Strategia României de aderare la Uniunea Europeană implică necesitatea rezolvării [303253]

[anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], aerul, [anonimizat], astfel că nici o activitate umană nu este posibilă fără apă [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

[anonimizat], intervine direct sau indirect în cele mai variate activități: energetice, irigații, [anonimizat], acvacultură, transport, agrement, etc [***Protecția resurselor de apă].

Strategia României de aderare la Uniunea Europeană implică necesitatea rezolvării

problemelor de protejare a [anonimizat] a unor instalații noi performante și prin oferirea unor servicii adaptate

exigențelor normelor de mediu [Grigore V, Szöcs A. M., Crăciun M, Dezvoltarea instalațiilor compacte de epurare a apelor uzate în contextual managementului durabil al resurselor naturale].

[anonimizat], caracterizat printr-o [anonimizat]-o parte, [anonimizat], apa, [anonimizat], pentru a preveni ”criza apei”, termen ce apare din ce în ce mai frecvent în prognozele unor organizații internaționale.

Avertismentul oamenilor de știință despre o posibilă criză a apei la nivel planetar, a determinat Organizația Națiunilor Unite să stabilească ziua de 22 Martie drept ”Ziua Mondială a

Apei”, [anonimizat], regional și internațional pentru utilizarea rațională a apei.

[anonimizat], energetice,

[anonimizat], ca urmare a [anonimizat], cât și cele de suprafață sunt tot mai poluate. [anonimizat] a apelor uzate mai mult sau mai puțin epurate [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

[anonimizat], crescând costuri de eliminare a [anonimizat] [***Waste-[anonimizat]].

Creșterea de peste 155 de ori a [anonimizat] a omenirii, [anonimizat] a risipei de apă.

Creșterea consumului de apă a fost însoțită de o creștere a [anonimizat] a [anonimizat]. Astfel, conform datelor de la Compania Națională Apele Române referitor la anul 1990, din totalul apelor uzate evacuate, s-a apreciat că numai 22% din aceste ape uzate au fost epurate corespunzător, conform legislației de atunci, cca. 50% s-au epurat ineficient, iar aproximativ 28% sau evacuat în receptori naturali fără epurare, influențând negativ calitatea mediului, îndeosebi a celui acvatic.

Evacuarea apelor uzate și neepurate sau epurate necorespunzător în emisari, fie că sunt râuri sau lacuri duce la degradarea gravă a mediului și pune în pericol sănătatea oamenilor. În acest mod, întreprinderile ar fi obligate să-și realizeze o epurare de calitate, în caz contrar și-ar introduce în rețeaua de apă industrială o apă poluată, improprie procesului tehnologic [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

Epurarea apelor uzate, alături de alte activități de gospodărire cantitativă și calitativă a apelor, devine o masură necesară, care trebuie înțeleasă la adevărata ei însemnătate și aplicată la un nivel care să corespundă celor mai severe exigențe. Astfel, realizarea lucrărilor de canalizare-epurare devine o prioritate la preocupările municipalităților, în vederea creării unor condiții de mediu condorm legislației actuale. Baza tehnico-materială creată pune și problema funcționării ei eficiente, a atingerii parametrilor de proiectare și a întreținerii în condiții tehnico-economice cât mai avantajoase [Rojanschi V, Ognean Th.,Cartea operatorului din stații de epurare a apelor uzate, Editura Tehnică, București, 1997].

CAPITOLUL I – STUDIU DOCUMENTAR PRIVIND EPURAREA APELOR UZATE MENAJERE

Calitatea și proprietățile apelor naturale. Poluarea apelor. Caracteristicile apelor uzate urbane. Epurarea și autoepurarea apelor uzate.

Calitatea și proprietățile apelor naturale

Calitatea apelor naturale

În contextul noilor condiții, de aliniere la cerințele UE, precum și al creșterii interesului privind menținerea și exploatarea judicioasă a resurselor de mediu din țara noastră, se constată o preocupare tot mai intensă privind conservarea și îmbunătățirea resurselor existente. Apele uzate, prin conținutul lor în diferite substanțe și prin diversele bacterii patogene pe care le conțin, constituie importante surse de contaminare, reprezentând un grav pericol pentru sănătatea publică. Apele uzate trebuie evacuate în aval de localități, în bazine naturale de apă, cu condiția de a păstra apei salubritatea necesară sănătății publice, pisciculturii și, nu în ultimul rând, specificității microclimatului existent.

Infiltrarea apelor uzate în sol poate conduce la infectarea apelor subterane, făcându-le improprii pentru alimentările cu apă potabilă [Călin L., Jădăneanț M., Jădăneanț Al., Considerații privind epurarea apelor uzate provenite din industria berii, în bazinul Bega-Timiș].

În condițiile de existență a vieții, în general, și de desfășurare a activităților umane, în special, apa conținută în diferite formațiuni hidrologice prezintă o dublă importanță: de factor de mediu înconjurător (respectiv, de generatoare de sisteme ecologice) și de ”materie primă” pentru anumite folosințe, ca apă potabilă, apă industrială, piscicultură, agrement, etc [***Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile].

Calitatea apei reprezintă ansamblul caracteristicilor fizice, chimice, biologice și bacteriologice exprimate cuantificat, care permit încadrarea probei într-o categorie căpătând astfel însușirea de a servi unui anumit scop. Cunoașterea calității apelor este activitatea specifică ce se desfășoară sistematic și periodic, la scară zonală și națională, în scopul obținerii elementelor fundamentale pentru aprecierea evoluției calității apelor și pentru elaborarea deciziilor în domeniul gospodăririi apelor. Calitatea apei necesară fiecărui tip de folosință este o problemă de mare actualitate și se poate spune că, la ora actuală, este factorul care decide orientarea alimentărilor cu apă. În afara faptului că această calitate trebuie să corespundă perfect cerințelor consumatorilor, ea este cea care stabilește și categoria de sursă de apă care poate fi folosită, precum și tehnologia de tratare, necesară atingerii indicatorilor de calitate solicitați, factori determinanți în alcătuirea unui sistem de alimentare cu apă [***Eisenmann, Wastewater treatment, Water purification].

Planul mondial de supraveghere a mediului încojurător GEMS al Națiunilor Unite, prevede urmărirea calității apelor prin 3 categorii de parametrii:

parametrii de bază: temperatura, pH-ul, conductivitatea, oxigenul dizolvat, conținut de

colibacili;

parametrii indicatori ai poluării persistente: cadmiu, mercur, compuși organo-halogenți și

uleiuri minerale;

parametrii opționali: carbon organic total, consum biologic de oxigen, detergenți anionici, metale grele, arsenic, clor, sodiu, cianuri, uleiuri totale, streptococi. [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

Potrivit reglementărilor se disting cinci clase de calitate ale apelor: I, II, III, IV și V, definite astfel:

Clasa de calitate I – stare foarte bună – nu există alterări (sau sunt foarte mici) ale valorilor elementelor fizico-chimice și hidromorfologice de calitate pentru tipul de corpuri de apă de suprafața față de acele asociate în mod normal cu acel tip în condiții nemodificate;

Clasa de calitate II – stare bună – valorile elementelor biologice de calitate pentru tipul de corp de apă de suprafața prezintă nivele scăzute de schimbare datorită activităților umane, dar deviază ușor față de acele valori normale asociate cu tipul de corpuri de apă de suprafață în condiții nemodificate;

Clasa de calitate III – stare moderată – valorile elementelor biologice de calitate pentru tipul de corp de apă de suprafața deviază moderat față de acelea care sunt în mod normal asociate cu tipul de corp de apă de suprafață în condiții nemodificate. Valorile prezintă semne moderate de perturbare ca urmare a activităților umane și sunt esențial perturbate față de valorile din condițiile de stare bună;

Clasa de calitate IV – slabă – prezintă dovezi de alterări majore ale valorilor elementelor biologice de calitate pentru tipul de corpuri de ape de suprafață și în care comunitățile biologice importante deviază semnificativ de la valorile normale asociate cu tipul de corpuri de apă de suprafață în condiții nemodificate;

Clasa de calitate V – proastă – prezintă dovezi de alterări majore ale valorilor elementelor biologice de calitate pentru tipul de corpuri de ape de suprafață și în care sunt absențe părți mari din comunitățile biologice importante, care sunt în mod normal asociate cu tipul de corp de apă de suprafață în condiții nemodificate [Robescu D., Stroe F., Presura A., " Epurarea biologică a apelor uzate -Tehnici de epurare a apelor uzate ", Editura Tehnică, București, 2011].

Tabel 1.1 Clasificarea stării apelor în 5 categorii de calitate [Robescu D., Stroe F., Presura A., " Epurarea biologică a apelor uzate -Tehnici de epurare a apelor uzate ", Editura Tehnică, București, 2011]

Proprietățile apelor naturale

Apa pură este combinația chimică dintre hidrogen și oxigen (H2O) care la presiunea atmosferică de 760mm.col.Hg și temperatura în intervalul 0 – 100oC, se prezintă ca un lichid incolor, transparent, fără miros și fără gust, care în strat gros este ușor colorată în albastru, având densitatea ρ4˚C=1000 kg/m3, greutatea specifică γ4˚C=9810.N/m3, vâscozitatea dinamică η10˚C=1,31·10-3.N.s/m2 și cinematică ν10˚C=1,31·10-6.m2/s și tensiunea superficială σ=0,077.N/m2. Apa pură nu există în natură, ci apa naturală care conține impurități dispersate sub formă de particule de natură minerală sau organică dizolvate sau în suspensie, constituindu-se ca un sistem dispersat cu concentrație mică [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Apele naturale prezintă caracteristici fizice, chimice și biologice.

Caracteristicile fizice sunt următoarele:

Temperatura – influențează modul de desfășurare a multor reacții chimice, precum și procesul de sedimentare. De regulă temperatura apelor uzate este mai ridicată cu cel puțin 2 – 30șC decât temperatura apei la intrare la agenții economici sau la consumatorii casnici [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs]. Temperatura este o mărime locală de stare care variază în funcție de proveniența apei (subterană sau de suprafață) și de climă [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019]. Temperatura apei are o importanță deosebită asupra vitezei de descompunere a substanțelor organice. La temperaturi mai ridicate există o viteză mare de descompunere a substanțelor organice, în timp ce la temperaturi scăzute viteza de descompunere este mult mai redusă. Pe de altă parte, la temperaturi mai ridicate solubilitatea oxigenului în apă este mai redusă și faptul că viteza de descompunere a substanțelor organice este mult mai mare, impune un consum mare de oxigen, deci, se impune un aport substanțial de oxigen pentru desfășurarea în bune condiții a proceselor de oxidare a compușilor organici, în caz contrar procesul de descompunere a substanțelor organice se va desfășura foarte lent și nu se va putea asigura debitul de apă tratată casnici [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

Conductibilitatea apei este proprietatea acesteia de a permite trecerea curentului electric și care este dependentă de natura și concentrația ionilor din apă. În practică nu se determină conductibilitatea electrică a apei, ci rezistivitatea electrică a apei care este mărimea inversă conductibilității [Francy, Donna S.; Bushon, Rebecca, N.; Stopar, Julie; Luzano, Emma J.; & Fout, G. Shay. 2004. United States Geological Survey: Environmental Factors and Chemical and Microbiological Water-Quality Constituents Related to the Presence of Enteric Viruses in Ground Water From Small Public Water Supplies in Southeastern Michigan].

Radioactivitatea apei este proprietatea acesteia de a emite permanent radiații α, β, sau γ. Această caracteristică apare la unele ape subterane sau de izvor care intră în contact cu diferite roci cu care intră în echilibru radioactiv, acumulând o anumită cantitate de emisii radioactive, la apele care vin în contact cu gazele care se degajă din păturile subterane sau cu apele care transportă suspensii care conțin materiale radioactive (uraniu, radiu, etc.), dintre care o parte se solubilizează conferind "radioactivitatea permanentă a apei". Apa mai poate deveni radioactivă atunci când vine în contact cu emanații radioactive rezultate în urma unor accidente nucleare sau conflicte armate. Valorile efective și admisibile ale radioactivității apei se măsoară în μCi/cm3 [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Caracteristicile chimice ale apelor naturale sunt următoarele:

Reacția apei, exprimată prin indicele pH, poate fi acidă, neutră sau alcalină în funcție de conținutul de săruri dizolvate sau de prezența unor substanțe chimice. În general, aciditatea apei se datorează bioxidului de carbon liber, a unor acizi sau a sărurilor unor acizi tari cu baze slabe, iar alcalinitatea, prezenței ionilor de bicarbonat și fosfat [***Eisenmann, Wastewater treatment, Water purification].

Duritatea apei este propritatea conferită apei de prezența compușilor de calciu și magneziu aflați în soluție care pot fi: carbonați, sulfați cloruri, azotați, fosfați sau silicați. Din punct de vedere al durității, o apă naturală poate fi caracterizată prin duritatea temporară și duritatea permanentă, care prin compunere dau duritatea totală. Duritatea temporară este rezultatul prezenței în apă a bicarbonaților solubili de calciu și magneziu, care prin fierberea apei un timp mai îndelungat se transformă, în urma degajării bioxidului de carbon, în carbonați insolubili, și în consecință separabili din apă. Duritatea permanentă se datorează prezenței în apă a celorlalți compuși de calciu și magneziu, care rămân în soluție chiar și după fierbere. Duritatea apei se măsoară în grade de duritate. Un grad de duritate este echivalent cu un conținut de 10 mg de oxid de calciu (CaO) într-un dm3 de apă naturală [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Conținutul de substanțe minerale în apă se referă la prezența în aceasta a unei multitudini de elemente (metaloizi sau metale) dizolvate sub formă de combinații chimice sau libere în suspensie care ajung în apă naturală în urma contactului sau a acțiunii acesteia.

Metaloizii care se întâlnesc cel mai frecvent în apă sunt carbonul, clorul, fluorul, iodul, sulful, siliciul și fosforul. Metalele ai căror compuși se găsesc cel mai frecvent în apele naturale sunt fierul, manganul, aluminiul, cuprul, zincul, plumbul [***United States Environmental Protection Agency. February 2006. The Water Sourcebooks: Fact Sheets].

