Strategii Durabile de Epurare a Apelor Uzate Provenite din Industria Alimentara

CUPRINS

INTRODUCERE

“În condițiile actuale ale dezvoltării industriale, când au fost cuprinse practic toate sectoarele activitățiilor economice și chiar cele sociale, cele care pot aduce numeroase prejudicii mediului ambiant trebuie să fie abandonate chiar dacă sunt eficiente la nivel individual, dar nocive la nivel global. Dezvoltarea industrială din ultimele decenii, la nivel mondial, a dus la creșterea încărcării apelor uzate cu substanțe poluante greu de reținut prin tehnologiile clasice.

România a fost declarată de Uniunea Europeană drept zonă sensibilă motiv pentru care se impune asigurarea unui grad avansat de epurare a apelor reziduale, atât pentru cele menajere cât și pentru cele industriale.

Strategia României de aderare la Uniunea Europeană implică necesitatea rezolvării problemelor de protejare a mediului prin modernizarea tehnologiilor existente, prin realizarea și punerea în funcțiune a unor instalații noi, performante și prin oferirea unor servicii adaptate exigențelor normelor de mediu.

Reîntoarcerea umanității de la stadiul ultramecanizat și tehnicizat la o civilizație care conștientizează rolul vital al naturii face ca în toate domeniile soluțiile care integrează și protejează mediul să fie apreciate și considerate de avangardă. Problemele legate de mediul înconjurător sunt un factor esențial într-un climat foarte competitiv al industriilor din ziua de azi.

Revenind cu precădere la protecția calității apei, trebuie menționat că aceasta a constituit și constituie o problemă de interes național și internațional. Prin reglementările în domeniu se arată faptul că în receptorii naturali este interzisă deversarea oricăror tipuri de ape uzate fără o prealabilă epurare care să o facă compatibilă calitativ cu receptorul” (Pantea E.V., 2010).

Pentru epurarea apelor uzate se urmărește parcurgerea unor etape pe două linii:

Linia apei în care are loc reținerea substanțelor poluante din apele uzate;

Linia nămolului în care are loc prelucrarea substanțelor reținute din ape uzate, sub formă de nămoluri.

Perfecționarea procedeelor, reutilizarea produselor secundare sau a efluenților sunt doar câteva acțiuni posibile înspre realizarea și implementarea unei strategii eco-eficiente.

Totodată un punct crucial al acestei strategii trebuie să fie abilitatea de a apăra ecosistemele naturale de consecințele negative ale apelor reziduale poluate și netratate corespunzător normelor legislative aflate în vigoare.

În acest scop trebuie analizată problema în așa fel încât să se realizeze un sistem de epurare a apelor reziduale ce maximalizează eficiența reducerii poluanților, în timp ce

minimalizează investițiile și costurile de operare. Managementul apelor reziduale și a deșeurilor rezultate în urma fluxului tehnologic a devenit un important factor economic și o problemă de prim-plan în exploatarea fabricilor din industria alimentară. Ca urmare, numărul stațiilor de epurare este în continuă creștere numerică, punându-se accent și pe utilizarea unor tehnologii din ce în ce mai complexe din punct de vedere tehnic.

Fiecare fabrică încearcă să țină sub control costurile legate de depozitarea deșeurilor rezultate precum și costurile de tratare al apei reziduale, în timp ce autoritățile și legislația încearcă să impună standarde și parametrii ai efluenților tot mai exigente astfel încât să reducă pe cât posibil poluarea apelor de suprafață. În acest climat legislativ reducerea consumului de apă nu mai este un simplu parametru economic, ci și un criteriu important în deosebirea performanțelor dintre diferite fabrici.

Cerințe minime de calitate pentru apele uzate

Aceste limite de concentrație al poluanților în apele reziduale trebuie să se conformeze cu legislațiile locale (în cadrul Uniunii Europene). Este un lucru evident că atunci când apele reziduale se deversează într-un sistem de canalizare urban, tratarea acesteia urmând să se facă de către stația municipală, cerințele sunt minime și se poate efectua doar o prelucrare mecanică.

În cazul în care se deversează apa reziduală într-un sistem acvatic deschis (mare, lac, curs de apă), controlul calității acesteia este monitorizat mult mai stringent, fiind necesară adoptarea și a unei tratări biologice pe lângă treapta mecanică.

Reducerea poluanților organici din apele reziduale este importantă deoarece trebuie evitată instaurarea condițiilor anaerobe în ecosistemul care primește apa reziduală.

De asemenea, trebuie redusă cantitatea de nutrienți, precum fosforul sau azotul, deoarece aceste substanțe în exces duc la eutrofizarea acestora (înflorirea apelor), distrugând evident ecosistemele acvatice preexistente poluării.

Procedeele de epurare avansată se bazează pe degradarea substanțelor organice foarte complexe, construite cu un însemnat consum de energie în toate etapele lanțului trofic de către organismele vii care constituie acest lanț..

În țara noastră, apa uzată deversată în emisari trebuie să respecte limitele reglementate prin NTPA 001/2005, conform tabelului 1.1.

Tabelul 1.1. Limitele de evacuare a apelor uzate conform NTPA 001/2005

Necesitatea și oportunitatea studiului

Una din caracteristicile majore ale lumii contemporane o constituie căutarea de noi soluții în toate domeniile de activitate printre care producția de bunuri alimentare și asigurarea unei vieți echilibrate a populației ocupă un loc important. Necesitatea noilor soluții se impune, pe de o parte datorită degradării avansate a mediului ambiant ca urmare a aplicării unor metode necorespunzătoare de exploatare a naturii și de dirijare a proceselor de producție și pe de altă parte, datorită epuizării unor resurse de materii prime și de energie pe care omenirea le-a considerat până la un moment dat ca fiind inepuizabile.

Industria alimentară este o industrie care prelucrează o cantitate însemnată și o mare varietate de compuși organici naturali, de existența și de modul ei de funcționare depinde în mare măsură bunăstarea și starea de alimentație a populației. Resursele folosite de industria alimentară sunt în general regenerabile.

După ce dezvoltarea științifică și tehnică din ultimele două secole a creat condițiile ridicării calității vieții materiale a oamenilor, lumea contemporană se confruntă cu noi probleme majore legate de gospodărirea resurselor și de protecția mediului.

Astfel consumul ridicat de apă, impurificarea acestora cu o cantitate mare de poluanți a avut efecte negative asupra mediului înconjurător, efecte care necontrolate în timp ar produce un dezechilibru natural cu un impact deosebit asupra vieții.

De aceea atenția multor state se îndreaptă înspre gestionarea cât mai riguroasă a apelor uzate, a tehnologiilor de epurare a acestora, precum și pe posibilitatea valorificării potențialului organic de care dispun, ca o sursă potențială de energie neconvențională.

Procedeele de epurare a apelor reziduale provenite de la unitățile industriei alimentare se bazează pe degradarea substanțelor organice de foarte mare complexitate, prin valorificarea potențialului energetic sub formă de biogaz și diminuarea factorilor poluatori din aceste ape sub limitele admise de reglementările tehnice la evacuarea în emisarii naturali.

Presiunea asupra factorilor de mediu și în același timp asupra resurselor, în condițiile unei dezvoltări durabile, se poate reduce prin reutilizarea potențialului energetic de care dispun unele din materialele care în prezent se evacuează în mediu ca poluanți.

Recuperarea sau revalorificarea unor componente valoroase din apele uzate poate avea avantaje economice deosebite. Un exemplu în acest sens îl constituie utilizarea procedeelor biologice anaerobe în epurarea apelor uzate din industria alimentară.

O astfel de tehnologie este recomandată în cazul apelor reziduale cu încărcare organică mare și cu temperaturi cuprinse între 25 – 60oC.

Obiectivele cercetării

Prezenta lucrare intitulată “Strategii durabile de epurare a apelor uzate provenite din industria alimentară” pune accentul pe tehnologia cea mai adecvată de îndepărtare a poluanților existenți în apele uzate generate de industria alimentară și își propune identificarea principalelor tehnici și tehnologii pentru obținerea unor performanțe semnificative în ceea ce privește calitatea efluenților, precum și a unor metode de valorificare a încărcării organice a acestora ca sursă de energie regenerabilă.

