Statie de Epurare Municipala

Cuprins

Capitolul 1. Tema proiectului. …………………………………………………………………………………………..3

Capitolul 2. Memoriu tehnic. …………………………………………………………………………………………….3

Capitolul 3. Argumente privind epurarea apelor uzate………………………………………………………….5

3.1. Poluanți specifici, impactul asupra mediului, importantă epurării apelor uzate…………………..7

3.2.Condititii de calitate. Normative…………………………………………………………………………………..9

3.3.Caracteristicile apelor uzate………………………………………………………………………………………..12

3.3.1 Caracteristici fizice…………………………………………………………………………………………………12

3.3.2.Caracteristici chimice……………………………………………………………………………………………..13

3.3.3.Caracteristici biodegaradabile și biologice…………………………………………………………………14

Capitolul 4. Tehnologia folosită pentru epurarea apelor uzate………………………………………………15

4.1. Forme tehnologice de epurare a apelor uzate……………………………………………………………….15

4.2. Agenții care influențează selecția operațiilor și procesele unitare……………………………………22

4.3. Stabilirea gradului de epurare…………………………………………………………………………………….24

4.4. Alegerea variantei tehnologice optime………………………………………………………………………..34

4.5. Calculul concentrațiilor intermediare, realizate pentru etapele de epurare mecanică, biologică și verificarea gradului de epurare necesar…………………………………………………………….35

4.6. Crearea schemei bloc tehnologică………………………………………………………………………………45

4.7. Materii prime și auxiliare…………………………………………………………………………………………..48

4.8. Utilități și energie……………………………………………………………………………………………………..48

4.9. Subproduse material și energetic, deșeuri…………………………………………………………………….50

Capitolul 5. Schema tehnologiei de epurare a apelor uzate…………………………………………………..51

Capitolul 6. Proiectarea tehnologică a utilajelor………………………………………………………………….52

6.1. Debite de calcul și de cercetare folosite în stațiile de epurare…………………………………………52

6.2. Calculul utilajelor din cadrul treptei mecanice de epurare ( grătare, deznisipator, bazin de egalizare,separator de grăsimi, decantor primar )………………………………………………………………..52

6.3. Calculul utilajelor în cadrul treptei biologice (bazin de nămol active, decatorul primar)………………………………………………………………………………………………………………………….63

6.4. Tratarea nămolului activ……………………………………………………………………………………………72

Capitolul 7. Managementul SEAU……………………………………………………………………………………76

7.1. Bilant energetic………………………………………………………………………………………………………..77

7.2. Determinarea costului apei epurate…………………………………………………………………………….78

Capitolul 8. Concluzii……………………………………………………………………………………………………..81

Bibliografie……………………………………………………………………………………………………………………81

Figura1.1 Stație de epurare municipală.

Capitolul 1. Tema proiectului

Studiul privind epurarea apelor menajere uzate.

Capitolul 2. Memoriu tehnic.

În acest proiect tehnologic avem în vedere studiul privind epurarea apelor menajere uzate, și elaborarea unei instalații de epurare . Sunt propuse mai multe variante tehnologice, cea mai eficientă fiind cea de epurare mecano-biologică.

Lucrarea este structurată în 8 capitole astfel:

În capitolul 1 este prezentată temă proiectului care reflectă studiul privind epurarea apelor uzate menajere.

Capitolul 2 cuprinde memoriul tehnic.

În capitolul 3 sunt prezentate argumente privind epurarea apelor uzate menajere: poluanții specifici, impactul lor asupra mediului și importantă epurării apelor uzate; condiții de calitate normative; caracteristicile apelor uzate menajere..

Tehnologia adoptată pentru epurarea apelor uzate este pusă în evidența în capitolul 4. Aici sunt prezentate:

-variantele tehnologice de epurare a apelor uzate municipale,

– factorii care influențează selecția operațiilor și proceselor unitare,

– determinarea gradului de epurare necesar, descrierea detaliată a procesului tehnologic adoptat,

– calculul concentrațiilor intermediare realizate pentru etapele de epurare mecanică și biologică și verificarea realizării gradului de epurare necesar.

– este elaborată schema bloc tehnologică,

– sunt prezentate materiile prime și auxiliare,

– utilitățile și consumul de energie, subprodusele materiale și energetice, precum și deșeurile.

În capitolul 5 este prezentată schema tehnologiei de epurare.

Proiectarea tehnologică a utilajelor este realizată în capitolul 6. Sunt interpretate:

– debitele de calcul și de cercetare folosite în stațiile de epurare.

– calculul utilajelor din cadrul treptei mecanice de epurare (de tipul grătare, deznisipator, separator de grăsimi, decantor primar),

– calculul utilajelor în cadrul treptei biologice de epurare (bazin cu nămol activ, decantor secundar),

– tratarea nămolurilor.

Capitolul 7 cuprinde managementul SEAU, aici este prezentat bilanțul energetic și este determinat costul apei epurate.

În capitolul 8 sunt sintetizate concluziile.

Fig 2. 1 Schema epurării mecano-biologică.

Capitolul 3. Argumente privind epurarea apelor uzate

Se dau urmatoarele date: [4]

Debite de calcul :

Qzi, med = 0,26 m3/s;

Kzi=1.2 ( coeficient de neuniformitate a debitului zilnic);

Qzi, max = kzi*Qzi,med;

Qzi, max = 0,32 m3/s;

Qor, min = (Qzi,med*k0)/24;

K0= 2,8 ( coeficient de neuniformitate a debitului zilnic) ;

Qor, min = 0,030m3/s ;

Qor, max = (Qzi,max*k0)/24;

Qor, max = 0,037 m3/s.

Structura apelor uzate introduse în stația de epurare: [4]

Solide în suspensie : Ciss = 640 mg/l

Compuși organici : CBO5 = 550 mg/l; CCOCr = 790 mg/l

Azot total : Cin = 15 mg/l

Temperatură apei uzate: 200 grade C

ph = 7

Constanta vitezei de consum a oxigenului din apele uzate: k1 = 0,1 zi-1

Studii de laborator ale emisarului în care se deversează apele epurate:

Concentrația de oxigen dizolvat din receptor : Cor = 6 mg O2/l

C(cco-cr)r = 20 mg/l

Solide în suspensie :“ (CSS)r = 50 mg/l

Azot total : “ CNr = 2,5 mg/l

Temperatură medie a apei : 100C

Studiile hidrologice ale emisarului:

Viteza medie a apei : v = 1,5 m/s

Debitul emisarului: Qe = 5 m3/s

Coeficientul de sinuozitate al râului :€Ñ„ = 1,2

Constanța de oxigenare a apei din emisar “ K2 = 0,17 zi-1

Utilajele care vor fi proiectate:

Treapta mecanică:

– Grătarul

– Separatorul de grăsimi

– Deznisipatorul

– Bazinul de egalizare

– Decantorul primar

Treaptă biologică:

– Bazin de aerare cu nămol activ

– Decantor secundar

3.1. Poluanți specifici, impactul asupra mediului, importanța epurării apelor uzate.

Apele uzate care conțin cea mai mare încărcătură de poluanți sunt apele uzate menajere și cele industriale. O parte din poluanți le sunt comuni.

Tipurile principale de poluanți care acordă apelor „calitatea” de ape uzate datorită modificării caracteristicilor fizice, chimice, bacteriologice sau radioactive sunt:

Compuși organici biodegradabili proveniți din apele uzate menajere, industriale etc. Cele mai încărcate fiind cele din industriile alimentare, cea organică de sinteză și de hârtie, din complexe de creștere a animalelor (abatoare, zootehnie).

Acești compuși reduc concentrației de oxigen dizolvat cu repercursiuni asupra vegetației, faunei. Au loc procese anaerobe; existând riscul reducerii capacității de autoepurare., prezența lor fiind dată de CBO5 (indicator specific).

Apa uzată biodegradabilă poate fi tratată în sisteme de control biologice, ori că fluxuri secundare în cadrul sistemelor de pretratare construite special, exemplu: sistemele puternic încărcate anaerobe și aerobe, ori că apa reziduală mixtă în instalația de tratare biologică centrală a apei uzate, sau că stadiu de post-tratare după instalația centrală de tratare a apei uzate. (3)

Compuși organici nebiodegradabili (refractari sau poluanți prioritari) care rezultă din surse că ape uzate din industria organică de sinteză, cea a celulozei și hârtiei, petrochimica și metalurgica. Aceștia sunt compuși organici cu toxicitate acută sau cronică având caracter mutagen sau cancerigen. ( 5 )

Impactul dăunează asupra cursurilor de apa, asupra oamenilor și asupra organismelor acvatice. Reduc sau stopeaza procesele de autoepurare sau epurare biologică și pot da produși secundari de dezinfecție.

Datorită structurii chimice pe care o au, oxidabilitatea este mai mică decât la compușii organici biodegradabili.

Compușii organici toxici sau nebiodegradabili pot fi clasificați astfel : (4)

-compuși halogenați ai hidrocarburilor saturate și nesaturați ciclici sau aciclici;

-compuși aromatici monociclici;

-compuși fenolici;

-compuși aromatici policiclici;

-compuși ai acidului ftalic de tipul esterilor și eterilor;

-compuși cu azot;

-pesticide;

-compuși policlorurați ai fenilbenzenului.

Toți compușii prezentați sunt proveniți din industria organică de sinteză, industria textilă, industria celulozei și hârtie, rafinării de petrol, industria metalurgica, industria minieră și industria lemnului.

Clorurile și sulfurile din apele uzate influențează fenomenele biologice de epurare dacă cantitățile lor depășesc anumite limite. Clorurile sub formă de ioni de clor din apa uzată menajeră rezultă în special, din urină de origine animală sau umană, că urmare a folosirii în alimentație a clorurii de sodiu. Sulfurile din apele uzate menajere pot fi precizate și apreciate sub formă de sulfuri totale, sulfuri de carbon și hidrogen sulfurat (care ne oferă indicații despre lipsei oxigenului din apa și apariția proceselor anaerobe).

Metalele grele dăunează microrganismele care iau parte la epurarea bilogică, și la fementarea anaeroba, anulând procesele de autoepurare, favorizând dezvoltarea rapida a algelor În ultima vreme procesele tehnologice industriale utilizează substanțe toxice noi (fitofarmaceutice, nitroclorbenzen, etc.) care se determina greu.

Substanțe radioactive sunt folosite tot mai des, atât în medicină, tehnică, cât și la centralele atomice crează probleme celor care se ocupă cu protecția calității apelor. Substanțele radioactive i influențeza procesele de epurare, fiind dăunătoare pentru personalul care se ocupă de exploatare.

Substanțele organice din apele uzate menajere sunt provenite din dejecțiile umane și animale, din resturile de alimente, legume și fructe, precum și din alte materii organice evacuate în rețeaua de canalizare. Oxigenul din apa poate fi redus până la 0, datorită prezenței substanțelor organice în apa, iar în lipsă oxigenului, substanțele organice se descompun prin procese anaerobe care au loc simultan cu producerea hidrogenului sulfurat și a altor gaze rău mirositoare și toxice (indol, scatol, etc).

Nutrienți includ N2, P, compuși anorganici și organici cu azot și fosfor, Si și sulfați. Apele uzate menajere și efluentii din industria îngrășămintelor chimice formează principalele surse de generare. Azotul și fosforul incurajează creșterea necontrolată a algelor și microorganismelor, producând astfel fenomenul de eutrofizare.

Substanțele toxice (poluanți prioritari) conțin detergenți, cianuri, compuși organici clorurați, lignină, compuși proveniți din industria chimică, industria celulozei și hârtiei, industria petrochimica.

Compuși organici sau anorganici care sunt aleși pe bază toxicității foarte mari, a efectelor cancerigene sau mutagene sunt poluanți principali. Acești poluanți sunt denumiți și compuși toxici refractari, găsindu-se în majoritatea cazurilor în apele uzate industriale, fiind însă depistați uneori în cantități foarte mici în apele de alimentare datorită unor infiltrații sau datorită epurării necorespunzătoare a apelor din amonte.

Suspensii inerte, materiale coloidale sau materii fîn divizate provin că urmare a proceselor de spălare din diverse industrii. Prin depunerea solidelor în suspensie, viață acvatică normală, este deranjată.

Apa caldă, produsă de multe industrii, de exemplu: industria enegetica, petrochimica și de sinteză organică care utilizează apa că agent de răcire. Deversată în emisar, apa caldă încetinește efectarea procesului de autoepurare. La noi în țara limită la deversare este de 300C. (4)

Contaminarea bacteriologica, această putând fi produsă de către industria alimentară, crescătoriile de animale sau canalizarea apelor menajere și industriale în sistem combinat.

Alți poluanți sunt substanțele petroliere, sărurile, bazele și acizii peste concentrația limită (C.M.A.), agenții reducători (grupe de sulfiți, sulfați), uleiuri care se găsesc în efluentii generați în diferite industrii.

Impactul: consum de oxigen dizolvat sau împiedică transferul de oxigen din atmosferă în apa. Influențează procesele de tratare a apei și viață organismelor subacvatice care duc la modificări de ph și depuneri în albie. [4]

3.2. Condiții de calitate pentru apele uzate menajere. Normative:

Pentru asigurarea condițiilor de calitate privind evacuările de ape epurate în mediul acvatic sunt considerate HG 351/21.04.2005 respectiv programul de evacuări treptate de ape epurate în mediul acvatic și HG 352/21.04.2005 privind modificarea și completarea HG nr. 188/2002 pentru aprobarea unor norme privind condițiile de descărcare în mediu acvatic a apelor epurate (NTPA 001/2005 și 002/2005).

NTPA 001/2005 denumește valorile limită pentru poluanții apelor uzate evacuate în receptorii naturali. Aceștia sunt prezentați în Tabelul 1. [4]

Tabel 1. Valori limită de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și urbane evacuate în receptori naturali: [5, 10, 22]

Tabel 2. Indicatori de calitate ai apelor uzate evacuate în rețelele de canalizare ale localităților: [10, 22]

În proiectare, dacă evacuarea de ape uzate are loc într-un receptor natural de tip emisar, pentru a asigura condițiile de calitate ale emisarului, respectiv ale apei de suprafața, trebuiesc cunoscute prevederile Ordonanței MAPM nr. 1146/2002 pentru aprobarea normativului privind obiectivele de referință pentru clasificarea calității apelor de suprafața. [4,22]

Tabel 3. Determinări fizico-chimice la apa: [22]

3.3. Caracteristicile apelor uzate urbane

Stabilirea caracteristicilor apelor uzate municipale este utilă, atât pentru proiectarea stațiilor de epurare cât și pentru controlul și funcționarea acestora în condiții optime.

Prin caracterizarea apelor uzate se determinarea parametrilor calitativi (indicatori de calitate) cu referire la:

-indicatori fizici ;

-indicatori chimici;

-indicatori biologici.

3.3.1. Caracteristici fizice [2]

Temperatura apelor uzate determină majoritatea reacțiilor fizice și biochimice care au loc în procesul de epurare. Temperatură apelor uzate menajere este cu 2-3 grade C mai ridicată decât cea a apelor de alimentare, exceptând cazul de deversări de ape calde tehnologice sau când în rețea se infiltrează ape subterane.