Conținutul de gaze în apele naturale se datorează contactului apelor cu aerul atmosferic sau cu anumite emanații gazoase din subsol și depinde de capacitatea de dizolvare a gazelor în apă. În general, apele naturale conțin gaze prezente în aerul atmosferic (oxigen, azot, dioxid de carbon), dar uneori mai pot conține hidrogen sulfurat, metan, etc [Panaitescu M., Tehnici de epurare ape uzate – Îndrumar de proiectare stație de epurare, Editura Nautica, 2011].

Oxigenul este prezent în stare dizolvată în apele naturale curate până la limita de saturație. În figura 1.1. este prezentată curba de variație a valorii de saturație a oxigenului dizolvat în apele curate în funcție de temperatura apei, în condiții normale 0-30oC. Atunci când o apă conține substanțe organice, atunci cantitatea de oxigen dizolvat scade față de valoarea de saturație în ape curate, uneori pâna la absența totală, din cauza prezenței și activității bacteriilor mineralizante care acționează asupra substanțelor organice, rezultând deci că, conținutul de oxigen liber dizolvat într-o anumită apă naturală se constituie ca un indicator principal al gradului de salubritate al acelei ape [Rojanschi V, Ognean Th.,Cartea operatorului din stații de epurare a apelor uzate, Editura Tehnică, București, 1997].

Fig. 1.1. Curba de variație a valorii de saturație a oxigenului dizolvat în apele curate în funcție de temperatură [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019]

Azotul dizolvat în apele naturale nu prezintă importanță pentru calitatea apelor naturale din punct de vedere al salubrității [***Wastewater treatment plants].

Dioxidul de carbon (CO2) se găsește în apele naturale în stare liberă (sub formă de gaz dizolvat), semilegat (sub formă de bicarbonați: de calciu Ca(HCO3)2 sau de magneziu Mg(HCO3)2) sau legat (sub formă de carbonați: de calciu CaCO3 sau de magneziu MgCO3). Dioxidul de carbon din apele naturale provine din aerul atmosferic sau din emanațiile subterane. Dacă o apă conține mai mult bioxid de carbon decât cel obținut din dizolvarea completă a carbonaților sub formă de bicarbonați, atunci se consideră că apa are conținut de bioxid de carbon agresiv, caz în care este foarte corozivă pentru oțel, mortar sau beton din ciment. Hidrogenul sulfurat (H2S) este un gaz foarte solubil în apă căreia îi conferă atât miros și gust neplăcut. Hidrogenul sulfurat poate fi prezent în apă ori ca produs al descompunerii substanțelor organice (deci se poate constitui ca un indicator al contaminării apelor naturale cu dejecții), ori ca produs mineral provenit din straturile adânci, caz în care nu este dăunător și dispare prin ventilație. Metanul (CH4) se găsește rar în apele naturale fie ca produs al fermentării anaerobe a substanțelor organice, fie ca emanație în unele ape subterane din zonele cu zăcăminte petrolifere sau de gaze naturale [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Poluarea apelor

Una dintre problemele actuale majore ale omenirii o reprezintă degradarea continuă a mediului natural ca urmare a consecințelor care decurg din dezvoltarea societății omenești. Degradarea se produce din cauză că mecanismele de autoreglare complexe ale sistemelor ecologice nu mai pot face față la neutralizarea cantităților de deșeuri rezultate în urma activităților umane, afectând calitatea și caracteristicile factorilor de mediu (atmosferă, ape, sol, floră și faună) și producând poluarea acestora. Poluarea nu este un fenomen specific factorilor de mediu, ci unul global care deteriorează mediul natural în totalitate, din cauza strânsei interdependențe care există între factorii acestuia [Noreen U., Ahmed Z., Khalid A., Di Serafino A., Habiba U., Ali F., Hussain M., Water pollution and occupational health hazards caused by the marble industries in district Mardan, Pakistan, Environmental Technology&Innovation, Volum 16, 2019].

Biodiversitatea în ecosistemele de apă curgătoare, precum fluxurile și râurile este amenințată de poluarea chimică derivată din activitățile antropice [Wei Xiong, Ping Ni, Yiyong Chen, Yangchun Gao, Shiguo Li, Biological consequences of environmental pollution in running water ecosystems: A case study in zooplankton, Environmental Pollution, Volum 252, Capitolul B, 2019].

Resursele limitate de apă sunt amenințate de poluare, generate în principal de factorii umani. Sectorul agricol, producția industrială, exploatarea minieră, generarea de energie electrică și alți factori sunt unii dintre factorii care contribuie la poluarea corpurilor de apă, ceea ce va afecta în cele din urmă oamenii în general. Boli precum holera, dizenteria, hepatita A etc. sunt legate direct de apa potabilă neigienică și contaminate [Md. Khalid Hasan, Abrar Shahriar, Kudrat Ullah Jim, Water pollution in Bangladesh and its impact on public health, Heliyon, Volum 5, Capitolul 8, 2019].

Apele se comportă ca un factor de concentrare a poluanților. Poluanții pot ajunge în apele de suprafață prin deversarea efluenților de la canalizări (fenomen denumit poluare primară a apelor), sau pot ajunge în apele de suprafață sau freatice prin antrenarea acestora de pe sol sau din atmosferă sub acțiunea precipitațiilor sub formă de șuvoaie sau viituri sau prin infiltrare (fenomene denumite poluare secundară a apelor). Anumiți poluanții din ape afectează dezvoltarea florei și faunei acvatice specifice și de multe ori aceștia pătrund și sunt concentrați în țesuturile organismelor acvatice. De aceea, utilizarea unor ape poluate pentru consumul direct al oamenilor și animalelor, includerea în ciclul alimentar a unor produse provenite din ape poluate, folosirea apelor poluate la irigarea culturilor agricole, pot avea efecte multiple, negative asupra sănătății oamenilor. Datorită ciclului hidric, poluanții din apele dulci sunt transportați și deversați în mări și oceane, care se constituie ca adevărate rezervoare de deșeuri. Deșeurile acumulate în mări și oceane au influențe nefaste asupra florei și faunei marine, cu consecințe deosebit de periculoase asupra mediului și sănătății omului, cum ar fi: dezechilibrarea aportului de oxigen al fitoplanctonului marin, consumul de produse infestate de proveniență marină, etc [Zening Wu, Xi Guo, Cuimei Lv, Huiliang Wang, Danyang Di, Study on the quantification method of water pollution ecological compensation standard based on emergy theory, Ecological Indicators, Volum 92, 2018].

Poluarea ce se manifestă în prezent se remarcă prin:

diversificarea deșeurilor (gaze, lichide sau solide);

creșterea continuă a cantității de deșeuri, în valoare absolută și pe cap de locuitor;

concentrarea punctelor de evacuare în mediu datorită aglomerărilor industriale și urbanizării;

ponderea mare a poluării difuze, datorită intensificării poluării globale și a factorilor de mediu [Md. Khalid Hasan, Abrar Shahriar, Kudrat Ullah Jim, Water pollution in Bangladesh and its impact on public health, Heliyon, Volum 5, Capitolul 8, 2019].

Fenomenele de poluare a apei pot avea loc la suprafață (poluare cu produse petroliere) și în volum (apare la agenții poluanți miscibili sau în suspensie) [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

Prin definiție, poluarea apei reprezintă un fenomen complex de modificare a proprietăților și caracteristicilor naturale ale apei curate prin introducerea unor substanțe sau forme de energie. Apa poate fi poluată prin prezența oricăror substanțe anorganice, organice, radioactive sau biologice care tind să degradeze calitatea acesteia și să o facă improprie folosințelor normale. Acest fenomen poate fi clasificat după mai multe criterii și anume: după natura poluării, după proveniența poluanților, după caracterul surselor de poluare și după calendarul surselor de poluare.

După natura poluării apei se pot deosebi: poluare fizică, poluare chimică și poluare biologică [Panaitescu M., Tehnici de epurare ape uzate – Îndrumar de proiectare stație de epurare, Editura Nautica, 2011].

Poluarea fizică rezultă din evacuarea în ape a particulelor solide insolubile (antrenabile de ape și sedimentabile în anumite zone cu viteze mici), precum și a poluării termice si deșeurilor radioactive [Wei Xiong, Ping Ni, Yiyong Chen, Yangchun Gao, Shiguo Li, Biological consequences of environmental pollution in running water ecosystems: A case study in zooplankton, Environmental Pollution, Volum 252, Capitolul B, 2019].

Impurificarea cu corpuri sau particule insolubile se referă la pătrunderea și antrenarea de către ape a unor materiale considerate inerte din punct de vedere chimic și biologic cum ar fi: materiale provenite din eroziunea solului, materiale de origine vegetală provenite mai ales din defrișarea pădurilor, materiale provenite din activitatea carierelor de extragere a diferitelor materii prime, deșeuri și gunoaie (resturi menajere, ambalaje, materiale de hârtie, textile, mase plastice sau metalice, etc.). Poluarea termică se referă la evacuarea în apele de suprafață îndeosebi a apelor folosite ca agent de răcire de la instalațiile de producere a energiei electrice (centrale termo-electrice sau nuclearo-electrice), dar și a altor ape de răcire a agregatelor de la anumite obiective indutriale. Poluarea radioactivă se referă la pătrunderea în ape a unor materiale sau reziduri radioactive provenite în urma unor accidente nucleare sau scăpări de la obiective nucleare [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Poluarea chimică constă în evacuarea în ape a diferitelor substanțe chimice incluse în reziduurile industriale, antrenate de pe terenurile agricole tratate cu îngrășăminte/pesticide sau incluse în apele uzate orășenești provenite, în principal, de la detergenți. Se deosebesc, în funcție de natura activităților umane riverane bazinelor hidrografice sau de proveniența reziduurilor din atmosferă: săruri ale unor metale (cupru, plumb, zinc, mercur, cadmiu), fluoruri, acizi și baze, nitrați și fosfați (foarte frecvent întâlniți, în special în zonele cu agricultură avansată, în care se utilizează intens îngrășăminte sau în apele din canalizările care conțin detergenți), hidrocarburi, petrol și alte substanțe chimice (unele de proveniență farmaceutică). Contaminări importante sunt din cauza pesticidelor (erbicide, insecticide precum policlorobifenil). Râurile și fluviile transportă către mări și oceane, pe care le poluează ritmic, cantități impresionante de reziduuri chimice [Rojanschi V, Ognean Th.,Cartea operatorului din stații de epurare a apelor uzate, Editura Tehnică, București, 1997].

Poluarea biologică a apei se referă la prezența unor macro și/sau microorganisme care au o acțiune negativă asupra caracteristicilor sau condițiilor igienico-sanitare ale apei [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019]. La aceasta participă apele uzate urbane, precum și industria alimentară, industria celulozei și a hârtiei, complexele zootehnice.

Prezența unor micro sau macroorganisme, care au acțiune negativă asupra condițiilor igienico-sanitare ale apei, constituie o impurificare biologică. Unele organisme (bacterii patogene, virusuri, protozoare parasite, viermi paraziți etc) pot avea o acțiune diferită asupra sănătății omului. Dezvoltarea în număr mare a unor alge provoacă fenomenul de “înflorire” a apei, cu consecințe cunoscute (dezvoltarea puternică a unor bacterii saprofite, ciuperci, protozoare etc.) și dă cursului de apă un aspect neplăcut; dezvoltarea în masă a algelor poate produce neajunsuri instalațiilor de alimentare cu apă sau altor lucrări hidrotehnice. Unele din aceste organisme pot fi aduse în apele de suprafață direct prin afluenții industriali și menajeri, iar altele se dezvoltă în apele impurificate datorită condițiilor favorabile de creștere a acestora în ape. Apele pot fi contaminate cu virusuri care provoacă boli precum poliomielita, sau cu bacterii patogene, ca de exemplu bacilul antraxului și bacilul lui Koch [Rojanschi V, Ognean Th.,Cartea operatorului din stații de epurare a apelor uzate, Editura Tehnică, București, 1997].

Apele uzate cu cea mai mare încărcătură de poluanți sunt apele uzate menajere și cele industriale. O parte din poluanți le sunt comuni [Panaitescu M., Tehnici de epurare ape uzate – Îndrumar de proiectare stație de epurare, Editura Nautica, 2011].

Încărcarea cu poluanți a apelor uzate se exprimă în echivalenți locuitori (e.l.) și se calculează pe baza încărcării medii maxime săptămânale în CBO5 intrat în stația de epurare în cursul unui an, exceptând situațiile de fenomene hidrometeorologice neobișnuite [Călin L., Jădăneanț M., Jădăneanț Al., Considerații privind epurarea apelor uzate provenite din industria berii, în bazinul Bega-Timiș].

Poluanții pot fii clasificați în funcție de mai multe criterii.

1. După tipul lor, poluanții pot fi:

substanțe organice: hidrocarburi, peticide, detergenți;

substanțe anorganice: metale grele, fosfor, azot;

suspensii: material steril din mine sau din cariere, fibre de celuloză și lemn, diverse

deșeuri.

2. După natură, poluanții pot fi:

poluanți fizici: substanțe radioactive, ape termale;

poluanți chimici: plumb, mercur, azot și fosfor, hidorcarburi, detergenți, pesticide;

poluanți chimici: microorganisme.

3. După proveniență și caracteristici comune, poluanții pot fi:

produse petroliere: hidrocarburi din rafinării, foraj-extracție, combinate petrochimice,

transportul auto, naval și prin conducte;

substanțe radioactive: substanțe din atmosferă, scăpări de la reactoarele nucleare, izotopi

radioactivi din laboratoarele de cercetare;

ape termale: apa caldă din industrie, apa caldă din centralele termoelectrice;

microoganisme patogene: din spitale, crescătorii de animale, ștranduri și locuințe.

4. După modificările proprietăților chimice, biologice și organoleptice ale apei, poluanții pot fi:

compuși toxici anorganici: plumb, cupru, mercur, zinc, crom, cianuri, etc;

compuși organici greu degradabili: pesticide, detergenți;

săruri fertilizatoare: azot, fosfor;

săruri organice: substanțe organice din mine și din exploatările petroliere;

microorganisme: bacterii, viruși, paraziți, etc;

uleiuri, coloranți, substanțe degradabile: hidrocarburi, compuși organici;

substanțe solide: suspensii [Panaitescu M., Tehnici de epurare ape uzate – Îndrumar de proiectare stație de epurare, Editura Nautica, 2011].