Grăsimile reziduale (de la abatoare și fabrici de preparate din carne și conserve etc), borhoturile de melasă și de cereale (de la fabricarea alcoolului), apele uzate și reziduurile din industriile: berii, vinului, zahărului, conservelor, morăritului, laptelui etc pot constitui o bază pentru dezvoltarea proceselor biotehnologice de obținere a unor produși utili ca alternativă sustenabilă.

Biodegrabilitatea este un proces cu implicații complexe, ce trebuie evaluat cu atenție, în maniere adecvate, inclusiv din punct de vedere al impactului asupra mediului. Astfel, procesul de biodegradare, în sine, precum și produșii rezultați trebuie să corespundă din punct de vedere economic și ecologic.

Elaborarea tehnologiilor performante de epurare a apelor reziduale din industria alimentară care se bazează tratamentul biologic necesită studii aprofundate vizând procesele și mecanismele care însoțesc acest tip de proces.

CAPITOLUL II. CARACTERISTICILE APELOR REZIDUALE DE LA UNITĂȚILE INDUSTRIEI ALIMENTARE

2.1 Caracteristicile apelor uzate din industria alimentară

Apele reziduale din industria alimentară constau din ape de transport și spălare a materiei prime, ape tehnologice, ape de condens sau de răcire, ape de la spălarea și dezinfecția sălilor de fabricație, a utilajelor și ambalajelor, ape de la instalațiile sanitare. Acestea conțin cantități importante de reziduuri solide compuse din resturi de materie primă, produse finite rebutate, materiale neutilizabile în proces. De asemenea, datorită varietății provenienței și compoziției acestora, apele reziduale se caracterizează printr-o mare fluctuație a proprietăților fizico-chimice și microbiologice [12], [16].

Caracteristicile apelor uzate industriale variază în funcție de ramurile industriale și chiar și în cadrul aceleași industrii, în funcție de fazele procesului de producție. Compoziția apelor uzate stabilește într-o mare măsură tipul de tehnologie de epurare adoptată, tipul și dimensiunea construcțiilor și instalațiilor care o formează. Acestea sunt determinate pe baza unor analize de laborator care pun în evidență caracteristicile fizice, chimice, biologice și bacteriologice ale apelor.

Analizele au ca scop:

furnizarea de informații despre gradul de poluare al apei;

stabilirea eficienței necesare pentru stațiile de epurare;

determinarea tehnologiei de epurare necesare.

Principala caracteristică a apelor din industria alimentară o constituie încărcarea organică și temperaturile ridicate rezultate din procesele tehnologice de fabricație.

\

Principalul efect al deversării apelor uzate asupra apelor receptoare constă în impurificarea cu materie organică degradabilă care implică reducerea conținutului de oxigen dizolvat în apă, îmbogățirea apei cu materii nutritive sub formă minerală sau ca rezultat al mineralizării materiilor organice, ceea ce determină o formă indirectă de poluare și anume eutrofizarea.

Aceasta se manifestă printr-o producție crescută de alge și de alte plante acvatice, cu influență nefastă asupra celorlalte viețuitoare din ape și deteriorarea generală a calității apei [12].

2.1.1 Ape uzate din industria cărnii și a peștelui

Apele uzate din industria cărnii provin de la complexe de creștere agrozootehnice, abatoare și unități de prelucrare a cărnii și subproduselor. La abatoare, succesiunea operațiilor tehnologice este următoarea: înjunghierea și sângerarea pe pardoseala de sacrificare, jupuirea de piele și de blană a vitelor, a vițeilor și a oilor, opărirea porcilor și răzuirea părului, curățarea, spălarea, uscarea și atârnarea pentru răcire, sărarea pieilor și depozitarea până la expedierea lor la tăbăcării sau blănării, separarea diferitelor „căzături", prelucrarea lor în instalații speciale și separarea grăsimilor necomestibile.

Unele surse bibliografice prezintă următoarele cantități de apă necesară în diferite procese, în m3, raportate la 1 tonă de animal viu [14]:

grajduri 0,25 m3

tăiere și jupuire 2,08 m3

prelucrare de subproduse 0,84 m3

spălare intestine 0,76 m3

producere de afumături și conserve 0,91 m3

prelucrare sânge 0,11 m3

conservare piei 0,05 m3

diverse 1,34 – 1,76 m3

Apele provenite de la tăierea și jupuirea animalelor, de la spălarea intestinelor, de la prelucrarea cărnii, a grăsimilor și a pieilor etc., au un conținut foarte ridicat de materii organice în soluție și suspensie, de azot și fosfor, temperatură ridicată de 30-40oC sau chiar mai mult (50-60oC), sunt opalescente datorită materiilor conținute, au tendința de a intra repede în fermentație anaerobă.

Deversarea la temperatura menționată favorizează o foarte rapidă descompunere aerobă, care se realizează cu consum de oxigen. Adesea descompunerea se continuă anaerob și este însoțită de mirosuri foarte neplăcute.

În general, aceste deversări au efecte foarte dăunătoare pentru flora și fauna acvatică a bazinului receptor, favorizând în schimb condiții de dezvoltare a unor bacterii.

Cantitatea de ape uzate variază în limite foarte largi după numărul de animale tăiate, mărimea abatorului sau a combinatului, modul de lucru, gradul de tehnicitate și felul animalelor. Compoziția apelor uzate este asemănătoare cu a apelor menajere, însă sunt mult mai concentrate și conțin aproape numai substanțe organice atât în suspensie cât și în soluție [14].

Câteva din caracteristicile de calitate importante ale apelor uzate de la abatoare care se urmăresc curent, folosind metode analitice standardizate, sunt următoarele;

– pH-ul – este în general neutru, cu valori între 6,5-8,0, cu creșteri până la 12 în perioadele de igienizare cu soluții puternic alcaline;

– Conținutul de materii în suspensie, grosiere, fine și coloidale – este mare, în jur de 800 mg/l în efluentul general cu modificări sensibile de la abator la abator. Materiile în suspensie sunt, majoritatea, de natură organică;

– Conținutul de substanțe organice – este caracterizat prin consumul chimic de oxigen determinat cu permanganat (CCOMn) sau cu bicromat (CCOCr) care are valori mari, în cazul CCOCr de aproximativ 2000 mg/l în efuentul general și prin indicatorul consum biochimic de oxigen (CBO5) care are, de asemenea, o valoare ridicată, în jur de 900 mg/l, ceea ce indică încărcarea cu substanțe organice ușor degradabile;

– Conținutul de cloruri – mult peste nivelul din apa de alimentare se datorește sării folosite în tehnologie și ajunge la aproximativ 300 mg/l în efluentul general, dar în apele de la preparate poate ajunge la 7000 mg/l. Concentrația mare de cloruri are, prin creșterea tăriei ionice, un rol în extracția și prezența proteinelor în apele uzate;

– Azotul – este prezent în concentrații mari fiind un indiciu al prezenței proteinelor în apă. Valoarea medie a concentrației azotului este de aproximativ 100 mg/l, vârfurile de concentrație și concentrațiile în evacuările unor secții sunt mult mai mari;

– Grăsimile – sunt prezente în concentrații care depind de măsura în care se face recuperarea produselor secundare. Concentrația medie în efluentul general este de 350 mg/l, cu valorile maxime întregistrate la secțiile de fierbere și topitorie.

Din punct de vedere microbiologic un conținut mare de microorganisme patogene sunt prezente în efluenții din abatoare. Cercetările efectuate în această direcție au condus la identificarea salmonelelor, bacililor dizenteriei, bacililor tuberculozei, germenilor anaerobi sporulați, leptospirelor, bacilului antraxului, agenți ai tetanosului, colibacililor patogeni, paraziților intestinali, cu ridicat potențial patogen pentru om și animale [16].

În tabelele 2.1.-2.2. sunt redate câteva valori pentru indicatorii de calitate ai apelor uzate de la abatoare, citate în literatură, iar în tabelul 2.3. se găsesc câteva caracteristici ale apelor rezultate în diferite faze de fabricație de la un combinat de prelucrare a cărnii.

