperatura, oxigenul, încărcarea organică și hidraulică, timpul de traversare a instalației și diverse organisme.
Această schemă de epurare mecano – biologică cuprinde o treaptă de epurare mecanică și una de epurare biologică. Treapta de epurare mecanică este asemănătoare celei precedente; ea poate fi completată cu biocoagulatoare, în cazul în care în stație există nămol activ, sau în lipsa acestuia – cu bazine de preaerare. O parte din instalațiile de epurare mecanică pot fi folosite și pentru recircularea și prelucrarea nămolurilor care fac parte din epurarea biologică. Epurarea biologică prin filtre biologice poate fi făcută în una sau două trepte. Decantoarele secundare se prevăd după fiecare treaptă de filtre sau numai după ultima treaptă. Pentru obținerea unui grad de epurare mai ridicat apa poate fi recirculată în cadrul fiecărei trepte de epurareEpurarea biologică prin bazine cu nămol activ (bazine de aerare) se realizează prin construcții de diferite tipuri și poate fi: completă sau parțială. După bazinele de aerare se prevăd decantoare secundare, nămolul reținut în aceste decantoare fiind trimis în concentratoare de nămol și apoi prin pompare ca nămol de recirculare în bazinele cu nămol activ, ceea ce prisosește (nămol în exces) fiind trimis în biocoagulatoare și decantoare primare. Pentru dezinfectarea apelor la care se folosește clorinarea, ca bazine de contact la filtrele biologice pot folosi decantoarele secundare; la bazinele cu nămol activ trebuie construite bazine de contact speciale deoarece în cazul utilizării decantoarelor secundare speciale, bacteriile aerobe ar fi distruse prin clor pierzându-se calitățile nămolului activ.[ Dima. M. – Epurarea apelor uzate urbane, Editura Junimea Iași, 1998]
Fig.1.17. Schema de epurare mecano – biologică.
[ http://www.scribd.com/doc/249172345-Epurarea-Apelor-Si-Biofiltre]
Epurarea mecano-chimică intervine în cazul în care sedimentarea naturală a suspensiilor din apă nu este suficientă pentru îndepărtarea completă a suspensiilor fine sau coloidale și a substanțelor chimice dizolvate. Epurarea fizico-chimică are la bază procedee și fenomene chimice de neutralizare, precipitare, coagulare, floculare, realizate prin tratarea apei cu reactivi chimici. Metoda se aplică apelor uzate industriale și altor categorii de ape atunci când se urmărește o epurare rapidă și eficientă. Epurarea chimică se aplică atât poluanților în suspensie, cât și celor dizolvați.
Materiile aflate în suspensie fină, care nu s-au decantat în decantorul primar, fiind dispersate coloidal, se elimină cu ajutorul unor reactivi chimici (coagulanți). Aplicarea procedeului de decantare cu coagulanți asigură eliminarea materiilor în suspensie în proporție de peste 95% și reduce conținutul de substanțe organice dizolvate.
Eliminarea poluanților dizolvați se realizează prin reacții chimice în care reactivul introdus formează cu poluantul un produs greu solubil. Acesta fie se depune la baza bazinului de reacție, fie este descompus sau transformat într-o substanță inactivă chimic. Se pot elimina în acest mod din oluție metalele grele, cianurile, fenolii, coloranți etc. Ca reactivi se utilizează laptele de var, clorul, ozonul. De asemenea, apele uzate cu caracter acid sau alcalin, înainte de deversarea în emisar, se supun preepurării prin neutralizarea lor în bazine cu ajutorul unor reactivi corespunzători.
Procesul de coagulare-floculare comportă două faze:
coagulare care este interacțiunea chimică dintre coagulant, apă și suprafața particulelor coloidale;
floculare care reprezintă procesul fizic de alipire a particulelor destabilizate în micele macroscopice.
Reactivi de coagulare: La ora actuală se produce un număr mare de coagulanți, care fac parte din următoarele categorii de substanțe: anorganice; organice; naturale; modificate. [https://www.scribd.com/document/ 348508723-epurarea-apelor-uzate]
Fig. 1.18. Schema de epurare mecano-chimică
[ http://www.scribd.com/doc/249172345-Epurarea-Apelor-Si-Biofiltre]
Stațiile de epurare în trei trepte de epurare
Stațiile de epurare avansată sunt realizate prin adăugarea unei trepte terțiare disticte la structura mecano-biologică inițială fără modificarea acesteia.
De obicei procesul de epurare avansată prevede metode și instalații care nu sunt utilizate în mod normal în stațiile clasice mecano-biologice, care au rolul de a elimina în grad avansat, mult superior celui obținut cu procedee clasice, suspensiile solide, nutrienții, substanțelor toxice sau microorganismele patogene, astfel încât efluentul rezultat să poată fi deversat fără nici un pericol pentru mediu în bazinul hidrografic sau să poată fi folosit pentru scopuri industriale sau menajere.[METODE AVANSATE DE EPURARE BIOLOGICĂ A APELOR UZATE Tudor Andrei RUSU- Sebeș2016]
Fig. 1.19. Structura unei stații de epurare avansată
Astfel epurarea avansată a apelor uzate se poate realiză pe trei căi principale și anume:
– prin introducerea unei trepte terțiare care vine să completeze structura unei stații mecano-biologice convențională (nemodificată); această treaptă trebuie să aibă o structură adecvată putând avea în componență după caz următoarele tipuri de instalații specifice: instalații de eliminare a fosforului, instalații de nitrificare-denitrificare, iazuri sau lagune naturale, instalații de post-aerare, instalații de filtrare (prin micrositare, prin filtre cu strat granular din nisip sau multi-strat, sau prin membrane), instalații de absorbție pe carbon activ, instalații de schimb ionic, instalații de oxidare, instalații de dezinfecție, instalații de aplicare a efluentului pe terenuri sau mlaștini;
– prin cuplarea unei trepte terțiare la o stație mecano-biologică a cărei structură a fost astfel adaptată, modificată sau completată astfel încât să favorizeze desfășurarea corespunzătoare a proceselor din treapta terțiară și prin aceasta să conducă la atingerea performanțelor de epurare urmărite; în general în treapta terțiară a unei astfel de stații se găsesc tot tipurile de instalații prezentate în cazul anterior, numai că aici acestea vor fi conectate direct și vor lucra în combinație cu anumite obiecte tehnologice din treaptele mecanică și biologică astfel încât eficiența procesului de epurare să fie maximizată ;
– stații de epurare cu structură complet diferită de cea a stațiilor de epurare clasice în care procedeele de tratare sunt astfel alese și se succed de o asemenea manieră încât să se obțină performanțele de epurare optime.
Scopurile principale ale epurării avansate a apelor uzate sunt următoarele:
– eliminarea superioară a suspensiilor solide și coloizilor;
– eliminarea accentuată a nutrienților (azotului și fosforului);
– eliminarea microorganismelor și virusurilor patogene;
– eliminarea substanțelor toxice
Fig. 1.20. Structura unei stației de epurare avansată în care treapta biologică a fost modificată în
sensul separării nămolul activ de apă tratată prin filtrare și nu prin decantare
[https://www.scribd.com/document/148045800/Aspecte-Generale-Despre-Epurarea-Avansata-a-Apelor-Uzate[
Exemple de stații de epurare din România
1. Stația de epurare a orașului Buzău
Stația de epurare a apei uzate de la Buzău este situată în partea de est a orașului în apropierea râului Buzău și a fost construită inițial în două etape: în 1964-65 și în 1975-76. În scopul atingerii parametrilor de calitate ai apei impuși de normele Europene, OTV a realizat pentru Regia de Apă a Municipiului Buzău un proiect de reabilitare al stației de epurare.
Proiectul cuprinde echipamente noi și performante în vederea optimizării procesului de epurare pentru ca apa rezultată în urma procesării să poată fi deversata în râul Buzău în parametrii care să nu afecteze echilibrul natural. Stația a fost proiectată pentru un debit de 46.000 m3/zi și o capacitate de tratare de 235.000 locuitori echivalenți. Lucrările de reabilitare au constat în refacerea întregii filiere de tratare ș anume:
a) grătare fine: faza de pretratare, destinată să retină suspensiile voluminoase, nisipul, grăsimile și uleiurile, a fost dotată cu grătare rare și dese și echipamente pentru pompare, deznisipare și degresare;
b) decantor primar: decantarea primară a fost reabilitată pentru a reține o parte din poluarea în suspensie pentru optimizarea capacității fazelor ulterioare de epurare;
c) bazine de aerare: tratarea a fost realizată prin procedeul cu nămol activat ce va permite reducerea poluării carbonice;
d) îngroșător nămol: în linia de tratare nămol au fost incluse etapele de îngroșare, fermentare anaerobă mezofilă și deshidratare prin centrifugare;
e) stocare biogaz: biogazul rezultat de la fermentarea nămolurilor va fi valorificat energetic printr-un sistem de cogenerare pentru încălzirea fermentatoarelor și producerea de energie electrică.