Turbiditatea Prezența in suspensie a unor particule de argilă, nisip, substanțe organice etc., care imprastie lumina, determinată turbiditatea. Analizele de laborator se determină în grade de turbiditate, 1 grad de turbiditate corespunzând la 1 mg SiO2/dm3 de apa. Orientativ, apele uzate menajere prezintă valori ale gradului de turbiditate în limitele de 400 – 5000 în scară silicei.

Culoarea. Apelor uzate menajere proaspete au culoarea gri deschis, iar culoarea gri închis indică începutul procesului de fermentare a materiilor organice existențe în aceste ape. Pentru apele uzate care prezintă alte nuanțe de culori, reise că, amestecul acestora cu apele uzate industriale care pătrund în rețeaua de canalizare, este controlat de acestea din urmă (ape verzi de la industriile de legume, ape galbene de la industriile prelucrătoare de clor, ape roșii de la uzine metalurgice etc).

Mirosul apei provine de la substanțele volatile pe care le conține ca rezultat al încărcării cu substanțe organice în descompunere, al poluării cu substanțe chimice sau ape reziduale. Cu cât apa conține mai multe substanțe organice, chimice sau ape reziduale cu atât mirosul este mai ușor de perceput. [7]

Materiile solide totale (MST) aflate în apa uzată se găsesc în stare de suspensie (organice și minerale) și materii solide dizolvate (organice și minerale). Materiile solide în suspensie, pot fi separabile prin decantare și materii coloidale. În funcție de dimensiunile diferitelor particule (gradul de dispersie) și de greutatea specifică a acestor particule, materiile solide în suspensie se pot depune sub formă de sediment, pot pluti la suprafața apei sau pot pluti în masă apei (materiile coloidale). [4]

Analizele apelor uzate menajere indică cantitatea totală a materiilor solide fiind de 65 g/om zi, dintre aceste , materiile solide decantabile reprezintă 35- 50 g/om zi (în medie 40 g/om zi), ceea ce reprezintă 60-75% din materiile solide totale. Dacă este îndepărtată o parte din reziduurile menajere solide prin mărunțire (tocare) și evacuată apoi hidraulic, prin rețeaua de canalizare, este înregistrată o creștere semnificativă (cca 100 g/om zi) a depunerilor în stația de epurare. [16]

3.3.2. Caracteristici chimice

Apele uzate conțin carbohidrați, grăsimi și uleiuri, proteine, fenoli, pesticide, poluanți prioritari, compuși organici volatili. Aceștia provin din dejecțiile umane și animale, resturi alimentare, legume și fructe sau alți compuși organici de sinteză proveniți din apele uzate industriale.O2 dizolvat, este redus prin prezența materiilor organice care favorizează apariția proceselor anaerobe. Analiză conținutului de compuși organici are o importantă deosebită pentru funcționarea stațiilor de epurare, testele fiind grupate în două categorii:

-analize care măsoară concentrații mai mari de compuși organici mai mari de 1mg/L precum CBO5, CCOCr , CTCO (conținutul total de carbon organic), CTO (consum teoretic de oxigen).

-analize care determină urme de compuși organici (10-12 – 10-3 mg/L) folosind metode instrumentale de analiză, cum ar fi cromatografia în fază lichidă/gazoasă, spectrofotometrice

-analize anorganice : aciditatea, alcalinitatea, ph, sulfați, nitrați, etc [4,11,12].

CBO5 reprezintă consumul biochimic de oxigen în interval de cinci zile la o temperatură standard de 20 grade C. Este un indicator general care ne oferă informații asupra conținutului de substanțe organice biodegradabile din apa uzată ori despre necesarul de oxigen al microorganismelor din apa. Se determină astfel diferență dintre cantitatea de oxigen inițială din apa uzată și cea de după 5 zile de incubație la temperatură constanța.

Pentru ape uzate menajere CBO5 are valorile 100-·400 mg/L, în timp ce în apele uzate industriale diferă în limite mai lărgi în funcție de proveniența lor. Este un factor important pentru proiectarea treptelor biologice. Procesele consumatoare ale oxigenului dizolvat sunt cele de transformare ale carbonului organic în CO2 și de transformare a NH3 în NO2- și NO3- .

CCO reprezintă consumul chimic de oxigen. Se determină prin două metode:

– Metodă cu KMnO4 în mediu acid (se folosește foarte rar în cazul apelor uzate).

– Metodă cu K2Cr2O7 în mediu acid pentru determinările specifice analizei apelor uzate (la 100 grade C), fiind cea mai potrivită măsură a oxidabilității, dacă concentrația de ioni Cl este mai mare de 300mg /L se folosește că inhibitor pentru HgSO4.

CCOCr ia valori de 300A·800 mg/L pentru apele uzate municipale în general dar se poate ajunge la 900A·1200 mg/L în unele cazuri.

CTO reprezintă consumul teoretic de oxigen stabilit pe principiul cromatografiei în fază gazoasă, accentuază toate substanțele organice și anorganice existențe în probă de ape uzate care intră în reacții chimice până la nivelul de oxizi stabili. Se poate calcula dacă se cunoaște natură compușilor organici impurificatori.

CTCO reprezintă conținutul total de carbon organic din apa. Este un indicator global pentru concentrații foarte mici. Se determină prin introducerea unor volume precise măsurate de apa în dispozitive de oxidare chimică sau în cuptoare cu temperatură înaltă. Carbonul este transformat, în prezența unui catalizator, în CO2, și apoi se determină CO2 într-un analizor cu raze IR. Filtrarea probei se realizează înaintea determinării și eventual o acidifiere pentru a elimină interferențele. [3,4,7]

Aciditatea apelor uzate. Prezența bioxidului de carbon liber, a acizilor minerali și a sărurilor acizilor țări cu baze slabe determină aciditatea apelor uzate. Aciditatea este exprimată în ml substanță alcalină normală pentru neutralizarea unui dm3 de apa. Acesta caracteristică este indicat fi determinată pentru apele uzate industriale care ajung în stația de epurare orășenească.

Alcalinitatea apelor uzate este determinată de prezența bicarbonatilor, carbonaților alcalini și a hidroxizilor. Apele uzate menajere sunt ușor alcaline, caracterizate prin valoarea ph-ului în limitele de 7.2 – 7.6. În laborator această caracteristică chimică se află prin neutralizarea unui dm3 de apa de analizat cu o soluție de HCl diluat la 0.1N exprimată în ml.

ph-ul apelor uzate este de 2 feluri: acid sau alcalin, reprezentând o cauza importantă perturbatoare a proceselor biologice din cadrul unei stații de epurare. Spre deosebire de aciditatea sau alcalinitatea unei ape, acest parametru exprimă numai intensitatea acidității sau alcalinității, adică nu există o legătură directă între ph-ul unei ape și cantitatea de acizi sau alcali care este în compoziția apei respective. Este posibil că două soluții apoase să prezinte aceleași valori ale ph-ului, cu toate că concentrația lor în acizi sau baze poate fi diferită.

Concentrația în ioni de hidrogen a apelor naturale, adică ph-ul care exprimă reacția activă a apei prezintă valoarea 7 (ape neutre). Reacția apelor va fi acidă pentru ph =0 – 7 și va fi alcalină pentru ph = 7 – 14. [1.10]

3.3.3. Caracteristici bacteriologice și biologice

Apele uzate în compoziția cărora se găsesc substante organice, sunt de asemenea poluate și cu specii de organisme care valorifică resursele de hrană respective și care, în decursul dezvoltării lor, s-au adaptat unor condiții unilaterale de mediu. Ele reprezintă indicatorul biologic care caracterizează pozitiv gradul de încărcare al apei cu substanțe organice ori gradul sau de saprobitate. Aceste organismele sunt formate din bacterii, protozoare, alge. [9]

Bacteriile sunt de două feluri: autrotofe și heterotrofe. Bacteriile autotrofe utilizează substanțe minerale pentru hrană. Carbonul necesar pentru sinteză glucidelor, lipidelor și proteinelor îl iau din bioxidul de carbon, carbonați și bicarbonați.

Bacteriile heterotrofe necesita substante organice precum sursă de carbon și de energie. Din categoria acestor bacterii fac parte: saprofitele, care folosesc materii organice moarte și care joacă rolul principal în procesul de autoepurare, și parazite, care se dezvoltă în corpul organismelor animale și umane și care apăr numai întâmplător în apele poluate; unele sunt patogene, și reprezintă un pericol pentru sănătatea omului (bacteriile tifosului intestinal, a holerei, dizenteriei, etc.). [14,15]

Gradul de infectare a apei cu bacterii patogene se stabilește prin efectuarea unei analize a apelor pentru a evidenția existența bacteriilor din grupă Coli – bacterii care prezintă un constituent caracteristic al microflorei intestinale. Bacteria Coli nu este o bacterie patogenă (este o bacterie banală), dar reprezintă un indicator al existenței în apa uzată a dejecțiilor de animale și umane și deci existența de bacterii patogene.

Determinarea organismelor existente în apele uzate, după sistemul saprobiilor care contine speciile de organisme caracteristice apelor impurificate cu substanțe organice, își găsește o utilizare tot mai mare. Prezența sau absența unor organisme poate oferi indicații asupra desfășurării procesului de epurare biologică din cadrul unei stații de epurare. Aceeași indicație este valabilă și în cazul procedeelor de fermentare anaeroba a nămolurilor. Diversitatea organismelor în procesele tehnologice menționate este mai mare față de cea existența în apele uzate brute unde speciile de organisme sunt reduse, ceea ce impune efectuarea de exzminarii biologice, în mod sistematic, în stațiile de epurare.

Spre deosebire de analiză chimică, analiză biologică a apelor uzate prezintă unele avantaje și dezavantaje.

Cel mai important avantaj îl reprezintă valoarea ei retrospectivă. Analiză biologică oferă date medii ce reflecta situația în trecut pe o perioadă îndelungată de timp, spre deosebire de analiză chimică, care, oferă informații asupra unor particularitati ale apei valabile doar in momentul prelevării probelor.

Acest avantaj este rezultatul așa-numitei inerții biologice ce caracterizează materia prima. Reacția unui organism, răspunsul acestuia față de factorii de mediu (temperatură, oxigen, ph) nu are loc imediat, ci se intampla într-o anumită perioadă de timp. Analiză biologică, însa, nu poate da valori cantitative despre procesel de poluare și nici nu poate indică natura poluantului. Astfel, metodele de analiză fizico-chimică a apelor uzate se completează reciproc cu metodele de analiză biologică. Dacă o poluare puternică nu este greu de identificat, în schimb când intervine o poluare slabă se poate pune în evidența numai printr-o analiză atentă a condițiilor biologice corelate cu datele chimice. [9, 14, 15]

Capitolul 4. Tehnologia folosită pentru epurarea apelor uzate.

4.1. Forme tehnologice de epurare a apelor uzate

Epurarea apelor este proces complex de reținere și neutralizare a materiilor daunatoare dizolvate, in stare coloidala sau de suspensii, aflate in apele uzate industriale și municipale. Acestea nu suntnu sunt recunoscute in mediul acvatic, unde se realizeaza deversarea apelor tratate și care aproba refacerea proprietatilor fizico-chimice ale apei inainte de utilizare.

Purificarea apelor uzate este realizată prin metode ce se bazează pe procese fizice, chimice și biologice, care diferă funcție de tipul poluanților și concentrația lor în apa uzată. Luând în considerare tipul procesului care stă la bază metodei de epurare se pot clasifica astfel:

-Epurare mecanică

-Epurare chimică

-Epurare biologică

-Epurare avansată

ori considerând operațiile și procesele unitare utile pentru a realiza îndepărtarea poluanților, într-un anumit punct al sistemului de epurare, se clasifica în:

-Epurare primară

-Epurare secundară

-Epurare terțiară (avansată)

Epurarea fizico-mecanică a apelor uzate reprezintă prima treaptă de epurare a apelor uzate bazându-se pe procese fizice de separare a poluanților din apele uzate. În această treaptă se îndepărtează, în special, materiile solide (cu densitatea mai mare de 1g/cm3) sau cele solide și lichide cu densități mai mici decât 1 g/cm3. Pentru izolarea, prin flotare sau gravitațională, a grăsimilor și emulsiilor care se afla în masa apei uzate, se utilizeaza separatoare de grăsimi, iar sedimentarea materiilor solide, în suspensie, separabile prin decantare, se realizeaza în deznisipatoare, decantoare, fose septice etc. Acest procedeu de purificare este folosit des în epurarea apelor uzate menajere, reprezentând 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 in care în canalizarea orășenească sunt deversate mari cantități de ape uzate industriale, pentru a favoriza desfășurarea normală a proceselor de epurare în treaptă mecanică, se prevede o epurare preliminară formată 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. [2,4,13,14]

Fig 4.1 Schema instalației epurării fizico-mecanice a apelor reziduale [1]

Procedeele de epurare mecano-chimică. Această etapă 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 procese și fenomene chimice de anhilare, precipitare, coagulare, floculare, efectuate prin tratarea apei cu reactivi chimici.

Procedeul se foloseste in cazul apelor uzate industriale și altor categorii de ape atunci când se urmărește o puificare rapidă și eficace. Epuarea chimică se practică atât in cazul poluanților în suspensie, cât și a celor dizolvați.

În mod obișnuit epurarea mecanică și epurarea mecano- chimică constituie epurarea primară a apelor uzate, iar construcțiile și instalațiile aferente alcătuiesc trepta mecanică a unei stații de epurare. [1,2,4,13,]

Fig 4.2 Schema instalației epurării fizico-chimice a apelor reziduale [1]

Procedeele de epurare mecano-biologică au la bază acțiunea comună a proceselor mecanice, chimice și biologice având loc în condiții naturale (câmpuri de irigare și de infiltrare, iazuri biologice etc), sau în bazine de aerare cu nămol activ de mică sau de mare încărcare, cu aerare normală sau prelungită. Pentru apele uzate industriale, în compoziția cărora lipsesc substanțele nutritive (azot și fosfor) necesare bacteriilor aerobe, se prevăd bazine speciale pentru introducerea acestor substanțe chimice (este mai economică soluția de epurare în comun a acestor ape industriale cu apele uzate menajere, deoarece deșeurile orășenesti conțin suficiențe cantități de azot și fosfor).

În condițiile funcționării normale a treptei de epurare primare și secundare, eficientă acestora exprimată prin gradul de epurare realizat în ceea ce privește materiile organice și a materiilor în suspensie, separabile prin decantare, poate fi apreciat la 75 -92 %. De exemplu, apele uzate menajere epurate complet ( primar și secundar), vor conține 15 a€“ 20 mg CBO5 / dm și 20 a€“ 30 mg suspensii / dm la deversare în receptor. Apele uzate orășenesti vor avea valori superioare acestora, mărimea lor depinzând de încărcarea în poluanți a apelor uzate industriale. În acest caz obținerea de valori mai mici presupune suplimentarea schemei clasice a stației de epurare (de exemplu, introducerea da mai multe trepte de epurare biologică). [4,7,8]

Fig4.3 Tratarea mecano – biologică artificială a apelor uzate

Variante tehnologice

1. Epurare mecanică.

Fig 4.4 Schema epurării mecanice.

G/S- grătare/site;

DZ- deznisipator;

D.P.- decantor primar;

2. Epurare mecano-chimică

Fig 4.5 Schema epurării mecano-chimice.