Tabelul 2.1. Caracteristici de calitate ale apelor uzate brute de la abatoare

Indicatorii specifici, raportați la unitatea de produs (tonă de carne prelucrată) sunt: debitul mediu specific de ape uzate 18 m3/t, cu variații între 9-40 m3/t, încărcarea organică medie 21 kg/t pentru CBO5, respectiv 41 kg/t pentru CCOCr și încărcarea cu suspensii l8 kg/t.

Caracteristicile medii ale apelor uzate provenite de la diferite tipuri de abatoare sunt prezentate în tabelul 2.2.

Tabelul 2.2 Caracteristicile medii pentru diferite tipuri de apă provenite de la abatoare

Tabelul 2.3. Caracteristici de calitate ai apelor uzate de la diferite faze de fabricație a unui combinat de fabricare a conservelor de carne

Industria de prelucrare a peștelui cuprinde pescăriile, întreprinderile care fabrică conserve, fileuri, marinată și afumături de pește, precum și făină și ulei de pește. Speciile de pește prelucrate sunt foarte variate în funcție de zonele de pescuit.

Apele uzate de la prelucrarea peștelui conțin cantități mari de solzi, materie organică ușor degradabilă, temperaturi ridicate (pentru unele faze tehnologice chiar 95-100oC) precum și cantități mari de cloruri și acid acetic. În aceste ape se remarcă un conținut ridicat de grăsimi a căror deversare trebuie evitată, au reacție puternic acidă, sunt tulburi [13], [16].

Debitele și compoziția apelor uzate evacuate variază între limite largi, în funcție de speciile de pești prelucrați, de gradul de mecanizare și de automatizare a operațiilor de fabricație, de sorturile de conserve etc.

Negulescu prezintă date privind caracteristicile apelor uzate de la o fabrică de conserve de pește cu legume [12].

Tabelul 2.4 Caracteristicile apelor uzate de la fabricarea conservelor de pește cu legume

2.1.2 Ape uzate de la colectarea și industrializarea laptelui

Colectarea și prelucrarea laptelui generează cantități mari de ape uzate cu concentrații apreciabile de materii organice și cu temperaturi de 25 – 60oC. Componenții principali ai laptelui și derivaților lui: grăsimile, proteinele și hidrații de carbon sunt prezenți în proporții foarte variate, în funcție de operația de prelucrare, de procesul tehnologic adoptat.

Tabelul 2.5 Compoziția medie aproximativă a laptelui și a derivatelor lui [16]

De asemenea, conținutul de materii nutritive este foarte ridicat și furnizează baza necesară pentru declanșarea fenomenului de eutrofizare, mai ales, în cazul apelor stagnante sau având cursul lent [10], [16].

Impuritățile din apele uzate constă în cea mai mare parte din componenții laptelui integral sau a derivatelor lui, diluați în proporții variabile, astfel:

produse brute sau prelucrate alterate (înghețate, fermentate etc) care nu sunt valorificate;

produse secundare nevalorificate (zară de unt, lapte smântânit, zer);

scurgeri sau deversări de produse datorate exploatării neatente;

ape de spălare și de clătire a bidoanelor, cisternelor, sticlelor, borcanelor și utilajelor;

ape de spălare a pardoselilor;

ape de condens și condensate de la instalațiile de evaporare în vid;

ape de la răcitoare, instalații frigorifice și cazane de abur.

Volumul apelor uzate și cantitățile de impurități evacuate variază în limite foarte largi de la o întreprindere la alta în funcție de gradul de prelucrare a laptelui, modul de gospodărire a apei și de conducere a proceselor tehnologice. Cel mai mic volum de ape uzate rezultă când prelucrarea se limitează la o simplă răcire, iar cel mai mare, la instalațiile în care se fabrică unt și brânzeturi.

La fabricile de unt și de brânză, volumul apelor uzate este de 1 – 2 ori volumul de lapte prelucrat; aceste ape au un CBO5 cuprins între 1 500 și 3 000 mg/l (cu condiția ca zerul și zara să fie valorificate).

Tabelul 2.6 Indicatorii medii ai poluării pe categorii de unități de industrializare a laptelui

Pentru o întreprindere de colectare și industrializare a laptelui din țara noastră care prelucra zilnic 15 000 1 lapte s-a constatat un consum de apă de 7 – 10 m3 la 1 000 l lapte și o evacuare de impurități organice (CBO5) de 100 – 250 kg/zi.

Date fiind consumurile specifice de apă variabile și valorificarea inegală a produselor secundare, rezultă că efluentul total de ape uzate de la întreprinderile de prelucrare a laptelui prezintă o mare diversitate din punct de vedere a compoziției și de aceea nu se poate vorbi despre caracteristici medii ale acestui efluent, valabile pentru orice întreprindere, în schimb, prezintă interes unele date asupra compoziției apelor uzate formate din diferite operații de prelucrare a laptelui (tabel 2.7) [16].

În afara componenților organici menționați, în apele de la prelucrarea laptelui sunt prezente și elemente nutritive în diferite cantități: 30 mg/l azot, 2-3mg/l fosfor (P2O5) și 3 – 4 mg/l potasiu (K2O).

Tabelul 2.7 Compoziția apelor uzate formate din diferite operații de prelucrare a laptelui

2.1.3 Ape uzate provenite de la fabricarea băuturilor nealcoolice răcoritoare

Băuturile răcoritoare, care sunt în general, fie sucuri de fructe, fie ape saturate cu bioxid de carbon, nu produc ape uzate cu nocivități deosebite. Materiile prime din care se fabrică majoritatea băuturilor răcoritoare sunt: apă, zahăr, bioxid de carbon, acizi, arome, coloranți și săruri.

Cele mai importante operații sunt: curățirea, spălarea și sterilizarea sticlelor; umplerea sticlelor curate cu sirop și apă saturată cu bioxid de carbon.

Apele uzate provin în cea mai mare măsură de la spălarea sticlelor și recipienților de înmagazinare, amestecare și filtrare a siropurilor. Din această cauză apa are un caracter alcalin și o încărcare cu materie organică exprimată printr-un consum biochimic de oxigen de ordinul a 2-3 kg/m3 băutură.

Apele sunt alcaline datorită antrenării de alcalii de la compartimentele de spălare a sticlelor. Efectele dăunătoare ale deversării apelor uzate sunt datorate unor debite mari, deversate la o încărcare organică asemănătoare cu cea a apelor menajere [16].

Este interesant de remarcat că utilizarea etichetelor la sticle mărește mult cantitatea de materii în suspensie în apele uzate. Apele de la compartimentele de prespălare și spălare finală sunt deversate continuu, precum și apele de la descărcările intermitente ale compartimentelor cu soluție alcalină.

În tabelul 2.8 sunt prezentate, caracteristicile apelor uzate, precum și debitele specifice de ape evacuate de la trei fabrici de băuturi răcoritoare: A, B și C.

Tabelul 2.8 Caracteristicile apelor uzate de la fabricarea băuturilor răcoritoare

2.1.4. Ape uzate generate la fabricarea alcoolilor de fermentație

Cantitatea și caracterul apelor uzate formate la fabricarea prin fermentație a produselor alcoolice depinde în foarte mare măsură de felul materiei prime și de produsul fabricat, dar și de tehnologia utilizată. În general, apele uzate au ca efect, la vărsarea în emisar, o rapidă consumare a oxigenului, urmată de fermentare anaerobă acidă cu producere de mirosuri neplăcute și de dezvoltare a ciupercilor [11], [16].

2.1.5. Ape uzate de la fabricarea spirtului și drojdiilor

Cantitatea și caracterul apelor reziduale formate la fabricarea alcoolului etilic de fermentație depinde în mare măsură de felul materiei prime și de tehnologia utilizată.

Efectul pe care aceste ape îl produc asupra receptorului, prin deversare, este o consumare rapidă a oxigenului, urmată de o fermentare anaerobă acidă.

Temperatura amestecului de ape de spălare și răcire evacuate de la secția spirt variază între 26-35oC, iar pH-ul are valori cuprinse între 6,5-6,7. Astfel, aceste ape au un caracter acid (pH 4-5) și conțin în stare dizolvată dextrine, zaharuri, rășini, gume, acizi organici.