Fig.1.21. Grătarele fine și decantorul primar al stației de epurare din Buzău [http://www.cabuzau.ro/mass-media/galerie-foto-video/foto/lucrari-in-aglomerarile-]
Fig.1.22. Bazinul cu nămol activ si decantorul secundar al stației de epurare din Buzău [http://www.cabuzau.ro/mass-media/galerie-foto-video/foto/lucrari-in-aglomerarile-]
Echipamentele utilizate provin exclusiv de la furnizori consacrați, astfel disponibilitatea pieselor de schimb și service-ul post-garanție sunt asigurate la cel mai înalt nivel.
2. Stația de epurare din cartierul clujean Someșeni, Cluj-Napoca
Noua stație de epurare a apei uzate din Cluj-Napoca, a treia ca mărime din țara după extindere și cel mai mare proiect construit prin programul POS Mediu în perioada 2007-2013, este o stație modernă care combină procesul de epurare și ecologizare a apei uzate cu tehnologia de prelucrare și utilizare a nămolului pentru a produce biogaz și pentru a genera astfel energie, care asigură 45% din independența energetică a stației, se arată în comunicatul remis de UTI Grup.
Fig.1.23. Vedere asupra stației de epurare din cartierul clujean Someșeni, Cluj-Napoca [http://adevarul.ro/locale/cluj-napoca/cea-mai-moderna-statie-epurare-apei-romania-functioneaza-baza-energie-verde-1_5294b78dc7b855ff56403b88/index.html]
Compania mai precizează că pe parcursul derulării lucrărilor stația a fost operațională, fiind asigurată continuitatea fluxului de epurare a apei menajere produsă de cei aproximativ 367.000 de locuitori ai orașului Cluj-Napoca și respectarea parametrilor fizico-chimici și biologici privind deversarea în răul Someș.
Procedeele de epurare utilizate: mecanice, mecanico-chimice și biologice 6 linii de epurare cu un volum de 180.000 m3.
Este dotată cu centrală de cogenerare cu 3 unități care asigură o putere instalată de 1,237 kw și gazometru nou cu un volum de 2000 m3. De asemenea are un laborator de analize fizico- chimice și biologice dotat cu echipamente performante.
3. Stația de epurare a apei uzate urbane de la Glina
Procesele tehnologice și biologice se manifestă în trei etape de tratare a apelor reziduale. În prima treaptă corpurile de dimensiuni mai mari care plutesc în apa Dâmboviței sunt reținute de o serie de grătare. Curățarea apei de acestea se face într-un mod asemănător cu gestionarea gunoiului menajer, luând drumul rampei de gunoi sau a incineratorului de nămol. În continuare, apa trece prin niște site cu un rol identic ca cel al grătarelor, dar au ochiuri dese, reținând corpurile solide cu diametru mai mic. După decantare substanțele adunate la suprafața (grăsimi, substanțe petroliere) se înlătura, iar nămolul depus pe radier se trimite la metantancuri.
Fig.1.24. Vedere asupra stației de epurare de la Glina [https://ro.wikipedia.org/wiki/Sta%C8%9Bia_de_epurare_de_la_Glina]
Instalații și echipamente folosite în treapta biologică a stațiilor de epurare a apelor uzate
Biofiltru de mică încărcare
Produc un efluent stabilizat cu conținut de azotați, iar eficiența de epurare (CBO5) este de 90 %[claudia maria simonescu-epurarea biologica a apelor uzate]
Bazin de fermentare de mica incarcare, rar utilizat, alimentat la intervale relativ scurte de timp si amestecat in mica masura numai de bulele de gaz care se degaja; in timpul functionarii apare o stratificare: crusta in cantitate mare, apa de namol; continutul metantancului fermenteaza in domeniul criofil (neincalzit);
Biofiltru de mare încărcare
Filtrele biologice de mare încarcare produc un efluent mai puțin stabilizat, eficiența de epurare realizată de aceste filtre este de aproximativ 75% în îndepartarea CBO5-ului. În aceste biofiltre are loc numai o epurare parțiala a apei. [claudia maria simonescu-epurarea biologica a apelor uzate]
Filtrele de mare încarcare au înălțimi ale stratului de umplutură cuprinse între 1 si 1.8 m, uneori chiar mai mult.
Fig.1.x. Bazin de fermentare de mare încarcare:
1- amestecator, 2- nămol proaspăt la fermentare, 3- conductă pentru îndepărtarea nămolului plutitor, 4- evacuarea nămolului, 5- evacuare nămol fermentat, 6- evacuare nămol plutitor, 7- evacuare apă de nămol, 8- deversor, 9- captare nămol, 10- pompă de nămol, 11- schimbător de căldură, 12- captator de gaze, 13- gaz spre stocare, 14-gaz spre cazanul de ardere, 15 -preaplin, 16- cazan de încalzire.
http://www.rasfoiesc.com/educatie/geografie/ecologie/TREAPTA-DE-EPURARE-BIOLOGICA-A24.php
În general, bazinele de fermentare de mare încarcare se cuplează câte două, având între ele camera de manevră unde se concentrează pompele de circulație, schimbatoarele de caldură, colector-distribuitorul, rețeaua de conducte și armături corespunzatoare. Automatizarea funcționării metantancului se referă la pornirea și oprirea dispozitivelor de amestec, recirculare, încalzire etc. Echipamentul mecanic al bazinului de fermentare este destinat amestecării cu scop de omogenizare (nu se folosește în domeniul criofil) recirculării interioare cu scop de distrugere a crustei și redizolvare a spumei, recirculării exterioare pentru încalzirea nămolului, înmagazinării gazelor de fermentare într-un rezervor cu clopot. Debitul echipamentului pentru recirculare interioară se alege astfel încat volumul metantancului să fie vehiculat de 2…3 ori pe zi. În general, dispunerea elementelor active se face astfel încat să se asigure o mișcare descendentă la centru și ascendentă la periferia metantancului.
http://www.rasfoiesc.com/educatie/geografie/ecologie/TREAPTA-DE-EPURARE-BIOLOGICA-A24.php
Bazine cu nămol activ
Epurarea apelor uzate în bazinele cu nămol activat are loc în prezența unui amestec de nămol activ cu apă uzată, agitat în permanență și aerat. Din punctul de vedere al eficienței la aerare, bazinele cu nămol activ sunt mult mai flexibile în comparație cu filtrele biologice de asemenea, acestea nu produc în jurul lor miros neplăcut și nu constituie un mediu propice pentru dezvoltarea muștelor.
Dacă apa uzata menajera sau o apă uzată organică cu calități similare este aerată, după un timp se formează flocoane brune.
Privit la microscop, un flocon prezintă o structură complicată caracterizată printr-o masă gelatinoasă, secretată de microorganisme, în care sunt cuprinse numeroase bacterii și substanțe inerte (printre flocoane traiesc protozoare și unele metazoare). Floconul este unitatea structurală a nămolului activ datorită interacțiunii între diferitele organisme existente în flocon, metaboliții eliberați de o specie bacteriană sunt preluați de alte specii bacteriene, ducând la o epurare înaintată a apelor uzate.
Fluxul tehnologic într-o instalație convențională cu nămol activ este prezentat în figura 1.25.
Fig.1.25. Schema epurării biologice cu nămol activ
[http://www.scribd.com/doc/348508723 -epurarea-apelor-uzate]
Procedeul constă din următoarele etape:
amestecarea nămolului activ cu apă uzată și agitarea acestei suspensii în timpul prescris,
separarea nămolului activ de apă epurată (efluent) și reîntoarcerea unei părți din nămolul sedimentat în bazinul de aerare.
Bazinele de nămol activ nu necesită diferențe mari de nivel între intrarea și ieșirea apelor din ele (în comparație cu filtrele biologice), au nevoie însă de puteri importante pentru furnizarea aerului necesar procesului de epurare.
Construcțiile și instalațiile trebuie să corespundă următoarelor funcțiuni esențiale:
să transfere cât mai bine apelor uzate și nămolului activ oxigenul necesar procesului de epurare;
să faciliteze circulația flocoanelor în apa uzată și să creeze un contact cât mai intim între apa uzată și flocoane;
să împiedice sedimentarea flocoanelor.
La aerarea pneumatică, oxigenul necesar procesului este rezultatul transferului ce se realizează în bazine, ca urmare a insuflării de aer comprimat; de asemenea, o parte din oxigen este luată din aer pe la suprafața apei din bazin.
Bazinele cu aerare pneumatică. Acestea sunt construcții din beton armat monolit, în care aerarea, respectiv aportul de oxigen se face prin intermediul aerului comprimat. Bulele de aer realizate ca urmare a introducerii aerului la nivelul inferior al bazinului după dimensionarea lor: bule fine, cu diametre de 1.0 – 1.5 mm, obținute prin difuzarea aerului comprimat prin intermediul difuzoarelor poroase.