G/S – grătare/site;

Dz – deznisipator;

S.P – separator grăsimi;

D.P. – decantor primar;

3. Epurare mecano-biologică naturală.

Fig 4.6 Schema epurării mecanico-biologică naturală.

G/S a€“ grătare/site;

Dz a€“ deznisipator;

D.P. a€“ decantor primar;

B.N.A. a€“ bazin cu nămol activ;

D.S. a€“ decantor secundar.

4. Epurare mecano-biologică artificiala.

Fig 4.7 Schema epurării mecano-biologică artificială.

G/S – grătare/site;

Dz. – deznisipator;

D.P. – decantor primar;

B.N.A. – bazin cu nămol activ;

D.S. – decantor secundar;

C.A . – adsorbție pe cărbune activ.

4.2. Agenții care influențează selecția operațiilor și proceselor unitare

Tabel 4. Factorii cei mai importanți care intervin în evaluarea și selecția operațiilor și proceselor unitare [4]

Tabel 5. Influenta proceselor tehnologice asupra mediului [4]

4.3 Stabilirea gradului de epurare.

Gradul de epurare (GE) reprezintă procentul de reducere, ca urmare a epurării, a unei părți din elemente poluante de natură fizică, chimică și biologică din apele uzate astfel încât concentrația rămasă în apa epurată să reprezinte sau să se încadreze în valoarea limită admisibila stabilită prin NTPA 001/2005. [1, 3, 4, 16]

În funcție de tipul apei de suprafața, exista trei categorii de ape de suprafața care pot fi supuse procesului de epurare, acestea fiind: ape potabile, ape de agrement și ape industriale.

Pentru calculul gradului de epurare , formula generală (GE) este:

GE = ∙ 100

unde: c_i reprezintă concentrația inițială a poluantilor din apele uzate; c_f reprezintă concentrația finală a poluanților după procesul de epurarea ( valoarea maximă admisibila, conform NTPA 001,mg/l)

Calculul gradului de epurare este determinat de următori poluanți:

-suspensiile;

-CBO5;

-Oxigenul;

-Azotul total;

Pentru realizarea acestui calcul, sunt parcurse următoarele etape:

-determinarea diluției;

-este verificat amestecul, dacă este făcut complet până la secvența de calcul;

-este determinate diluția reală;

-se determină cantitatea maximă admisă de suspensii, în funcție de diluția reală, cu ajutorul calculelor. [3,4, 16]

Se defineste gradul de dilutie, notat cu d, determinat de relatia:

d = ,

unde : Qe reprezintă debit de emisar (m3/s) ;

q reprezintă debit de ape uzate considerat a fi debitul maxim zilnic (m3/s) ;

Determinarea dilutiei reale [17]

d’=

unde: a coeficient de diluție corespunzător secțiunii considerate. Se calculează în două moduri:

a = 0.7 – 0.9 (cu precizarea că numai în secțiunea de amestec complet,secțiune ideală, teoretică, poate avea o valoare egală cu unitatea). Se adopta a = 0.8.

d’= 12.5

Coeficientul de dilutie poate fi determinat cu si cu ajutorul formulei stabilita de I.B Rozdiler:

a = =

unde α reprezintă coeficientul ce caracterizeza elementele hidraulice ale emisarului asupra desfășurării procesului de autoepurare, respectiv asupra amestecării și diluției, calculanduse cu formula lui Frolov:

α = ξ∙ø∙

ξ- reprezintă coeficent care arată modul de evacuare al apei epurate în emisar.

Poate avea următoarele valori:

X  =1– evacuarea se face la mal;

X = 1.5 – evacuarea se face in talveg (in mijlocul curgerii);

X = 3 –evacuarea se face într-o instalație de dispersie în emisar.

Se alege x = 1.5 (viteză maximă de curgere);

f – coeficientul de sinuozitate al râului. Se calculează prin raportul între distanță reală după talveg (L) și distanță în linie dreaptă (L) între secțiunea de evacuare a apelor și secțiunea examinată.

Din temă de proiectare avem f = 1.2; [4,17]

DT – coeficient de difuzie turbulența, care se calculează cu relația:

∆T=; [m2/s]

v – viteza medie de curgere a emisarului (m/s); v = 1.5m/s ; [17]

H – adancimea medie a emisarului (m). Se alege H = 1.8 m;

∆T==0.0135;

α=1.5∙1.2∙0.34= 0.61

L – distanță reală după talveg de la punctul de vărsare al apelor uzate, în secțiunea transversală examinată (m). În calcul se consideră situată la 1km amonte de secțiunea de folosință, care se consideră a fi de 20km.

L = 20 -1= 19 Km = 19000 m;

q – debit de ape uzate (m3/s); q = 0.32 m3/s;

Se determină coeficientul de diluție:

α =

Calculam d’ prin doua variante:

Pentru a = 0.8

d’==12.5

Pentru a = 0.99.

=15.46

Se calculează lungimea de amestec (Lamestec), lungimea după care se consideră că s-a realizat amestecul complet între apa uzată epurată și apa emisarului.

Se calculeaza Lamestec cu relatia:

  lg3(m);

Se compara valorile lui Lam cu L; Lam.

Se folosesc cele doua valori ale lui a.

Pentru a = 0.8 [17]

  lg3 (m);

Lam =142,51 m

Pentru a = 0.99 [17]

  lg3 (m);

Lam =413.02 m

Lam < L.

După determinarea lui a, se calculează gradele de epurare utile pentru poluanții majori oricantitatea de O2 dizolvat, astfel încât atat după epurare, cat și dupa amestecare cu apele emisarului, acesta din urmă să se încadreze în Normativul 1146/2002. Conform acestui normativ: [17]

CBO5 = 5 mg/l;

CCO – Cr = 10 mg/l;

Ntotal = 4 mg/l;

O2diz = 6 mg/l.

Calculul nivelului de epurare necesar dupa materii in suspensie:

Gradul de epurare se afla cu ajutorul relatiei:

GE=

unde:  – cantitatea de materii in suspensie, aflate in apa uzata, care intra in statia de epurare; din tema de proiectare:

= 640 mg/l;

  – cantitatea de materii in suspensie, regasite in apa uzata, care poate fi evacuata in emisar (din NTPA 001/2005);  = 35 mg/l .

GE=∙ 100 = 94,53 %

Calculul gradului de epurare, in functie de materia organica, exprimat prin CBO5.

Se determinaă prin trei metode:

Se ține cont pe lângă diluție și amestecare și de capacitatea de autopurificare a apei, ca urmare a oxigenării/reoxigenarii la suprafața;

Se ține cont numai de diluție și amestecare;

Se ține cont de prevederile NTPA 001/2005. [16,19]

a)Se vor lua în considerare diluția, amestecarea și capacitatea de autocuratare a apei. La bază calculării gradului de epurare, în ceea ce privește CBO5 stă ecuația de bilanț :

q∙=(q∙α∙)∙

– concentrația de substanțe organice exprimate prin CBO5 la gură de vărsare în emisar (mgO/l);

q – debitul masic zilnic al apei uzate;

10-K1t – termen ce ține cont de procesul de autoepurare a apei, K1 reprezinta constanta de consum a O2 a cărei valoare este impusă prin temă de proiectare în zile-1; K1 = 0.1 zi-1;

t = timpul între secțiunea de evacuare și cea de calcul (zile); se determină cu relația: [16, 17, 19]

t =  zile;

L – lungimea de la talveg la punctul de calcul (m); L = 19000 m;

v – viteza de curgere a apei (m/s); v = 1.5 m/s;

a – coeficient de diluție;

Qe– debit de emisar (m3/s); Qe= 5 m3/s;

t= = 12666.66 s= = 0.14 zile

      – concentrația de substanțe organice exprimate prin CBO5 a apei în amonte de gură de vărsare (mg/l);  = 2 mg/l;

K2 – constanta de oxigenare a apei emisarului;

Emisar cu viteza – foarte mică; mică; mare; foarte mare, în funcție de temperatură.

La 100C se consideră emisar cu viteză mică de curgere cu valoarea coeficientului de deversare K2 = 0.17 zile-1;

– concentratia de substante organice exprimate sub forma de CBO5 dupa sectiunea de amestec (mg/l). In general se impune =7mg/l.

t= = 12666.66 s= = 0.14 zile:

(mg/l)

= = 75,2 (mg/l)

= = 91.73 mg/l

Gradul de epurare este dat de relatia:

GE= ∙ 100 (%)

GE= ∙100 (%) = 86.32 %

GE= ∙ 100 (%) = 83.32 %

b) Tinem cont de dilutie si de amestecare.

Ecuatia de bilant care sta la baza calculului gradului de epurare, in ceea ce priveste materia organica exprimata prin CBO, este urmatoarea:

q∙ + a ∙∙= (q + a ∙) ∙;

-+

(7-2)+7 = 69.5 mg/l

(7-2)+7 = 84.34 mg/l

.36

c) Tinem cont de valoarea impusa pentru CBO5 prin NTPA 001/2005. (4)

GE= ∙ 100 (%)

= 25 mg/l (NTPA 001/2005)

∙ 100 = 95.45

Calculul gradului de epurare in functie de O2 dizolvat. [4]

Calculam al celor 2 tipuri de ape ( emisar si uzata) imdeiat din gura de varsare :

= F ∙Dmax (mg/l)

F reprezintă factor maxim de diluție, cu valori cuprinse între 1.5 – 2.5. Alegem F=2.4;

Dmax reprezintă deficit maxim de O2 în aval de secțiunea de evacuare, rezultat din diferență dintre O2 la saturație și O2 existent în orice moment în apa.

Dmax = Os – Or

Or reprezintă concentraia oxigenului în apa receptoare, această ar trebui să existe mereu în apa; Or = 6 mg/l .

Os reprezintă concentrația oxigenului dizolvat la saturație pentru temperatură de 20 grade C; Os= 9.2 mg/l.

Dmax = 9.2-6 = 3.2 mg/l;

= 2.4∙ 3.2 = 7.68 mg/l.

Ecuația de bilat care permite cacularea concentrație de materie organică privind CBO5 pentru apa epurată deversată în apa receptoare :

q ∙ + a ∙ Qe ∙ = (q + a ∙ Qe ) ∙

=

Pentru a= 0.8

= = 78.68 mg/l;

Pentru a= 0.99

= = 95.54 mg/l.

Calculam valoarea concentratiei de matreie organica exprimata prin CBO dupa 20 zile (4):

= 1.46 ∙ (mg/l)

= 1.46 ∙78.68= 114.87 (mg/l);

= 1.46 ∙95.54= 139.48 (mg/l);

= 1.46 ∙ (mg/l);

= 1.46 ∙2= 2.92 (mg/l) .

Calculăm deficitul de oxigen din apa de vărsare în amonte de gură de vărsare. În prealabil calculăm .

= (mg/l);

= = 11.2125 mg/l

= = 11.2120 mg/l.

Deficitul de oxigen reprezintă diferență dintre concentrația oxigenului dizolvat la saturație și concentrația de oxigen dizolvată, existența în apa de suprafața (4):

Do = Os – Or (mg/l).

Os reprezinta oxigen la saturatie in functie de tipul emisarului (la temperatura de 10 grade C), Os = 11.3 mg/l;

Or reprezinta cantitatea minima de oxigen din apa emisarului ( Ordin 1146/2002), Or= 6 mg/l.

Do = 11.3 – 6 = 5.3 mg/l.

Calculam timpul critic necesar pentru realizarea deficitul maxim de oxigen (dupa gura de varsare din apa emisarului).

=

==0.154 zile;

==0.155 zile;

Deficitul critic (Dcr) de oxigen se calculeaza cu relatia:

+∙

+5.3 ∙= 5.3715

+5.3 ∙ =5.3556

F ) Comparăm valoarea deficitului critic prin determinarea concentrației minime de oxigen în apa emisarului:

COmin = OS – Dcr ,

OS = 11.3 mg/l (la 100C);

COmin = 11.3 – 5.3715 = 5.9285 mg/l > 4 mg/l.

COmin = 11.3 – 5.3556 = 5.9444 mg/l > 4 mg/l

Determinarea gradului de epurare in functie de consumul chimic de oxigen [16, 17]

Calcul consumului chimic de oxigen se determina cu relatia:

GE=∙ 100(%)

Unde:  – concentratia initiala a substantei organice la intrarea in statia de epurare, exprimata prin CCO-Cr;

  – concentratia de substanta organica determinata prin CCO-Cr in apa epurata deversata in emisar, ce corespunde valorii din NTPA 001/2005;

  = 125 mg/l

GE=∙ 100 = 84.17

Stabilirea gradului de epurare in functie de azotul total.

Gradul de epurare (GE) se determina :

GE=∙ 100

unde:  – cantitatea de N2 total la intrarea in statia de epurare;

  = 15 mg/l;

 – cantitatea de N2 total la iesirea din statia de epurare comform NTPA 001/2005; [17]

 = 10 mg/l.

GE= ∙ 100 = 33.33%

4.4    Alegerea variantei tehnologice optime

Schema tehnologică folosită pentru epurarea apelor uzate este formată din două trepte de epurare : una mecanică și cea de-a două treaptă biologică.

Procedeele de epurare mecano-biologică au la bază acțiunea comună a proceselor mecanice, biologice, și chimice, putându-se realiză în condiții naturale ( câmpuri de irigare și de filtrare, iazuri biolgice, etc), sau prin filtrare biologică realizată în condiții artificiale ( filtre biologice de mică sau de mare încărcare, filtre turn, filtre biologice scufundate, aerofiltre),sau în bazine de aerare cu namaol activ de mică sau mare încărcare, cu aerare normală sau prelungită.

Treaptă secundară a stației de epurare este formată din construcțiile și instalațiile în care se realizează procesele biochimice de epurare biologică, având că rezultat final reținerea materiilor solide în soluții și în special a celor organice . În treaptă biologică este reținut nămolul produs prin decantare, în decantore secundare, numite și bazine clarificatoare. Datorită complexității proceselor, în această treaptă de epurare, sunt necesare unele construcții și instalații de deservire (pentru producerea și introducerea artificială a aerului, stații de pompare și conducte pentru transportul și distribuția nămolului activ etc.).

În cazul în care, treaptă de epurare primară și secundară funcționează normal, eficientă acestora exprimată prin gradul de epurare realizat prin materiile organice și a materiilor în suspensie , separabile prin decantare, este apreciat la 75-92 %. [ 4, 18 ]

Epurarea mecano-biologică naturală este folosită pentru numeroase stații de mică capacitate, în acest scop putându-se folosi emisar terenul din apropiere sau depresiunea de teren fără apa, în loc să se construiască un canal lung până la receptor. Se aplică tehnică de infiltare subterană ( puțuri absorbante sau câmpuri de filtrare ) și de itigare subterană. Puțurile absorbante, folosite tot mai rar, reprezintă o soluție admisibila doar când terenul este permeabil și nu afectează calitatea apei freatice, aflată la mare adâncime. De regulă aceste epurări necesită pompări, stația de pompare fiind montată înainte sau după fosă septica.

Necesitatea scoaterii din circuitul agricol al unei suprafețe mari de teren, greu de obținut în cazul localităților mici, reprezintă dezavantajul al acestui procedeu de epurare mecano-biologică.