Caracteristicile apelor uzate urbane

Destinațiile multiple ale apei afectează profund calitatea ciclului natural al acestuia. În lipsa monitorizării successive a apei în diferite activități nu se poate oferi complet tabloul consecințelor afectării calității apei și de multe ori efectele sunt dezastruoase. În general, apele utilizate de om, indiferent în care din scopuri, se încarca cu diferite elemente fizice, chimice, biologice și bacteriologice, schimbându-le compoziția și rezultând fenomenul de poluare [Ungureanu N.," Sisteme de depoluare în industria alimentară "-note de curs, Universitatea Politehnică din București].

Caracteristicile fizice ale apelor uzate și de suprafață sunt :

Turbiditatea apei, datorată prezenței în apă a suspensiilor minerale sau organice, este un indicator prin care se exprimă limpezimea sau transparența apei. Tulbureala apei depinde de cantitatea, mărimea și natura materiilor aflate în suspensie. Suspensiile gravimetrice se depun la fundul vasului probei de apă dacă aceasta este lăsată în repaus o perioadă suficientă de timp. Dacă se raportează cantitatea substanțelor solide decantate și uscate la volumul de apă din care au provenit se obține depozitul de decantare exprimat în mg/dm3. Suspensiile coloidale aflate în proba de apa nu se depun indiferent de perioada de repaus în care este lăsată proba datorită echilibrului electric în care se găsesc acestea cu apa. Cantitatea de substanțe coloidale din proba de apă se determină prin filtrare pe hărtie de filtru și cântarirea hârtiei de filtru inainte de operația de filtrare.

Măsurarea turbidității se face prin compararea aspectului probei de apă cu o emulsie etalon în scara silicei, obținută prin înglobarea unei cantități de pulbere de silice fin divizată într-un dm3 de apă distilată. Un grad de turbiditate se obține prin înglobarea a 1 mg de pulbere de silice în 1 dm3 de apă distilată [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Mirosul. Apele uzate proaspete au un miros specific aproape insesizabil. Dacă apa a intrat în descompunere atunci se va simți mirosul hidrogenului sulfurat (H2S). Mirosul specific al apei ne poate da indicii asupra compușilor organici din apă și atunci putem deduce sursa de poluare.

Culoarea și mai ales mirosurile specifice unor substanțe chimice ne pot indica prezența acestor substanțe, care de regulă provin din deversările agenților economici.

Culoarea apelor uzate proaspete este gri deschis, apele uzate în care fermentarea materiilor organice a început au culoarea gri închis. În cazul în care, în apele uzate orășenești au fost deversate ape industriale, atunci apa poate avea diferite culori, în funcție de natura compușilor deversați. De exemplu, dacă apa are o culoare galbenă, înseamnă că au fost deversate ape ce conțin clor, dacă apa are o culoare verzuie, atunci au fost deversate ape de la fabricile de conserve,etc [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

Culoarea apei se determină prin compararea aspectului probei de apă cu o soluție etalon în scara platino-cobalt. Soluția care conține la 1 dm3 apă distilată, 500 mg platină și 241 mg cobalt, sub formă de cloroplatinat de potasiu și clorură de cobalt hidratată, reprezintă etalonul pentru 500 de culoare. Celelalte trepte ale scării culorii, se deduc din soluția etalon prin diluare, fiecare gard de culoare corespunzând la 1 mg/dm3 de platină [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Reziduul fix reprezintă totalitatea substanțelor solide minerale sau organice, dizolvate sau insolubile, aflate în apă. Reziduul fix se determină prin cântărire după evaporarea completă a apei din probă, care se realizează prin încălzire la 105oC. Valoarea reziduului fix se exprimă în mg/dm3 [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Caracteristicile chimice ale apelor uzate sunt elemente de bază în caracterizarea apelor uzate. Compoziția chimică a apelor uzate este influențată de consumul specific de apă pe cap de locuitor. Cu cât consumul de apă pe cap de locuitor este mai mare cu atât apa uzată este mai diluată, pentru că, în general, cantitatea de materii deversate în apele uzate este relativ constantă [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

Caracteristicile chimice ale apelor uzate sunt:

Oxigenul dizolvat. Oxigenul este un element foarte important și de aceea el trebuie

permanent monitorizat. De regulă apele uzate conțin foarte puțin oxigen și de multe ori nu conțin

deloc oxigen dizolvat, dar după epurarea biologică apa poate conține oxigen între 1 – 2mg / l .

Comparativ cu acest nivel al concentrației de oxigen, o apă curată de suprafață poate conține la

saturație oxigen dizolvat până la nivelul de 14 mg / l la o temperatură de 0 0C, și 7,63 mg / l la 30 0C [Francy, Donna S.; Bushon, Rebecca, N.; Stopar, Julie; Luzano, Emma J.; & Fout, G. Shay. 2004. United States Geological Survey: Environmental Factors and Chemical and Microbiological Water-Quality Constituents Related to the Presence of Enteric Viruses in Ground Water From Small Public Water Supplies in Southeastern Michigan].

Solubilitatea oxigenului în apă este dependentă de temperatură, de presiunea atmosferică, de mărimea suprafeței de contact aer – apă și de turbulența ei. Cantitatea de oxigen care lipsește apei pentru a atinge valoarea de saturație se numește deficit de oxigen. [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

Conținutul de substanțe organice în apa uzată reprezintă cantitea de substanțe provenite din resturi de plante sau animale care se găsesc dizolvate sau în suspensie în apă. Substanțele organice au propritatea de a putea fi arse, adică oxidate complet și se găsesc în apă sub formă de compuși binari (conținând C și H), ternari (conținând C, H și O), sau cuaternari (conținând C, H O și N). Conținutul de substanțe organice în apă se apreciază global și indirect prin cantitatea de permanganat de potasiu (KMgO4) necesar oxidării totale a acestora, și se exprimă în mg de permanganat de potasiu necesar pentru un dm3 de apă [***Primary, secondary and tertiary treatment, Waste Water Treatment Manuals, Environmental Protection Agency 1997].

Conținutul total de substanțe organice nu poate caracteriza suficient o apă naturală din punct de vedere al salubrității ei și de aceea este în plus necesar să fie puse în evidență și analizate individual conținuturile în apă a unor substanțe organice semnificative cum ar fi: amoniac (NH3), anhidridă azotoasă (N2O3), anhidridă azotică (N2O5) și eventual anhidridă fosforică (P2O5):

– amoniacul poate ajunge în apele naturale doar în urma contaminării contaminării acestora cu ape provenite de la latrine, depozite de gunoaie sau canalitări;

– anhidrida azotoasă este un element component al azotiților, prezența ei în apele naturale datorându-se fie acțiunii microbiene, fie bacteriilor nitrificante care oxidează amoniacul, fie acțiunii unor bacterii patogene (vibronul holerei, bacilul febrei tifoide sau bacilul coli);

– anhidrida azotică se găsește în apă în soluție sub formă de acid azotic care în reacție cu oxizii alcalino-pământoși și oxizii de fier dă azotați; prezența azotaților în apă indică o contaminare mai veche a apei cu fecale, la care procesul de contaminare s-a efectuat complet;

– anhidrida fosforică din apa naturală provine din fosfați, prezența acesteia indicând o contaminare a acesteia cu fecale sau urină [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Acizi volatili. Gradul de fermentare anaerobă a materiilor organice poate fi stabilit indirect prin nivelul acizilor volatili (acid acetic, acid propionic, etc.). Din acești acizi, rezultați prin combinarea apei cu materia organică solidă, iau naștere prin descompunerea bioxidul de carbon și gazul metan. În cazul unei bune desfășurări a fermentației în stațiile de epurare a apelor menajere uzate, acizi volatili, în principal acidul acetic trebuie să rămână în apropierea valorii de 500 mg /l [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

Azotul se întâlnește în apele uzate sub forma unor compuși dintre care se remarcă amoniacul, azotul legat în substanțe organice, nitriți și nitrați, într-o cantitate în jur de 25 – 85 mg / l. Azotul organic și amoniacul liber sunt considerați indicatori de bază al materiilor organice azotoase prezente în apa uzată, iar amoniacul albuminoidal drept indicator al azotului din substanțele organice. Amoniacul liber este rezultatul descompunerii bacteriene a materiilor organice. Cantitatea de amoniac liber mai mare de 0,2 mg / l, găsită într-o apă oarecare indică cu siguranță existența unei impurificări cu ape uzate a acesteia. În apele brute uzate se găsesc cantități de 15 – 50 mg / l de amoniac liber. Apele uzate proaspete au un conținut relativ mare de azot organic și scăzut de amoniac proaspăt, în schimb apele uzate mai vechi au un conținut mare în amoniac liber și scăzut în azot organic. Concentrația totală a acestor două elemente constituie un indicator de bază al gradului de impurificare a apei și reprezintă un element principal pentru alegerea tipului instalației de tratare a apelor uzate. În cazul tratării biologice a apelor uzate este important să se cunoască conținutul de azot organic și amoniac liber, pentru că azotul este un element de bază pentru procesul de epurare biologică [Călin L., Jădăneanț M., Jădăneanț Al., Considerații privind epurarea apelor uzate provenite din industria berii, în bazinul Bega-Timiș].

Clorurile și sulfurile. Clorurile sunt substanțe organice provenite din urină. Sulfurile rezultă din descompunerea materiilor organice, precum și din deversările apelor industriale uzate. Cu toate că un om elimină pe zi între 8 –15 g clorură de sodiu, aceasta nu constituie un bun indicator al impurificării apei, deoarece clorurile pot proveni din multe alte surse. Sulfurile dau naștere la mirosuri neplăcute [Panaitescu M., Tehnici de epurare ape uzate – Îndrumar de proiectare stație de epurare, Editura Nautica, 2011].

Grăsimi și uleiuri. Grăsimile, uleiurile vegetale sau minerale sau substanțele asemănătoare în cantități mari, formând o peliculă la suprafața apei sunt dăunătoare în stațiile de epurare, pentru că, ele pot colmata filtrele biologice, împiedecând dezvoltarea proceselor biochimice în bazinele cu nămol activ sau de fermentare al nămolurilor. Determinarea grăsimilor este importantă în cazul unor ape uzate industriale. În apele uzate brute se găsesc cantități de grăsimi cuprinse între 0,0 și 40 mg / l [***Waste-water treatment techologies, Economic and social commission for Western Asia].

Aciditate, alcalinitate, concentrația în ioni de hidrogen (pH). Aciditatea sau alcalinitatea apelor uzate reprezintă capacitatea acestora de a neutraliza baze respectiv acizi. În general apele uzate menajere sunt slab alcaline, în timp ce apele uzate industriale au un pronunțat caracter acid sau bazic. Pentru desfășurarea în condiții optime a procesului de epurare a apelor uzate este de dorit ca acestea să fie slab alcaline, mai ales pentru buna desfășurare a epurării biologice. Alcalinitatea și aciditatea se exprimă în miliechivalenți la litru de apă (mval/l). Activitatea ionilor de hidrogen este determinată de valoarea pH-ului. Trebuie menționat faptul că pH-ul apei exprimă numai intensitatea acidității sau alcalinității și că nu există o legătură directă între pH-ul unei ape și cantitatea de acizi sau de alcali din aceasta. Astfel de exemplu, două soluții apoase de acizi care au pH-uri diferite pot avea aceeași concentrație ( cantitate ) de acizi [***Protecția resurselor de apă].

Potențialul de oxidoreducere (potențialul redox , rH), furnizează informații asupra puterii de oxidare sau de reducere a apei sau a nămolului din stațiile de epurare. În scara Redox, notația rH exprimă inversul logaritmului presiunii de oxigen, având valori între 0 și 42. Valori sub 15 înseamnă că acea apă se găsește în fază de reducere, corespunzător fermentării anaerobe, iar valori peste 25 caracterizează o probă în fază de oxidare aerobă [Rojanschi V, Ognean Th.,Cartea operatorului din stații de epurare a apelor uzate, Editura Tehnică, București, 1997].

Putrescibilitatea, stabilitatea, stabilitatea relativă. Putrescibilitatea este o caracteristică a apelor uzate care indică posibilitatea ca o apă să se descompună, mai repede sau mai încet. Stabilitatea este inversul putrescibilității. Stabilitatea relativă este definită de raportul în procente, între oxigenul disponibil în proba de analizat (sub formă dizolvată sau de nitriți și nitrați) și cererea de oxigen pentru a satisface faza primară de consum a oxigenului. Stabilitatea relativă este rar folosită, deoarece unele substanțe coloidale și dizolvate în apă precipită culoarea dată de substanța utilizată la determinare, respectiv albastru de metilen, iar pe de altă parte, valorile sunt nesigure [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Detergenți sintetici. Dintre cele trei categorii de detergenți sintetici: anionici, cationici, și neionici, detergenți anionici evacuați din gospodării și din industrie sunt cei mai dăunători proceselorde epurare [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

Caracteristicile biologice

Caracteristicile biologice ale apelor sunt legate de încărcarea cu organisme microscopice vegetale sau animale, vii, moarte ori în stare latentă, care se găsesc în ape în suspensie împreună cu diferite particule anorganice (granule de nisip, de argilă, praf de piatră, praf de cărbune, etc.). Analiza biologică a unei ape naturale permite caracterizarea acesteia din punct de vedere calitativ, al salubrității, deoarece prin această analiză sunt puse în evidență speciile de organisme care trăiesc în apa respectivă și densitățile acestora, elemente care se constituie în indicatori de calitate, deoarece o apă curată este populată cu anumite specii de organisme și în anumite cantități pe când o apă murdară este populată cu alte specii de organisme și în alte cantități, specifice acesteia [Grigore V, Szöcs A. M., Crăciun M, Dezvoltarea instalațiilor compacte de epurare a apelor uzate în contextual managementului durabil al resurselor naturale].