Fig.1.26. Bazine de aerare pneumatica: a, b – cu difuzoare poroase; c – domuri poroase.
Fig.1.27. Bazin cu nămol activat cu aerare pneumatică, cu difuzoare cu membrană elastică perforată
[http://www.scribd.com/doc/348508723 -epurarea-apelor-uzate]
Nămolurile se pot clasifica după mai multe criterii:
După proveniența apei uzate, există:
nămoluri de la epurarea apelor uzate orășenești;
nămoluri de la epurarea apelor uzate industriale;
După treapta de epurare, se disting:
nămol primar din decantoarele primar;
nămol secundar din decantoarele secundare;
nămol amestecat: cu nămol activ în exces sau nămol de la filtrele biologice, combinat cu nămol primar;
După stadiul de prelucrare în cadrul gospodăriei de nămol, se menționează:
nămol proaspăt;
nămol fermentat, stabilizat aerob, anaerob sau chimic;
După compoziția chimică, se disting:
nămoluri cu compoziție predominant organică, ce conțin peste 50[%] substanțe volatile în substanță uscată;
nămoluri cu compoziție predominant anorganică, ce conțin peste 50[%] substanțe minerale în substanță uscată.
Caracteristicile fizico-chimice ale nămolurilor depind de proveniența apei uzate și tehnologia de epurare. Pentru a caracteriza nămolurile se apelează la indicatori generali (umiditate, greutate specifică, pH, putere calorică, etc.) și la indicatori specifici (substanțe fertilizante, detergenți metale, uleiuri, grăsimi, etc.). Datorită naturii complexe a nămolurilor, indicatorii generali și specifici se completează și cu alți parametri ce caracterizează modul de comportare a nămolurilor la anumite procese de prelucrare (fermentabilitate, rezistență specifică la filtrare, compresibilitate,).[ Dima. M. – Epurarea apelor uzate urbane, Editura Junimea Iași, 1998]
Filtre biologice
Filtrele biologice cu umplutură de piatră au fost folosite pentru epurarea secundară a apelor uzate incă de la începutul anilor 1900, datorită simplității și a consumului energetic redus. Conform definiției, biofiltrele sunt reactoare biologice cu biofilm fixat neimersat, care utilizează ca și material de suport piatră sau materiale plastice deasupra cărora apa uzată se distribuie continuu. Epurarea se desfăsoară în timp ce apa trece peste biofilmul atașat.
Conceptul de filtru biologic s-a dezvoltat din folosirea filtrelor decontact, în Anglia, la sfarșitul anilor 1890. La început erau bazine etanse umplute cu piatră spartă care funcționau în regim ciclic. Patulde pietriș era umplut cu apa din partea superioară, iar apa uzată intra în contact cu materialul pentru o perioadă scurtă de timp. Patulera apoi drenat și lăsat să se odihnească înainte de a se repea ciclul. Un ciclu complet necesită 12 ore (6 ore de funcționare si 6 ore de repaus). Limitarea acestui proces era dată de desele obturări ale patului filtrant, de durata lungă de repaus si de cantitatea relativ mică de apă uzată care putea fi epurată. Din cauza problemelor de obturare la mediile mai mari se ajungea la dimensiunea pietrelor de la 50 la 100 mm (Crites si Tchobanoglous 1998). În anii 1950 materialul plastic a înlocuit piatra in Statele Unite. Utilizarea plasticului a permis o încărcătură mai mare și construirea unor filtre mai înalte (cunoscute și sub denumirea de bioturnuri) necesitând o suprafață de construcție mai mică, ducând la îmbunătățirea procesului și la mai puține colmatări. În anii 1960 s-a dezvoltat proiectarea contactorilor biologici rotativi (RBCs, rotating biological contactors, în engleză), unde materialul filtrant desfășoară mișcarea de rotație în bazinul de epurare, contrar pompării și dispersării apei pe un pat imobil. Atât filtrele biologice cât și contactorii biologici rotativi funcționau ca și proces de creștere atașată aerobă pentru îndepărtarea CBO și nitrificare și pentru nitrificare terțială după tratament secundar.
Filtrele biologice (biofiltrele) sunt obiecte tehnologice ale stațiilor de epurare în care impuritățile organice din apele uzate sunt eliminate de către o cultură de microorganisme aerobe care se găsește sub formă de peliculă biologică fixată pe suprafața unui material granular de umplutură inert din punct de vedere biologic.
Pe scurt, procesul de epurare biologică într-un biofiltru are loc astfel: apa uzată cu conținut de impurități organice este introdusă pe la partea superioară a biofiltrului, străbate materialul granular la suprafața căruia se dezvoltă pelicula biologică și părăsește instalația pe la partea inferioară. Ca urmare a activității microorganismelor, pelicula biologică se îngroașe și la anumite intervale de timp se desprinde de pe umplutura (fenomen de năpârlire) și este antrenată de către efluent. Bucățile desprinse de peliculă biologică se îndepărtează din efluent în cadrul unui decantor secundar cu care filtrul biologic lucreză în agregat. De menționat că rolul principal în procesul de epurare îl au bacteriile aerobe, dar pe mai lângă acestea, în filtrele biologice mai trăiesc și număr mare de alte microorganisme și organisme cum ar fi: protozoare, viermi, crustacee, larve de insecte, etc. În general o singură parcurgere a materialului de umplutură nu este suficientă pentru obținerea unei eficiențe corespunzătoare de epurare a efluentului și din această cauză în cele mai multe cazuri efluentul se recirculă după decantare.
Schema de principiu a unei instalații de epurare cu biofiltru este prezentată în figura 1.x.
Fig. 1.x. Schema de principiu a unei instalații de epurare bilogică cu biofiltru
Constructiv filtrele biologice sunt ansambluri de construcții supraterane și instalații compuse, în principiu, din următoarele subansambluri principale :
Fig. 1.x. Schema de principiu a unui biofiltru
Pereții laterali ai fitrului biologic se construiesc în general din beton armat și au grosimi de 0,2 -0,3 m. Forma în plan transversal orizontal a filtrelor biologice poate fi dreptunghiulară sau circulară (la început biofiltrele au avut mai ales formă dreptunghiulară, dar în prezent majoritatea biofiltrelor au formă circulară).
Radierul drenant este elementul de susținere a materialului drenant de umplutură și este executat de regulă din semifabricate (de exemplu: plăci din beton cu dimensiuni de 1m × 0,5m ×0,08m dispuse astfel încât să formeze între ele fante de 0,03m) așezate pe grinzi de susținere fixate pe radierul compact.
Radierul compact se execută din beton sau beton armat și este asezat pe o fundație de nisip și pietriș. Radierul compact este construit cu o pantă de 1 – 5% pentru a dirija scurgerea efluentului într-o rigolă periferică.
Materialul granular de umplutură trebuie îndeplinească o serie de condiții și anume: să aibă rezistență mecanică, să reziste la variațiile de temperatură și de compoziție ale apelor uzate, să aibă o suprafață cât mai poroasă și cât mai rugoasă pentru a oferi peliculei biologice suprafețe de contact cât mai mari, să nu conțină substanțe inhibitoare pentru procesul de epurare biologică, să aibă o constituție uniformă și să nu conțină părți fine care ar putea duce la colmatare și să fie curat. Inițial s-au utilizat materiale de umplutură cum ar fi: zgura provenită de la cazane, cocsul, roca spartă de diferite origini, cărămida, pietriș, materiale ceramice, etc (vezi figura 4). Dimensiunile ale particulelor constitutive ale umpluturii sunt în gama 30 – 100 mm, uzual 30 – 60 mm.
În prezent au fost concepute si se utilizează pe o scară din ce în ce mai largă materiale de umplutură din mase plastice cu diferite forme și structuri care oferă peliculei biologice suprafețe de contact și condiții de dezvoltare mult superioare materialelor de umplutură clasice.
Înălțimea uzuală stratului granular de umplutură variază între 1 – 4 m depinzând de mulți factori cum ar fi: concentrația impurităților organice în influentul de apă uzată, tratabilitatea biologigă a apei uzate, dimensiunile granulelor materialului de umplutură, modul de aerare a biofiltrului, gradul de epurare urmărit, etc. În general la biofiltrele obișnuite înălțimea stratului granular este de cca. 1,8 – 2 m.
Sistemul de distribuție a influentului pe suprafața filtrului biologic are rolul de a repartiza cât mai uniform influentul de apă uzată pe suprafața materialului de umplutură. La modul cel mai general, distribuția apei uzate în biofiltru se poate face continuu sau intermitent. În ambele cazuri pentru distribuția apei sunt necesare distribuitoare, iar în cazul distribuției intermitente, pe lângă distribuitoare mai sunt necesare și rezervoare de dozare. Distribuitoarele pot fi fixe sau mobile, iar la rândul lor cele mobile pot fi rotative (utilizate în cazul filtrelor biologice cu secțiune circulară) sau de translație, de regulă cu mișcare „du-te vino” (utilizate în cazul filtrelor biologice cu secțiune dreptunghiulară). Constructiv distribuitoarele pot fi sub forma unor conducte sau jgheaburi cu orificii sau de cunducte cu duze (sprinklere).