Încărcarea organică destul de mare a borhotului rezidual de la distilarea spirtului, temperatura ridicată (92-98oC) produce consumarea oxigenului din emisar, cu degajare de mirosuri neplăcute și dezvoltare de ciuperci [4].

Procesul de obținere a drojdiilor utilizează numeroase materii prime și produc ape uzate diferențiate în funcție de materia primă și tehnologie, dar având unele caracteristici comune. Apele reziduale provenite din diferite faze ale fabricării drojdiei au temperaturi cuprinse în domeniul 15-35oC.

Tabelul 2.9. Caracteristicile apelor reziduale din industria spirtului și drojdiei

2.1.6 Apele reziduale provenite din industria zahărului

În urma fabricării zahărului din sfeclă rezultă mai multe tipuri de ape reziduale caracteristice diferitelor faze ale procesului tehnologic. Cele mai importante din punct de vedere cantitativ și calitativ sunt apele reziduale de la transport și spălare, apele reziduale de la difuzie și presare și apele de condens.

Apele de la transport și spălare au un conținut foarte ridicat de materii în suspensie, ce constă în principal din pământ aderent și din substanțe organice dizolvate provenite de la sfeclă și frunze. Apele de la difuzie și presare sunt bogate în materii organice dizolvate și coloidale și conțin cantități mari de nutrienți.

Tabelul 2.10 Caracteristicile apelor reziduale din industria zahărului

Apele reziduale de condens sau de la purificare ajung calde în cursurile de apă receptoare. Deversarea acestor ape într-un emisar produce înnămolirea acestuia, iar consumul accelerat de oxigen în zona de vărsare, datorită temperaturii ridicate a apelor reziduale, duce la dispariția oxigenului. De asemenea, s-a constatat mortalitatea excesivă a peștilor, produsă în special de efectul toxic al saponinelor rezultate de la difuzie, presare și datorită consumului de oxigen [12].

2.1.7 Ape uzate de la fabricarea berii

Industria berii este un sector tradițional în cadrul industriei agro-alimentare având o valoare economică importantă în cadrul acesteia, producția anuală de bere în anul 2004, atingând 1,34 miliarde hectolitri.

Berea este a cincea cea mai consumată băutură în lume după ceai, băuturi carbogazoase, lapte, respectiv cafea, continuând a fi o băutură populară. Consumul anual în lume este de 23 de litri pe persoană într-un an, România situându- se, în anul 2007, pe locul 11 cu un consum mediu de 73 l/loc.an [3].

În ciuda popularității acestei băuturi, industria berii prezintă o neomogenitate, 50% din producția mondială de bere fiind dată de 10 companii care dețin fabrici peste tot în lume. Aceste companii multinaționale precum Anheuser-Bush sau Interbrew au o producție de peste 100 milioane hectolitri pe când fabricile locale abia ating anual o producție de 1000 hectolitri anual (tabelul 2.11).

În Uniunea Europeană pentru anul 2004 s-au înregistrat în jur de 1800 de fabrici de bere, acestea având aproximativ 110 mii de angajați, producând o cantitate de 344·105 m3, cu un venit estimat de peste 8800·106 € (The Brewers of Europe, 2004).

Cea mai importantă caracteristică a apelor reziduale provenite de la fabricile de bere este varietatea mare de concentrații a substanțelor reziduale precum și volumul de ape reziduale. Această fluctuație este cauzată de alternarea fazelor de producție în cadrul procesului de fabricare precum și de necesarul de apă folosit la faza respectivă, unele având nevoie de cantități importante de apă, iar altele mai puțin: de exemplu, prelucrarea materiilor prime, prepararea mustului de fermentație, filtrarea, îmbutelierea etc.

Tabelul 2.11 Producția mondială de bere -Top 10 producători

În general cantitatea de apă consumată pentru obținerea berii este de 4,7 m3 apă la 1 m3 de bere (Carlsberg 2005), dar important de subliniat este și faptul că rata de producere a apei reziduale este de 1,2-2 m3 apă reziduală la 1 m3 de bere, acest fapt fiind datorat evaporației, precum și pierderii unor cantități însemnate de apă în produsele secundare [7].

Efluenții de la procesele individuale în cadrul fabricii variază mult atât din punct de vedere al concentrației cât și al componenței. De exemplu, spălarea ambalajelor destinate îmbutelierii berii produce o cantitate mare de apă reziduală, dar încărcătura organică a acesteia constituie o parte minoră a totalului de apă reziduală provenită de la fabrică [5].

Efluenții de la fabricile de bere au de obicei un conținut organic ușor biodegradabil fiind constituiți în cea mai mare parte din zahăr, amidon solubil, etanol, acizi grași volatili. Pe lângă aceste reziduuri ușor biodegradabile, apa reziduală conține și reziduuri solide precum resturi de semințe de la cerealele folosite în proces, kiselgur, tescovină, drojdie neutilizată, bucăți rupte de ambalaj (sticlă sau aluminiu), bucăți de carton.

Tabelul 2.15 Caracteristici tipice efluenților din industria berii [12]

2.1.7.1 Formarea apelor reziduale de la fabricile de bere

Malțul este umectat în aparate de îmbibare, apoi este înmuiat cu apă caldă, în vederea obținerii unui extract mai bogat în maltoză și dextrină.

Malțul înmuiat este separat într-un bazin de sedimentare sau cu filtre presă de reziduul în suspensie de la înmuiere și de albumine, celuloze etc. Mustului limpezit i se adaugă apoi, hamei, în cazane de must, se fierbe, pentru a distruge enzimele și a precipita albuminele.

CAPITOLUL III. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND EPURAREA APELOR REZIDUALE PROVENITE DE LA COMPLEXUL INDUSTRIAL SUDRIGIU, BIHOR – STUDIU DE CAZ

3.1. Tehnologia de epurare a apelor reziduale provenite de la complexul industrial Sudrigiu, Bihor

SC. EUROPEAN FOOD SA a construit o fabrică de bere în complexul Sudrigiu, jud. Bihor, România. Apa uzată rezultată este o combinație de ape reziduale de la fabrica de bere, o fabrică de băuturi răcoritoare și o distilerie, condensatul de bere, ape menajere și de alte origini care necesită epurare înainte de deversarea în emisar.

Următorul tabel redă caracteristicile apei uzate generate în urma fluxului tehnologic de pe această platformă industrială.

Tabelul 3.1 Caracteristicile apei uzate

Tabelul 3.1 Caracteristicile apei uzate

Stația de epurare este compusă dintr-un sistem biologic de epurare aerob și un sistem de preepurare anaerob care utilizează un reactor anaerob, UASB.

Tabelul 3.2 Monitorizarea unor parametri la pornirea stației

Pentru deversarea în emisar este nevoie să fie respectată legislația în acest domeniu, adică NTPA 001/2005.

Încărcare organică CCOCr — max. 125 mg/l

Consum biochimic de oxigen CBO5 — max. 25 mg/l

Suspensii — max. 35 mg/l

Azot total — max. 10 mg/l

Fosfor total — max. 1 mg/l

Temperatura — max. 35ºC

pH — 6,5 -8,5

3.1.1 Etapele procesului de epurare a apelor uzate

3.1.1.1 Preepurarea

Apele reziduale din instalațiile productive, curg în pompa T-100 cu un debit mediu de 184 m³/h. Sectorul de preepurare este proiectat astfel încât să poată manevra debite de până la 267 m³/h.

La alimentarea pompei T-100 (T-100 are o alimentare a supradebitului de apă în exces în tancul aerob) este montată o sită: S-101, pentru a îndepărta reziduurile brute, dure, cum ar fi: etichete, capace etc.

Apa reziduală este pompată prin pompele de influent P-101 A/B la o sită S-201, care îndepărtează particulele fine. Apoi, este colectată în rezervorul tampon T-200, unde este monitorizat pH-ul și, la nevoie, corectat, prin adăugarea de sodă proaspătă sau deșeu de sodă (sodă uzată) din scruberul S-301.

Gazele evacuate/ emise sunt extrase de ventilatorul V-102 și trimise spre tancul de aerare T-300. Pompele de alimentare (CT) P-201A/B pompează conținutul tancului T-200 în tancul de condiționare T-300.