Astfel, de exemplu, murdărirea unei ape cu materii organice putrescibile este indicată de un mare număr de specii de organisme reunite în sistemul saprobiilor, sistem care cupinde patru grupe de diferențiere după gradul de impurificare astfel:

– specii polisaprobe care se găsesc în ape foarte puternic impurificate;

– specii α-mezosaprobe care se găsesc în ape puternic impurificate;

– specii β-mezosaprobe care se găsesc în ape moderat impurificate;

– specii oligosaprobe care se găsesc în ape curate [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Caracteristici bacteriologice

Stabilirea caracteristicilor bacteriologice ale apei au drept scop determinarea numărului,

genului și condițiilor de dezvoltare a bacteriilor în ape [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

Caracteristicile bacteriologice ale apelor se referă la încărcarea acestora cu bacterii și microbi, care sunt organisme microscopice unicelulare, cu dimensiuni de cca. 3 μm în sens longitudinal și de cca. 0,2 μm în sens transversal. Dintre aceste microorganisme, unele pot trăi doar în prezența oxigenului liber din apă, purtând numele de microorganisme aerobe, altele trăiesc în medii puțin aerate, asimilând oxigenul legat chimic din substanțele organice din apă, pe care acestea le descompun și care poartă denumirea de microorganisme anaerobe, iar altele care pot asimila atât oxigenul liber din apă cât și oxigenul legat chimic din substanțele organice, acestea purtând numele de microorganisme facultativ anaerobe [Grigore V, Szöcs A. M., Crăciun M, Dezvoltarea instalațiilor compacte de epurare a apelor uzate în contextual managementului durabil al resurselor naturale].

Din punct de vedere al analizei bacteriologice, salubritatea apei este caracterizată de prezența următoarelor categorii de microorganisme:

– bacterii banale – a căror prezență nu are de obicei nici o influență directă asupra organismului uman, decât dacă se găsesc într-un număr mult mai mare decât cel natural normal când pot avea o acțiune nocivă prin cantitatea de toxine eliminate în apă, de aceea la apele potabile se impune ca numărul de bacterii banale să fie mai mic decât o valoare limită admisibilă;

– bacterii coliforme – a căror prezență într-un număr redus este inofensivă pentru organismul uman, însă existența în proba de apă a anumitor specii de bacterii coliforme, și în număr mare, poate indica murdărirea apei cu dejecții sau se poate constitui într-un indicator al prezenței bacilului febrei tifoide, care de cele mai multe ori însoțește colibacilii și a cărui prezență este mai dificil de decelat;

– bacterii saprofite – care produc putrezirea materiilor organice și a căror prezență este un indicator asupra contaminării apei cu dejecții animale și umane, precum și un indicator al prezenței bacilului febrei tifoide;

– bacterii patogene – a căror prezență produc îmbolnăvirea organismului; prin analiza bacteriologică se pun în evidență în special bacteriile care se transmit prin apă și provoacă așa-numitele boli hidrice și anume: bacilul febrei tifoide, bacteria holerei și bacilul dizenteriei;

– bacteriofagii – care sunt microorganisme care se hrănesc cu bacterii și care pot fi puși mai ușor în evidență și a căror prezență poate indica o contaminare a apei cu fecale.

Analiza bacteriologică a apei este o analiză de laborator și se realizează numai în laboratoare specializate autorizate [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Caracteristicile bacteriologice ale apei ne dau informații numeroase în ceea ce privește

evitarea propagării, precum și controlul bolilor contagioase și de aceea acest control al compoziției bacteriologice este de mare importanță pentru sănătatea populației. Se determină în mod speciali colibacilii care trăiesc în intestinul uman.

Numărul de colibacili la 100 m3 de apă reprezintă un etalon de măsură pentru poluarea

emisarilor în care se deversează apele uzate. Se determină, în general, așa numitul titrul coli , care reprezintă volumul cel mai mic de apă uzată în care se mai pot cultiva colibacili [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

Epurarea si autoepurarea apelor uzate

Epurarea apelor uzate este un proces complex de reținere și/sau neutralizare prin diferite mijloace a substanțelor poluante aflate în apele uzate sub formă de suspensii, în stare coloidală sau în stare dizolvată, în scopul reintroducerii acestora în circuitul hidrologic, prin deversare în emisari, fără ca prin aceasta să se aducă prejudicii atât florei și faunei acvatice cât și omului.

În urma procesului de epurare a apelor uzate rezultă două produse:

– apa epurată, în diferite grade de epurare, care se deversează în receptor, sau poate fi valorificată la irigații sau în alte scopuri;

– substanțele poluante extrase, care poartă denumirea generică de nămoluri [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Prin epurarea apelor uzate se înțelege totalitatea proce-deelor prin care se reduc sub limita impusă de un emisar impuritățile minerale organice, chimice și biologice, folo-sind cu eficiență diferite construcții și instalații de epurare, iar nămolul este prelucrat prin fermentare, stabilizare și deshidratare [Călin L., Jădăneanț M., Jădăneanț Al., Considerații privind epurarea apelor uzate provenite din industria berii, în bazinul Bega-Timiș].

În cadrul procesului tehnologic de epurare, metodele și procedeele de extragere a substanțelor poluante din apele uzate sunt de natură mecanică, biologică și chimică. Alegerea unei anumite structuri de flux tehnologic este determinată atât de caracteristicile apelor uzate prelucrate cât și de gradul de epurare care se urmărește să fie atins, determinat din rațiuni atât ecologice, dar și economice [***Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile].

Pe parcursul procesului tehnologic de epurare, poluanții extrași din apele supuse procesului sunt concentrați în nămoluri foarte nocive, care dacă sunt evacuați ca atare, constituie un pericol deosebit pentru mediul înconjurător, compromițând menirea instalației de depoluare prin nerealizarea integrală a scopului său principal, acela de protejare a mediului. Procesul tehnologic de prelucrare a nămolurilor în scopul neutralizării potențialului deosebit de poluant al acestora, deține o pondere importantă în procesul tehnologic general al stațiilor de epurare (costuri de investiții și exploatare mari, comparabile, dacă nu superioare celor pentru epurarea apelor uzate), și trebuie să fie subordonat cerințelor de evacuare finală sau valorificare a nămolurilor. Procesul tehnologic general al stațiilor de epurare a apelor uzate cuprinde deci două mari grupe succesive de operații și anume:

– reținerea și/sau neutralizarea încărcării poluante din apele uzate, rezultând nămoluri;

– prelucrarea nămolurilor în scopul valorificării sau evacuării acestora în siguranță în mediul înconjurător, fără pericol de contaminarea acestuia [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

La alegerea metodei de epurare a apelor uzate, a instalațiilor aferente, se urmărește:

– respectarea reglementărilor în vigoare;

– respectarea normelor de protecție a mediului;

– respectarea factorilor specifici;

– extinderea centrului populat;

– extinderea stației;

– protecția malului răului;

– relieful terenului;

– direcția vânturilor dominante;

– natura solului, nivelul apelor subterane;

– culturile agricole existente în vecinătate;

– sursele de energie electrică și pentru apă potabilă [Călin L., Jădăneanț M., Jădăneanț Al., Considerații privind epurarea apelor uzate provenite din industria berii, în bazinul Bega-Timiș].

Autoepurarea este un proces natural complex (fizico-chimic, biologic și bacterilogic) prin care impurificarea unei ape de suprafață receptoare, curgătoare sau stătătoare, se reduce treptat odată cu îndepărtarea de sursa de impurificare [***Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile].

Îndiferent de receptor și de natura impurificării, procesele de autoepurare sunt asemănătoare, însă diferă în desfășurarea lor ca durată, ca amploare, ca ordine de succesiune sau ca pondere în care iau parte toate felurile de procese specifice, sau numai unele dintre acestea. De asemenea procesele de autoepurare depind de caracteristicile receptorului și ale poluanților introduși în acestea. Capacitatea de autoepurare a apelor receptoare nu este nelimitată, aceasta putând varia în timp, chiar dacă caracteristicile apelor receptoare rămân relativ constante [***Waste-water treatment techologies, Economic and social commission for Western Asia].

Procesul de autoepurare se realizează, în esență, prin îndepărtarea din apa supusă procesului a materiilor solide în stare de suspensie îndeosebi pe cale mecanică, și prin transformarea substanțelor poluatoare dizolvate pe cale chimică sau biochimică [***Protecția resurselor de apă].

Factorii care intervin în procesul de autoepurare sunt foarte numeroși și sunt de natură fizică, chimică și biologică sau factori de mediu. Aceștia pot interveni în proces simultan sau într-o anumită succesiune, iar între acțiunile acestor factori există anumite interdependențe, astfel încât momentul în care intră în acțiune un anumit factor și intensitatea cu care acționează sunt de regulă condiționate de acțiunile altor factori [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Factorii fizici cei mai importanți care intervin în procesul de autoepurare sunt: sedimentarea, lumina, temperatura și miscarea curenților de apă.

Factorii chimici joacă de asemenea un rol foarte important în procesul de autoepurare, contribuind direct și/sau indirect la crearea condițiilor de viață a organismelor din apa supusă procesului. Dintre aceștia, factorii chimici cu cea mai mare importanță sunt oxigenul (de concentrația acestuia depinzând intensitatea de descompunere a materialelor organice poluante, oxidarea unor substanțe minerale poluante precum și popularea cu organisme a sistemelor acvatice) și dioxidul de carbon (care constituie sursa principală de carbon pentru sistetiazrea substanțelor organice de către plante). Procesul de autoepurare mai este influențat și de alți componenți chimici din apă, care contribuie la crearea condițiilor de viață ale organismelor acvatice sau favorizează unele reacții chimice sau biochimice, cum ar fi: fierul, manganul, azotul, fosforul, potasiul, sulful, siliciul, magneziul, aluminiul și unele oligoelemente.

Factorii biologici care intervin în procesul de autoepurare sunt organismele acvatice și anume: bacteriile, protozoarele, macrovertebratele și plantele clorofiliene [Călin L., Jădăneanț M., Jădăneanț Al., Considerații privind epurarea apelor uzate provenite din industria berii, în bazinul Bega-Timiș].

Dintre acești factori, rolul principal în autoepurare îl au bacteriile, restul organismelor, cu puține excepții, continuând transformările inițiate de bacterii și eventual stimulând unele dintre ele. Unele dintre bacteriile din apă (împărțite după modul de nutriție în autotrofe și heterotrofe) se dezvoltă în prezența oxigenului molecular liber, dizolvat în apă, și poartă numele de bacterii aerobe, acestea având rolul principal în procesul de autoepurare a apei. Alte bacterii din apă utilizează în procesele metabolice oxigenul combinat chimic din apă (din sulfați, azotiți, etc.) și poată numele de bacterii anaerobe, acestea având și ele un anumit rol și în procesul de autoepurare a apei, dar mai ales în procesele din interiorul sedimentelor de pe fundul apelor. Având în vedere că principala caracteristică a bacteriilor este capacitatea extraordinară de adaptare, există bacterii care, în funcție de situație, se dezvoltă atât în prezența oxigenului molecular liber din apă, cât și în prezența oxigenului legat chimic, acestea purtând numele de bacterii facultativ aerobe. În general toate procesele biologice bacteriene se produc într-o multitudine de trepte susccesive, care dacă se desfășoară în echlibru, descompun materia organică (poluatoare) din apă, în dioxid de carbon și apă, în cazul proceselor aerobe, și în dioxid de carbon și metan, în cazul proceselor anaerobe [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Fig. 1.3. Surse de apă uzată [***Waste-water treatment techologies, Economic and social commission for Western Asia]

Metode de epurare a apelor uzate urbane

Apele uzate municipale și industriale contaminate pot fi tratate împreună extrem de eficient. Tratarea apelor uzate se realizează într-un număr de etape în funcție de substanțele specifice conținute în apă:

• îndepărtarea mecanică a materiei grosiere și a nisipului;

• neutralizarea (apele uzate acide și alcaline sunt neutralizate pentru a evita orice impact asupra procesului biologic de tratare a apei);

• pre-clarificarea (separarea simultană a substanțelor nedizolvate și a substanțelor precipitate în timpul neutralizării);

• egalizarea calității apelor uzate

• tratament biologic;

• clarificare secundară pentru separarea nămolului biologic din apa tratată. O proporție din acest nămol biologic este alimentat înapoi în stadiul biologic pentru a menține o concentrație constantă de nămol. Restul nămolului este transportat la secțiunea de tratare a nămolului [***Wastewater treatment plants].

Epurarea apelor uzate poate să fie realizată prin mijloace mecanice sau fizico-chimice (epurare primară), biologice (epurare secundară) sau avansate (epurare terțiară). Pentru îndepărtarea din apele uzate a unor poluanți specifici unor ape uzate industriale se folosesc tehnologii de epurare specifice, care utilizează în general procese chimice. Fiecare astfel de tehnologie folosește instalații specifice proiectate individual [Panaitescu M., Tehnici de epurare ape uzate – Îndrumar de proiectare stație de epurare, Editura Nautica, 2011].

1.2.1. Epurarea mecanică

Acest procedeu de epurare asigură eliminarea din apele uzate menajere a materiilor insolubile și a celor plutitoare, pe baza unor procese fizice definite de diferențele de densitate ale acestora față de cea a apei.

Impuritățile grosiere și grele sunt reținute pe grătare, site (în special la apele uzate industriale), deznisipatoare și decantoare, iar cele ușoare sunt reținute în separatoarele de grăsimi [***Epurarea mecanică a apelor uzate menajere, Capitolul 6]. Majoritatea instalațiilor de epurare mecanică realizează și procesul de flotație prin care se îndepărtează substanțele mai puțin dense (uleiuri, grăsimi, materiale plastice, fibre lemnoase etc.) Împreună cu o mare parte din materiile în suspensie se îndepărtează prin acest procedeu și o parte din substanțele organice din apele uzate [Panaitescu M., Tehnici de epurare ape uzate – Îndrumar de proiectare stație de epurare, Editura Nautica, 2011].

Procedeul de epurare mecanică este folosit frecvent în epurarea apelor uzate menajere, constituind o etapă intermediara de realizare totală a epurării apelor, îndeosebi pentru localitațile în care stația de epurare se construiește simultan cu canalizarea localității. În cazul cănd în canalizarea orășenească sunt deversate mari cantități de ape uzate industriale, pentru a proteja desfășurarea normală a proceselor de epurare în treapta mecanică, se prevede o epurare preliminară alcătuită 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 [***Eisenmann, Wastewater treatment, Water purification].