Epurarea mecano-biologică artificială este realizată în filtre biologice și bazine de aerare cu nămol. Pentru bazinele de aerare se folosesc filtre biologice fiindcă acestea sunt mai ușor de realizat și rezistă la șocuri hidraulice. Sunt utilizate filtre obișnuite de mică încărcare, filtre biologice scufundate , tranșee filtrante etc. La bazinele cu nămol activ se utilizează grătare, decantoare, bazine de aerare, decantoare secundare, spații pentru fermentare și platforme de uscare a nămolurilor. De obicei sunt alese bazinele pentru oxidare totală, bazinele combinate, șanțurile de oxidare etc.

Pentru alegerea variantei optime, se iau în considerare următoarele variante pentru care vom calcula concentrațiile intermediare pentru solidele în suspensie, CBO5, CCO-Cr și N2 pe fiecare treaptă. Urmând a fi comparate cu valorile din NTPA 001/2002 pentru verificarea gradului de epurare necesar.

Avem următoarele caracteristici inițiale ale influentului (apa uzată municipală): [16]

–  = 640 mg/l;

– CBO5 = 550 mg/l;

– CCO – Cr = 790 mg/l;

–  = 15 mg/l.

4.5 Calculul concentrațiilor intermediare, realizate pentru etapele de epurare mecanică, biologică și verificarea realizării gradului de epurare necesar

1.Schema epurare mecanică

G/S – gratare/site;

Dz – deznisipator;

C-F – separator grasimi;

D.P. – decantor primar;

a)      pentru solide in suspensie: [17]

Gratare/site: GE = 5%; ciss = 640mg/l;

= 608 mg/l;

Deznisipator: GE = 50%; ciss = 608 mg/l;

= 304 mg/l;

Decantor primar: GE = 50%; ciss = 304mg/l;

= 152 mg/l;

Daca comparam cu valoarea din NTPA 001/2005, conform careia css = 35 mg/l, se observa ca valoarea obtinuta prin calcul este mai mare decat valoarea din NTPA 001/2005.

b)     pentru CBO5:

Gratare / site: GE = 0%; ciCBO5 = 550 mg/l;

mg/l;

Deznisipator: GE = 30-40%; alegem GE= 35%; ciss = 550 mg/l;

= 357.5mg/l;

Decantor primar: GE = 30-40%, alegem GE = 37%; = 357.5 mg/l;

mg/l;

Daca comparam cu valoarea din NTPA 001/2005 conform careia =25 mg/l, observam ca valoarea obtinuta prin calcul este mai mare.

c)      pentru CCO – Cr: [16, 17, 19}

Gratare / site: GE = 0%; ciCBO5 = 790 mg/l;

mg/l;

Deznisipator: GE = 30-40%; alegem GE= 35%; ciss = 790mg/l;

= 513.5 mg/l;

Decantor primar: GE = 37%; = 513.5 mg/l;

= 323.50 mg/l;

Daca comparam cu valoarea din NTPA 001/2005 conform careia =125 mg/l, observam ca valoare obtinuta prin calcul este mai mare

.

d)     pentru N2: [16,17]

Gratare / site: GE = 0%; ciN2 = 15 mg/l;

Deznisipator: GE = 35%; ciN2 = 15 mg/l;

Decantor primar: GE = 35% ciN2 = 9.75 mg/l;

Daca comparam cu valoarea din NTPA 001/2005, conform careia valoarea obtinuta prin calcul este mai mica decat cea din NTPA.

Schema 2 Epurare mecano-chimică

G/S – gratare/site;

Dz – deznisipator;

D.P- decantor primar

C- F- coagulare-floculare

a)      pentru solide in suspensie: [17]

Gratare / site: GE = 5%;  ciss = 640 mg/l;

mg/l;

Deznisipator: GE = 50%; ciss = 608 mg/l;

mg/l;

Coagulare-floculare: GE = 50%; ciss = 304 mg/l;

mg/l;

Decantor primar: GE = 50 %; ciss = 152 mg/l;

mg/l;

Daca comparam cu valorile din NTPA 001/2005, observam ca valoarea obtinuta prin calcul este mai mare decat cea din NTPA.

b) pentru CBO5: [17]

Gratare / site: GE = 0%; ciCBO5 = 550 mg/l;

550 mg/l;

Deznisipator: GE = 35%; ciCBO5 = 550mg/l;

357.5mg/l;

Coagulare-floculare: GE = 50%; = 357.5mg/l;

178.75 mg/l;

Decantorul primar: GE = 35%; alegem GE = 50%; = 178.75mg/l;

;89.37 mg/l;

c)     pentru CCO – Cr: [17]

Gratare / site: GE = 0%; ciCBO5 = 790 mg/l;

790 mg/l;

Deznisipator: GE = 35%; ciCCO-Cr = 770 mg/l;

513.5 mg/l;

Coagulare-floculare: GE = 50%; = 513.5mg/l;

mg/l;

Decantor p rimar: GE =37%; i= 256.75mg/l;

mg/l;

Daca comparam cu valoarea din NTPA 001/20025, observam ca valoarea obtinuta prin calcul este mai mare.

d)     pentru N2: [17]

Gratare / site: GE = 0%; ciN2 = 15 mg/l;

15 mg/l;

Deznisipator: GE = 35%; ciN2 = 15mg/l;

9.75 mg/l;

Coagulare-floculare: GE = 70%; = 9.75 mg/l;

mg/l;

Decantor p rimar: GE =35%;  ciN2 = 2.92 mg/l;

mg/l;

Daca comparam cu valoarea din NTPA 001/2005, observam ca valoarea obtinuta prin calcul este mai mica.

3. Schema Epurare mecano-biologică

G/S – gratare/site;

Dz – deznisipator;

D.P. – decantor primar;

B.N.A. – bazin cu namol activ;

D.S. – decantor secundar.

a)      pentru solide in suspensie:

Gratare/site: GE = 5%; ciss = 640 mg/l;

= 608 mg/l;

Deznisipator: GE = 50%; ciss = 608 mg/l;

= 304 mg/l;

Decantor primar: GE = 50%; ciss =304 mg/l;

= 152 mg/l;

Bazin cu namol activ: GE = 80%; ciss = 152 mg/l;

= 30.4 mg/l;

Dacă comparăm cu valoarea din NTPA 001/2005, observam ca valoarea obtinuta prin calcul este mai mare.

b)     pentru CBO5:

Gratare / site: GE = 0%; ciCBO5 = 550 mg/l;

= 550 mg/l;

Deznisipator: GE = 35%; = 550 mg/l;

= 357.5 mg/l;

Decantor primar: GE = 30 – 40%, alegem GE = 37%; ciCBO5 = 357.5mg/l;

= 225.22 mg/l;

Bazin cu namol activ: GE = 80%;ciCBO5 = 225.22mg/l;

= 45.04 mg/l;

Daca comparam cu valoarea din NTPA 001/2005 observam ca valoarea obtinuta prin calcul este mai mare.

c)      pentru CCO – Cr:

Gratare / site: GE = 0%; ciCCO-Cr = 790 mg/l;

= 790 mg/l;

Deznisipator: GE = 35%; = 790 mg/l;

= 513.5mg/l;

Decantor primar: GE = 37%; i= 513.5mg/l;

= 323.50.mg/l;

Bazin cu namol activ: GE = 80%; = 323.50 mg/l;

= 64.7mg/l;

Daca comparam cu valoarea din NTPA 001/2005 observam ca valoarea obtinuta prin calcul este mai mare.

d)     pentru N2:

Gratare / site: GE = 0%; ciN2 = 15 mg/l;

15mg/l;

Deznisipator: GE = 35%; ciN2 = 15mg/l;

9.75mg/l;

Decantor primar: GE = 35% ciN2 = 9.75mg/l;

6.33mg/l;

Bazin cu namol activ: GE = 70%;  ciN2 = 6.33 mg/l;

1.9 mg/l;

Dacă comparăm cu valoarea din NTPA 001/2005 se observa ca valoarea obtinuta prin calcul este mai mica.

4.6. Crearea schemei bloc tehnologice. [4,14, 18]

S-a constatat că variantă tehnologică optimă este stația de epurare macano-biologică.Schema bloc este prezentată mai jos:

Grătare/site

Bazin de egalizare

B.N.A

Figura 4.8 – Schema bloc tehnologică a epurării.

Grătarele și sitele, conform STAS 12431/86, se prevăzute la toate stațiile de epurare, indiferent de ansamblul de canalizare ales și indiferent de modul de intrare a apei în stația de epurare. Grătarele au scopul de a reține corpurile plutitoare și suspensiile mari din apele uzate (crengi și alte bucăți de material plastic, de lemn, materiale moarte, legume, cârpe și diferite corpuri aduse prin plutire) pentru a proteja mecanismele și utilajele din stația de epurare și pentru a reduce pericolul de colmatare a canalelor de legătură dintre obiectele stației de epurare.

Deznisipatoarele sunt bazine speciale din beton armat unde se rețin suspensiile granulare sub formă de particule discrete care sedimentză, indepedent unele de altele, cu o viteză constanța. Particulele de origine minerală intra in compoziția acestor depuneri, in special nisipuri antrenate de apele de canalizare de pe suprafața centrelor poluante. În cadrul unei stații de epurare necesitatea tehnologică este justificată de protecția instalațiilor mecanice în mișcare împotrivă acțiunii abrazive a nisipului, de reducerea volumelor utile ale rezervoarelor de fermentare a nămolului organic ocupate cu acest material inert, precum și pentru a evită formarea de depuneri pe conductele sau pe canalele de legătură care pot modifică regimul hidraulic al influentului.

Decantoarele primare au rolul de reține particulele mici cu dimensiuni mai mici de 0,2 mm și care nu au fost reținute de deznisipatoar, aceste particule găsindu-se sub formă unor flocoane sau stau în suspensie în apa deoarece, au o densitate mult apropiată de densitatea apei. Este important să fie reținute aceste particule din apele uzate pentru a permite că procesul de epurarea biologică ce urmează procesului de decantare primară, să poată fi mult mai performant.

Decantoarele primare se numesc astfel deoarece ele fac parte din prima treaptă de epurare, însemnând treaptă de epurarea mecanică. După treaptă de epurare biologică urmează o nouă decantare numită decantare secundară, pentru că aparține de treaptă secundare de epurare numită și treaptă biologică. Atât decantoarele primare cât și cele secundare au același principiu de proiectare și funcționare.

După modul și direcția de curgere a apei în decantor, acestea se pot împărții astfel:

Decantoare orizontale;

Decantoare verticale;

Decantoare radiale. [4,8,16]

Bazinele cu namol activ. Epurarea apelor uzate în bazinele cu nămol activ, are loc în prezența unui amestec de nămol activ cu apa 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. Bazinele cu nămol activ necesită diferențe mari de nivel între intrarea și ieșirea apelor din ele (în comparație cu filtrele biologice) au nevoie însă, de puteri importante pentru punerea în mișcare a utilajului de furnizare a aerului necesar procesului de epurare. Dintre factorii de bază, care condiționează bună desfășurare a procesului de epurare din bazinele cu nămol activ, trebuie menționați: nămolul activ sub formă de nămol de recirculare și nămol în exces, oxigenul necesar desfășurării proceselor aerobe, durată de traversare a bazinelor, etc. [19]

Decantoarele secundare sunt componente importante ale treptei de epurare biologică; ele au scopul de a reține nămolul, materiile solide în suspensie separabile prin decantare. Nămolul din decantoarele secundare are un conținut ridicat de apă, este puternic floculat, este ușor și intră repede în descompunere; dacă acesta rămâne un timp mai îndelungat în decantoarele secundare, bulele mici de azot, care se formează prin procesul chimic de reducție, îl aduc la suprafața și astfel nu mai poate fi evaluat. [4]

4.7. Materii prime și auxiliare

Materiile prime sunt substanțe care pot fi transformate, printr-un proces tehnologic, intr-o altaƒ substantaƒ numitaƒ produs.

Intra€un proces de epurare a apelor uzate se utilizează materii prime de diferite proveniențe, acestea putând fi:

– materii prime naturale;

– materii prime fabricate industrial;

– produse secundare ale industriei chimice sau a altor ramuri industriale.

Materiile prime pot fi:

– amestecuri omogene de două lichide organice ce urmează a fi separate prin rectificare;

– soluțiile diluate ale unor săruri supuse concentrării prin operația de evaporare;

– amestecuri gazoase ce urmează a fi separate prin absorbție;

– diverse materiale sub formă granulara supuse uscării. [4]

4.8. Utilități și energie

În funcție de utilizarea apei, se disting mai multe categori: apa tehnologică, apa de răcire, apa potabilă, apa de incendiu, apa de încălzire.

Apa

Apa că agent de încălzire poate fi :

– apa caldă cu temperatură până la 90A°C;

– apa fierbinte, sub presiune, până la temperatură de 130 a€“ 150A°C.

Apa este un agent termic ușor de procurat, cu capacitate calorică mare. Pentru încălzire, se preferă apa dedurizată în scopul evitării depunerilor de piatră.

Aburul

In tehica, prin abur se intelege apa in stare de vapori.

In exprimarea curenta, expresiile abur și vapori de apa se folosesc alternativ. Aburul este un agent termic foarte utilizat in tehnicaƒ la producerea lucrului mecanic (ex. in turbine cu abur și in motoarele cu abur ), in scopuri tehnologice (ex. in industria chimicaƒ , alimentaraƒ etc.), pentru incaƒlzit etc., fiind ușor de produs și putand acumula cantitati mari de caldura. Spre deosebire de vaporii de apaƒdin atmosferaƒ, care sunt amestecați cu aer, aburul tehnic nu este amestecat cu alte substanțe, eventualele urme de saruri sau ulei conținute fiind considerate impuritati. [20]

Aburul saturat este utilizat frecvent că agent de încălzire, având căldură latență de condensare mare și coeficienți individuali de transfer de căldură mari. Temperatură aburului săturat poate fi reglată ușor prin modificarea presiunii. Încălzirea cu abur se poate realiză direct, prin barbotare, sau indirect, prin intermediul unei suprafețe ce separă cele două fluide.

Aburul supraîncălzit cedează, inițial, căldură sensibilă de răcire, până la atingerea temperaturii de saturație, când coeficientul individual de transfer de căldură este mai mic și apoi căldură latență prin condensare. [4]

Energia electrică

Energia electricaƒ este o formaƒ specificaƒ de energie reprezentand capacitatea de acțiune a unei sarcini electrice in prezența unui camp electromagnetic.

Aceasta reprezintă una din formele cele mai folosite datorită ușurinței de transport la distante mari și la punctele de consum și randamentelor mari cu care poate fi transformată în energie mecanică, termică sau luminoasă.

Energia electrică transformată în energie mecanică poate fi utilizată la acționarea motoarelor cu care sunt dotate diversele utilaje.

Energia electrică, prin transformare în căldură, este folosită și la încălzire, folosind mai multe tehnici:

– trecerea curentului prin rezistente electrice;

– transformarea energiei electrice în radiații infraroșii;

– folosirea curenților de înaltă frecvență, medie și mică;

– folosirea pierderilor dielectrice;

– încălzirea prin arc electric.

Avantajul încălzirii electrice îl reprezintă reglarea ușoară a aparaturii, posibilitatea generării căldurii într-un punct, introducerea unei cantități mari de căldură într- un volum mic, realizarea unei încălziri directe, fără impurificarea mediului și la orice presiune.