Conductele cu duze se poziționează la o distanță de 0,3 – 0,75 m de suprafața materialului de umplutură, iar în cazul în care se utilizează material granular de umplutură clasic, pentru o uniformitate superioară de distribuție a influentului la suprafața umpluturii se formează un strat de repartiție de cca. 0,2 m grosime din granule cu dimensiuni de 20-30 mm.
Aerarea în filtrele biologice este absolut necesară deoarece procesul de epurare este aerob. Aerul se introduce prin ventilație naturală sau artificială. Ventilația naturală se obține ca urmare a diferenței de temperatură dintre aerul din interiorul , respectiv exteriorul biofiltrului. Circulația aerului din biofiltru este în funcție de climă și anume: iarna, aerul din interiorul biofiltrului este de regulă mai cald decât cel din afara acestuia, și se ridică favorizând admisia aerului proaspăt pe la partea inferioară a biofiltrului, deci o circulație a aerului de jos în sus; vara, aerul din interiorul biofiltrului este mai rece decât cel din afara, deci coboară și parasește biofiltrul pe la partea inferioară, favorizând admisia aerului proaspăt pe la partea superioară a biofiltrului, deci o circulație a aerului de sus în jos; de multe ori, în anumite perioade, circulația aerului se inversează de câteva ori pe zi, deoarece temperatura aerului din interiorul biofiltrului este egală cu cea a apei care este relativ constantă pe când temperatura din exteriorul biofiltrului poate avea mari fluctuații; de asemenea se poate întâmpla ca în anumite condiții circulația aerului din biofiltru chiar să stagneze, situație deloc favorabilă. Pentru a permite circulația aerului prin biofiltru, în zona inferioară a acestuia între radierul drenant și cel compact sunt prevăzute deschideri pe unde să treacă curentul de aer (normele americane prevăd ca suprafața deschiderilor dintre radierele biofiltrului să reprezinte cca. 15% din suprafața transversală orizontală a acestuia). În anumite cazuri se practică ventilația artificială caz în care biofiltrele poartă numele de aerofiltre. [cursVVSafta]
Construcția și funcționarea biofiltrelor
Cel mai cunoscut proces de crestere atasată aerobă, estebiofiltrul in care apa uzată este distribuită prin suflante deasupra părții superioare a bazinului care conține materialul de umplere neimersat. Din punct de vedere istoric, cel mai vechi material folosit în acest scop este piatra, pe o adancime de la 1,25 la 2 m. Cele mai moderne biofiltre variază în înălțime de la 5 la 10 m și sunt umplute cu materiale plastice pentru dezvoltarea biofilmului. Materiale plastice pentru dezvoltarea biofilmului sunt astfel proiectate să alcătuiească un spațiu poros de la 90 la 95 la sută din volumul total al turnului.
Aerul care circulă, fie natural fie insuflat, în mediul poros conferă oxigenul necesar pentru cresterea microorganismelor a biofilmului atașat. Apa uzată este distribuită deasupra biofiltrului și curge în jos, prin regim de curgere neuniformă, peste biofilmul atasat. Biomasa în exces, care se desprinde de pe suprafața biofilmului face necesară o treaptă de separare solid/lichid, pentru a obține o apă epurată avand o concentrație de materiale solide în suspans, sub limita admisibilă pentru descărcarea în emisar. Particulele solide se decantează la partea inferioară a decantorului si se elimină, fiind procesate în linia de tratare a nămolului. Din cauza colmatării încărcătura organică a apelor uzate care se vor trata într-un biofiltru cu piatră este de la 0,3 la 1,0 kg BOD/m3・zi.
Variate forme de materiale plastice sunt prezentate în figura 1.25. Materialele plastice turnate au forme sferice. Bioturnurile de o inălțime de 12 m sunt construite cu materiale plastice de pană la 6 m grosime. În bioturnurile cu materiale plastice verticale, în straturile superioare sunt folosite foi ondulate încrucisate pentru a asigura distribuția apei pe întreaga încărcătură [Timea BODEA Catedra Ingineria Mediului, Universitatea Tehnică din Cluj –Napoca, membru AGIR].
Fig – Diferite tipuri de materiale plastice avand diferite forme, pentru a
constitui materialul inert din interiorul biofiltrelor [Timea BODEA Catedra Ingineria Mediului, Universitatea Tehnică din Cluj –Napoca, membru AGIR]
Decantoare secundare
Decantoarele sunt ansambluri de construcții și instalații care au rolul de a separa pe cale gravitațională suspensiile decantabile sau suspensile care printr-un tratament chimic de coagulare–floculare sunt aduse sub o formă decantabilă din apa uzată supusă procesului.
Decantoare secundare sunt plasate în treapta biologică și au rolul de a separa biomasa microbiană, care poartă denumirile generice de nămol secundar sau nămol activ din apa supusă tratamentului biologic.
Decantoarele secundare sunt obiectele tehnologice din treapta secundară în care apa supusă tratamentului biologic în bazinele de aerare cu nămol activ sau în filtrele biologice este separată gravitațional de biomasa de microorganisme, rezultând efluentul clarificat al treptei biologice. Nămolul activ sedimentat în decantoarele secundare (denumit și nămol secundar) este colectat de pe radierele acestora prin intermediul unor sisteme de colectare și apoi este dirijat ca nămol secundar recirculat către bazinele de aerare sau către decantoarele primare sau evacuat ca nămol secundar în exces către treapta de prelucrare a nămolurilor.
Constructiv categoriile de decantoarele secundare cel mai frecvent întâlnite în practică sunt decantoarele secundare orizontale longitudinale (figura 1.x.) și decantoarele secundare orizontale radiale (figura 1.x.). Aceste categorii de decantoare secundare sunt similare cu categoriile decantoare primare de același tip, din punct de vedere al desfașurării procesului de lucru și din punct de vedere constructiv, însă prezintă anumite particularități. De mențonat că la fel cu decantoarele primare similare, decantoarele secundare au dimensiuni standardizate, sub forma de serii tipodimensionale.
Fig. 1.x. Decantor secundar orizontal radial
A – conducta de admisie a apelor uzate, Wastewater inlet B. Floating scum scraper C. Scum trough D. Sludge scraper E. conductă evacuare nămol
Fig. 1.x. Decantor secundar orizontal longitudinal
Decantoarele secundare au un rol foarte important și anume de a retine membranele biologice rezultate din faza de epurare biologică, precum și flocoanele de nămol ce sunt evacuate o dată cu apa din bazinele de aerare pentru a nu ajunge în emisar.
Cele mai frecvente decantoare utilizate sunt cele orizontale si cele radiale. Nămolul colectat în aceste decantoare se elimină în mod continuu sau discontinuu. Nămolul evacuat contine foarte multă apă și este supus unor procese de dezhidratare ulterioară. Evacuarea nămolului din decantoare se poate face prin sifonare sau prin pompare.
Alegerea tipului și a mărimii decantorului secundar trebuie realizată în concordanță cu STAS 4162/89. Pentru dimensionare se pornește de la debitul maxim al apelor uzate la care se mai adaogă și un plus de volum corespunzător debitului de apa și nămol care se recirculă.
Q v = Q zi . max . + Q R
In formula de mai sus avem următoarele notaŃii:
Qv este debitul de verificare;
Qzi.max. este debitul zilnic maxim sau debitul de calcul Qc în m3 / h;
QR este debitul corespunzător procentului de apă cu nămol recirculat.
SuprafaŃa orizontală totală a decantorului secundar se poate stabilii cu următoarea formulă
in care avem următoarele notatii:
USv este încărcarea superficială a apei uzate (viteza de sedimentare în m/h)
Cele mai utilizate decantoare secundare sunt cele radiale.
Bazine de aerare cu nămol activ folosite in stațiile de epurare a apelor uzate urbane
Epurarea biologică se realizează în bazine cu nămol activ în care se produce o aerare artificială, prin introducerea de aer printr-un sistem de conducte. Sunt construcții în care epurarea biologică aerată a apei are loc în prezența unui amestec de nămol si apă uzată, accelerarea procesului se realizează prin introducerea unei cantități de nămol activ, numit astfel întrucât conține microorganisme ce prelucrează substanțele organice din apă si prin insuflarea de aer ce conține oxigen pentru a susține procesele de oxidare. Bazinele de epurare biologică utilizând nămolul de la bazinele de decantare, numit si nămol activ pentru că el conține cantități însemnate de microorganisme si materii organice, sunt de o formă alungită, asemenea unor canale longitudinale, în care procesul de epurare avansează pe măsură ce apele din bazin se apropie de zona de evacuare.