Grătarele se prevăd la toate stațiile de epurare, indiferent de sistemul de canalizare adoptat și independent de procedeul de intrare a apei in stația de epurare (prin curgere gravitațională sau sub presiune) [***Epurarea mecanică a apelor uzate menajere, Capitolul 6].

Gratarele sunt alcatuite din bare metalice. După distanta dintre bare se deosebesc gratare rare si gratare dese. Distanta dintre bare este variabila: pentru gratare rare se recomandă distante între 2,5-5,0 cm (chiar 8-10 cm), iar pentru cele dese 1,5-2,5 cm. Gratarele pot avea forme plane sau curbe. Grosimea barelor variază între 0,8 si 1,2 cm [Panaitescu M., Tehnici de epurare ape uzate – Îndrumar de proiectare stație de epurare, Editura Nautica, 2011]. Materialele reținute de grătare sunt evacuate ca atare, pentru a fi depozitate în gropi sau incinerate. În unele cazuri pot fi mărunțite prin tăiere la dimensiune de 0,5- 0,1mm în dezintegratoare mecanice [***Protecția resurselor de apă].

Sitele se utilizează pentru reținerea impurităților nedizolvate de dimensiuni mai mici. Ele pot fi realizate din table metalice sau plăci de mase plastice perforate, din țesături din fire de oțel sau fibre sintetice, din bare cu secțiune triunghiulară [***Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile].

Deznisipatoarele se prezintă sub forma unor bazine speciale din beton armat, unde sunt reținute suspensiile granulare sub formă de particule discrete care sedimentează, independente unele de altele, cu o viteză constantă [***Epurarea mecanică a apelor uzate menajere, Capitolul 6]. În epurarea apelor uzate, sedimentarea este folosită pentru îndepartarea atât a substantelor solide organice cât si anorganice care se depun în apă sau care au fost aduse într-o formă care se depune(coagulare, precipitare). Prin sedimentare se îndepartează din ape suspensiile decantabile. Deznisipatoarele se construiesc între statiile de pompare si decantoarele primare. [Panaitescu M., Tehnici de epurare ape uzate – Îndrumar de proiectare stație de epurare, Editura Nautica, 2011].

Necesitatea tehnologică a deznisipatoarelor în cadrul unei stații de epurare este justificată de protecția instalațiilor mecanice în mișcare împotriva acțiunii abrazive a nisipului, de reducerea volumelor utile ale rezervoarelor de fermentare a nămolului organic ocupate cu acest material inert, precum și pentru a evita formarea de depuneri pe conductele sau canalele de legătură care pot modifica regimul hidraulic al influentului [***Epurarea mecanică a apelor uzate menajere, Capitolul 6].

Separatoarele de grăsimi flotoare au ca scop îndepărtarea din apele uzate a uleiurilor, grăsimilor și, în general, a tuturor substanțelor mai ușoare decât apa, care se ridică la suprafața acesteia, în zonele liniștite și cu viteze orizontale mai mici decât ale apei. Separatoarele de grăsimi sunt amplasate după denisipatoare sau după grătare, dacă din schemă lipsește deznisipatorul.

Flotarea este folosită drept treaptă suplimentară de epurare înaintea epurării biologice. Pentru epurarea apelor uzate industriale, flotarea este utilizată în numeroase cazuri, de exemplu, pentru apele provenite din industria petrolieră, minieră, alimentară, în specia! când apele uzate industriale trebuie să fie tratate biologic, fie separat, fie împreună cu apele uzate orășenești [***Protecția resurselor de apă].

Decantoarele primare sunt bazine deschise în care se separă substanțele insolubile mai mici de 0,20 mm care se prezintă sub formă de particule floculente, precum și de substanțe care plutesc la suprafața apei [***Epurarea mecanică a apelor uzate menajere, Capitolul 6].

Eficiența tuturor instalațiilor de decantare depinde de uniformitatea distribuției curentului de apă în secțiunea perpendiculară pe direcția de curgere. În acest scop la intrarea în zona de decantare se instalează, în fața deschiderilor prin care este admisă apa deflectoare, praguri, pereți de dirijare și difuzie, prevăzuți cu găuri sau fante. Uniformitatea trebuie asigurată și în faza de evacuare a apei. Pentru aceasta, evacuarea apei limpezite se face după trecerea peste deversoare, așezate pe una sau pe ambele părți ale jgheaburilor de evacuare. În fața deversoarelor este prevăzut un perete semiscufundat, care previne antrenarea particulelor solide plutitoare și a grăsimilor. De asemenea, pentru o decantare eficientă, mai sunt necesare asigurarea distribuției egale a debitului între bazinele de decantare, colectarea și evacuarea continuă a spumei de la suprafața apei din decantor, colectarea și evacuarea, preferabil continuă, a nămolului depus pe fundul decantorului [***Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile].

1.2.2. Epurarea chimică

Epurarea chimică reprezintă o a doua treaptă de epurare și constă în tratarea apelor uzate cu o serie de reactivi chimici în scopul realizării fenomenelor de coagulare, precipitare și aglomerare a materialelor fin dispersate și a celor elicoidale care nu dispersează.

Epurarea chimică este cunoscută și sub numele de epurare mecano-chimică, deoarece este precedată, în cele mai multe cazuri, de instalațiile de epurare mecanică [***Protecția resurselor de apă].

Pentru tratarea chimică a apelor uzate urbane se utilizează diferite procedee chimice dintre care cel mai frecvent utilizate sunt:

– coagularea-flocularea – tratament care se apelor uzate în scopul agregării suspensiilor fine și coloizilor în vederea separării acestora prin sedimentare;

– neutralizarea – tratament care se aplica apelor uzate acide sau alcaline în scopul corectării ph-ului;

– schimbul ionic – tratament de îndepărtare a ionilor anorganici din apele uzate;

– oxidarea chimică – tratament care conduce la îndepărtarea avansată din apele uzate a unor substanțe organice biorezistente (greu biodegradabile sau nebiodegradabile) sau a unor substanțe anorganice nedorite;

– dezinfectarea – tratament de distrugere a microorganismelor din apele uzate, înainte de evacurea acestora din stația de epurare, în scopul prevenirii contaminării receptorului [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Prin tratarea chimică prin coagulare și floculare are loc o reducere importantă a turbidității, precum și a culorii apei. Totodată sunt îndepărtate o parte din substanțele organice și bacteriile prezente, antrenate de flocoanele care se depun. Procedeul de coagulare – floculare este întrebuințat în cazul în care este necesar un grad de epurare intermediar între cel realizabil prin simpla decantare și cel ce se poate obține prin epurare biologică. Prin coagulare se pot obține reduceri cu 90% ale suspensiilor din apă și cu 50% ale consumului biochimic de oxigen [***Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile].

Neutralizarea este un tratament chimic care se aplică apelor uzate acide sau alcaline în scopul corectării pH-ului. De menționat că înainte de a stabili măsurile de neutralizare a apelor uzate este necesar să se epuizeze toate posibilitățile de micșorare a cantităților de acizi sau baze evacuate în apele uzate, prin aceasta realizându-se economii de acizi sau baze și reducerea cheltuielilor pentru neutralizare. Pentru neutralizarea acizilor minerali din apele uzate, acestea pot fi tratate în filtre rapide având stratul granular constituit din piatră de var, cu dimensiuni ale particulelor de până la 5 mm, cu viteză de filtare de 5 m/h (cu timpi de contact de cca. 5 minute) sau sau prin administare de var stins sub formă de praf sau lapte de var cu concentrația de 5 – 10 % în decantoare dimensionate pentru timpi de retenție de 5 – 30 minute [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Schimbul ionic este un procedeu care se bazează pe însușirea unor materiale care puse în contact cu apa uzată care conține substanțe ionizate, să înlocuiască ionii din apă cu ioni proveniți din materialul scimbătorului. Reacțiile de schimb ionic, în prezența schimbătorilor de ioni solizi, sunt reacții eterogene care se desfășoară la interfața solid-lichid. De aceea pentru asigurarea unui proces eficient trebuie asigurată o suprafață de reacție cât mai mare, materialele schimbătoare de ioni solide având structuri poroase cu granulație cât mai fină.

Materialele schimbătoare de ioni pot fi de origine naturală, purtând denumirea de zeoliți (de exemplu: solurile argiloase, humusul, alumina, bioxidul de siliciu, oxidul de mangan, fosfații metalici, etc.) sau sintetice (rășini) [Panaitescu M., Tehnici de epurare ape uzate – Îndrumar de proiectare stație de epurare, Editura Nautica, 2011].

Procesele de oxidare chimică se aplică pentru tratarea apelor uzate care au în componență substanțe organice biorezistente (ca de exemplu: detergenți, aldehide,fenoli, produse fito-farmaceutice, etc.) sau substanțe anorganice nedorite (ca de exemplu: manganul, fierul, sulfurile, sulfații, cianurile, etc.).

Viteza procesului de oxidare chimică depinde de condițiile de temperatură, presiune și starea de activare a agentului oxidant. Vitezele procesului sunt ridicate la temperaturi și presiuni mari și prin folosirea unor agenți oxidanți în forme deosebit de activate cum ar fi: ozonul, oxigenul atomic, clorul, radicali OH, oxigenul obținut prin descărcări Corona sau prin iradiere cu izotopi radioactivi.

Procesele de oxidare chimică au costuri ridicate și acest lucru a împiedicat folosirea intensivă a acestora la epurarea apelor uzate [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Dezinfectarea este o operație de eliminare sau de reducere sub o anumită limită a numărului de microorganisme din apele supuse tratamentului. În apele uzate menajere se găsesc și se dezvoltă microorganisme patogene, care provoacă boli deosebit de periculoase transmisibile prin apă, cum ar fi: bacterile cum ar fi: Escherichia, Salmonella typhi, Salmonella, Shigella, Vibrio cholerae; protozoarele cum ar fi: Balantidium coli, Cryptosporidium parvum, Entamoeba histolyca, Giardia lamblia; viermii cum ar fi: Ascaris lumbricoides, T solium, Trichuris trichiura; virușii cum ar fi: Enterovirus (72 de varietăți), virusul Hepatitei A, agentul Norwalk.

Dezinfectarea este principalul mijloc de inactivare și distrugere a acestor microorganismelor patogene care se găsesc în apele uzate, sau în general, prin contaminare, și în cursurile de apă, în vederea prevenirii răspândirii unor boli transmisibile prin apă care pot afecta major oamenii, animalele și mediului înconjurător [***Protecția resurselor de apă].

Epurarea biologică

Epurarea biologică este procesul tehnologic prin care impuritățile organice din apele uzate sunt transformate, de către o cultură de microorganisme, în produși de degradare inofensivi (CO2, H2O, alte produse) și în masă celulară nouă (biomasă). Rolul principal în epurarea biologică este deținut de bacterii. Aceste microorganisme care consumă substanțele organice din apele uzate pot trăi în prezența sau în absența oxigenului.

Epurarea biologică constă în:

– reducerea substanțelor organice din apele uzate prin descompunerea lor de către microorganisme (bacterii, ciuperci) și transformarea lor în compuși simpli sau consumarea lor de către protozoare, metazoare si transformarea lor într-o biomasă nouă;

– reducerea substanțelor minerale din apele uzate prin asimilarea lor de către alge și plante superioare și transformarea într-o biomasă nouă [***Protecția resurselor de apă].

Instalații tipice de epurare biologică cel mai frecvent întâlnite în practică sunt biofiltrele și biodiscurile (care mai sunt denumite și filtre biologice), în care biomasa se găsește sub formă de peliculă și bazinele aerate cu nămol activ la care biomasa se găsește dispersată în apa supusă tratamentului [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Filtrele biologice (biofiltrele) sunt obiecte tehnologice ale stațiilor de epurare în care impuritățile organice din apele uzate sunt eliminate de către o cultură de microorganisme aerobe care se găsește sub formă de peliculă biologică fixată pe suprafața unui material granular de umplutură inert din punct de vedere biologic [Panaitescu M., Tehnici de epurare ape uzate – Îndrumar de proiectare stație de epurare, Editura Nautica, 2011].

Constructiv o instalație cu biodiscuri este constituită dintr-un număr de discuri (care formează o baterie) din material plastic sau metalice fixate pe un arbore orizontal rotativ. Bateria de discuri este parțial imersată în bazinul de reacție în care este introdusă apa uzată supusă tratamentului. În timpul procesului de epurare biologică pe suprafețele discurilor se formează și o peliculă biologică care elimină încărcarea organică din apă [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Bazinele aerate cu nămol activ sunt reactoare biologice în care apa uzată supusă tratamentului este pusă în contact cu cultura de microorganisme (poartă denumirea generică de nămol activ) care este dispersată în aceasta, în condiții de aerare corespunzătoare [***Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile].

Bazinele de aerare sunt construcții a căror formă în plan poate fi radială, dreptunghiulară sau pătrată. În cazul stațiilor de mari dimensiuni se folosesc, de regulă, bazinele dreptunghiulare sau pătrate, întrucât în aceste situații se realizează economie de teren construibil [***Protecția resurselor de apă].

Sistemele de aerare trebuie să îndeplinească următoarele funcții principale:

− să asigure un transfer cât mai intens al oxigenului din aer în apa uzată și să contribuie astfel la realizarea în jurul flocoanelor și în interiorul acestora a condițiilor aerobe;

− să realizeze un amestec cât mai bun între apa uzată și nămolul activ;

− să împiedice depunerea flocoanelor nămolului activ pe radierul bazinului de aerare unde, în absența oxigenului, ar intra în fermentare anaerobă [Panaitescu M., Tehnici de epurare ape uzate – Îndrumar de proiectare stație de epurare, Editura Nautica, 2011].

Decantoarele secundare au un rol foarte important și anume de a reține membranele biologice rezultate din faza de epurare biologică, precum și flocoanele de nămol ce sunt evacuate o dată cu apa din bazinele de aerare pentru a nu ajunge în emisar.