Costul ridicat și impunerea unor măsuri speciale de protecția muncii reprezintă dezavantajul utilizării energiei electrice. [20]

Aerul comprimat

Aerul comprimat poate fi folosit în diferite scopuri:

– că purtător de energie (pentru acționarea aparatelor de măsură și de reglare, în atelierul mecanic);

– pentru amestecare pneumatică;

– pentru diferite scopuri(curățirea utilajelor, uscare, etc). [1,4,]

4.9. Subproduse materiale și energetice, deșeuri

O cantitate mare de deșeuri provin de la treaptă mecanică de epurare și sunt constituite din corpuri plutitoare de dimensiuni mari, care sunt reținute de grătare și site și din depuneri minerale de la deznisipatoare. Aceste deșeuri sunt colectate în containere unde se usucă și apoi sunt deversate la groapă de gunoi a localității.

Epurarea apelor uzate, în vederea evacuării în receptorii naturali sau recirculării lor, duce la reținerea și formarea unor cantități importante de nămoluri, ce includ atât materiile poluante din apele brute, cât și cele formate în procesul de epurare. O stație de epurare este considerată eficientă atât dacă efluentul se încadrează în limitele impuse de calitatea receptorului, cât și dacă nămolurile rezultate au fost tratate suficient de bine în vederea valorificării lor finale, fără a afecta calitatea factorilor de mediu din zonă respectivă.

Procedeelor de tratare a nămolurilor, au la baza două procese tehnologice. Acestea sunt: stabilizarea prin fermentare (anaeroba sau aerobă) și eliminarea apei din nămol (deshidratarea). Între cele două procedee de bază există diverse combinații de procedee a căror aplicare se face diferențiat în funcție de condițiile locale definite de cantitatea și calitatea nămolurilor, de posibilitatea asigurării terenurilor pentru amplasarea instalațiilor și construcțiilor respective, de disponibilitatea de energie.

Procedeele de prelucrare conduc la obținerea următoarelor tipuri de nămoluri:

– nămol stabilizat (aerob sau anaerob);

– nămol deshidratat (natural sau artificial);

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

– nămol fixat rezultat prin solidificare în scopul imobilizării compușilor toxici;

– cenușă rezultată din incinerarea nămolurilor. [4]

Capitolul 5. Schema tehnologică de epurare a apelor menajere uzate. [4]

Capitolul 6. Proiectarea tehnologica a utilajelor.

6.1. Debite de calcul și de verificare utilizate în stațiile de epurare.

6.2. Calculul utilajelor din cadrul treptei mecanice de epurare (grătare, deznisipator, bazin de egalizare, separator de grăsimi, decantor primar)

Grătare

Toate stațiile de epurare au montate la intrare grătare, oricare ar fi sistemul de canalizare ales și independent de procesul de intrare a apei în stația de epurare (curgere garvitationala sau compactă. Astfel grătarele se prevăd înaintea stației de pompare. Grătarele sunt construcții din oțel, având rolul de a reține corpurile plutitoare și suspensiile mari din apele uzate, pentru a proteja mecanismele și utilajele din stația de epurare, reducând astfel pericolul de colmatare al conductelor de legătură dintre obiectivele stației de epurare.

Acestea pot fi:

– grătare rare – cu b = 50-150 mm;

– grătare dese: – curățate manual cu b = 40-60 mm;

– curătate mecanic cu b = 16-20 mm.

Grătarele cu curățire manuală sunt utilizate doar la stațiile de epurare mici cu debite până la 0,1 m3/s, care deservesc maximum 15 000 locuitori. Acestea sunt de tip plan, dispuse, față de orizonatala, înclinat la 60…75 grade pentru a putea fi ușor curățite manual cu ajutorul unei greble, iar pentru a ușura exploatarea sunt prevăzute platforme de lucru la nivelul părții superioare a grătarului, lățimea minima a platformelor este de 0,8 m. În funcție de variațiile mari de debite, înregistrate în perioadele ploioase sau uscate de-a lungul unui an, exploatarea este mult ușurată dacă sunt prevăzute 2 panouri de grătare aferente debitelor respective.

Grătarul cu curățire mecanică reprezintă soluția aplicată la stațiile de epuarare ce deservesc peste 15 000 locuitori, nefiind nevie de existența unui personal de deservire continuă, aigura condiții bune de curgere a apei prin interspațiile grătarului, anhiland mirosurile neplăcute în zonă.

Figura 6.1 Grătare cu autoepurare.

Grătarele cu curățire mecanică trebuiesc prevăzute cu minimum un grătar de rezervă, spre deosebire de grătarele cu curățire manuală, unde nu se prevăd panouri grătare de rezervă. Curățirea grătarului este realizată de cele mai multe ori cu greble mecanice care se deplasează prin deschizăturile barelor grătarului prin intermediul unor lanțuri sau cabluri.

Lățimea grătarelor este limitată, ceea ce necesită adoptarea de mai multe compartimente în cameră grătarelor. Fiecare compartiment va fi prevăzut cu stavile de închidere pentru a permite repararea grătarelor și a mecanismelor de curățire. În cazul în care depunerile reținute pe grătare depășesc cantitatea de 0,1 m3/s , iar procedeul de curățire este mecanizat, se vor prevedea obligatoriu utilaje pentru tocarea (fărâmițarea) acestor depuneri.

Se folosesc atât grătarele plane, cât și grătare curbe cu curățire mecanică, care se compun dintr-un schelet metalic încastrat în beton, prevăzut cu două greble care curată, prin intermitență,grătarul. [1, 18]

Distanță dintre barele panoului se consideră de 16 mm, iar viteză apei printre bare variază între 0,8 și 1,1m/s.

Dimensionarea grătarului se face în funcție de debitul apei uzate, de mărimea interspațiilor adoptate între barele grătarului și de lățimea barelor metalice din care se execută panouri-grătar. Se va avea în vedere că viteză apei prin grătar, din condiția de a nu se antrena depunerile prin interspațiile grătarului, sân u depășească 0,7 m/s la debitul zilnic mediu și de maximum 1,2 m/s pentru debitul orar maxim.

În amonte de grătar, limită maxima vitezei este 0,4 m/s la debitul minim al apelor uzate, iar limită maximă este de 0,9 m/s corespunzătoare debitelor maxime și a celor pe timp de ploaie (aceste limite de viteze nu vor permite depunerea materiilor în suspensie pe radierul camerei grătarului). [17, 21]

Dimensionarea grătarelor [4,19,20]

Grătarele rețin circa 3-5% din materialele solide transportate de apele uzate. Din variantă tehnologică aleasă s-a propus un grad de epurare în ceea ce privesc materiile solide de 5 %.

Debite de calcul și de verificare ale grătarelor

Qc = 2Qmax, orar (m3/s)

Qmax, orar = 0.37 m3/s

Qc = 2*0.37 = 0.74 m3/s;

Qv = Qmin, orar (m3/s)

Qmin, orar = 0.30 m3/s

.

b)      Viteza apei uzate prin interspatiile gratarelor, vg

Ea trebuie sa fie cuprinsa intre 0.7 – 1.1 m/s. Se adopta vg = 0.8 m/s.

c)      Caracteristicile celor doua gratare

–          latimea gratarelor (s); s = 10 mm = 0.01 m;

–          coeficientul de forma al barelor (β); β = 1.83;

–          distanta dintre (bi); bi = 20 mm = 0.02 m;

–          unghiul de inclinare (Ɵ); Ɵ= 750.

d)      Viteza apei in amonte de gratar, va

va = 0.4 – 0.75 m/s. In perioadele cu ape abundente va = 0.4 – 0.9 m/s.

Se calculeaza cu relatia:

 (m/s)

unde: Qc – debit de calcul (m3/s); Qc = 0.74 m3/s;

Bc – inaltimea gratarelor (m); se alege Bc = 2 m;

hmax – inaltimea apei in amonte de gratar (m); hmax = 0.25 – 0.6 m; se adopta hmax = 0.3 m.

 (m/s).

e)      Se caluleaza suma latimilor interspatiilor dintre bare  Ʃb

Ʃb=(m)

vg = 0.9 m/s; hmax = 0.3 m;

Ʃb=(m).

f)       Se calculeaza numarul de bare, nb

nb=

unde: c – latimea de prindere a barelor; c = 0.3;

s – latimea barelor, s = 10 mm = 0.01m;

nb=.

g)      Se verifica viteza apei in amote de gratare, va

va = 74·R2/3·j1/2 (m/s)

R – raza hidraulica: R =

R=

j – panta gratarului; j = 0.5mm = 0.0005 m

va=74∙0.2302/3∙ 0.00051/2=0.13 m/s.

h)      Se calculeaza pierderile de sarcina pe gratar, h

h=β- (

unde : β – coeficient de forma a barelor; β= 1.83;

s – latimea barelor; s = 0.01 m;

b – interspatiu dintre bare; b = 0.02 m;

va – viteza apei in amonte; va = 0.5 m/s;

g – acceleratia gravitationala; g = 9.81;

Ɵ – unghiul de inclinare; Ɵ = 750;

h=

Deznisipatoare [4,19]

Se prezintă sub formă unor bazine speciale din beton unde sunt reținute suspensiile granulare sub formă de particule discrete care sedimentează independent unele de altele cu o viteză constanța.Această viteză depinde de formă, mărimea și greutatea particulei.

În compoziția acestor depuneri predomina particulele de origine minerală, în special nisipurile antrenate de apele de canalizare de pe suprafața centrelor populate, motiv pentru care se numesc deznisipatoare.

Necesitatea tehnologică este justificată de protecția instalațiilor mecanice în mișcare împotrivă acțiunii abrazive a nisipului, de reducerea volumelor utile ale rezervoarelor de fermentare a nămolului organic ocupate cu acest material inert, precum și pentru a evită formarea de depuneri pe conductele sau canalele de legătură care pot modifică regimul hidraulic al influentului.

Ampalsamentul deznisipatoarelor se va prevedea de la începutul liniei tehnologice de epurare mecanică a apelor uzate, imediat după grătare, poate să fie precedată și de stația de pompare, cu condiția că această să fie echipată cu pompe elicoidale de tip melc.

În funcție de modul de curățire a depunerilor, se deosebesc deznisipatoare cu curățire manuală și deznisipatoare cu curățire mecanică și curățire hidraulica.

În deznisipatoare sunt reținute și cantități mici de materii organice antrenate de particule minerale sau depuse împreună cu acestea, mai ales la viteze mici. Sunt reținute particulele de nisip, cu diametrul mai mare de 0,2-0,3 mm până la maxim 1 mm. Eficientă deznisipatoarelor scade în cazul în care particulele prezintă dimensiuni mai mici de 0,2 mm (50% din cantitatea totală).

Se va dimensiona un deznisipator orizontal tip canal, lățimea acestuia este puțin mai mare că cea a canalelor apei uzate în stație.

Au formă în plan, dreptunghiular, cu raportul L/l=10-15, fiind prevăzut cu două sau mai multe compartimente. La proiectarea deznisipatoarelor orizontale trebuie să se stabilească dimensiunile corespunzătoare realizării unei eficiente cât mai mari în sedimentarea suspensiilor granulare.

O influența hotărâtoare a eficienței în deznisipator o are suprafața bazinului de sedimentare a deznisipatorului și nu adâncimea lui.

După direcția de mișcare a apei, în aceste bazine se deosebesc deznisipatoare orizontale cu mișcarea apei în lungul bazinului și deznisipatoare verticale unde mișcarea apei se face pe verticală.

Se mai numesc și deznisipatore tip canal deoarece lățimea lor este puțin mai mare față de cea a canalului de intrare a apelor uzate brute în stație.

Pantru debite mici se preconizează bazine alcătuite din două compartimente separate prin stăvilare care permit funcționarea lor prin intermitență. În acest mod se asigură condiții pentru curățirea manula a fiecărui compartiment, având în vedere faptul că nisipul este reținut la suprafața unui material drenant sub care se prevede un dren comandat de o vâna. Apa rezultată de la golirea compartimentului ce urmează a fi curățat este dirijată înapoi în stație. În secțiunea transversală, fiecare canal are formă dreptunghiulara, iar radierul are o pantă de 0,02-0,05 în sens invers direcției de mișcare a apei.

Evacuarea manuală a nisipurilor este admisă numai pentru cantități de până la 0,5 m3/zi. În acest scop se ciurata nisipul de pe radier cu unelte terasiere, iar îndepărtarea lui se face prin relee de lopătare sau benzi transportoare.

La proiectarea deznisipatoarelor orizontale se recomanda a avea în vedere proiectele tip elaborate de PROED București. Un astfel de bazin, cu două compartimente are lățimea de 1,50m iar adâncimea totală variază între 1,50 și 3,0 m în funcție de mărimea debitului.

Proiectarea deznisipatoarelor orizontale constă în stabilirea formei și dimensiunilor interioare ale bazinului, în dimensionarea instalațiilor de evacuare a depunerilor și în dimensionarea dispozitivelor pentru menținerea unei viteze constante a apei în deznisipator.

Viteză orizontală a apei inbazineste instransa dependența de viteză critică la care este antrenat materialul depus pe radierul deznisipatorului. Prin cercetări experimentale îndelungate s-a ajuns la concluzia că viteză orizontală a apei trebuie să fie mai mică sau egală cu viteză critică la care apa uzată antrenează suspensiile depuse pe fundul bazinului. Valoarea maximă a acestei viteze orizontale este de 0,3 m/s corespunzătoare debitului orar maxim, iar valoarea minima este de 0,05 m/s pentru debitul orar minim.

Dimensionarea deznisipatorului [4]

Alegem GE = 50 % pentru materii solide, GE = 30 % pentru CBO5 și GE = 35 % pentru CCOCr.

a) Debite de calcul și de verificare:

Qc = 2Qmax, orar = 2 · 0.37 = 0.74 m3/s;

Qv = Qmin, orar = 0.3 m3/s.

b) Volumul util al deznisipatorului, Vdez

Vdez = Qc ∙ td (m3)

unde: Qc reprezintă debitul de calcul, m3/s; Qc = 0.74 m3/s;

td – timp de deznisipare, s; td = 30 – 60 s; se alege td = 50 s;

Vdez = 0.74 * 50 = 37 m3.

c)Calculul suprafeței orizontale, A0

A0 = B· L =(Qc/vs) ·a (m2)

unde: I± – coeficient ce ține cont de regimul de curgere și gradul de epurare pentru matriile solide. Se adopta, pentru GE = 30%, I± = 1.5;

vs – viteză de sedimentare în deznisipator; se alege vs = 2.3 cm/s;

vs = 0.023 m/s;

B – lățimea deznisipatorului;

L – lungimea deznisipatorului.

A0 =

d)Se calculeaza incarcarea superficiala, vsi

(m/s)

e) Se calculeaza aria tranzversala, At

At= B ∙ H =(m2);

unde: Qc – debit de calcul, m3/s; Qc = 0.80 m3/s;

va – viteza de trecere a apei prin deznisipator; va = 0.05 – 0.3 m/s. In functie de diametrul particulelor retinute (nisip) se adopta va = 0.15 m/s.

At=;

f) Se calculeaza lungimea si latimea deznisipatorului

L = a · va · td  (m);

L = 1.5 · 0.15 · 50 = 11.25 m;

B=;

B=.

g)      Se calculeaza inaltimea deznisipatorului

H =

H = = 0.76 m.