3.1.1.2 Epurarea biologică anaerobă

În tancul de condiționare, apei reziduale i se adăugă în mod controlat sol. H3PO4, micronutrienți, FeCl3, antispumant, uree și sodă. Pompele de amestecare P-301 A/B, împreună cu amestecătorul CT M-301, asigură omogenizarea conținutului tancului. Se controleazã pH-ul prin adăugare de sodă. Din tancul T-300 apa este pompată prin pompele de alimentare a reactorului P- 401 A/B spre reactorul UASB, T-400. Biomasa din reactor este sub formă granulară și nu necesită transportor.

Sistemul de distribuție a influentului asigură un contact optim între biomasă și apa reziduală pe întreaga suprafață a reactorului. În reactor, apa uzată este supusă tratamentului biologic anaerob, obținându-se și biogaz. De asemenea, se formează și H2S. Reactorul este prevăzut cu 10 puncte de probă, pentru verificarea înălțimii și compoziției stratului, depunerii de biomasă.

Separatoarele instalate în partea superioară a reactorului, separă biogazul și apa tratată. Biogazul este trimis la epurare. O parte din apa tratată din reactor este amestecată cu conținutul tancului T-300, iar restul este separată și curge gravitațional spre secțiunea aerobă, pentru tratament ulterior.

Pe durata procesului de transformare anaerobă, biomasa va crește; biomasa în exces va fi îndepărtată din reactor cu pompa de biomasă anaerobă T-500. Pompa P-501 se poate folosi pentru pomparea biomasei din T-500 înapoi în reactor, în cazul în care este nevoie de acest lucru.

Biogazul care rezultă din reactor este tratat în scruberul S-301. Acesta este alimentat la partea inferioară a scruberului și adus în contact cu o soluție de sodă în contracurent, pentru îndepărtarea H2S prezent în biogaz. Soluția de sodă este circulată prin scruber cu ajutorul pompei de recirculare P-301.

Soda proaspătă (33%) este furnizată de tancul de sodă T-1100. Soda uzată se trimite sau la tancul intermediar, T-200 sau la tancul selector aerob, T-600. La nevoie, scruberul poate fi ocolit, prin by-pass. În acest caz, biogazul este ars cu flacără deschisă la arzătorul/ flacăra de ardere biogaz, F-301.

3.1.1.3 Epurarea biologică aerobă

Efluentul anaerob din tancul de condiționare T-300 curge în tancul selector T-600. Conținutul tancului selector este aerat cu ventilatorul B-601. Deoarece gazele ventilate conțin H2S, ventilatorul V-601 extrage gazele din tancul selector.

Acest tanc are 4 zone: două zone unde are loc denitrificarea și două zone aerate. Cele patru zone sunt echipate cu aeratoare de suprafață M-701A-D.

Apa reziduală trece prin aceste zone prin “curgere în bloc”, revărsându-se printr-un canal de inundare/ revărsare, în decantorul final T-800.

Epurarea biologică aerobă a apelor reziduale se poate împărți în patru etape:

Descompunerea substanțelor pe bază de carbon, fază în care substanțele organice din apă sunt oxidate cu ajutorul microorganismelor heterotrofe în mediu bogat în oxigen;

Nitrificarea – procesul de oxidare a azotului în prezența bacteriilor autotrofe în nitriți, respectiv nitrați, în mediu aerob;

Nitrificarea este procesul de oxidare a ionului amoniu în nitrit (NO2-), apoi, nitrat (NO3-) cu ajutorul bacteriilor autotrofe și heterotrofe.

În prima fază are loc oxidarea amoniului la nitrit, sub acțiunea bacteriilor autotrofe, aerobe, de tipul Nitrosomonas:

2 NH4+ + 3 O2 → 2 NO2- + 2 H2O + 4 H+

În faza a doua are loc oxidarea nitriților la nitrați, cu ajutorul nitrobacteriilor, de tipul Nitrobacter:

NO2- + O2 → NO3-

Cele două procese pot fi exprimate astfel:

NH4+ + 2 O2 → NO3- + H2O + 2 H+

Denitrificarea, faza în care nitriții și nitrații sunt transformați cu ajutorul bacteriilor heterotrofe în azot gazos.

În procesul de denitrificare, nitratul existent în apă este descompus pe cale biologică, în azot liber, CO2 și H2O, consumând carbon.

Reacțiile de denitrificare sunt:

5 Corg + 4 H+ + 4 NO3- → 5 CO2 + 2 N2 + 2H2O

sursele de carbon sunt constituite din metanol, glucoză, etc., substanțe organice ușor asimilabile de către bacteriile denitrificatoare.

Gazele ventilate din tancul intermediar T-200 și tancul selector T-600 sunt alimentate spre ultima zonă a tancului de aerare T-700, cu 50 cm sub nivelul apei. Acesta asigură ca majoritatea H2S să fie absorbit și degradat.

În decantorul final, sunt reținute reziduurile. Pompele de retur ale reziduurilor P-801 A/B recirculă reziduurile la tancul selector, T-600. Pompa-surplus reziduu, P-802 pompează excesul de reziduu în bazinul de decantare (îngroșător) T-900.

Apa se revarsă spre canalul de scurgere T-1000. Reziduul este pompat cu pompa de reziduu îngroșat/ decantat P-901 (controlat prin frecvență) spre decantorul S-901.

În tancul de dozare polimer, T-1700, soluția de polielectrolit este obținută prin dizolvarea PE lichid sau solid în apă. În funcție de calitatea reziduului aerob trimis spre decantor, o anumită cantitate de PE se adaugă acestuia, prin pompa dozare polimer controlat P-1701, pentru obținerea unor caracteristici de decantare optime.

Nămolul/ reziduul din centrifuga S-901 este colectat într-un container. Apa separată curge spre canalul de drenaj T-1000.

În canalul de drenaj T-1000 sunt colectate:

Drenajul scruberului de biogaz, S-301;

Excesul de la îngroșător;

Apa separată la decantorul, S-901;

Drenajul de la unitatea de dozare polimer, T-1700;

Soluția de sodă (33%) este depozitată în tancul de sodă T-1100, de unde este pompată cu pompele de dozare sodă P-1101 A/B/C la tancul intermediar T-200 și tancul de condiționare T-300. Pompa P-301 pompează soda în scruberul S-301.

Soluția de uree (19%) este preparată pentru dizolvarea ureei solide în apă, în tancul de uree, T-1200. Mixerul M-1201 este folosit pentru a asigura o amestecare completă și omogenă a soluției de uree. Pompa de uree P-1201 pompează soluția în tancul de condiționare T-300.

Soluția antispumantă este depozitată în tancul de antispumant T-1300 și de aici este pompată prin pompa de antispumant P-1301 în tancul de condiționare T-300.

Clorura de fier (FeCl3) este stocată în tancul de FeCl3, T-1400 și de aici este pompată prin pompa de FeCl3, P-1401 A/B în tancul de condiționare T-300.

Micronutrienții sunt păstrați în tancul de T-1500 de unde sunt pompați cu pompele P-150 spre tancul de condiționare.

Acidul fosforic (H3PO4) este păstrat în tancul T-1600 de unde este pompat cu pompa P-1601 spre tancul de condiționare T-300.

3.1.2. Descrierea fluxului tehnologic

1. CĂMINUL POMPELOR T100

Apele reziduale provenite de la instalațiile productive sunt colectate în căminul pompelor T100. La intrarea apei în T100 este montată o sită cu racleți S101, pentru îndepărtarea reziduurilor solide. Transmițătorul de nivel LT101 va monitoriza nivelul apei în T100; tancul are o alimentare a supradebitului de apă în exces aceasta curgând gravitațional spre tancul de aerare.

Apa reziduală este pompată de P101 A/B spre cele două site S201-S202, care elimină particulele fine, apoi este colectată în T200 (tanc tampon). Sitele sunt prevăzute cu valvele XV201 și XV202 care se deschid automat.

2. TANC TAMPON T200

Apa rezultată este colectată în rezervorul tampon T200, unde este monitorizat pH-ul (AIT 203), iar, la nevoie, este reglat prin adăugare de sodă proaspătă (T1100) sau sodă uzată din scruberul S301.