Cele mai frecvente decantoare utilizate sunt cele orizontale și cele radiale. Nămolul colectat în aceste decantoare se elimină în mod continuu sau discontinuu. Nămolul evacuat conține foarte multă apă și este supus unor procese de deshidratare ulterioară. Evacuarea nămolului din decantoare se poate face prin sifonare sau prin pompare [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

Epurarea avansată

Epurarea terțiară (avansată) realizează, în principal, îndepărtarea nutrienților (compuși ce conțin elemente cu caracter fertilizant: azot si fosfor). Substanțele care conțin azot se îndepărtează de regulă prin procedeul numit nitrificare-denitrificare care constă în oxidarea biologică a tuturor formelor de azot prezente în apa uzată la forma de ion azotat, care este apoi redus tot cu ajutorul microorganismelor (în lipsa oxigenului în această etapă) la azot molecular care se degajă din apa epurată. În același timp se mai elimină o parte dintre substanțele care conțin fosfor.

Dacă persistă o cantitate mai mare de substanțe care conțin fosfor decât limita maximă admisă, acestea se pot îndepărta prin precipitare chimică. Tot ca epurare avansată este considerat și procesul de dezinfecție utilizat pentru îndepărtarea germenilor patogeni [Panaitescu M., Tehnici de epurare ape uzate – Îndrumar de proiectare stație de epurare, Editura Nautica, 2011].

Epurarea avansată a apelor uzate se poate realiza pe trei căi principale, și anume:

– tratament terțiar al apelor uzate care prevede introducerea unei trepte suplimentare, denumită treaptă terțiară, în stațiile mecano-biologice convențională; această treaptă poate avea, dupa caz, o structură mai simplă sau mai complex, având în componență de regulă instalații de filtrare, instalații de eliminare a azotului și fosforului și altele:

– tratament fizico-chimic, care prevede realizarea unei structuri a stației de epurare în care procedeele de eliminare a substanțelor poluante, preponderant fizico-chimice, dar și biologice sunt astfel combinate încât să se obțină un effluent cu un grad de epurare corespunzător;

– tratament combinate biologicp-fizico-chimic, în care procedeele de eliminare a substanțelor poluante, preponderant biologice, dar și fizico-chimice sunt astfel combinate încât să se obțină un effluent cu un grad de epurare corespunzător; diferența dintre tratamentul terțiar și tratament combinate biologico-fizic-chimic este că tratamentul terțiar se realizează într-o treaptă de sine stătătoare adăugată structurii unei stații clasice mecano-biologice, în timp ce tratamentul combinate se realizează într-o stație cu o structură care combină într-un mod corespunzător procedeele biologice, fizice și chimice, asftel încât să se obțină un efluent cu calitatea dorită.

Scopurile principale ale epurării avansate a apelor uzate sunt următoarele:

-eliminarea aprofundată a substanțelor solide și organice;

-eliminarea necesarului de oxigen pentru nitrificare;

-eliminarea nutrienților;

-eliminarea substanțelor toxice.

Instalațiile utilizate cu predilecție în epurarea avansată sunt: filtrele cu nisip sau cu membrane, instalațiile de nitrificare-denitrificare biologice sau chimice și instalațiile de reținere a substanțelor toxice [Safta V.V., Epurarea avansată a apelor uzate, Universitatea Politehnica din București, 2019].

Tipuri de stații de epurare a apelor uzate urbane

Instalațiile în care se realizează procesul de epurare a apelor uzate poartă denumirea generică de stații de epurare a apelor uzate.

Stațiile de epurare a apelor uzate se pot clasifica după mai multe criterii și anume: după destinație, după structură, după calitatea efluentului evacuat, după configurația fluxului tehnologic, după natura procedeelor de epurare utilizate și după modul de distribuție a obiectelor tehnologice componente [***Procedee și echipamente de epurare a apelor, suport de curs].

Fig. 1.4. Fluxul tehnologic al epurării apelor uzate [***Primary, secondary and tertiary treatment, WasteWater Treatment Manuals, Environmental Protection Agency 1997]

După destinație, stațiile de epurare a apelor uzate se clasifică în:

– stații de epurare generale (denumite și urbane sau orășenești), care sunt plasate la capătul (ieșirea) sistemelor centralizate de canalizarea a localităților, și care realizează epurarea apelor uzate care sunt captate și transportate prin acestea; de regulă, apele din sistemele centralizate de canalizare pot fi compuse din diferite categorii de ape uzate, în proporții variabile și anume: ape uzate menajere și sociale, ape uzate industriale și agrozootehnice, ape meteorice, ape de drenaj, etc.; efluenții rezultați din stațiile de epurare generale sunt deversate în receptori naturali, de regulă, ape de suprafață, după ce sunt aduși la un grad de epurare admisibil, corespunzător evacuării acestora în siguranță;

– stații de epurare locale, care sunt aferente unei unități economice, industrială sau agrozootehnică și care prelucrează apele uzate rezultate din procesul tehnologic al acesteia, având caracteristici specifice; stațiile de epurare locare au de regulă următoarele roluri: rețin din apele uzate substanțe valoroase în scopul reutilizării în cadru procesului tehniologic; rețin substanțe toxice (periculoase pentru mediu) în scopul neutralizării acestora; aduc apele prelucrate la grade de epurare admisibile pentru evacuarea acestora în siguranță; uniformizarea debitelor de apă uzată și efluenților; efluenții rezultați pot fi deversați în sistemele centralizate de canalizarea a localităților, caz în care acest tip de stații de epurare locale poartă denumirea de stații de preepurare apelor uzate [Rojanschi V, Ognean Th.,Cartea operatorului din stații de epurare a apelor uzate, Editura Tehnică, București, 1997].

După structură, stațiile de epurare a apelor uzate se clasifică în: stații de epurare într-o singură treaptă, stații de epurare în două trepte și stații de epurare în trei trepte.

Stațiile de epurare într-o singură treaptă sunt de regulă stații de epurare în care se prelucrează ape uzate având un conținut redus de poluanți organici, adică ape uzate cu încărcare preponderent minerală (mai ales suspensii solide), în mare majoritate obiectele tehnologice ale acestor stații bazându-și procesele tehnologice pe principii mecanice și din această cauză această categorie de stații purtând de regulă denumirea stații de epurare mecanice. Schema fluxului tehnologic al unei stații de epurare mecanice este prezentată în figura 1.4. [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Fig. 1.4. Schema unei stații de epurare mecanică (într-o singură treaptă) [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019]

Stațiile de epurare în două trepte sunt stații mai complexe care se regulă utilizează două categorii de procedee distincte pentru realizarea procesului tehnologic de epurare a apelor uzate. În această categorie de stații de epurare pot fi încadrate stațiile de epurare mecano-chimice și stațiile de epurare mecano biologice.

Stațiile de epurare mecano-chimice sunt stații de epurare formate din două trepte, o treaptă mecanică, de regulă similară cu cea prezentată în cazul stațiilor de epurare mecanică, și o treaptă chimică, de regulă de coagulare –floculare pentru eliminarea coloizilor, dar și pentru alte tratamente chimice aplicate apelor tratate cum ar fi: neutralizare, schimb ionic, oxidare chimică, dezinfecție, etc. În figura 3.2 este prezentat un exemplu structură de stație de epurare mecano – chimică a apelor uzate, cu treaptă chimică de coagulare – floculare, care reduce încărcările cu suspensii solide și coloizi, cu eficiențe de 60 – 85% [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019]

Fig. 1.5. Schema epurării mecano – chimice, cu treaptă chimică de coagulare – floculare [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019]

Stațiile de epurare în trei trepte sunt cel mai frecvent stații de epurare formate dintr-o structură mecano-biologico clasică la care se adaugă o treaptă terțiară de epurarea avansată. În prezent, în lume, performanțele stațiilor mecano-biologice clasice nu mai sunt suficiente și de aceea acestea sunt completate cu o treaptă distinctă, terțiară, care de regulă asigură prin diferite metode și procedee de epurare (artificiale sau naturale) atât eliminarea avansată din apele uzate a suspensiilor solide și a materiilor organice, cât și eliminarea nutrienților, substanțelor greu biodegradabile și substanțelor toxice din apele uzate, realizându-se grade superioare, cu valori înalte, de epurare ale acestora [Călin L., Jădăneanț M., Jădăneanț Al., Considerații privind epurarea apelor uzate provenite din industria berii, în bazinul Bega-Timiș].

Fig.1.6. Schema unei stații de epurare mecano – biologică, cu treaptă biologică dotată

cu bazine de aerare cu nămol activ [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019]

După calitatea efluentului evacuat, stațiile de epurare a apelor uzate se clasifică în:

– stații de epurare clasice, în care se obține o calitate satisfăcătoare a efluentului evacuat, cu valori ale gradului de epurare de 60 – 80%;

– stații cu epurare avansată, în care se obține o calitate superioară a efluentului evacuat, cu valori ale gradului de epurare de 95 – 99,9%.

De asemenea, după configurația fluxului tehnologic, stațiile de epurare a apelor uzate se clasifică în:

– stații de epurare cu flux tehnologic convențional;

– stații de epurare cu flux tehnologic neconvențional [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Echipamente și instalații din treapta mecanică a stațiilor de epurare a apelor uzate urbane

Instalațiile pentru tratarea mecanică a apelor uzate au scopul de a separa și extzrage prin procedee fizico-mecanice impuritățile din apa uzată supusă procesului de epurare. Categoriile de impurități din apele uzate care pretează a fi separate prin procedee fizico-mecanice sunt:

– impuritățile grosiere (care mai sunt denumite corpuri mari);

– suspensiile granuloase (nisipul și pietrișul);

– suspensiile floculoase cu structură ramificată ușoare (în special grăsimile și uleiurile), dar și suspensiile fine hidrofobe;

– suspensiile decantabile (de natură minerală sau organică), precum și suspensiile nedecantabile aduse în urma unui tratament adecvat în stare decantabilă (suspensii coloidale).

Procedeele de separare din apele uzate a acestor categorii de impurități sunt: sitarea, separarea gravitațională prin decantare (sedimentarea) și flotația.

Obiectele tehnologice în care are loc separarea și reținerea acestor categorii de impurități poartă numele de echipamente și instalații mecanice de epurare a apelor uzate și sunt de regulă grupate succesiv în partea anterioară a stațiilor de epurare a apelor uzate, care poartă numele de treaptă primară sau treaptă mecanică. Echipamente și instalații mecanice sunt sau pot fi utilizate și în celelalte trepte ale stațiilor de epurare.

De menționat că prin extragerea și îndepărtarea din fluxul de apă uzată a unor categorii de impurități cu influență negativă asupra bunei funcționării a stației de epurare încă de la intrarea în stația de epurare, așa cum sunt în special impuritățile grosiere și suspensiile granuloase, se asigură o protecție a tuturor echipamentelor și instalațiilor stației împotriva unor fenomene deosebit de negative cum ar fi uzuri prin abraziune sau coroziune, înfundări, deformări sau chiar distrugeri ale unor instalații și echipamente.

Categoriile de echipamente și instalații mecanice de epurare a apelor uzate din treapta mecanică, plasate în succesiunea fluxului tehnologic tipic al stațiilor de epurare clasice sunt: instalațiile de sitare, deznisipatoarele, separatoarele de grăsimi și decantoarele (care poartă denumirea de primare din cauză ca se găsesc în treapta primară, mecanică a stației de epurare) [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

1.4.1. Instalații de sitare

La intrarea în treapta mecanică a stațiilor de epurare a apelor uzate sunt prevăzute echipamente pentru extragerea din apele uzate și reținerea impurităților grosiere denumite instalații de sitare. Prin impurități grosiere se înțeleg corpuri sau impirități cum ar fi: crengi, frunze, hârtii, materiale textile, materiale plastice, materiale metalice, alte gunoaie care sunt transportate de apele uzate plutind la suprafață sau în interiorul curentului. În mod uzual se consideră că impuritățile (suspensiile) grosiere reprezintă cca. 3 – 5% din totalul impurităților transportate de apele uzate. Îndepărtarea impurităților grosiere din curentul de apă uzată supus epurării este, așa cum a fost arătat anterior o măsură de protecție absolut necesară pentru asigurarea bunei funcționări a tuturor obiectelor tehnologice componente ale stațiilor de epurare.

Instalațiile de sitare au ca organe principale de lucru suprafețe active de tip grătar (formate din rețele de bare paralele și echidistante la care orificiile de trecere ale apei uzate sunt sub formă de fante) sau de tip sită (formate din împletituri de sârmă, țesături textile sau table perforate, având orificiile de trecere sub formă de ochiuri) pe care, la trecerea curentului de apă uzată brută, se realizează separarea și reținerea suspensiilor grosiere. Pentru ca procesul de reținere și separare a impurităților să se desfășoare corespunzător este necesar ca în timpul funcționării suprafețele active să fie păstrate curate (neînfundate) prin îndepărtarea continuă sau secvențială a impurităților reținute [***Protecția resurselor de apă].

Instalații de sitare prevăzute cu suprafețe active de reținere de tip grătar

Suprafețele active separare de tip grătar ale instalațiilor de sitare se pot clasifica după mai multe criterii și anume: după valoarea dimensiunii fantelor suprafeței active a grătarelor, după valoarea unghiului de înclinare față de orizontală a suprafeței active de reținere a grătarelor, după modul de curățare a suprafeței active a grătarelor și după forma și mișcările suprafeței active și organelor de curățare[Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019]. Depunerile de pe grătare sunt tratate ca și deșeuri și se vor depozita în depozitul de deșeuri urbane al orașului [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

După valoarea dimensiunii fantelor suprafeței active a grătarelor, suprafețe active de separare de tip grătar se clasifică în:

– grătare rare, cu valori uzuale ale fantelor între 40 – 150 mm;

– grătare dese cu valori uzuale ochiurilor între 0,5 – 20 mm.

În cadrul instalațiilor de sitare grătarele rare au preponderent rol de reținere și extragere a impurităților foarte mari din fluxul de apă uzată în scopul protejării bunei funționări a grătarelor dese care de regulă asigură reținerea și extragerea marii majorități a impurităților grosiere din apa uzată. În figura 1.7 este prezentată schema de principiu al unei instalații de sitare prevăzută atât grătare rare 1 cât și cu grătare dese 2.