Bazinul de egalizare [21

Bazinul de egalizare, omogenizare și pompare are o triplă funcționalitate:

– omogenizează compoziția apelor uzate,

– egalizează debitul de apa prin instalația de retur, alimentând constant treaptă de epurare biologică din aval;

– prin pompare asigură întregirea fluxului tehnologic din punct de vedere hidraulic, având în vedere montajul subteran al celor două unități compacte de epurare tip Resetilovs sau similară.

Din punct de vedere al echipării cu utilaje, în bazinul de egalizare și pompare întâlnim două electropompe submersibile în linii independente de pompare ce asigură debitul de apa constant pentru unitățile compacte de epurare.

Decantorul primar [1, 20]

În scopul măririi eficienței de reducere a suspensiilor în decantorul primar se folosesc următoarele soluții tehnologice:

– creșterea duratei de decantare;

– adăugarea unor substanțe în suspensie care sedimentează ușor;

– aerarea preliminară a apelor uzate care contribuie la formarea flocoanelor prin intesificarea numărului de contacte ale particulelor floculente.

Ansamblul bazinelor de decantare trebuie să prevadă cel puțin două compartimente în funcțiune cu dispozitive de separare; un canal de ocolire va asigură scoaterea din funcțiune a fiecărei unitati de decantare.

La alegerea dimensiunilor decantorului s-a avut în vedere că la suprafața apei în bazinele lărgi se pot formă valuri datorită vântului, vor influența eficientă procesului de decantare. [4,8,16,19]

Decantorul primar orizontal longitudinal [7]

Decantorul longitudinal este folosit că decantor primar pentru separarea particulelor din apele uzate brute, decantoare pentru ape de consum in procese de tratare, separatoare pentru apele uzate din industria petrochimică, și cu formă ușor modificată, la deznisiparea apelor uzate.

Colectarea nămolului spre pâlnia de nămol se poate face mecanic prin mecanisme răzuitoare montate pe un cărucior sau pe un lanț fără sfârșit, precum și manual, cu ajutorul hidromonitoarelor. Când se folosește răzuitorul mobil montată pe cărucior, în față căruciorului se prevede o lamă pentru colectarea spumei și a substanțelor grase care, plutesc la suprafața apei, acestea fiind împinse spre un jgheab pentru evacuarea materiilor plutitoare, fiind așezat la partea amonte a decantorului.

Îndepărtarea nămolului din pâlnie se face prin gravitație (dacă condițiile locale permit) folosind o conductă cu diametrul minim de 200 mm,sau prin pompare folosind o conductă de refulare cu un diametrul mai mare de 150 mm,precum și prin presiunea hidrostatica (cazul cel mai răspândit) diametrul minim al conductei fiind de 200 mm.

Formă și dimensiunile uzuale ale decantoarelor orizontale longitudinale sunt prezentate în STAS 4162/1-89. [4,7,21]

Dimensionarea decantorului

Conform STAS 4162/1-89, pot fi obținute următoarele eficiențe::

– 40 – 60% în reducerea concentrației suspensiilor solide;

– 20 -“25% în reducerea concentrației CBO5.

Sunt recomandate următoarele grade de epurare:

Gess = 50%; GECBO5 = 35%; GECCOcr = 35%; GENt = 35%.

 Debite de calcul si de verificare

Qc = Qmax,zi (m3/s);

Qc = 0.32 m3/s;

Qv = 2Qmax,orar  (m3/s);

Qv = 2  0.037 = 0.074 m3/s.

Determinarea vitezei de sedimentare, vs

Viteză de sedimentare se determină în două moduri:

– cu ajutorul testelor de sedimentare;

– se adopta din STAS 4126 – 1/1989 în funcție de gradul de epurare stabilit pentru solidele în suspensie și în funcție de concentrația inițială a materiilor în suspensie din temă de proiectare:

Viteză de sedimentare se propune a avea valori de vs = 1,5 m/h = 0,00041 m/s pentru încărcări inițiale cu materii în suspensie mai mic de 200mg/L.

Calculul vitezei de circulație a apei prin decantor , va

Va = 10 mm/s = 10 ∙ 10-3 m/s.

d)   Timpul de stationare in decantor, ts

Variază între 1.5 – 2.5 h, dar conform STAS 4162 -1/89, se recomanda a fi de maxim 1.5 h.

ts  = 1.5 h = 5400 s.

e)  Calculul volumului spațiului de decantare, Vs:

Vs = Qc ∙ ts  (m3)

Vs = 0.32 ∙ 5400 = 1728 m3.

f) Se calculează aria orizontală și aria tranzversala:

A0= (m2)

A0 = ;

Au=  (m2);

Au=;

Se calculează lungimea decantorului, L

L = va ∙ ts  (m)

L = 0.01 ∙ 5400 = 54 m.

Se calculează inaltimea totala a decantorului, H

H = Hs + Hu + Hd  (m)

Hs = înălțimea de siguranță; Hs = 0.2 –0.6 m; se alege Hs = 0.4 m;

Hu = înălțimea efectiva a zonei de sedimentare, m;

Hu = vs ∙ ts = 0.00041 ∙ 5400 = 2.25 m;

Hd = înălțimea zonei de depuneri; Hd = 0.2 – 0.6 m; se alege

Hd = 0.5 m;

H = 0.4 + 2.25 + 0.5 = 3.15 m.

 Se calculează latimea decantorului, B

B =(m)

B =

Calculam volumul total de namol depus in decantor, Vtnamol

Vt,namol= ∙ (m3/zi)

unde: GE = 50% = 0.5;

γn – densitatea nămolului rezultat în bazinul de decantare primar;

γn = 1100 – 1200 Kg/m3; adoptam   γn = 1150 Kg/m3;

Cssi – concentrația inițială de solide în suspensie la intrarea în decantor;

Cssi = 307mg/l = 307 ∙ 10-3 Kg/m3;

p – umiditatea namolului; alegem p = 95%;

Qc = 0.32 m3/s= 24630 m3/zi

Vt,namol=

6.3. Calculul utilajelor în cadrul treptei biologice (bazin de nămol activ, decantorul secundar).

Epurarea biologică reprezintă procesul în urma caruia sunt eliminate, prin fenomene biochimice, substanțele organice dizolvate și uneori suspensiile coloidale de natură organică. În cadrul procesului ce are loc în epurarea biologică sunt folosite microorganisme care participă la procese ce pot fi grupate în aerobe și anaerobe.Microorganismele aerobe sunt utilizate în mod curent la epurarea majorității apelor uzate cu caracter preponderent organic și în ultima vreme și la fermentarea aerobă a nămolului.

Deși procedeele aerobe de epurare biologică în biofiltre, în bazine cu nămol activ, pe câmpuri de irigații și în iazuri, diferă între ele cu privire la timpul de contact între microorganisme și apa uzată, necesarul de oxigen, modul de utilizare a nămolurilor biologic, etc., fenomenele biochimice esențiale sunt identice.

Procesele de epurare biologică pot avea loc doar în cazul în care apele uzate supuse epurării au valoare biologică, sau conțin, pe de o parte suficiențe substanțe nutritive, iar pe de altă parte, dispun de substanțele necesare sintezei organice. Apele uzate menajere, datorită conținutului complex de substanțe organice biodegradabile, întrunesc condițiile unei epurări biologice.

Componența organică a apelor uzate industriale diferă în funcție de specificul industriei și a materiilor prime prelucrate. Unele substanțe organice existențe în apele uzate industriale sunt degradate cu ușurință de către microorganisme, alte substanțe solicita, pentru îndepărtarea lor, o floră selecționată adecvat, iar alte substanțe sunt rezistente la atacul microorganismelor sau sunt degradate în timp îndelungat. [4]

Bazinul de nămol activ. Scopul acestuia este de a degrada sau elimina substanțele organice din apele uzate prin procese biochimice care duc la scăderea CBO5 și a materiei solide coloidale preponderent de materie organică.

Procesul epurării biologice în bazinul de nămol activ este asemănător celui care se dezvoltă în locurile sau cursurile naturale când are loc autoepurarea apei; se aplică un complex de măsuri care contribuie la intensificarea proceselor: mărimea concentrației nămolului activ, aerarea artificială a operației, pentru intensificarea oxigenării acesteia, agitarea artificială a apei în vederea dispersării în apa uzată brută a nămolului recirculat. [17,19,20]

Beneficiile ultilizării bazinelor cu nămol activ sunt: obținere unei eficiențe mai ridicate, atât iarnă cât și vară, sunt lipsite de prezența muștelor și de mirosul neplăcut, suprafețele specifice constituente sunt mai reduse, permițând o mai bună adaptare a procesului tehnologic din stația de epurare la modificări de durată ale caracteristicilor apelor uzate, etc.

Dezavantajul acestui proces îl constituie consumul specific de energie mai ridicat, această energie fiind absorbită de utilajele care furnizează oxigenul necesar proceselor aerobe.

Bazinul de aerare are formă unui bazin dreptunghiular, alcătuit din beton armat, aici are loc epurarea biologică, prezența unui amestec de nămol activ și apa uzată. Pentru garantarea unui raport strans și continuu al celor doi componenți ai amestecului,este necesara o agitare constanta a acestora, datorită aerului care asigură, totodata și oxigenul necesar coloniilor de microorganisme aerobe, aflate în compoziția nămolului activ, sub formă de flocoane. În bazin se urmărește menținerea unei concentrații cvasiconstanta a nămolului activ în decantorul secundar.

Concomitent cu eliminarea substanței organice impurificatoare, se obține creșterea nămolului activ sub formă materialului celular insolubil și sedimentabil în decantoarele secundare. O parte din acest nămol este folosit în scopuri tehnologice proprii (nămolul activ de recirculare), restul numit nămolul activ în exces, este condus în decantoarele primare pentru a mari productivitatea de eliminare a suspensiilor, datorită prezenței flocoanelor; acestea avand efectul unui coagulant.

Pentru apele uzate cu concentrații mari în CBO5, viteza reducerii materiilor organice, raportată la unitatea celulară rămâne neschimbata până la o anumită limită de concentrație a substratului, după care, pentru valori ale acestuia mai reduse, viteza diferă numai în funcție de concentrația materiilor organice și va fi descrecatoare.

Apele uzate intră în bazinul de nămol active, apoi intră în decantorul secundar, unde o parte din nămol este eliminat în exces sau este recirculat.

Ipoteze pentru proiecterea bazinelor cu nămol activ și a decantoarelor secundare : [4, 7, 17]

1. bazinul de nămol activ este asimilat cu un bazin cu amestecare perfectă, unde se consideră că în orice punct din bazin, concentrația substratului cât și a nămolului active, este egală cu cea de la ieșirea din bazin;

2. epurarea biologică se efectuează în ansamblul format din bazinul de nămol activ și decantorul secundar;

3. procesul biologic de deteriorare a materiei organice, care are loc doar în bazinul de nămol activ, în decantorul secundar, realizează separarea flocoanelor biologice de apa epurată și recircularea unei părți a nămolului activ în bazinul de nămol activ;

4. în decantorul secundar, nămolul activ trebuie menținut în stare proaspătă prin evacuarea excesului și recircularea unei părți de nămol activ în bazinul de nămol activ în conformitate cu raportul de recirculare;

5. principalele proprietati ale nămolului activ, de care se tine proiect, în treaptă biologică, sunt:

– indicele volumetric a nămolului IVN;

– încărcarea organică a nămolului ION;

– indicele de încărcare organică a bazinului IOB.

Schema de bază în treaptă biologică este prezentată în figură 6.2, care presupune existența unui BNA alimentat cu aer, urmat de un DS în care are loc separarea flocoanelor.

Figura. 6.2  Schema bloc a treptei de epurare biologica

Dimensionarea bazinului cu namol activ [4, 19]

a ) Calculul materiei organice la intrarea în treaptă biologică exprimată prin concentrația la intrare în bazin a CBO5:

CCBO5 = 350.35 mg/l

b) Debitul de calcul:

Qc = Qzi, max = 0,32 m3/s;

Qv = Qor, max = 0,037 m3/s.

c ) Calculul gradului de epurare pentru treaptă biologică în conformitate cu condițiile de deversare (NTPA 001/2005)

GESS = 80%; GECBO5 = 80%; GECCOCr = 80%; GENt = 70%.

d) Calculul încărcării organice a bazinulu i. IOB reprezintă cantitatea de CBO5 din influent exprimată in Kg CBO5/zi care poate fi indepartată dintr-un m3 de bazin de aerare. Se poate calcula in trei moduri:

– Folosind relația de calcul:

IOB=

GEb – gradul de epurare in CBO5;

V – volumul bazinului de aerare, m3;

K – coeficient influențat de temperatură. Dacă temperatura în bazin este:

T = 10 – 20oC, atunci K = 5;

T = 30 – 40oC, K = 7;

T = 20 – 30oC, K = 6;

IOB= 5= = 2.236 Kg CBO5/m3zi.

e)     Încărcarea organică a namolului activ, se poate calcula:

– Folosind relatia:

ION=

QC – debit de calcul;

CCBO5ib – concentrația inițială a CBO5;

V – volumul bazinului cu namol activ;

CN – concentrația namolului; CN = 2,5 – 4 Kg/m3

ION=

ION = k·(1 – GEb) = 5·(1 – 0,8) = 1 kg CBO5/Kg NA zi;

f) Se calculează concentrația namolului activ:

Volumul bazinului cu namol activ:

V=

h) Calculul debitului de namol activ recirculat

QR = r · QC,  (m3/s) ;

r = raport de recirculare

r = ∙ 100

CR = 10 kg MTS/m3;

CN – concentrația nămolului activ;

CR – concentrația nămolului recirculat.

r =

i) Timpul de aerare

Dacă se tine cont de recircularea nămolului

tra= = 2.21 ore

unde: Qr’ = debitul maxim de recirculare; se recomanda a fi max

Qr’ = 0.7 · Qc = 0,7 · 0,32 = 0,224 m3/s.

j) Calculul namolului in exces

Se folosește relația Huncken:  QNox= 1.2∙ ;

unde LSB = VB  IOB = 4332.05 ∙ 2,236 =9686.46 kg/zi;

QNox= 1.2 ∙.

k) Calculul necesarului de oxigen se face cu relatia:

CO= a∙ kg O2/zi

a ∙ GECBO5 ∙ C – corespunde necesarului de oxigen pentru respirația substratului

b ∙ CNt – reprezinta necesarul de oxigen pentru respiratia endogena neluand in considerare procesul de nitrificare.

unde: a este coeficientul corespunzator utilizării substratului de catre microorganisme. Pentru apele uzate municipale a = 0,5 kg O2/kg CBO5.

GEb  – reprezintă gradul de epurare realizat în treapta de epurare biologică. GE = 80 %.

C reprezintă cantitatea totală de materie organică exprimată prin CBO5 adusă de către apa uzată influența. C = Qc· (CCBO5)ib [kg CBO5/zi];

C = 0,32 · 350,35 ∙10-3· 3600 · 24 = 9686.47 kg CBO5/zi.

b = coeficient necesar respirației endogene a microorganismelor, respectiv de oxigenul consumat de unitățile de nămol activ aflat în bazin, în timp de o zi. Se adopta b = 0,15 kg O2 / kg CBO5  zi

CNt – cantitatea totală de materii solide totale de nămol activ și se determină cu relația:

=

CO = 0.5∙ 0.80∙9686.47+0.15∙9686.47= 5327.55 kg O2/zi

l) Se calculează capacitatea de oxigenare.