Gazele emise sunt extrase de ventilatorul V201 și trimise spre tancul de aerare T700. Nivelul lichidului este monitorizat de LT201, lichidul fiind amestecat, pentru omogenizare, de un mixer M201. Pompele de alimentare (CT) P201 A/B pompează conținutul tancului în T300. Apa rezultată se poate pompa spre secțiunea aerobă printr-un by-pass.

3. TANC DE CONDIȚIONARE

În tancul de condiționare, apa rezultată este adusă la condiții optime pentru dezvoltarea și funcționarea bacteriilor anaerobe; este controlat pH-ul, se dozează ureea, FeCl3, micronutrienți, H3PO4. pH-ul este controlat de AIT303, iar temperatura, de TT304.

Apa uzată este pompată în reactorul UASB, T400 de către pompa de alimentare a reactorului P401 A/B. Nivelul apei din tanc este urmărit de LS 301. Efluentul din reactor este o parte recirculat în tancul T300, o altă parte trece în secțiunea aerobă.

4. TANCUL T400 – UASB

Pompele de alimentare P401 A/B alimentează reactorul anaerob, T400. Biomasa din reactor este sub formă granulară. Reactorul este prevăzut cu 10 puncte de probă, pentru verificarea înălțimii, compoziției stratului, depunerii de biomasă. Este prevăzut cu separatoare instalate în partea superioară a reactorului, care permit separarea celor trei faze: gaz, lichid, solid.

Reactorul a fost proiectat pentru o încărcare maximă de 24 000 kg CCOCr/zi; are un distribuitor al influentului constând în 12 tuburi de admisie și 88 tuburi atașate pentru regularizarea debitului, astfel, asigurându-se o distribuție egală a influentului pe toată suprafața reactorului.

O parte din apa tratată curge datorită gravitației în tancul de condiționare, restul este separată și curge, tot gravitațional, spre secțiunea aerobă. În timpul procesului de conversie biomasa va crește și surplusul de biomasă este scos din reactor.

În trei puncte la nivele diferite se extrage biomasa în surplus din tancul T500 cu ajutorul pompei de nămol P501 (capacitate maximă 10 m³/h). Reactorul este echipat cu supape de siguranță PSV 404.

În urma procesului de conversie se produce biogaz. Producția de biogaz, va fi de aproximativ 395 m³/h, pentru o încărcare proiectată de 24 000 kg CCOCr/zi (calculată la o eficiență de 75%).

Calitatea biogazului este de 65-80% CH4 și 20-35% CO2 și H2S. Înainte de a fi utilizat, biogazul va fi tratat în scruberul S301. Biogazul alimentat la partea inferioară a scruberului este adus în contact cu o soluție de sodă, în contracurent (pentru înlăturarea H2S). Soluția de sodă este recirculată cu ajutorul pompei de recirculare P301. Soda proaspătă este furnizată din T1100. Soda uzată se trimite în tancul tampon, T200 sau în tancul selector aerob, T600.

5. TANCUL DE BIOMASĂ ANAEROB T500

Volumul de 400 m³ este proiectat pentru a depozita suficientă biomasă. Tancul de biomasă T500 are un sistem de ventilare și de supraplin. Scurgerea se face în sistemul de drenaj.

6. ARZĂTORUL DE BIOGAZ F301

În cazul în care nu este utilizat altundeva, pentru o descărcare sigură, biogazul se arde, prin arzătorul F301.

7. TANCUL DE DEPOZITARE A SODEI T1100

Dacă pH-ul în tancul de condiționare, în efluentul reactorului anaerob, ori în T300, nu este optim desfășurării procesului respectiv, el va fi ajustat prin dozare de sodă. Adiția sol. NaOH în tancul de condiționare este controlată, măsurată de pH-metru AIT 203, AIT 303, care controlează dozarea pompei P1101 A/B.

Soda din purificatorul de biogaz va fi asigurată prin pompa P302. Tancul T1100 va fi echipat cu aparat pentru urmărirea nivelului lichidului LS1101.

8. TANC DE DEPOZITARE UREE T1200

Soluția de uree 10% este preparată în T1200 prin amestecarea ureei solide cu apă. Dozarea se face în T300 folosindu-se pompa de dozare P1201. Tancul va fi echipat cu sistem de urmărire a nivelului lichidului LS 1201.

9. TANC DE DEPOZITARE A ANTISPUMANTULUI T1300

Dozarea antispumantului se face în T300 folosindu-se pompa P1301.

10. TANC DE DEPOZITARE A CLORURII DE FIER T1400

Dozarea clorurii de fier se realizează în T1400, folosindu-se pompa P1401 A/B.

11. TANC DE DEPOZITAREA MICRONUTRIENȚILOR T500

Dozarea micronutrienților se face în T500 cu ajutorul pompei, P1501.

12. TANC DE DEPOZITARE ACID FOSFORIC T1600

Dozarea acidului fosforic în T300 se realizează cu ajutorul pompei P1601.

13. TANCUL SELECTOR T600

Efluentul anaerob din T300 și apa din canalul de scurgere T1000 va curge gravitațional în tancul selector T600, unde va fi amestecat cu nămolul recirculat din decantorul final. Nămolul trebuie să fie suficient pentru a preveni umflarea acestuia. Tancul selector va fi aerat. Alimentarea cu aer se face prin ventilatorul B601.

Debitul de aer în tancul selector este de ≈ 250 m³/h. Gazele ventilate extrase de ventilatorul V601 sunt descărcate în tancul de aerare T700, cu 50 cm sub nivelul apei.

14. TANC DE AERARE T700

În tancul de aerare T700 se realizează oxidarea aerobă a ccoCr rămas în urma epurării anaerobe. Aerarea asigură oxigenul necesar proceselor aerobe. Tancul are patru zone echipate cu aeratoare de suprafață M701 A/B/C/D. Două compartimente, B și C, sunt echipate cu agitatoarele (MM 701 B/C) pentru amestecul lichidului și nămolului în vederea asigurării procesului de denitrificare.

Oxigenul dizolvat din tanc este măsurat de două transmițătoare AIT 701/702. Gazele ventilate din T200, cu ajutorul ventilatorului V201 și din T600, prin ventilatorul V001, sunt alimentate spre ultima zonă a tancului de aerare T700.

Aceasta permite ca majoritatea H2S să fie absorbit și degradat.

15. DECANTORUL FINAL T800

În decantorul final se separă nămolul din tancul de aerare de efluentul final. Nămolul se va sedimenta la fundul tancului de unde va curge gravitațional spre tancul cu nămol aerob, T801.

Decantorul final este echipat cu un raclor M801 care colectează reziduurile în partea inferioară a decantorului, de unde va curge în tancul de reziduuri aerob, T801. Pompele de retur P801 A/B recirculă reziduul în T600.

Pompa de reziduu în surplus pompează excesul în cuva de decantare a tancului T900 (îngroșător de nămol). Efluentul final va curge gravitațional în râul învecinat.

16. ÎNGROȘĂTORUL DE NĂMOL T900

În T900 printr-un mecanism raclor M901 se va spori separarea reziduurilor și a apei, concentrând reziduurile. Apa se revarsă în canalul de scurgere T1000, iar nămolul îngroșat este pompat prin P901 spre decantorul centrifugal S901. Îngroșătorul este proiectat pentru a prelucra surplusul de nămol din T801≈2-3% TS. Nămolul îngroșat va fi pompat în S901 prin P901.

17. CANAL DE SCURGERE T1000

În T1000 se colectează lichidul din următoarele surse :

Excesul de la îngroșătorul de nămol T900;

Drenajul scruberului S301;

Drenajul de la polielectrolit T1700;

Apa separată de la decantorul S901.

Apa va fi pompată prin pompa P1001 spre tancul selector T600. Transmițătorul de nivel LT1002 este instalat prin oprirea/ pornirea pompelor.

18. TANC DE DOZARE POLIMERI T1700

În tancul de dozare polimeri T1700, soluția de polielectroliți este obținută amestecând polielecrolitul lichid (40%) sau solid în apă. Pentru o mai bună decantare a nămolului se utilizează polielecrolit la o concentrație de 0,1-0,2% și se pompează prin P1701 spre decantorul S901.