Fig. 1.7. Schema de principiu al unei instalații de sitare prevăzută cu grătare rare și cu grătare dese [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

După valoarea unghiului de înclinare față de orizontală a suprafeței active de reținere a grătarelor (unghiul α din figura 1.8), se întâlnesc următoarele situații

– unghiul α între 30 – 45° – în cazul grătarelor dese cu curățare manuală;

– unghiul α între 45 – 75° – în cazul grătarelor rare cu curățare manuală;

– unghiul α între 45 – 90° – în cazul grătarelor cu curățare mecanică.

Fig.1.8. Înclinarea față de orizontală a suprafețelor active de reținere a grătarelor[Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

În principiu, în stațiile de epurare a apelor uzate toate obiectele tehnologice constituențe trebuie să fie prevăzute în cantitate dublă (un anumit număr de obiecte active și tot atâtea de rezervă) și că toate obiectele tehnologice succesive să poată fi conectate între ele și să poată fi izolate prin intermediul unor stavile (batardouri) în scopul efectuării unor intervenții fără oprirea fluxului de apă uzatî supusă tratamentului (în figură se observă că instalația de sitare este prevăzută cu două grătare, unul activ și unul de rezervă și că fiecare grătar poate fi izolat prin intermediul stavilelor sau batardourilor amonte 1 și a stavilelor sau batardourilor aval 2).

După modul de curățare a suprafeței active a grătarelor acestea se pot clasifica în:

– grătare cu curățare manuală;

– grătare cu curățare mecanică.

Curățarea mecanică a suprafeței active de separare a grătarelor, pe lângă faptul că asigură condiții corespunzătoare de curgere a fluxului de apă uzată prin instalații de sitare, evită formarea de depozite de gunoaie cu mirosuri neplăcute. Mai mult, prin asigurarea unei curățări mecanice a suprafețelor active de separare a grătarelor se creează posibilitatea automatizării procesului de lucru al instalațiilor de sitare, mecanismele de sitare având o funcționare intermitentă comandată de valoarea pierderii de sarcină pe grătar, prin aceasta realizându-se economie de forță umană de muncă. În figura 1.9. este prezentată schema de principiu a unui grătar cu curățare mecanică, suprafața activă 1 a grătarului fiind raclată de un sistem de greble (piepteni) care agăță și antrenează impuritățile reținute către un jgheab de evacuare 3 [***Epurarea mecanică a apelor uzate menajere, Capitolul 6].

Fig. 1.9. Schema de principiu a unui grătar cu curățare mecanică[Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

După forma suprafeței active a grătarelor acestea se pot clasifica în:

– grătare plane cu suprafața activă netedă;

– grătare curbe cu suprafața activă netedă;

– grătare cilindrice cu suprafața activă netedă;

– grătare plane cu suprafața activă profilată;

– grătare cilindrice cu suprafața activă profilată.

După mișcările suprafeței active și organelor de curățare, grătarele se pot clasifica în:.

– grătare cu suprafața activă fixă;

– grătare cu suprafața activă mobilă;

– grătare cu organe de curățare a suprafeței active fixe;

– grătare cu organe de curățare a suprafeței active mobile [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Instalații de sitare prevăzute cu suprafețe active de reținere de tip site

Sitele sunt utilizate pentru reținerea suspensiilor de dimensiuni mijlocii și se caracterizează prin mărimea ochiului sitei ce depinde de dimensiunea suspensiilor ce doresc a fi reținute. De regulă sunt realizate din plase de sârmă din oțel inoxidabil sau cupru, dar pot fi și site din tablă găurită [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

Instalațiile de sitare prevăzute cu suprafețe active de reținere de tip site sunt mult mai rar întâlnite în practica epurării apelor uzate. În continuare vor fi prezentate totuși câteva cazuri particulare de instalații de sitare care au fost dezvoltate în scopul utilizării la epurarea unor anumite categorii de ape uzate și anume: instalația cu sită conică rotativă, instalația cu sită vibratoare și instalația cu site de tip Coandă.

Instalația cu sită conică rotativă este constituită (vezi figura 1.10) din toba cilindrică 5, prevăzută cu suprafață filtrantă din pânză, care este acționată în mișcare de rotație de către motorul electric 8, transmisia cu curele 7 și cuplajul 6. Înfluentul 1, constituit dintr-o suspensie bifazică este proiectat prin pompare în interiorul tamburului conic, faza lichidă trecând prin pânza filtrantă a tamburului fiind colectată și evacuată prin jgheabul de evacuare 2, în timp de impuritățile solide care rămân pe suprafața interioară a pânzei filtrante a tamburului sunt evacuate în jgheabul de colectare 3 [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Fig 1.10 Schema de principiu a sitei conice rotative[Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Instalația cu sită vibratoare este constituită (vezi figura 1.11) dintr-un tambur cilindric vertical în interiorul căruia se găsește suprafața de separare 5 de tip trețea cu ochiuri, care este antrenat în mișcare oscilatorie circulară prin intermediul mecanismului cu excentric 4. Influentul 1 (suspensie apoasă) este proiectat pe suprafața de separare, faza lichidă trecând prin rețeaua de ochiuri și fiind evacuată prin jgheabul 2, în timp de particulele solide reținute pe suprafața de separare sunt îndepăratte prin jgheabul 3 datorită vibrațiilor.

Fig 1.11. Schema de principiu a sitei vibratoare[Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Instalația cu site de tip Coandă (vezi figura 1.12) care sunt compuse din mai multe panouri 3 formate din bare orizontale cu profil special care formează interspații (fante) cu dimensiuni în gama 0,125 – 2,5 mm, dispuse la înclinații diferite față de orizontală, din ce în ce mai mici pe cadrul 1. Principiul pe care se bazează funcționare sitei este efectul de alipire a unui jet de lichid la profilul de-alungul căruia se face curgere denumit efect Coandă, după numele savantului care l-a descoperit. Influentul de suspensie apoasă de particule solide, care este introdus prin pompare în instalație prin conducta 2 astfel încât la intrarea la partea superioară a panourilor să aibă o viteză de 1,2-1,4 m/s, va curge de-a lungul panourilor, căpătând accelerație din cauza înclinării acestora. Apa se separă de particulele solide prin alipirea la profilul barelor panourilor, particulele solide continuându-și curgerea de-alungul panourilor. Pe panoul inferior materiile solide își încetinesc cursul datorită micșorării înclinației față de orizontală și se scurg prin jgheabul de evacuare 5. Apa separată prin fantele panourilor este evacuată din instalație sub forma efluentului clarificat 4 [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Fig 1.12 Schema de principiu a sitei de tip Coandă[Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

1.4.2. Deznisipatoare

Deznisipatoarele sunt bazinele ce au rolul de a reține suspensiile granulare (nisipul, praful, pietrele, cenușa, și alte materiale minerale grele numite cu un termen generic „nisip”). Prin existența acestei trepte de tratare, numită deznisipare, înaintea decantării se asigură:

− împiedicarea acțiunii abrazive asupra utilajului mecanic, în special a instalațiilor

de pompare;

− reducerea pericolului de înfundare a unor instalații din stația de epurare prin

micșorarea acumulărilor de materiale consistente;

− eliminarea selectivă a suspensiilor inerte, excluzându-se suspensiile putrescibile;

− simplificarea evacuării și transportului nămolului primar.

Principala deosebire dintre deznisipatoare și decantoare o constituie viteza de curgere a apei, respectiv timpul de staționare a apei în decantor. Deznisipatoarele constau din bazine înguste, prevăzute uneori cu agitare (cu aer sau hidraulică) pentru a împiedica înglobarea în sedimente a suspensiilor organice. În general bazinele sunt compartimentate, pentru a face față variațiilor de debit [Rojanschi V, Ognean Th.,Cartea operatorului din stații de epurare a apelor uzate, Editura Tehnică, București, 1997].

Instalațiile de deznisipare cele mai frecvent întâlnite în stațiile de epurare a apelor uzate urbane sunt deznisipatoarele propriu-zise orizontale longitudinale, cu curgere laminară (gravitațională sau forțată) și cu evacuare mecanică sau hidraulică a nisipului sedimentat care se construiesc în două variante reprezentative și anume: deznisipatoare longitudinale cu secțiune parabolică și deznisipatoare longitudinale cu secțiune dreptunghiulară.

Deznisipatorele longitudinale cu secțiune parabolică cuplate cu canale Parshall cu evacuare mecanică/hidraulică a nisipului sunt compuse din următoarele subansambluri principale (vezi figura 1.13): compartimentele de deznisipare (poziția I), canalele Parshall (poziția II), podul rulant de colectare a nisipului (poziția III), sistemul de evacuare și spălare a nisipului (poziția IV) și jgheaburile drenante longitudinale pentru deshidratarea nisipului (poziția V).

Canalele Parshall care lucrează în agregat cu compartimentele de deznisipare, sunt canale cu secțiune dreptunghiulară prevăzute cu o îngustare (fantă) dreptunghiulară având radierul orizontal sau coborât (cu treaptă). Atâta timp cât curgerea apei prin canalul Parshall se face cu salt hidraulic neînecat, debitul de intrare în canal (același cu debitul din deznisipator) poate fi determinat prin măsurarea unui singur parametru, și anume nivelul apei din amontele îngustării, scop în care în această zonă este prevăzut căminul 4 în care se fac măsurătorile.

Podul rulant de colectare a nisipului este compus din platforma 5, sistemul de rulare 6, sistemul de antrenare 7 care asigură deplasarea podului rulant și după caz, cu lopețile racloare 8 dotate cu mecanismele de poziționare 9, la sistemele de colectare mecanică a nisipului sau cu agregate de pompare sau cu instalații cu sifoane, la sistemele de colectare hidraulică a nisipului (în acest din urmă caz, amestecul de nisip și apă este preluat din rigola de colectare a deznisipatorului prin intermediul unor conducte de absorbție prevăzute cu sorburi și apoi evacuat în lungul jgheabului drenant longitudinal adiacent deznisipatorului prin conductele de evacuare fixate pe podul rulant). Un pod rulant poate deservi simultan unul sau mai multe compartimente de deznisipare. Dacă podul rulant deservește concomitent mai multe compartimente de deznisipare, atunci acesta este prevăzut cu organe de colectare/colectare – evacuare a nisipului pentru fiecare compartiment în parte, poziționate corespunzător și care pot fi comandate independent [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Sistemul de evacuare și spălare a nisipului, care echipează deznisipatoarele cu colectare mecanică a nisipului, preiau hidraulic nisipul colectat în bașele din amontele compartimentelor de deznisipare prin intermediul unor agregate de pompare 10 și îl introduc în instalația de spălare 11, unde acesta este curățat de particulele și impuritățile fine de natură organică, după care este evacuat prin intermediul unui sistem de conducte 12 în jgheabul drenant longitudinal amplasat paralel cu compartimentele de deznisipare, în vederea deshidratării.

Fig. 1.13. Deznisipator longitudinal cu secțiune parabolică cuplat cu canal Parshall[Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Deznisipatoarele longitudinale cu secțiune dreptunghiulară cuplate cu deversoare proporționale cu evacuare mecanică/ hidraulică sunt compuse din următoarele subansambluri principale (vezi figura 1.14): compartimentele de deznisipare (poziția I), deversorul proporțional (poziția II), podul rulant de colectare a nisipului (poziția III), sistemul de evacuare și spălare a nisipului (poziția IV) și jgheabul drenant longitudinal pentru deshidratarea nisipului (poziția V).

Compartimentele de deznisipare 1 sunt construite din beton armat și au, în secțiune transversală, formă dreptunghiulară. În cazul în care deznisipatorul este prevăzut cu sistem de colectare mecanică a nisipului, în partea dinspre amonte a compartimentelor de deznisipare sunt prevăzute bașele 2.

Deversorul proporțional este de forma unui ecran 3 în care este prevăzută o decupare cu un contur de o formă specială.

Podul rulant de colectare a nisipului 4 este compus din platforma 5, sistemul de rulare 6, sistemul de propulsie 7 care asigură deplasarea podului rulant și, după caz, cu sistemul 8 de colectare mecanică cu lamă racloare a nisipului sau cu sisteme hidraulice de colectare – evacuare a nisipului (prin pompare sau prin sifonare) care la deplasarea podului rulant îl absorb de pe radierul deznisipatorului și îl transportă și evacuează hidraulic în jgheabul drenant de deshidratare a nisipului plasat adiacent deznisipatorului.

În cazul în care compartimentele de deznisipare sunt dotate cu sisteme de colectare mecanică, nisipul este strâns în bașele din amontele compartimentelor de unde este evacuat prin pompare prin intermediul unor pompe 9 aflate în cămine adiacente bașelor și evacuat prin sistemele de conducte 10 în jgheaburile de deshidratare 11. În anumite cazuri sunt prevăzute și instalații de spălare 12 în care, înainte de evacuarea în jgheaburile de deshidratare, nisipul este spălat în scopul îndepărtării particulelor de natură organică mediu [Grigore V, Szöcs A. M., Crăciun M, Dezvoltarea instalațiilor compacte de epurare a apelor uzate în contextual managementului durabil al resurselor naturale].

Fig. 1.14. Deznisipator longitudinal cu secțiune dreptunghiulară cuplat cu deversor proporțional[Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Decantoare primare

Decantoarele primare au rolul de reține particulele mici cu dimensiuni mai mici de 0,2 mm și care nu au fost reținute de deznisipatoare. Aceste particule se găsesc sub forma unor flocoane sau stau în suspensie în apă întrucât, au o densitate mult apropiata de densitatea apei. Este important să fie reținute aceste particule din apele uzate pentru a permite ca procesul de epurare biologică ce urmează procesului de decantare primară, să poată fi mult mai performant [Călin L., Jădăneanț M., Jădăneanț Al., Considerații privind epurarea apelor uzate provenite din industria berii, în bazinul Bega-Timiș].

Pentru o bună funcționare a procesului de decantare este foarte important ca apa să intre și să fie evacută cât mai lin și mai uniform. Modul de distribuție și respectiv de deplasare a apei în decantor trebuie să se realizeze în tot volumul apei din decantor. De aceea intrarea apei în decantoare se face prin intermediul unor camere distribuitoare de apă, prevăzute cu vane de reglare a debitelor, iar evacuarea apei se face printr-un sistem de deversoare și rigole de colectare. Important de reținut este faptul că existența vântului, mai ales în cazul decantoarelor de mari dimensiuni și fără paravane de vânt duce la scăderea eficienței decantorului [***Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile].