CO care reprezintă cantitatea de oxigen ce trebuie introdusă prin diferite sisteme de aerare.

CO = kg/zi

unde:

CO reprezintă cantitatea de oxigen necesară consumului materiilor organice de către microorganisme. CO = 5327.55 kg O2/zi

α reprezintă raportul dintre capacitatea de transfer a O2 în apele uzate și capacitatea de transfer a O2 prin apa curată. α = 0,9 pentru apele uzate municipale.

COS  reprezintă concentrația de saturație a O2 în apa condiții standard (la temperatura de 10 0C si 760 mm Hg n apa curată). Cs = 11,3 mg/l (conform STAS 11566/91).

CSA = condiții de saturație a O2 în amestecului de apa uzată și nămol activ la temperatură de lucru (200C). CSA = 7,4 mg/l (conform STAS 11566/91).

CB  reprezintă concentrația efectivă a O2 în amestec de apa uzată și nămol activ la temperatură de lucru (200C). Se recomanda pentru CB valori cuprinse între 1,5-2 mg/l.. Se adopta CB =1,5 mg/l

  este raportul dintre coeficientul de transfer al O2 în apa pentru temperatură de 100C si coeficientul de transfer al O2 pentru temperatura de lucru (20 C). Se adopta  = 0,83 (conform STAS 11566/91).

p reprezintă presiunea barometrica anuală calculată cu o medie a valorilor zilnice în orașul unde se realizează epurarea apelor uzate. Se adopta p = 782 mm Hg.

CO = 5327.55 ∙

m) Utilizarea sistemelor de aerare – pentru eficientizarea activității bilogice, respirația de oxidare bilogica care permite degradarea substanțelor organice folosește un sistem de distribuție a aerului generat în compresoare sau turbosuflante folosind dispozitive pnematice de dispersie a aerului. Dispersia aerului se paote face sub formă de bule fine (avand diametrul mai mic de 0,3 mm), bule mijlocii (cu D = 0,3 – 3 mm) si bule mari (cu D = 10 mm). In proiectare se vor alege dispersarea aerului prin bule fine care caracterizeaza sistemul de distributie prin materiale poroase. Se calculeaza capacitatea de oxigenrare orara.

CO’= kg O2/h.

n) Se va calcula debitul de aer necesar, folosind formula:

Qaer = m3/s

unde:  COs – capacitatea specifică de oxigenare a BNA-ului prin insuflaera aerului care variaza intre 8 – 10 g O2/m3 si m3 bazin pentru bule fine. Se alege COs = 9 g O2/m3 aer

Se va calcula suprafața plăcilor poroase Ap în ipoteză în care distribuitorul de aer este poziționat la o înălțime de imersie în masă de apa uzată față de suprafața bazinului. Se alege Himersie = 4 m.

Qaer=

Ap= = = 176.41 m2

unde: Iaer – intensitatea aerarii. Se adopta 1 m3/m2 ∙ min aer.

Se calculeaza energia bruta a sistemului de aerare, Eb.

Eb = Himersie ∙ Esp kWh/m3

unde: Esp – consumul energetic specific, Esp = 5,5 Wh/m3.

Eb = 4 ∙ 5,5 ∙ 103 = 22000  kWh/m3

o ) Se calculează dimensiunile BNA-ului si numarul de compartimente.

– înălțimea BNA-ului este cuprinsa intre 3 – 5 m.

Ht = Himersie + Hsig (0,5 – 0,8 m) = 4 + 0,6= 4,6 m

– lățimea BNA-ului

B = (1 – 1,5)H = 1,25H = 1,25 ∙ 4,6 = 5,75 m

– lungimea BNA-ului

L = (8 -18)B = 8B = 8 ∙ 5,937 = 46 m

Decantorul secundar. [4]

În decantoarele secundare este reținută membrană biologică sau flocoanele de nămol activ evacuate odată cu efluentul din filtrele biologice, respectiv din bazinele de aerare. Rezultă că decantorul secundar constituie o parte componența de bază a treptei de epurare biologică.

Decantoarele secundare frecvent folosite sunt de tip longitudinal și radial, echipate cu dispozitive adecvate pentru colectarea și evacuarea nămolului în mod continuu sau cu intermitență, intervalul de timp dintre două evacuări de nămol să nu fie mai mare de 4,0 ore. Având în vedere că acest nămol prezintă un conținut mare de apa, evacuarea lui se face prin sifonare, sau prin pompare; podul raclor este echipat cu conducte de sucțiune care dirijează nămolul spre o rigolă pentru evacuarea lui în exterior.

Se va proiecta un decantor secundar radial in conformitate cu urmatoarele date:

a)      Debitul de calcul si debitul de verificare

QC = Qzi,max  (m3/s);

Qc = 0.32 m3/s;

QV = Qorar, max (m3/s);

QV = 0.037 m3/s.

b) Se stabilește încărcările superficiale ale DS cu materii solide:

ISS kg/h·m2

unde:

CN – concentrația nămolului activ (kg/m3).

QR – debitul de recirculare [m3/h].

Au – suprafața utilă a decantorului radial

Se determină  – încărcarea hidraulica a decantorului, se determină pe bază experiențelor în conformitate cu  ≤ 1,9 m3/m2h la valoarea lui IBN˂ 150 cm3/g. Se va adopta valoarea lui  = 1,2 m3/m2h

=

kg/m2·zi

c) Se determină timpul de decantare

În conformitate cu STAS 4162/2-89 valoarea lui tdc = 3,5 – 4 h. Se alege tdc = 3.7 h.

d) Se calculează înălțimea utilă a decantorului și respectiv a volumului decantorului secundar

hu = tdc · v’sc = 3.7∙ 1,2 = 4,44 m

V = Qc· tdc = 0,32 ∙ 3.7 ∙ 3600 = 4262.4 m3

Se impune un numar minim de 2 decantoare radiale (pag. 363 din „Canalizari” de Dima) cu:

Ao = 1109  m2 (conform STAS 4162/2-89) => D = 40 m, H = 3,9 m, Vutil = 6048 m3. [4]

e) Se calculează volumul de nămol rezultat din decantorul secundar

Vn=

unde: GE – eficienta separarii namolului activ in DS = 85%.

γn – greutatea specifică a nămolului, care pentru o umiditate a nămolului de 95% este intre 1100-1200 kg/m3. Se adopta γn = 1150 kg/m3.

Cssi – concentrația inițială a materiei solide intrate în decantorul secundar; cd = 64,15 mg/l.

p – umiditatea nămolului decantat; p = 95% [4]

Vn=

6.4. Tratarea namolurilor.

Tratarea nămolurilor cuprinde următoarele etape preliminare:

– Îngroșarea (concentrarea nămolurilor);

– Condiționarea (tratarea suplimentara cu coagulanți);

– Elutrierea (spalarea) namolurilor fermentat pentru eliminarea coloizilor și particulelor fîn dispersate;

– Deshidratarea – eliminarea apei in vederea reducerii volumului naƒmolului pentru depozitare;

50-55 %, fie prin oxidare umeda, cu turte sterile cu cca 65 %.

– Reducerea totalaƒ a materiilor organice prin incinerare;

– Arderea in strat fluidizat pentru namoluri cu umiditati;

– Incinerarea in cuptoare rotative- cu combustibili lichizi sau gazoși;

– Depozitarea namolurilor și a cenusilor, realizatanin gropi, foste cariere de nisip, in depresiuni (faraƒ miros și afectarea panzei freatice).

Legat de realizarea propriu-zisaƒ a epurării biologice (biochimice) această se realizeazaƒ in bazine și decantoare secundare.

Principalele tipuri de nămol, formate în procesele de epurare a apelor uzate, sunt:

– nămol primar, obținut din treaptă mecanică de epurare;

– nămol secundar, obținut din treaptă de epurare biologică;

-nămol mixt, obținut din combinația de nămol primar cu nămol activ în exces;

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

În funcție de compoziția chimică, nămolurile pot fi:

– nămoluri cu compoziție predominant anorganică, care conțin peste 50% substanțe minerale;

– nămoluri cu compoziție predominant anorganică, care conțin peste 50% substanțe volatile.

În funcție de stadiul de prelucare în cadrul stației de epurare, nămolul poate fi:

– nămol primar brut;

– nămol active în exces proaspăt ( nămol secundar);

– amestec de nămol proaspăt;

– nămol stabilizat (aerob sau anaerob).[1,4]

Ingrosarea namolurilor [1,4]

Reprezintă reducerea umidității namolului în stațiile de epurare existențe, se realizează prin concentrare gravitațional. Această tehnologie are două mari dezavantaje:

-Reducerea de umiditate este de 1-2 %;

-Degaja mirosuri neplăcute poluând atmosferă.

Gradul de îngroșare depinde de mai multe variabile, cele mai importante fiind tipul de nămol, concentrația inițială a solidelor, temperature,utilizarea agenților chimici, durată de îngroșare.

Fermentare namolurilor

Fermentarea nămolurilor proaspete se realizează atât prin procedee anaerobe cât și procese aerobe, primele fiind des întâlnite.

Fermentarea anaeroba reprezintă procesul de degradare biologică a substanțelor organice, având la bază activitatea bacteriilor metanice. Rezultatul acestui proces constă în scăderea de volum a nămolurilor, că urmare a bioconversiei substanțelor organice în apa și în gaze. Fermentarea anaeroba poate fi considerată un procedeu de condiționare, având în vedere modificarea structurii și a filtrabilitatii. Concomitent , prin fermentare sunt distruse bacteriile patogene, ouăle de de helminți, motiv pentru care acest procedeu de tratare a cunoscut o largă aplicabilitate.

Fermentarea anaeroba este un proces ce se desfășoară în două faze:

– fază de lichifiere a substanțelor organice și de formare a acizilor volatile (fază acidă, nemetanogena);

– fază de gazeificare, în care se continuă conversia produșilor din prima fază în gaze ( CH4 și CO2).

Procedeul de fermentare aerobă a nămolurilor, denumit și procedeul nămolului stabilizat, are la bază procedeele biochimice întâlnite la epurarea biologică a apelor uzate cu nămol active. Astfel, stabilizarea aerobă a nămolului poate avea loc în bazine separate, ori în bazine commune cu apa uzată ce urmează a fi epurată biologic.

Fermentarea aerobă în bazine independente este des întâlnită în present, deoarece se suportă mai bine șocurile biologice, întrucât masă de nămol active în contact cu efluentul este mai mare și CBO5 este mai mic. Necesitatea de oxigen este mai mică deoarece nămolul provenit dint-un bazin de aerare va solicita doar oxigenul necesar repiratiei endogene a nămolului. Gradul de stabilizare aerobă a nămolului este greu de apreciat, spre deosebire de gradul de stabilizare anaeroba, care se poate aprecia prin producția de gaz, din acest motiv sunt necesare analize repetate la laborator. Procesul de stabilizare aerobă este mai puțin influențat de substanțele toxice, este lipsit de miros și necesită o exploatare simplă. Un dezavantaj îl reprezintă consumul mare de energie pentru utilaje de aerare proprii, comparative cu fermantarea anaeroba care produce și gaz de fermentare. Comparând cele două sisteme de stabilizare biologică a nămolului, pentru stațiile mari de epurare, apare procedeul de stabilizare anaeroba, mai ales sub aspectul enegetic.

Condiționarea namolului

Aducerea namolurilor primare, secundare sau stabilizate in categoria namolurilor ușor filtrabile se realizează, in principal, prin condiționare chimica sau termica. Se pot obține, toretic,rezultate satisfacaƒtoare și prin adios de material inert ( zguraƒ,cenusaƒ,remugus,etc.), dar acest procedeu prezintA£ dezavantajul de a crește considerabil volumul de namol ce trebuie prelucrat in continuare.

Condiționarea namolului cu reactivi chimici este o metodaƒ de modificare a structurii sale, cu consecintaƒ asupra caracteristicilor de filtrare.

Reactivii anorganici cei mai des utilizați pentru condiționarea namolului sunt clorura ferica și varul, fiecare avand un camp de acțiune propriu.Sulfatul feros este mai economic, dar are o acțiune corosivaƒ.Sarurile de aluminiu, in special clorhidratul de aluminiu, sunt eficiente, mai puțin corosive, dar costul este mai ridicat.

Alegerea coagulantului și doză optimă se fac pe bază incercarilor experimentale de laborator, intrucat alegerea depinde de proveniența namolului, compoziția să chimică, gradul de dispersie, tehnologia de deshidratare ce urmează aplicată etc.

Condiționarea prin inghetare produce un efect similar cu condiționarea termică.La temperaturi scazute, structură namolului se modificaƒ, iar la dezghețare cedează cu usuritaƒ apa.Condiționarea cu material inert trebuie analizată pentru anumite tipuri de namol și surse de material inerte locale, fie pentru creșterea puterii calorice a namolului (in cazul incinerării), fie prin creșterea puterii calorice a namolului (agricola,ameliolarea solului,redare in circuitul agricol).

Deshidratarea nămolului

Metodele mecanice de deshidratare sunt larg aplicabile pentru diferite tipuri de namol (namol brut,fermentat,de precipitare etc).Pentru a obține o separare eficintaƒ a fazelor se impune condiționarea în prealabil a namolului.

Dezhidratarea naturala pe platforme de uscare a namolului este des utilizata, datorită simplității construcției și costului redus de exploatare.

Platformele de uscare sunt suprafețe de teren indiguite in care se depozitează namolul.

Platformele pot fi așezate pe un strat de bazaƒ permeabil sau impermeabil.

Stratul de drenaj permeabil se execută din zgura,pietriș sau piatra spartaƒ cu o grosime de 0,2-0,3 m (stratul de susținere), peste care se așează un strat de nisip sau pietriș mai fîn,cu o grosime de 0,2-0,6 m. in stratul de susținere se ingroapa tuburile de drenaj pentru colectarea apei drenate.

Deshidratarea se poate realiza prin următoarele procedee:

– naturale, de evaporare și de drenare;

– artificiale, acestea pot fi mecanice și termice.

Metode de prelucrare a nămolurilor, în funcție de gradul de reducere a umidității:

– deshidratare naturală cu reducerea de umiditate la 75 – 80 %;

– deshidratare mecanică, până la 50 a€“ 75 %;

– deshidatare termică, până la 20 a€“ 30 %.

Valorificarea nămolurilor

Valorificarea nămolurilor este considerata un mijloc de îndepărtare rațională a substanțelor nocive din apele uzate.

Nămolul din stațiile de epurare urbane conțin, pe lângă gazele de fermentare, unele substanțe care pot fi valorificate. Unele dintre acestea, exemplu: substanțele hrănitoare, și-au găsit o largă utilizare. În schimb, recuperarea de metale și de alte substanțe utile se aplică în special la nămolurile provenite din apele uzate industrial.

Utilizarea, în agricultura, a nămolului se face sub formă de nămol lichid proaspăt, nămol lichid stabilizat aerob, nămol lichid pasteurizat, nămol deshidratat, nămol compostat, nămol uscat, în toate cazurile este obligatoriu să se respecte normele și restricțiile ecologice recomandate de agențiile de protecția mediului.