19. DECANTORUL S901

În decantorul de nămol, surplusul va fi separat de apă înainte de a fi descărcat. Deși decantorul poate prelua un debit mare, dacă acesta este peste 300 kg/h, s-a constatat că eficiența decantării scade. Pentru a îmbunătăți caracteristicile nămolului vor fi dozați din polielectroliți din tancul T1700.

29. TANCUL DE NĂMOL AEROB T801

Nămolul depus în decantorul final curge gravitațional în T801. Nămolul este recirculat în T600 prin pompele 801 A/B. Surplusul de nămol este pompat de către pompa de surplus, P202, în îngroșătorul de nămol T900.

Schema stației de epurare a apelor reziduale provenite de la complexul industrial Sudrigiu – Bihor este prezentată în figura 3.2.

3.2. Calculul și interpretarea rezultatelor

Parametrii specifici procesului au fost calculați în funcție de analize și măsurători.

Volumul reactorului = 1700 m³

Caracteristici influent:

Debit = 221 m³/h = 533 m³/zi

CCOCr = 4,53 kg/m³

Caracteristici efluent anaerob:

COT = 1132 mg/l

MTS = 500 mg/l

Imhoff (5min) = 2 ml/l

AVG = 2 meq/l

Caracteristici biogaz (tºC = 35ºC; P = 50 mbar):

Producția de biogaz = 395 m³/h

Conținut de CH4: 80%

Încărcarea organică(kg CCOCr/zi)/ volum reactor = (debit x concentrație)/volum reactor

Încărcarea organică (kg CCOCr /zi)/ volum reactor = (4,53 x 5300)/1700

Încărcarea organică (kg CCOCr /zi)/ volum reactor = 14,12 kg CCOCr /m³/zi

Rata reducerii CCOCr = (CCOCr infl – CCOCr efl)/ CCOCr inf x 100 %

Rata reducerii CCOCr = (4528 – 1132)/4528 x 100 %

Rata reducerii CCOCr = 75%

A. Determinarea consumului chimic de oxigen

Consumul chimic de oxigen al apei uzate se determină prin metoda cu bicromat de potasiu (poate fi considerată ca o măsură aproximativă a consumului teoretic de oxygen), care reprezintă cantitatea de oxigen consumată prin oxidarea chimică totală a compușilor organici, la produși anorganici. Nivelul la care rezultatele experimentale se apropie de valoarea teoretică depinde, în primul rand, de gradul de oxidare.

B. Calculul cantității de biogaz

Producția de biogaz reprezintă cantitatea de CCOCr care a fost transformat în timpul procesului. Doar o mică parte a CCOCr este convertit în biomasă (max.5%, în medie însă, 2%). Cantitatea și calitatea biogazului va reflecta activitatea biomasei.

CCOCr transformat în biogaz este calculat în funcție de cantitatea de biogaz produs și de procentul de CH4, aplicându-se corecții de presiune și temperatură.

1Nm³ CH4 (0ºC, 1 atm) = 2,86 kg CCOCr

Dacă măsurarea nu se face la 0ºC și 1 atm, se utilizează corecții de presiune și temperatură.

CCO biogaz = Qbiogaz x Tcorecție x % CH4 x 2,86 kg CCOCr/m³

CCO biogaz = 395 m³/h x 0,95 x 80% x 2,86 kg CCOCr/m³

CCO biogaz = 858,57 kg CCOCr/h = 20 605,7 kg CCOCr/zi

CAPITOLUL IV. REZULTATE OBȚINUTE

În perioada decembrie – aprilie 2014-2015, au fost monitorizați parametrii caracteristici procesului de epurare, iar datele obținute în diferite etape ale procesului, sunt prezentate în tabelele următoare:

Tabelul 4.1. Valorile medii a principalilor parametrii urmăriți în cadrul stației de epurare în vasul de omogenizare

Valorile medii a principalilor parametri urmăriți în cadrul stației de epurare după epurarea anaerobă (efluent anaerob) sunt redate în tabelul următor.

Tabelul 4.2. Valorile medii a principalilor parametri ai efluentului anaerob

Tratamentul anaerob asigură o rată ridicată de reducere a principalilor poluanți din apă, așa cum reiese din tabelul 4.3.

Tabelul 4.3. Eficiența procesului anaerob

Figura 4.1 Eficiența de îndepărtare a principalilor parametri în reactorul anaerob

Monitorizarea parametrilor prezentați în tabelul 4.3 a dus la următoarele concluzii:

concentrația substanței organice, exprimată prin CCOCr la intrarea în reactorul anaerob, a variat între 1275 – 6400 mg/l, iar la evacuare între 340 – 1450 mg /l;

eficiența procesului de epurare biologică prin anaerobie raportată la parametrul CCOCr a variat de la 67,76 la 84,65%;

acest proces permite o reducere semnificativă a poluanților organici, exprimați prin parametrul CCOCr, dar nu suficientă în ceea ce privește azotul total și fosforul; eficiența de îndepărtare a acestora a variat între 29,52– 82,21% pentru azot, respectiv 31,37 – 82,45, pentru fosfor;

pentru a atinge limitele impuse de legislația actuală și pentru acești parametrii este nevoie de o post-epurare biologică aerobă, bine controlată, care să permită procesele de nitrificare –denitrificare, respectiv, defosforizare;

cantitatea de biogaz obținută este de 395 m³/h cu un conținut de 80% CH4

Prin prelucrarea efluentului anaerob în treapta biologică aerobă se obțin următoarele valori pentru principalele caracteristici monitorizate: pH, azot total, fosfor total, suspensii.

Tabelul 4.4. Valorile medii a principalilor parametri urmăriți în cadrul stației de în bazinul de aerare

Valorile medii a principalilor parametrii ai apei înainte de deversarea în emisar au fost sintetizate în următorul tabel.

Tabelul 4.5. Valorile medii a principalilor parametrii urmăriți la evacuarea apei în receptor

Figura 4.2 Evoluția CCOcr în efluentul de la epurarea anaerobă și în efluentul stației de epurare

Figura 4.3 Evoluția azotului total în vasul de omogenizare, după epurarea anaerobă și în efluentul stației de epurare

Figura 4.4 Evoluția conținutului în suspensii totale în vasul de omogenizare, după epurarea anaerobă și în efluentul stației de epurare

Figura 4.5 Evoluția conținutului în CBO5 în vasul de omogenizare și în efluentul stației de epurare

Se poate observa că efluentul descărcat în râul Crișul Negru respectă normele impuse de NTPA 001/2005.

Tabelul 4.6. Eficiența de îndepărtare a principalilor poluanți monitorizați la evacuarea apei în receptor

Figura 4.6 Eficiența îndepărtării principalilor poluanțiValorile statistice privind eficiența reactorului UASB, cât și a stației de epurare sunt ilustrate în tabelul 4.7.

Tabelul 4.7. Eficiențele de reducere a CCO(%) pe stația de epurare

Figura 4.5 Eficiențele de reducere a CCO(%) în stația de epurare

Dacă o industrie generatoare de apă uzată decide să-și instaleze un sistem de epurare biologică aerobă sau anaerobă, trebuie să ia în considerare următoarele:

epurarea biologică anaerobă, în general, nu duce la nivele reduse de poluare impuse de legislația de mediu, a CCOCr, CBO5 etc. care pot fi îndeplinite cu sisteme aerobe;

Epurarea anaerobă a deșeurilor și apelor uzate trebuie considerată un proces de preepurare pentru a minimiza consumul de oxigen și formarea surplusului de nămol, urmată de etapa de post-epurare aerobă. Doar după epurarea biologică aerobă limitele concentrațiilor de CCO, CBO5, azot total, fosfor etc sunt respectate conform legislației de mediu.

apele uzate cu concentrații mari de poluanți organici este indicat să fie epurate anaerob, deoarece constituie o sursă de “energie verde”, biogazul;

eficiența descompunerii poluanților organici exprimați prin CBO5 pentru apele uzate sau nămoluri poate fi mai mare în procesele de aerobe decât în cele anaerobe;

apele uzate cu o concentrație scăzută de poluanți organici ar trebui epurate aerob datorită proceselor de stabilitate mai mari la concentrații scăzute de poluanți;

sistemele de anaerobe sunt mai scumpe de construit, dar mai ieftin de operat decât sistemele de aerobe.