Decantoarele primare orizontale sunt cele mai frecvent întâlnite tipuri de decantoare în practică, și sunt de regulă construcții din beton armat care ocupă de obicei o mare parte, dacă nu cea mai mare parte a suprafeței utile a stațiilor de epurare urbane. Decantoarele orizontale au fost dezvoltate în două variante, similare ca răspândire, și anume: decantoare primare longitudinale și decantoare primare radiale [Safta V.V., “Tendințe actuale în construcția decatoarelor pentru apele uzate”, Universitatea Politehnica din București, 2019].

Decantoarele primare longitudinale (vezi figura 1.15) sunt canale, de regulă cu secțiune dreptunghiulară , la care curentul de apă uzată brută intră pe la un capăt, pe durata parcurgerii lungimii canalului suspensiile din curentul de apă uzată se sedimentează pe radierul canalului, la celălalt capăt curentul de apă limpezită (clarificată) este captat prin deversare într-o rigolă situată la oglinda apei, de unde este evacuată din instalație.

Fig. 1.15. Decantor primar longitudinal cu pod rulant raclor

1.Separator de materii plutitoare 2.Compartimentul decantorului 3.Pod rulant 4. Sistemul de acționare a podului rulant 5.Lamă de raclare 6.Lamă de dirijare a spumei 7.Rigolă de colectare a apei clarificate 8.Bașă de colectare a nămolului raclat 9.Pompă de evacuare a nămolului colectat [Safta V.V., “Tendințe actuale în construcția decatoarelor pentru apele uzate”, Universitatea Politehnica din București, 2019].

Decantoarele primare radiale (vezi figura 1.16.) sunt construcții cu formă circulară în plan, la care curentul de apă uzată brută intră prin centru, se deplasează radial pe toate direcțiile, pe durata deplasării apei suspensiile din curentul de apă uzată se sedimentează pe radierul bazinului, apa limpezită (clarificată) fiind captată prin deversare într-o rigolă periferică situată la oglinda apei, de unde este evacuată din instalație [Safta V.V., “Tendințe actuale în construcția decatoarelor pentru apele uzate”, Universitatea Politehnica din București, 2019].

Fig. 1.16. Decantor primar radial [Safta V.V., “Tendințe actuale în construcția decatoarelor pentru apele uzate”, Universitatea Politehnica din București, 2019].

Decantoarele primare verticale sunt mai rar întâlnite în practică. La acest tip de decantor (vezi figura 1.17) fluxul de apă uzată intră pe la partea inferioară a bazinului și se deplasează către partea superioară a acestuia. În timpul deplasării suspensiile di apa uzată se decantează și se sedimentează pe radierul bazinului. La partea superioară a bazinului apa clarificată este colectatătă prin deversare peste peretele bazinului și evacuată.

Fig. 1.17. Decantor primar vertical

1.Cameră de admisie a apei 2.Pâlnie pentru colectarea spumei 3.Perete semi-înecat

4. Deversor triunghiular 5.Rigolă pentru colectarea apei clarificate 6.Conductă de evacuare a apei decantate

7.Bașă de colectare a nămolului 8.Deflector [Safta V.V., “Tendințe actuale în construcția decatoarelor pentru apele uzate”, Universitatea Politehnica din București, 2019].

Separatoarele de grăsimi

Separatoarele de grăsimi sunt obiecte tehnologice ale stațiilor de epurare a apelor uzate în care sunt separate prin flotație materiile grase floculate sau emulsionate din apa supusă tratamentului etc [***Procedee și echipamente de prelucrare a apelor, suport de curs].

Acestea au ca scop îndepărtarea din apele uzate a uleiurilor, grăsimilor și, în general, a tuturor substanțelor mai ușoare decât apa, care se ridică la suprafața acesteia, în zonele liniștite și cu viteze orizontale mai mici decât ale apei. Separatoarele de grăsimi sunt amplasate după denisipatoare sau după grătare, dacă din schemă lipsește deznisipatorul.

Flotația este folosită drept treaptă suplimentară de epurare înaintea epurării biologice. Pentru epurarea apelor uzate industriale, flotația este utilizată în numeroase cazuri, de exemplu, pentru apele provenite din industria petrolieră, minieră, alimentară, în special când apele uzate industriale trebuie să fie tratate biologic, fie separat, fie împreună cu apele uzate orășenești [Panaitescu M., Tehnici de epurare ape uzate – Îndrumar de proiectare stație de epurare, Editura Nautica, 2011].

Tipurile de separatoare de grăsimi cel mai frecvent întâlnite în stațiile de epurare a apelor uzate pot fi clasificate după modul de generare a bulelor de gaz în: separatoare de grăsimi cu aer insuflat și separatoare de grăsimi cu aer dizolvat.

Separatoarele de grăsimi cu aer insuflat sunt instalațiile de separarea materiilor grase din apele uzate utilizate în stațiile de epurare mecano-biologice clasice. În figura 1.18 este prezentat un separator de grăsimi cu insuflare de aer la joasă presiune (0,5 – 0,7 atm) [Safta V.V., “Flotația cu aer dizolvat”, Universitatea Politehnica din București, 2019].

Fig. 1.18. Separator de grăsimi cu insuflare de aer la joasă presiune (0,5 – 0,7 atm) [Safta V.V., “Flotația cu aer dizolvat”, Universitatea Politehnica din București, 2019].

Separatoarele de grăsimi cu aer dizolvat sunt instalații moderne și eficiente de separare a materiilor grase din apele uzate care funcționează pe principiul flotației cu aer dizolvat, care în ultima perioadă sunt tot mai răspândite și există o tendință evidentă că se vor impune din ce în ce mai mult în practică.

Flotația cu aer dizolvat (notată pe scurt DAF) este un tratament care se aplică apelor uzate (sau altor categorii de ape) în scopul eliminării suspensiilor solide greu separabile sau neseparabile în mod natural prin decantare, cum ar fi de exemplu grăsimile, uleiurile sau alte tipuri de impurități cu densitatea comparabilă sau mai mică decât a apei și cu structură floculoasă sau emulsionate.

Prin procedeul DAF, procesul de separare a acestor categorii de impurități din apa brută supusă tratamentului (vezi schema de principiu din din figura 1.19), are loc într-un bazin în care se introduce un amestec de apă și aer dizolvat, preparat într-o celulă de presurizare prin injectarea de aer comprimat într-un curent de apă curată (în majoritatea cazurilor curentul de apă se obține prin recircularea unei părți din efluentul instalației). În momentul în care amestecul de apă și aer dizolvat ajunge masa de apă brută din bazinul de flotație, aflată în condiții de presiune normale (adică sub acțiunea presiunii atmosferice), aerul dizolvat se degajă sub formă de bule fine care se ridică la suprafața [Safta V.V., “Flotația cu aer dizolvat”, Universitatea Politehnica din București, 2019].

Dacă în timpul deplasării lor, bulele de aer interacționează și aderă la impurități din categoriile menționate, se formează agregate bule – particule, care datorită densității mai micii decât a apei, se deplasează de asemenea câtre suprafața apei unde formează un strat spumă.

Stratul de spumă este îndepărtat de la suprafața apei prin diferite procedee. De menționat că la amestecul influentului cu apa presurizată, procesul de formare a bulelor de aer are o turbulență relativ redusă care crează în bazinul de flotație bune condiții și pentru depunerea suspensiilor decantabile și ca urmare, frecvent bazinele DAF sunt prevăzute cu sisteme de antrenare și evacuare a nămolului decantat [Safta V.V., Note de curs „Sisteme pentru depoluare”, Universitatea Politehnica din București,2019].

Fig. 1.19. Schema de principiu a unui separator de grăsimi cu aer dizolvat (DAF)

i.Influent r.recirculare e.Efluent

1. Bazin de flotație-decantare 2.Cămin de evacuare 3.Pompă de recirculare 4.Capsulă de presurizare

5. Valvă de destindere 6.Compresor [Safta V.V., “Flotația cu aer dizolvat”, Universitatea Politehnica din București, 2019].

Instalație de sitare cu grătar fix pentru epurarea apelor uzate urbane

Pe plan mondial, tendințele actuale impun ca instalațiile de sitare a apelor uzate să fie agregate complexe, mecanizate, și în cele mai multe cazuri, cu funcționare automatizată (care nu necesită deloc sau necesită o cantitate redusă de forță de muncă umană) și care, pe lângă separarea și reținerea impurităților grosiere, realizează și spălarea, (uneori mărunțirea), deshidratarea, compactarea și evacuarea reținerilor în pubele sau containere, prezentând procese de lucru sigure și deosebit de igienice [Safta V.V., “Tendințe actuale în construcția instalațiilor de sitare din cadrul stațiilor de epurare a apelor uzate”, Universitatea Politehnica din București, 2019].

Pentru treapta mecanică de epurare, atât la intrarea în stația de epurare, cât și în alte zone de tratare, cum ar fi de exemplu la prepararea apei de proces, prima treaptă necesară este curățirea. Materialul perturbant va fi înlăturat, pentru a degreva următoarele trepte de perturbări provocate de impurități. Materialul plutitor în suspensie și decantat va fi reținut în funcție de dimensiunea spațiului și încărcat într-un container în stare cât mai uscată. La stațiile de epurare comunale, se recomandă o spălare suplimentară a materialului reținut, pentru a retrimite părțile organice solubile în treapta de epurare biologică [***Huber-Edelstahl, ROTAMAT – Grătar fin automat din oțel inoxidabil Ro1].

Instalațiile de sitare Huber-Edelstahl (Germania) echipate cu grătare cilindrice sunt destinate stațiilor de epurare a apelor uzate urbane, construite în modelul Ro1 (vezi figura 1.20) la care grătarul cilindric este fix, iar curățarea se face cu o greblă rotativă [Safta V.V., “Tendințe actuale în construcția instalațiilor de sitare din cadrul stațiilor de epurare a apelor uzate”, Universitatea Politehnica din București, 2019].

Fig. 1.20. Instalație de sitare Ro1 [Safta V.V., “Tendințe actuale în construcția instalațiilor de sitare din cadrul stațiilor de epurare a apelor uzate”, Universitatea Politehnica din București, 2019]

Grătarul ROTAMAT Ro1 funcționează pe baza unui sistem brevetat, unic, care este aplicat deja în întreaga lume. În funcție de dimensiunea spațiului (6 sau 10 mm) și dimensiunea grătarului (dimensiunile diametrale ale grătarelor cilindrice pot fi de la 600 mm până la 3000 mm) se pot realiza debite până la cca 3000 l/s (10800 m3/h) pe instalație. Grătarul poate fi montat atât în canal, cât și în rezervor, cu posibilitate de combinare, economisind spațiu prin realizarea funcțiilor de spălare, separare, extracție și dezhidratare într-un singur sistem. Utilajul este executat complet din oțel inoxidabil. Datorită principiului său unic, are o capacitate mare de separare la același debit maxim.

Apa uzată tranzitează prin partea frontală deschisă a grătarului, apoi trece printre spații, intrând din nou în canal. Impuritățile sunt reținute de spațiile grătarului. Datorită acestui lucru, se realizează o filtrare suplimentară. Pentru curățarea grătarului de materialul reținut, în interiorul tamburului grătarului, pe axul central, este montat un pieptăn rotative. Dinții acestuia trec prin rosturile grătarului și îl ridica în poziție verticală, de unde acesta cade în jgheabul colector al melcului extractor dispus în centrul tamburului. Din jgheabul colector, materialul este evacuat prin mișcarea rotativă a melcului extractor. Pentru o curățare completă, când pieptănul revine în poziția superioară, dinții acestuia vor fi curățați de un curățitor suplimentar dispus la cca 15ș de axa verticală. În timpul fazei de extracție, materialul reținut este compactat, spălat și dezhidratat, ajungând la un conținut de substanță uscată solidă de 40% [***Huber-Edelstahl, ROTAMAT – Grătar fin automat din oțel inoxidabil Ro1].

Fig. 1.21. Schema de principiu a instalație de sitare Ro1 [Safta V.V., “Tendințe actuale în construcția instalațiilor de sitare din cadrul stațiilor de epurare a apelor uzate”, Universitatea Politehnica din București, 2019]

Avantajele instalației de sitare cu grătar cilindric fix sunt următoarele:

Capacitate bună de separare

Prin schimbarea direcției apei în coșul de captare, sunt reținute materiile fibroase și părțile cu forme alungite mult mai bine decât la grătarul dreptunghiular cu bare.

Pierderi hidraulice reduse

Datorită tamburului, se oferă o suprafață de filtrare mai bună pentru epurare comparative cu sistemele de grătare înclinate.

Execuție completă din oțel inoxidabil

Instalația este executată complet din oțel inoxidabil, nefiind necesare lucrări de întreținere împotriva coroziunii.

Curățare forțată

Prin grebla grătarului aflată în mișcare, se curăță 100% suprafața completă a filtrului într-un timp scurt. Aceasta înseamnă că și în cazul existenței fracțiunilor de impurități în cantități mai mari, se asigură curățarea completă a filtrului prin curățare forțată. Se garantează, de asemenea, că materialul reținut rămane în grătar (în fața suprafeței filtrului) asigurandu-se că materialul captat nu va fi extras din apa uzată în timpul procesului de epurare ca eventual să ajungă în apa uzată epurată din spatele grătarului.

Cuplarea funcțiunilor

Instalația realizează mai multe funcții într-un sistem. Acestea presupun extragerea materialului captat, transportarea, spalarea, dezhidratarea și compactarea, economisind astfel spațiu. Prin posibilitatea adaptării unui dispozitiv de încărcare în saci, se poate asigura capsarea împotriva răspândirii mirosurilor neplăcute.

Echipare suplimentară

Grătarul este astfel conceput încât să se poată efectua modificări suplimentare, acestea însemnand adaptarea la noi cerințe. Astfel se poate realiza ulterior încălzirea și spălarea integrată a materialului captat, iar dimensiunea spatiilor grătarelor se mai poate micșora.

Întreținere ușoară

Instalația nu necesită gresare. Întreținerea acesteia constă doar din controale și inspecții periodice regulate [***Huber-Edelstahl, ROTAMAT – Grătar fin automat din oțel inoxidabil Ro1].