Epurarea este activată pe de o parte de către aerul introdus forțat în apa bazinului, pe de altă parte de către agitația permanentă a apei ce asigură o omogenizare a lichidului din bazin și în mod deosebit de către nămolul introdus suplimentar. Nămolul introdus în acest bazin provine din decantorul secundar, întrucât doar o mică parte din nămol este introdus în bazin, restul nămolului, numit nămol în exces este trimis la fermentare împreună cu nămolul din decantoarele primare.
Nămolul activ
Definite din punct de vedere tehnologic, nămolurile se consideră ca faza finală a epurării apelor, în care sunt înglobate produse ale activității metabolice si/sau materii prime, produsi intermediari si produse finite ale activității industriale.
În urma apelor uzate urbane rezultă cantități mari de nămoluri care înglobează atât impuritățile conținute în apele uzate brute cât și impurități formte în timpul procesului de epurare.
Indiferent de procesul tehnologic de epurare (mecanic, mecano-biologic sau mecano-chimic) nămolurile rezultate saunt sisteme coloidale complexe cu compoziție eterogenă. Acestea au un aspect gelatinos conținând în faza dispersăparticule coloidale cu dimensiuni între 1 – 100 µm precum și polimeri organici de origine biologică.
Nămolul activ constituie unitatea structurală de bază a procesului. El conține toate speciile care, în activitatea lor comună, pot metaboliza substanța organică până la dioxid de carbon și apă. Privit la microscop un flocon prezintă o structură complicată caracterizată printr-o masă gelatinoasă secretată de microorganisme în care sunt cuprinse numeroase bacterii și substanțe inerte; printre flocoane trăiesc protozoare și unele metazoare. Compoziția populației de microorganisme variază cu natura substanței organice, concentrația substratului, pH-ul sistemului apos, temperatură, prezența substanțelor toxice, intensitatea mișcărilor hidrodinamice etc.
Mediul de cultură al biomasei este reprezentat prin soluția apoasă (partea lichidă), celulele și compușii insolubili în mediu (partea solidă), precum și gaze ce în totalitatea lor creează un amestec polifazic în care se dezvoltă nămolul activ. Rolul principal al mediului de cultură este cel nutritiv. Ansamblul biomasă + mediu de cultură + instalație de proces poartă numele de biosistem.
Nămolul activ poate fi definit prin flocoanele produse în apa uzată datorate creșterii microorganismelor, în prezența oxigenului dizolvat și acumulate în concentrație suficientă pentru substratul existent prin recircularea flocoanelor formate anterior. În componența floconului de nămol activ intră și coloizi din apă, produși metabolici, enzime, fragmente celulare de la bacteriile moarte. Apare un fenomen de floculare biologică, ce aglomerează celulele și care poate duce la creșterea masei floconului, ce este datorat în special polimerilor extracelulari lansați de celula vie.
Fig – Floconul de nămol activ
Floconul de nămol activ are o mărime medie de 60…70 microni și maximă de 140…290 microni și o viteză de sedimentare de 0,30…0,36 mm/s (1,1…1,3 m/oră). Mărimea hidraulică variază în funcție de valoarea indicelui de nămol. Astfel, pentru IVN = 200…250 se va dimensiona decantorul secundar la o viteză de sedimentare de w = 0,5…1,0 m/h, iar în cazul în care IVN = 100 mărimea hidraulică este w = 2,0…2,5 m/h.
Clasificarea nămolurilor se face după mai multe criterii și anume:
– după proveniența apei uzate:
– nămoluri de la epurarea apelor uzate urbane;
– nămoluri de la epurarea apelor uzate industriale.
– după treapta de epurare:
– nămoluri primare (provenite de la decantoarele primare);
– nămoluri secundare (provenite de la decantoarele secundare);
– nămoluri amestecate (formate din nămoluri primare și nămoluri secundare în exces).
– după stadiul de prelucrare:
– nămoluri proaspete;
– nămoluri procesate (nămoluri îngroșate, nămoluri stabilizate anaerob sau aerob, nămoluri condiționate, nămoluri dezhidratate, etc.).
– după compoziția chimică:
– nămoluri cu compoziție predominant organică (care conțin peste 50% substanțe volatile în substanța uscată);
– nămoluri cu compoziție predominant anorganică (care conțin peste 50% substanțe minerale în substanța uscată).
Cantitățile de nămol care se rețin în stațiile de epurare sunt variabile de la caz la caz depinzând de cantitatea și calitatea poluanților din apa uzată brută, de tehnologia de epurare adoptatăși de gradul de epurare impus. Pentru apele uzate urbane cantitățile de nămol sunt în general cuprinse între 65 – 90 g/om.zi. pentru apele industriale cantitățile de nămol depind de o serie de factori specifici, variabili de la o unitate industrială la alta.
Caracteristicile fizico-chimice ale nămolurilor sunt cuantificate prin intermediul unor indicatori generali (umiditate , greutate specifică, pH, raport mineral/volatil, etc.), și unor indicatori specifici (substanțe fertilizante, detergenți, metale, uleiuri, grăsimi, etc.) la care se adaugă și indicatori care caracterizează comportarea nămolurilor în anumite procese specifice de prelucrare (fermentabilitate, rezistență specifică la filtrare, compresibilitate, etc.).
Principalele caracteristici care prezintă interes în tehnologia de prelucrare sunt următoarele:
Umiditatea nămolurilor care variază în limite foarte largi în funcție de natura nămolurilor și anume: nisipul reținut în deznisipatoare are umiditate de cca. 60%, nămolul primar are umiditate între 95 – 97%, iar nămolul secundar are umiditate între 98 – 99,5%.
Întrucât numărul de grupe hidrofile din nămol este ridicat (-OH, -NH2, -COOH, -SH, -NH), apa din nămol este puternic legată de acestea prin interacțiune chimică. Deoarece aceste grupe sunt ionizabile, iar particulele solide au sarcină negativă, acestea se resping neformănd decât parțial aglomerări mai mari care să permită sau să faciliteze drenarea apei.
În nămoluri apa este legată în mai multe moduri, fiecare categorie de apă putând fi seprată prin procedee diferite astfel:
– apa interstițială – separabilă prin decantare;
– apa de adeziune – separabilă prin filtrare sae cetrifugare;
– apa de adsorbție – separabilă prin uscare;
– apa capilară sau intracelulară – separabilă prin uscare sau incinerare.
Densitatea nămolurilor depinde de densitatea suspensiilor solide pe care le conține și anume: nămol primar brut 1100-1200 kg/m3, nâmol secundar brut 1010-1020 kg/m3 și nămol secundar îngroșat 1050 1020 kg/m3.
Mineral sau volatil în substanța uscată este un indicator după care se poate face selectarea procedeelor de prelucrare. Astfel nămolurile organice sunt putrescibile și se are mai întâi în vedere stabilizarea lor pe cale biologică (fermentare anaerobă sau aerobă), pe când nămolurile anorganice se prelucrează preponderent prin procedee-fizico-chimice (solidificare, extracție de componente utile, etc.).
Rezistența specifică la filtrare este un indictor care indică posibilitatea eliminării apei din nămol prin filtrare, și cu cât valoarea acestuia este mai mare, cu atât apa se îndepărtează mai greu.
După acest indicator nămolurile se împart în:
– nămoluri greu filtrabile (nămoluri urbane brute și unele nămoluri primare fermentate, cu durată scurtă de fermentare);
– nămoluri cu filtrabilitate medie (unele nămoluri anorganice și unele nămoluri primare fermentate, cu durată lungă de fermentare);)
– nămoluri ușor filtrabile (nămoluri condiționate, nămoluri provenite din epurarea mecano-chimică, nămoluri fibroase).
Factorul de compresibilitate este un indicator care stabilește dependența dintre rezistența specifică la filtrare și presiune. Astfel cu cât valoarea factorului de compresibilitate este mai mare , cu atât variază mai mult rezistența specifică a acestuia cu presiunea.
Puterea calorică a nămolului este un indicator care variază în funcție de conținutul în substanță organică (volatilă) a acestuia. Acest indicator se determină de regulă pe cale experimentală și indică posibilitatea de valorificare a nămolurilor pentru producerea de energie termică.
Conținutul de metale grele este un indicator care indică posibilitatea sau imposibilitatea evacuării acestor în mediu ambiant fără pericol de contaminare a acestuia cu poluanți deosebit de toxici.
Conținutul de nutrienți (N, P, K) este un indicator care prezintă o importanță deosebită atunci când se are în vedere valorificarea nămolurilor ca îngrășăminte sau ca agenți de condiționare a solurilor.
Tehnologia de prelucrare a nămolurilor trebuie să fie subordonată respectării dezideratelor de evacuare finală a nămolurilor sau de valorificare a acestora, în caz contrar stația de epurare va fi compromisă prin nerealizarea integrală a scopului său principal și anume acela de protecție a mediului înconjurător.