Pentru nămolurile care nu se pretează la valorificare sau cele care au încă create condiții de valorificare, este pusă problemă unei depozitari finale, în condiții corespunzătoare de protective a mediului înconjurător. În acest scop, se folosesc iazurile de nămol, halde special de depozitare, în subteran, evacuarea în mare la distante convenabile față de țărm și la o anumită adâncime. [4]

Capitolul. 7. Managementul SEAU

Stațiile de epurare funcționează pe bază unor procese mecanice , chimice , și biologice. Operațiilor de exploatare trebuiesc conduse de un personal bine pregătit profesional , care să cunoască instalațiile pe care le mânuiește.

Costurile de întreținere și exploatare se diferențiază în următoarele tipuri de costuri [23]

a) Costuri specifice de întreținere și exploatare referitoare la procesul tehnologic, pentru:

– Energie;

– Întreținerea echipamentelor;

– Consumabile (substanțe chimice, saci deshidratare etc.);

b) Costuri specifice de întreținere și exploatare raportate la sistemul stației de purificare, cum ar fi, pentru:

– Personal;

– Evacuarea deșeurilor solide;

-Altele

Costurile cu energia au cea mai mare importanta din totalul costurilor de exploatare și întreținere.

O stație de epurare, proiectată și executată fără nici o greșeală, poate avea o eficientă corespunzătoare doar exloatata și întreținută corect.

Principalele aspecte ale asigurării producției într-o stație de epurare a apelor uzate se poate clasifica în felul următor:

–  organizarea locurilor de muncă;

–  organizarea peronalului;

–   dotarea tehnico materială;

–   dotarea cu materiale documentare ;

–    măsurători și analize ;

–    evidenata și exploatare;

–   măsuri de tehnică a securității muncii;

–  organizarea lucarilor de întreținere și reparații;

–   evidente tehnico-economice.

7.1  Bilanț energetic.

Am ales un exemplu de echipamentele cu care este prevăzută o stația de epurare

apelor uzate, având următoarele consumuri energetice : [24]

– Grătar   (Tip gratar GPM 1250); Putere P = 1,5 KW

-Deznisipator N2A-1.6; P = 0.63 kW;

– Suflantă pentru separator SRD20-N=1500rot/min; P=5 kW.

-Decantorul  primar cu raclorul de tip DLP 8; P = 0,5 kW;

-Pompa de tulbureala tip PT100 n=1500rot/min; P =5.5 kW

-Suflante tip   SRD 20 n=1000 rot/min; P= 13kW

-Decantorul secundar cu raclorul DRSH 30; P = 2*1,5 = 3 kW;

-Consumul  energetic  zilnic (toate echipamentele functioneaza 24 h/zi) este 29.13kW.

Ținând cont ca pretul pt energie este 1kWh = 3 000 lei, atunci:

-costul zilnic al energiei electrice: 2 097 360 lei/zi=3000∙29.13∙24

-costul lunar al energiei electrice este de: 62 920 800 lei/luna=2 097 360 ∙30;

-costul anual al energiei electrice este de: 755 049 600 lei/an =62 920 800 ∙12= 75 505 RON

7.2. Determinarea costului apei epurate [21]

Eficiența unei stații de epurare a apei trebuie stabilită și in functie de aspect economice. Pentru această trebuie determinat costul apei.

Valorificarea statiilor de epurare se reprezinta în costul epurarii apei (lei/m3 apa epurata).

Exemplu de cheltuieli anuale de exploatare ale unei stații de tratare. [21]

Cheltuielile anuale de exploatare se calculează cu relația:

,, A = a + b + c + d + e + f + g + h – V=208 137 600 RON’’ [21]

unde:

A – totalul cheltuielilor care se fac în timp de 1 an pentru exploatarea tehnica stației de epurare;

a – cotele de amortisment ale stației de epurare;

b – costul energiei electrice necesare pentru: pompare, miscarea mecanismelor, iluminat, semnalizari, încalzit tehnologic etc.;

c – costul combustibililor si energiei calorice consumate la fermentare, deshidratare, dezghetare si încalzit;

d – costul reactivilor folosiți pentru epurare, dezinfecție și deshidratare;

e – costul apei potabile sau alte folosințe;

f – cheltuieli de transporturi tehnologice;

g – retribuții și alte drepturi bănești ale personalului;

h – cheltuieli generale de exploatare;

V – venituri  obtinute din valorificarea produselor.

Costul energiei electrice trebuie stabilit pentru toate obiectele, luând consumul pe durata de functionare respective. Calculul se realizeaza pentru  un consum anual în vigoare la data proiectului sau a exploatarii.

Costul energiei calorice se stabileste, în functie de sursele de energie folosite, pentru fiecare obiect in parte.

Costul reactivilor se determina pe obiect, pentru fiecare material, se folosesc preturile de la magazia statiei de epurare.

Costul apei potabile pentru alte folosinte se stabileste pe baza altor statii de epurare asemanatoare.

Cheltuielile de transport au in vedere evacuarea gazelor, namolului si depunerilor la lacul de depozitare si consum.

Salariile si alte drepturi banesti ale personalului se detemina conform indicatiilor oficiale si experientei pentru statii asemanatoare.

Veniturile rezulta din vânzarea gazelor obtinute prin fermentare a namolului deshidratat, a nisipului de la deznisipatoare si a grasimilor retinute în separatoarele de grasimi.

Cheltuielile prezentate, se stabilesc, in proiect, pentru fiecare de starie de epurare, si pentru fiecare treapta de dezvoltare a acestuia.

Costul apei epurate se stabileste cu relatia:

C = []

unde:

A – cheltuielile anuale  de exploatare;

Q –  cantitatea de apa epurata într-un an.

Exemplu de calcul aproximativ pentru o statie de epurare, considerand ca în statie exista un numar de 17 de personae, avand urmatoarele salarii:

-Inginer-sef de statie: 3 500 lei;

-Inginer adjunct de sef de statie (2): 2 300 lei;

-Inginer responsabil cu exploatarea (3) : 1 800 lei;

-Chimist (2):1 200   lei;

-Laborant : 1000 lei;

-Contabil: 1 500  lei;

-Secretara: 800 lei;

-Electrician (2): 850 lei;

-Mecanic (2) : 750 lei;

-Sudor: 850  lei;

-Femeie de serviciu: 500

Alte cheltuieli: [21]

-Ore suplimentare: 4 000 lei/luna =  48 000 lei/an;

-somaj: 3 000 lei/luna =  36 000 lei/an;

-Sporuri: 2 500 lei/luna = 30 000 lei/an;

-CAS – : 7 000 lei/luna =  84 000 lei/an;

-Impozit: 15 000 lei/luna =  180 000 lei/an;

-Concedii medicale: 2 000 lei/luna = 24 000 lei/an;

-Iluminat: 500 lei/luna = 6 000 lei/an;

-Motorina:  1 500 lei/luna = 18 000 lei/an;

-Gaz: 1 200 lei/luna = 14 400 lei/an;

-Apa potabila si menajera: 600 lei/luna = 7 200 lei/an;

-Reactivi: 2 000 lei/luna = 24 000 lei/an;

-Echipamente de protectie: 200 lei/luna = 2 400 lei/an;

-Ulei si vaselina: 100 lei/luna = 1 200 lei/an;

-Scule si aparate:  400 lei/luna = 4 800 lei/an;

-Consumabile: 500 lei/luna =  6 000 lei/an;

Cheltuielile cu activitatea pe statie, calculate lunar, sunt:40 500 lei(Ron). “[21]

Cheltuielile anuale ating suma de: 486 000 lei/an(Ron/an). Pentru a determina costul apei epurate se tine cont de bilantul energetic pe statie.

Debitul mediu anual de apa epurata este:

Qm anual=Qzi med ∙ 365∙24∙3600 = 0.26 ∙365∙24∙3600 = 8 199 360m3/an

Prin urmare se poate stabili pretul apei epurate, vizandând volumul cheltuielilor anuale la raportat la debitul mediu anual de apa epurata:

C = A/Qm anual =25.38 RON/m3/an

Concluzii

Apa reprezintă substanța minerală fundamentală pentru existența tutror organismelor din biosferă. Viata nu poate exista fara apa. Atat prezența, cat și puritatea ei, au o importanta foarte mare pentru toate ecosistemele Pamatului.

Un om adult are nevoie de 2,5 litri apa/zi in medie, cantitate ce creste in functie de conditiile dificile de lucru ce favorizeaza pierderea apei ( caldura excesiva, vant, efort fizic etc). Reducerea cantității de apa din corpul uman cu 10% într-un interval scurt de timp poate avea consecințe grave asupra sănătății, iar la pierderea de peste 20% viață nu mai este posibilă.

Sursele de poluare a apei sunt reprezentate de :

-Poluanții industriali care ajung în apele natural în urmă deversării apelor industrial în ape naturale sau în canalizarea orașelor.

-Apele menajere care ajung în apele naturale sau în conductele ce aprovizionează cu apa potabilă orașele.

Apele uzate menajere sunt apele rezultate din folosirea apei în gospodarii, instituții publice și servicii, care provin cu precădere din metabolismul uman și din activități menajere și igienico-sanitare.

O mare parte din stațiile de epurare a apelor uzate din România, sunt prevăzute cu treaptă mecanică și treaptă biologică.Treapta mecanică este formată din: grătare rare și dese, deznisipator, stație de pompare, decantoare primare.Treapta biologică este alcatuită din: bazine de aerare, decantoare secundare, stație de pompare nămol recirculat și nămol în exces.

Epurarea biologică a apelor uzate reprezintă o metodă ecologică de tratare, tinând cont de faptul că apele uzate în general conțin o cantitate însemnată de materie organic.

România este situata pe ultimul loc în UE în privință racordării gospodăriilor la rețelele de apa și canalizare. Dintr-un total de 16.000 de localități existențe, 13.000 încă nu detin sisteme de canalizare, iar restul de 9 milioane de români nu beneficiază de apa potabilă curentă.

Pentru realizarea acestui proiect, m-am documentat atât despre: importanța apei în viață omul, factorii care favorizează poluarea, efectul acestora asupra mediului, cât și despre epurarea și procedeele de tratare a apelor uzate. În funcție de exemplele, privind structura apelor uzate introduse într-o stație de epurare, am calculat gradul de epurare. Ulterior rezultatelor obținute, am ales varianta tehnologică potrivită pentru epurare. Am efectuat, de asemenea, calculul concentrațiilor intermediare, petru treapta biologică și treapta mecanică; calculul utilajelor din cadrul treptelor de epurare.

M-am informat, despre managementul SEAU, costurile de întreținere și exploatare. Am luat exemplu de echipament cu care este prevăzută o stație de epurare și am calculat costul apei epurate.

Bibliografie selectiva

1.http://www.upg-ploiesti.ro/fisiere/1669/apa_poluare_depoluare.pdf

2.http://www.unibuc.ro/studies/Doctorate2008Noiembrie/Pasarin%20Diana%20-%20Microorganisme%20si%20procese%20biotehnologice%20implicate%20in%20reconversia%20rezidurilor/Rezumat_teza%20de%20doctorat_DIANA%20PASARIN.pdf

3.http://www.anpm.ro/anpm_resources/migrated_content/files2/bref/BREF/BREF_Common_Waste_Water_and_Waste_Gas_Treatment_RO.pdf

4.http://www.scribd.com/doc/123341314/Proiectarea-unei-sta%C5%A3ii-de-epurare-a-apei-uzate-municipale#scribd

5.https://moleculah2o.wordpress.com/2013/08/14/ntpa-002-indicatori-de-calitate-ai-apelor-uzate-evacuate-in-retele-de-canalizare-ale-oraselor/

6.http://lege5.ro/Gratuit/hezteobu/normativul-privind-stabilirea-limitelor-de-incarcare-cu-poluanti-a-apelor-uzate-industriale-si-urbane-la-evacuarea-in-receptorii-naturali-ntpa-001-2002-din-28022002

7. http://www.energ.pub.ro/fisiere/admitere2014/Materiale_didactice/Sedimentarea.pdf

8. http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/Constructia-si-functionarea-de741.php

9.http://www.rmgc.ro/Content/uploads/uploads_eia/impactul-potential/apa/RMP_CI1_Biologie_mai06.pdf

10.http://lege5.ro/Gratuit/hezteobu/normativul-privind-stabilirea-limitelor-de-incarcare-cu-poluanti-a-apelor-uzate-industriale-si-urbane-la-evacuarea-in-receptorii-naturali-ntpa-001-2002-din-28022002

11. http://www.utgjiu.ro/revista/ing/pdf/2010-02/8_GHEORGHE_GAMANECI.pdf

12.http://adrvest.ro/attach_files/Regiunea%20Vest%20-%20Infrastructura%20de%20utilitati%20si%20telecomuncatii.pdf

13. http://www.usamvcluj.ro/files/teze/2011/popa.pdf

14. http://www.foserv.ro/limite_ape_uzate.htm.

15.http://gabrielasamuila.wikispaces.com/file/view/proiect+INDICATORI+FIZICI+S+I+CHIMICI_BACTERIOLOGICI_SAMUILA_COLEGIUL+AZUR_TIMISOARA.pps

16. https://www.scribd.com/doc/141217919/Determinare-Grad-de-Epurare

17.http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/Proiectul-tehnologic-al-unei-i85847.php

18. ,, ȘERBAN STAIANOVICI, DAN ROBESCU, Procedee și echipamente mecanice pentru tratarea și epurarea apei, Editura tehnică.

19. https://www.scribd.com/doc/93517867/Epurarea-Apelor-Uzate-O-Statie-de-Epurare-Cu-o-Capacitate-de-20t-Apa-Pe-Zi

20. https://www.scribd.com/doc/228557506/Proiect-Tear

21. http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/TEHNOLOGIE-DE-EPURARE17281636.php

22. http://www.legex.ro/Ordin-1146-2002-33930.aspx

Lista figurilor

Figura1.1 – Stație de epurare municipală.

Figura 2.1 – Schema epurării mecano-biologică………………………………………………….5

Figura 4.1 – Schema instalației epurării fizico-mecanice a apelor reziduale……………………17

Figura 4.2 – Schema instalației epurării fizico-chimice a apelor reziduale……………………..18

Figura 4.3 – Tratarea mecano-biologică artificială………………………………………………19

Figura 4.4 – Schema epurării mecanice………………………………………………………….20

Figura 4.5 – Schema epurării mecano-chimice…………………………………………………..20

Figura 4.6 – Schema epurării mecano-biologică naturală………………………………………..21

Figura 4.7 – Schema epurării mecano-biologică artificială………………………………………21

Figura 4.8 – Schema bloc tehnologică a epurării…………………………………………………46

Figura 6.1 – Schema bloc a treptei de epurare biologică……………………………………… .65

Lista tabelelor

Tabel 1. Valori limitade încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și urbane evacuate în receptori naturali………………………………………………………………………………….10

Tabel 2. Indicatori de calitate ai apelor uzate evacuate în rețelele de canalizare ale localităților…………………………………………………………………………………………………………………….11

Tabel 3. Determinări fizio-chime la apa…………………………………………………………11

Tabel 4. Factorii cei mai importanți care intervin în evaluarea și selecția operațiilor și proceselor unitare…………………………………………………………………………………………….22

Tabel 5. Influența proceselor tehnologice asupra mediului………………………………………23