CONCLUZII

Industria alimentară trebuie să răspundă provocărilor dezvoltării durabile: deficitul de apă și conservarea resurselor de apă, creșterea constantă a populației și a costurilor de tratare a apelor uzate, constrângeri din ce în ce mai mari și reglementări tot mai stricte privind protecția mediului.

Subiectul abordat este de foarte mare actualitate, înscriindu-se pe linia cerințelor novatoare actuale, privind studiul proceselor de epurare a apelor reziduale provenite de la unitățile industriei alimentare, corelat cu valorificarea, sub forma de biogaz, a potențialului energetic al maselor organice existente în apele de canalizare rezultate din procesul tehnologic.

Concentrațiile ridicate în mase organice și temperaturile ridicate ale apelor reziduale generate de industria alimentară sunt caracteristici determinante pentru derularea proceselor anaerobe mezofile și termofile cu producere de biogaz, în paralel cu eliminarea compușilor de amoniu și de fosfor din efluenții deversați în emisarii naturali. Utilizarea unor metode biologice de epurare a apelor reziduale la locul unde au fost produse ar duce la scăderea costurilor de mediu și realizarea unor tehnologii fără deșeuri.

Acest concept se înscrie în cerințele și recomandările Uniunii Europene legate de implementarea unor tehnologii de epurare moderne prin care să se asigure, atât protecția mediului înconjurător cât și valorificarea resurselor alternative de energie.

În acest scop, în lucrarea de față s-au urmărit și realizat următoarele obiective:

un studiu al literaturii de specialitate privind tipurile apă uzată generate de industria alimentară și a caracteristicile acestora;

o sinteză a principalelor tehnologii adoptate pe plan intern și internațional pentru epurarea apelor uzate menajere și a celor provenite din industria alimentară;

evidențiază cerințele Comunității Europene cu privire la valorificarea resurselor alternative de energie și a celor legate de protecția mediului, în toate domeniile de activitate;

evidențiază tehnologiile de epurare a apelor reziduale din industria alimentară prin care se asigură producerea de biogaz în digestoare anaerobe amplasate după treapta mecanică de epurare;

stabilește schemele de epurare a efluentului provenit de la treapta de epurare biologică anaerobă, pentru reducerea CBO5 și MTS, respectiv pentru eliminarea compușilor de azot și fosfor sub limitele impuse prin NTPA 001/2005

Monitorizarea parametrilor specifici procesului de epurare combinată anaerob-aerobă a dus la următoarele concluzii:

concentrația substanței organice, exprimată prin CCOCr la intrarea în reactorul anaerob, a variat între 1275 – 6400 mg/l, iar la evacuare în emisar, între 340 – 1450 mg /l;

eficiența procesului de epurare biologică prin anaerobie raportată la parametrul CCOCr a variat de la 67,76 la 84,65%;

deoarece procesul anaerob permite o reducere semnificativă a poluanților organici, exprimați prin parametrul CCOCr, dar nu suficientă în ceea ce privește azotul total și fosforul (eficiența de îndepărtare a acestora a variat între 29,52– 82,21% pentru azot, respectiv 31,37 – 82,45, pentru fosfor), a fost necesară introducerea treptei de postepurare aerobă;

pentru a atinge limitele impuse de legislația actuală și pentru acești parametrii este nevoie de o post-epurare biologică aerobă, bine controlată, care să permită procesele de nitrificare –denitrificare, respectiv, defosforizare;

cantitatea de biogaz obținută este de 395 m³/h cu un conținut de 80% CH4

În concluzie, fără apă, viața este de neconceput. De felul cum vom ști să o prețuim, să o păstrăm nealterată de impurități și după cum vom putea găsi noi surse de apă curată, depinde evoluția demografică a omenirii și ridicarea necontenită a nivelului de trai a omului.

BIBLIOGRAFIE

Badea Gh., Pașca Daniela, 2006 – Procesele de degradare anaerobă a reziduurilor și rolul lor în diminuarea poluării mediului, A-41 – Conferință Națională de instalații ”Instalații pentru începutul mileniului trei”, Sinaia, România”

Badea Gh., Vitan E., Giurcă I., 2006 – Poluarea mediului în contextul deciziilor în sectorul energiei, A – 41 – Conferință Națională de instalații ”Instalații pentru începutul mileniului trei”, Sinaia, România”

Badea Gh., Mureșan D., Buică A., 2005 – Considerații privind sistemele ecologice de epurare de tip Technology restore, A- 40 – Conferință Națională de instalații ”Instalații pentru începutul mileniului trei”, Sinaia, România”

Blonskaja Viktoria and Tarmo Vaalu, 2006 – Investigation of different schemes for anaerobic treatment of food industry wastes in Estonia, Proc. Estonian Acad. Sci. Chem., 55, 1, 14 – 28

Constantinescu G., 1979 – Contribuții la soluționarea sistemelor de epurare a apelor uzate cu cantități mari de substanțe organice, Teza de doctorat, București

Ianculescu, O., Ionescu Gh., Racovițeanu Raluca, 2001 – Epurarea apelor uzate, Editura Matrix Rom, București

Minovscky J., Svatopluk C., 2002 – Compararea tratării anaerobe și aerobe a apei uzate provenită de la industria alimentară, Sinaia

Mirel I., Ionescu Gh., Nacu A., Mitrașcă M., 1999- Consideration regarding the wastewater biological treatment, Conferința Internațională, Debrecen

Pantea Emilia Valentina, Mirel I., Romocea Tamara, 2005 – Sistemul de epurare anaerob – aerob, o alternativă eficientă pentru epurarea apelor uzate din industria berii/ The anaeroba-aeroba purge system, an efficient alternative for the purge of warn-aut waters from the beer industry, Conferința Internațională “Tehnologii pentru mileniul III”, Fascicula Construcții și Instalatii Hidroedilitare, vol.VIII, pp.115-119, Editura Universității din Oradea

Pantea Emilia Valentina, Mirel I. 2007 – Valorificarea potențialului organic a apelor uzate din industria alimentară cu obținere de biogaz – Joint International Conference on Long- term Experiments, Agricultural Research and Natural Resources, Debrecen- Nyirlugos, Ungaria

Pantea Emilia Valentina, Mirel I., Romocea Tamara, 2007 – Efectul încărcării hidraulice în procesele biologice anaerobe – The 4* international symposium "Natural resources and sustainable development", Analele Universității din Oradea, România

Speece, R.E., 1996 – Anaerobic biotechnology for industrial wastewaters, Archae Press, Nashville, TE, USA

Sreekrishnan, T.R., Ramachandran, K.B. and Ghosh, P., 1991 – Effect of operating variables on biofilm formation and performance of an anaerobic fluidized bed reactor, Biotech. Bioeng., 37, 557-566.

Teodorescu I., Antoniu R., 1979 – Evacuarea și epurarea apelor uzate din industria alimentară, Ed.Tehnică, București

Tenn Sastry, C.A. and Mohan Rao, G.J., 1963 – Anaerobic digestion of industrial wastes, Indian J. Environ. Hlth., 5(3), 20-25

Tentscher, W.A.K., 1995 – Biogas technology as a component of food processing systems, Food Technology, p. 80-85      

***** Environmental Guidelines for Breweries

***** Manualul inginerului de industrie alimentară, Editura Tehnică, București, 1998

***** Legea apelor nr.107/ 1996 completată și modificată

***** Normativul NTPA 001/2005 – Normativ privind stabilirea limitelorde încărcare cu poluanți a apelor uzate evacuate în resursele de apă, Anexa 3 șin Monitorul Oficial al României, nr. 187/20.03.2002

***** Ordin 1146 din 10.12. 2002- Clasificarea apelor de suprafață

***** Bavaria Waste Water Treatment Plant, Technical Paper, Olanda, 1990

***** Documentație stația de epurare a fabricii de bere Interbriew – Blaj, România

***** Documentație stația de epurare a complexului industrial Sudrigiu-Bihor, România

http://www.britishbiogen.co.uk/gpg/adgpg.pdf