Pentru tratarea nămolurilor nu se pot stabili tehnologii universal valabile, deoarece acestea trebuie să fie adaptate la caracteristicile nămolurilor prelucrate (care variază de la caz la caz) și la scopurile finale de evacuare sau valorificare, însă există o serie de procedee de prelucrare a nămolurilor care pot fi aplicate individual sau în combinații.
Îngroșarea nămolului constituie cea mai simplă și frecvent întălnită metodă de concentrare a acestuia în scopul reducerii volumului și îmbunătățirii filtrabilității. Îngroșarea se poate face prin: decantare gravitațională, flotare sau centrifugare, cele mai răspândite instalații de îngroșare a nămolului fiind îngroșătoarele gravitaționale.
Procesul de stabilizare a nămolurilor constă în degradarea controlată a materiilor organice mai puțin stabile din punct de vedere biologic, astfel încât să se obțină un produs final cu raport organic/mineral modificat la care materiile organice remanente să fie mult mai stabile (cu degradare microbiană lentă).
Procedeele de stabilizare a nămolurilor cu compoziție majoritar organică pot fi procedee biochimice – stabilizare anaerobă și stabilizare aerobă – sau procedee fizice – tratare termică și oxidare chimică. De menționat că din toate aceste procedee, mai frecvent practicate sunt procedeele biologice, mai ales stabilizarea anaerobă care se realizează prin fermentarea anaerobă a nămolurilor la care materia organică din nămoluri este transformată până în final în metan, bioxid de carbon și produși intermediari de fermentație (în cazul în care succesiunea de reacții biochimice nu se produce în echilibru). Amestecul de metan și bioxid de carbon poartă denumirea de gaz de fermentație și în funcție de raportul în care se găsesc cele două componente acesta este un gaz conbustibil.
Condiționarea nămolurilor brute sau stabilizate se realizează în scopul micșorării rezistenței la filtrare a acestor în vederea deshidratării mecanice. Procedeele de condiționare a nămolurilor se clasifică în: procedee de condiționare chimică, procedee de condiționare termică, procedee de condiționare prin înghețare și procedee de condiționare prin adaos de material inert.
Condiționarea chimică se realizează prin utilizarea unor agenți chimici minerali (sulfat de aluminiu, clorhidrat de aluminiu, clorură ferică, sulfat feros, sulfat de fier clorinat, oxid de calciu, extras de zgură metalurgică, etc.), agenți chimici organici (polimeri sintetici anionici, cationici sau neionici) și agenți chimici mixti (amestecuri de polimeri anionici sau neionici cu săruri metalice). Alegerea tipului de agent chimic (coagulant) pentru un anumit tip de nămol se face prin teste de laborator în care se urmărește modificarea rezistenței specifice la filtrare a nămolului în funcție de doza de coagulant determinându-se doza optimă de coagulant pentru care rezistența specifică la filtrare este minimă..
Condiționarea termică se realizează în reactoare de condiționare în care nămolul supus tratamentului este adus la temperaturi de 100 – 200°C, presiuni de 1 – 2,5 atm pe durate de până la 60 minute. Condiționarea termică prezintă avantajele că în timpul condiționării nu apar mirosuri neplăcute, nu sunt necesari reactivi și că din proces rezultă nămol sterilizat dar și dezavantajul major al unui consum semnificativ de energie termică (3 – 4 kWh/m3 nămol condiționat).
Condiționarea prin înghețare produce un efect asemănător condiționării termice, fiindcă structura nămolului adus la temperaturi scăzute se modifică, la dezghețare cedând cu ușurință apa.
Condiționarea prin ados de material inert (zgură, cenușă, rumeguș, etc.) este un procedeu de condiționare care dă rezultate satisfăcătoare, dar prezintă dezavantajul important al creșterii semnificative a volumului de nămol care trebuie prelucrat în continuare. Acest procedeu trebuie totuși avut în vedere pentru anumite scopuri de valorificare finală a nămolului tratat (creșterea puterii calorice a nămolurilor care se incinerează, obținerea unei anumite structuri pentru nămolurile care se depun pe solurile agricole în scopul ameliorării acestora).
Dezhidratarea nămolurilor se face prin extragerea apei de adeziune în scopul diminuării importante a volumului acestora și a formei sub care se găsesc. Dezhidratare se poate face prin procedee naturale (pe platforme de uscare a nămolurilor, în iazuri de nămol, etc.) sau prin procedee artificiale (procedee mecanice statice – filtrare sau procedee mecanice dinamice – centrifugare).
Procedeele naturale de dezhidratare a nămolurilor se aplică în special atunci când cantitățile de nămol rezultate în urma epurării apei uzate sunt relativ mici și se dispune de suficient spațiu pentru realizarea platformelor de uscare a nămolului sau de cavități sau depresiuni naturale disponibile pentru înființarea iazurilor de nămol. De menționat că procedeele naturale de dezhidratare a nămolurilor au avantajul că nu necesită tratamente preliminare.
Procedeele artificiale de dezhidratare a nămolurilor se aplică atunci când în urma procesului de epurare a aapelor uzate rezultă cantități mari de nămol și în general prezintă dezavantajul necesității unor tratamente preliminare a nămolului.
Uscarea nămolului (dezhidratare termică) este un procedeu prin care se poate realiza îndepărtarea avansată a apei din nămol până la o umiditate de 10-15%, prin evaporarea apei din nămol în instalații speciale cu aport exterior de energie. Cele mai frecvent întâlnite utilaje utilizate la uscarea nămolurilor sunt cuptoarele cu vetre etajate (procesul având loc în zona de uscare a cuptorului,), uscătoarele rotative, uscătoarele cu bandă, atomizoarele, etc.
Avantajele procedeului sunt: se reduce considerabil volumul nămolului, se obține un nămol sterilizat, procedeul nu este influențat de substanțe toxice sau inhibitoare. Dezavantajul principal al procedeului este consumul ridicat de energie atât pentru evaporarea apei din nămol cât și pentru dezodorizarea termică a gazelor rezultate.
Incinerarea nămolurilor este un procedeu prin care care nămolurile sunt distruse total, sigur și în condiții igienice, produsele finale fiind: apă, bioxid de carbon, bioxid de sulf și cenușă (cenușile, mai ales cele zburătoare, conțin substanțe solubile toxice și de aceea acestea trebuiesc colectate și depozitate în siguranță). Procesul de incinerare a nămolului se realizează în două etape, și anume: uscarea și combustia, care pot avea loc succesiv în același utilaj sau în utilaje diferite. Fazele de lucru succesive sunt următoarele: creșterea temperaturii nămolului până la cca. 110°C, evaporarea apei din nămol și creșterea temperaturii materiei organice și gazelor din nămol până la punctul de aprindere.
Arderea nămolurilor depinde de conținutul de apă și de materie organică din nămoluri. Procesul de combustie se realizează cu exces de aer, care trebuie riguros menținut pentru a nu scădea randamentul termic al instalației. Preîncălzirea nămolurilor și aerului și folosirea unor nămoluri cu putere calorică convenbilă (2000-4000 kcal/kg S.U.) pot conduce la realizarea procesului de combustie fără aport exterior de energie (adică este necesar aport exterior de energie doar pentru inițierea procesului). Trebuie menționat că pentru atingerea unui asemenea deziderat nămolul trebuie să sufere o dezhidratare preliminară de peste 90%. Mai ales atunci când nămolul tratat este valorificat ca pământ agricol, ca fertilizant sau ca amendament, pentru înlăturarea pericolului de infectare a solurilor pe care se depune, culturilor sau apelor freatice cu germeni patogeni, ouă de paraziți, etc. este necesară luarea unor măsuri de diminuare a potențialului infecțios.
Caile de diminuare sau distrugere a potențialului infecțios al nămolurilor se pot clasifica în două categorii, și anume:
– sterilizarea (distrugerea tuturor speciilor de microorganisme) care se realizează prin tratamente termice la temperaturi de peste 100°C (incinerare, uscare, condiționare termică, etc.);
– dezinfecția (decontaminarea) care se realizează prin tratamente la temperaturi sub 100°C. cum ar fi pasteurizarea sau fermentarea anaerobă termofilă, tratamente prin iradiere, tratare cu agenți chimici care aduc pH-ul nămolului la valori extreme (sub 2 sau peste12), compostarea, etc..
Pasteurizarea nămolului constă în încălzirea nămolului la temperaturi de 70 – 90°C pe durate de 20 – 35 min, înainte sau după fermentare. Calitatea pasteurizării depinde de cei doi parametri a căror valori variază antagonist, în strânsă corelare.
Stabilizarea anaerobă termofilă a nămolului se produce la temperaturi ale procesului între 50 – 56°C instalațiile de fermentarea anaerobă fiind similare cu cele de la stabilizarea anaerobă mezofilă.
Iradierea nămolului are un efect sterilizant prin distrugerea practic a oricărui agent patogen. Ca surse de iradiere se utilizează elementele Co – 60 și Ce – 137. Aplicarea metodei este relativ simplă, iradierea producându-se într-un tunel subteran plasat lângă sursa de radiații, însă trebuie luate măsuri deosebite de protecția mediului și personalului împotriva radiațiilor.
Tratarea cu var a nămolului până la valori ale pH-ului peste 12 poate asigura o dezinfecție practic totală a nămolului.
Compostarea nămolului este un procedeu de mineralizare biologică naturală a substanțelor organice din nămol rezultând un material inofensiv, cu volum mic și greutate redusă care poate fi utilizat fără nici un pericol în scopuri agricole. Deoarece procesul are loc la o temperatură de cca. 70°C are loc o diminuare avansată a potențialului patogen și o igenizare a acestuia.[curs V.V.Safta]
Tipuri de aeratoare utilizate in treapta de epurare biologică
Bazinele aerate cu nămol activ sunt reactoare biologice în care apa uzată supusă tratamentului este pusă în contact cu cultura de microorganisme (care poartă denumirea generică de nămol activ) care este dispersată în aceasta, în condiții de aerare corespunzătoare.
De menționat că în bazinul de aerare cu nămol activ cultura de microorganisme este menținută permanent în condiții de aerare prin asigurarea unui aport corespunzător de aer sau oxigen.
La bazinele de aerare cu nămol activ, oxigenul necesar desfășurării procesului biologic de fermentare este preluat din aerul atmosferic (în unele fiind introdus chiar oxigen gazos) care este introdus prin intermediul sistemelor de aerare.
După principiul de funcționare sistemele de aerare pot fi clasificate în:
– sisteme de aerare pneumatice – la care aerul este comprimat și introdus în bazinul de aerare cu nămol activ prin intermediul unor echipamente sub formă de: bule fine (cu diametre de 1 – 1,5 mm), bule mijlocii (cu diametre de 1,5 – 3 mm) sau bule grosire (cu diametre de 3 – 120 mm);
– sisteme de aerare mecanice – la care conținutul bazinului cu nămol activ se pune în contact cu aerul atmosferic printr-o agitare (amestecare) foarte intensă;
– sisteme de aerare mixte – care utilizează atât dizpozitive pneumatice de insuflare a aerului cât și dispozitive mecanice de agitare a conținutul bazinului cu nămol activ.
[100577281-Sisteme-de-Aerare]
Procedeul de aerare pneumatică implica un sistem format din sursa de aer comprimat, accesoriile prin care trece aerul (filtre, atenuatoare de zgomot), conducte de aer principale și secundare și dispozitive de aerare.
Dispozitivele de aerare au fost clasificate în funcție de marimea bulelor de aer produse, astfel:
– dispozitive care produc bule mari;
– dispozitive care produc bule medii;
– dispozitive care produc bule fine.
Bulele fine sunt obținute prin distribuția aerului prin difuzori poroși. Bulele medii rezultă din distribuția aerului prin conducte prevazute cu orificii al căror diametru este cuprins între 1 și 5 mm, fiind așezate la distanțe mai mici de 5 mm unele de altele. Bulele mari sunt rezultatul distribuției aerului prin conducte sau placi găurite, cu deschiderea găurii de peste 5mm.
In prezent clasificarea sistemelor de aerare pneumatica se face functie de carcateristicile fizice ale echipamentelor. Sunt definite trei categorii:
– difuzoare poroase;
– difuzoare neporoase;
– alte dispozitive cum ar aeratoarele cu jet, aeratoarele cu aspiratie, aeratoarele cu tub U.
[Rojanschi-Ognean-Cartea-operatorului-din-statii-de-epurare-a-apelor-uzate]
Difuzoarele sunt imersate și au drept scop să asigure dispersia aerului sub formă de bule. Este imperios necesar să se asigure o dispersie uniformă a aerului în întreaga masă de apă astfel încât, la suprafața liberă, să fie un grad maxim de acoperire. Difuzoarele se amplasează astfel încât întreaga masă de apă să fie agitată și amestecată, precum și să se asigure necesarul de oxigen impus de procesul biologic.
Mediile poroase se execută din particule foarte fine metalice, materiale silico – aluminoase sau din ciment special în care se înglobează particule de carborund. Particulele metalice, granulele de cuarț și oxid de aluminiu sau de carbon sunt sinterizate astfel încât să dea o masă cu structură uniformă și porozitate de 30…36 %. Dimensiunile porilor sunt cuprinse între câteva sutimi de milimetru până la câteva zecimi de milimetru. Tehnologiile actuale de sinterizare permit obținerea de materiale poroase cu diametrul de aproximativ 50 μm.
[97474530-Sisteme-de-aerare-in-stațiile-de-epurare-a-apelor-uzate]
Difuzoarele executate din materiale ceramice sunt cele care dau bulele cele mai fine. Mediile poroase ceramice se execută trei tipuri de compoziții:
a) difuzoare poroase ceramice executate din granule cristaline de oxid de aluminiu;
b) corpuri ceramice executate din granule sticloase de silicat pur;
c) materiale ceramice poroase executate din granule de silicat pur într-un mediu de tip rășină.
Difuzoarele poroase trebuie să îndeplinească următoarele condiții:
a) rezistență mecanică ridicată;
b) rezistență la acțiunea apei;
c) prelucrare mecanică ușoară;
d) permeabilitate ridicată și uniformă la aer.
Corpurile poroase se execută sub formă de tuburi, discuri sau difuzoare speciale interschimbabile, montate pe suporți amplasați direct pe conductele de alimentare cu aer comprimat.
Plăcile poroase au dimensiuni în plan de 300 x 300 mm și grosimi variabile între 25…40 mm. Ele se amplasează pe radierul bazinului între dinții de fierăstrău cu înclinarea de 450 și înălțimea de 300…500 mm (figura 1.x.). Suprafața ocupată de plăcile poroase este de 15…25 % din totalul radierului.
Figura 1.x. Bazin de aerare cu plăci poroase
[Epurarea biologica a apelor uzate[mica si mare]
Difuzoarele poroase de tip tubular (figura 1.x.) se amplasează la o cotă de circa 500…700 mm față de radierul bazinului. Ele se montează în grupuri de câte 8 pe un braț basculant în jurul unei articulații care în perioada reviziei permite ridicarea difuzoarelor deasupra apei în bazin. Toate părțile componente se execută din material plastic rezistent la coroziune. Mantaua cilindrică pentru dispersia aerului are o porozitate de 56%, cu diametrul mediu al orificiilor de 90μm, ceea ce conduce la obținerea bulelor de 2…3 mm. Debitul de aer variază în gama 5…15 m3/oră și bucată.
Figura 1.x. Difuzor poros tubular [Epurarea biologica a apelor uzate[mica si mare]
Difuzoarele poroase de tip disc (figura 1.x) se execută din materiale plastice (polietilenă) la diametre de 150…3000 mm . Prin aceste difuzoare rezultă bule de aer cu diametrul de 3…5 mm pentru debite de 3…5 m3/h și dispozitiv. Difuzoarele disc montate pe braț au un corp tronconic pe care se fixează, cu un inel exterior filetat, placa poroasă. Pentru etanșare se folosește un inel din cauciuc plasat între placa poroasă și discul de strângere. [Epurarea biologica a apelor uzate[mica si mare]
Figura 1.x. – Difuzor poros de tip disc;
1- conductă de aer comprimat; 2- corp; 3- capac; 4- disc poros. [http://www.amac.md/Biblioteca/data/28/14/08/Vodoprovod/Silvica.pdf]
Membranele elastomer au grosimi de 0,6…2,5 mm și se execută din materiale elastice, polimeri similari cauciucului, cauciuc natural sau alți elastomeri sintetici. Cele mai multe membrane sunt fabricate din etilenpropilenă. Aceste materiale sunt trase în plăci subțiri în care se practică orificii foarte fine. Avantajul principal rezultă din elasticitatea materialului care se va deforma și va deschide porul pe măsura creșterii presiunii. La căderea presiunii orificiile se închid automat evitându-se pătrunderea flocoanelor de nămol activ în interiorul conductei de distribuție. Dezavantajul este că proprietățile materialului sunt dependente de timp – fenomen de îmbătrânire.
Difuzorii se execută sub formă de plăci, tuburi sau discuri. Plăcile au dimensiuni de 1x2m și se fixează într-un cadru, cu rigidizări intermediare, plasate astfel încât să se evite deformarea puternică a membranei. Cadrul este montat pe fundul bazinului de aerare astfel încât se acoperă practic întreaga suprafață în plan a cuvei.
Difuzorii tubulari au diametrul de 64…75 mm și lungimea de 500…1500 mm. Ei sunt acoperiți de membrana elastomer pe suprafața cilindrică exterioară și se fixează direct pe conducta de distribuție a aerului, amplasată la circa 200…300 mm distanță de radier, prin înfiletare.
Fig.2.11 Difuzor tubular cu membrană elastomer:
1- colier de fixare a membranei elastice; 2- membrană elastică perforată din cauciuc rezistent la
imbătranire, uzură și sfașiere; 3- corp difuzor din material plastic rezistent la șocuri și variații de
temperatură; 4- orificii de trecere a aerului pe partea interioară a membranei elastice perforate;
5- supapa de protecție (cu sens unic pentru aer); 6- suport elastic pentru corpul difuzorului și
ștuțul de alimentare cu aer; 7- ștuț aer; 8 – dop de capăt. [“Sisteme de aerare în stațiile de epurare a apelor uzate” introducere]
Avantajele difuzoarelor cu membrana elastica constau in urmatoarele:
– sunt realizate din materiale plastice si cauciuc, materale rezistente atat din pucnt de
vedere mecanic cat si biochimic;
– nu necesita filtrare avansata a aerului, membrana elastica permitand majorarea
deschiderii orifilor si evacuarea impuritatilor ce au tendinta de a obtura aceste orificii;
– sunt usor de montat si demontat in si din reteaua de distributie a aerului;
– prin modul de prindere al membranei de corpul difuzorului, se poate inlocui, in caz de
deteriorare, doar membrana din cauciuc.
Dezavantajele acestor difuzoare constau in:
– necesitatea unor retele de distributie ramificate, cu lungimi mari, retele care trebuie
ancorate in radier;
– oprirea aerarii si golirea bazinelor pentru lucrari de reparatii si intretinere a sistemului de insuflare;
– existenta unor zone de apa neaerata inte difuzoare.
Echipamentele mecanice de oxigenare cuprind totalitatea agregatelor care, prin mijloace mecanice, creează suprafața de contact interfazică și asigură mișcări hidrodinamice induse de o intensitate convenabilă procesului. Sistemele de aerare mecanice asigură atât dispersia lichidului în mediul înconjurător, cât și antrenarea aerului atmosferic sub formă de bule, prin recircularea continuă a unei cantități de apă.
În funcție de echipamentul mecanic folosit, bazinele cu aerare mecanică sunt cu perii de aerare și cu aeratoare mecanice cu rotor.
Periile de aerare au apărut inițial în Anglia, în 1916, sub denumirea de aeratoare cu palete, executate din ,,paie de Piassara,, (fibră de palmier). Ulterior, au fost executate sub forma rotoarelor cu dinți metalici flexibili sau din materiale plastice. [Epurarea biologica a apelor uzate[mica si mare]
Forma bazinelor aerate cu perii este alungită, suprafețele transversale fiind între 2,5 și 15 m2 . Peria de aerare, deși constructiv aceeași, se utilizează în următoarele moduri:
a) amplasată la marginea bazinului de aerare, paralel cu peretele vertical și pe jumătate imersate, rotindu-se în jurul axei orizontale, perii Kesener (figura 1.x.) Pentru favorizarea apariției vitezelor superioare în zona radierului se realizează un perete vertical care accelerează mișcarea în zona inferioară a bazinului;
[http://www.amac.md/Biblioteca/data/28/14/08/Vodoprovod/Silvica.pdf]
Figura 1.x. Bazin cu aerator mecanic cu perii:
1- perie Kessener; 2- perete de dirijare a curentului. [http://www.amac.md/Biblioteca/data/28/14/08/Vodoprovod/Silvica.pdf]
b) plasate transversal într-un canal de mică adâncime, rotindu-se în jurul axei orizontale (figura 1.x);
Figura 1.x. Șanțuri de oxidare cu perie de aerare în diverse variante de instalare:
șanț de oxidare; 2- perie de aerare; 3- electromotor;
4- admisie apă uzată; 5- evacuare apă tratată
c) amplasate pe flotoare (figura 1.x.) în sistem de epurare biologică naturală, cu posibilitatea măririi suprafeței active prin rotirea întregului ansamblu în jurul unui ax vertical.
Figura1.x. Perie de aerare amplasată pe flotor:
1- pivot fix; 2- braț de ancorare cu posibilitate de rotație; 3- flotor cilindric; 4- perie de aerare;
5- cadru; 6- motor; 7- reductor; 8- antrenatre cu lanț; 9- lagăr; 10- instalație de ungere.
[http://www.amac.md/Biblioteca/data/28/14/08/Vodoprovod/Silvica.pdf]
Periile de aerare sunt mai puțin utilizate în stațiile de epurare, în comparație cu aeratoarele mecanice de suprafață, datorită performanțelor mai reduse și a vitezelor mai mici induse în masa de apă.
Aeratorul mecanic de suprafață este o mașină hidromecanică care transformă energia mecanică, furnizată de la un grup motoreductor, în energie hidraulică prin intermediul unei mărimi cu caracter turbionar. Termenul ,,turbionar” este folosit în sensul mișcării imprimate lichidului prin rotor și a celei induse, în genul unei curgeri elicoidale în bazinul de aerare.
Rotorul pompează o cantitate de lichid, creând astfel în jurul său o zonă de turbulență intensă care este sediul admisiei apei și aerului atmosferic. Imaginea optică a jetului refulat este dependentă de imersiunea rotorului, (figura 1.x). Astfel, pentru imersiuni pozitive mari, rotorul aruncă apa îndeosebi sub forma de jet continuu, în timp ce la valori negative (rotorul scos afară din apă) lichidul este pulverizat sub forma de picături.
Oxigenul este preluat din aerul atmosferic prin picăturile de apă și prin suprafața mare de contact a bulelor de aer introduse în lichid. Unele soluții constructive forțează introducerea aerului atmosferic în rotor fie prin aspirația lui în canalul interpaletar prin efect de ejecție, fie prin introducerea lui forțată de la o suflantă. [“Sisteme de aerare în stațiile de epurare a apelor uzate” introducere]
Forma în plan a unui bazin cu aerator mecanic cu rotor este pătrată, dacă numărul de aeratoare este mai mare, bazinul are forma unui canal, a cărui lățime este egală cu latura pătratului corespunzătoare amplasării unui singur aerator. În lungul bazinului spațiile corespunzătoare unui singur aerator sunt de obicei separate prin pereți transversali direcției de curgere a apei, și au la partea de jos fante pe toată lățimea bazinului. Aeratoarele mecanice cu rotor trebuie să realizeze în apropierea radierului o viteză minimă de 0,15 m/s. [http://www.amac.md/Biblioteca/data/28/14/08/Vodoprovod/Silvica.pdf]
Figura .1.x. Bazin de aerare echipat cu aerator mecanic de suprafață
1 – bazin de aerare; 2 – grup de antrenare; 3 – rotor.
. [Epurarea biologica a apelor uzate[mica si mare]
Aeratorul mecanic de suprafață rapid a apărut pe plan mondial în ultimele decenii. El se compune dintr-un electromotor, cu turația de 1440 sau 970 rot/min, pe axul căruia se montează direct un rotor de tip pompă axială care funcționează întubat într-o carcasă cilindrică exterioară (figura 1.x.). Debitul de lichid pompat de rotor este dirijat prin difuzorul paletat, cvasiparalel cu suprafața liberă a apei din bazin sub formă de jet și picături.
În raport cu aeratoarele lente, aceste agregate noi au următoarele avantaje:
a) investiție redusă prin eliminarea reductorului de turație;
b) construcție cu gabarite mici, datorită turațiilor mari ale rotorului;
c) reducerea sensibilității la modificarea imersiunii;
d) mărirea fiabilității echipamentului prin eliminarea reductorului de turație.
Dezavantajul principal al aeratorului mecanic de suprafață rapid constă, în principal, în reducerea coeficientului economic și a vitezelor induse în masa de apă din bazin. Pentru funcționarea corectă a aeratorului axial, se corelează puterea unitară pe agregat cu adâncimea apei din bazinul de aerare. Datorită turației mari a echipamentului, sub rotor se formeaza un vârtej care poate produce, la adâncimi mici, erodarea radierului din beton. Eliminarea acestui fenomen se poate realiza fie prin mărirea adâncimii de lucru, fie prin montarea la cotă fixă, a unei plăci metalice sub rotor. La valori ale adâncimii peste cele considerate optime, pentru asigurarea spectrului hidrodinamic indus se montează sub aerator, un tub cilindric de aspirație, care accelerează mișcarea în zonele adiacente radierului. [“Sisteme de aerare în stațiile de epurare a apelor uzate” introducere]
Figura 1.x. Aeratorul mecanic de suprafață rapid:
electromotor, 2- carcasă cilindrică exterioară, 3- rotor de tip pompă axială.
[Epurarea biologica a apelor uzate[mica si mare]
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: Șl. dr. ing. Victor- Viorel Safta [307817] (ID: 307817)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.