Surdu (Zgavarogea) Ionela Ramona [306337]
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice
Departamentul Teoria Mecanismelor și Roboților
Surdu (Zgavarogea) Ionela Ramona
CONTRIBUȚII LA ÎMBUNĂTĂȚIREA
TEHNOLOGIILOR DE EPURARE A APELOR UZATE
Conducător științific:
Prof. univ. emerit dr. ing. Iosif Tempea
București (2019)
CUPRINS
CAPITOLUL 1.
INTRODUCERE ………………………………………………………………….. 9
CONSIDERAȚII GENERALE …………………………………………… 9
STUDIUL ȘI REALIZĂRILE ACTUALE DIN DOMENIU ……………. 9
LEGISLAȚIA ROMÂNĂ ȘI LEGISLAȚIA EUROPEANĂ ȊN
DOMENIUL MEDIULUI …………………………………………………. 10
PRINCIPII GENERALE ALE IMPLEMENTĂRII
REGULAMENTELOR U.E. ȊN ROMÂNIA ……………………………. 11
OBIECTIVUL CERCETĂRILOR ……………………..………………….. 11
CAPITOLUL 2.
FUNCȚIONAREA SISTEMULUI DE AUTOMATIZARE …………………………. 12
2.1 COMPONENTELE GENERALE ALE SISTEMULUI SCADA …………. 12
2.2 [anonimizat] ……………………………………… 12
2.3 TABLOUL MCC1 ………………………………………………………….. 16
2.4 TABLOUL DIN CLĂDIREA DEZNISIPATORULUI …………………… 16
2.5 TABLOUL MCC2 …………………………………………………………. 17
2.6 TABLOUL DIN GOSPODARIA ELECTRICĂ ………………………….. 17
2.7 CUTIA DIN ZONA DECANTOARELOR ……………………………….. 17
2.8 TABLOUL MCC3 …………………………………………………………. 18
2.9 TABLOU CLĂDIRE RECEPȚIE NĂMOL FOSE SEPTICE …………….. 18
2.10 TABLOU STAȚIE POMPARE APĂ TEHNOLOGICĂ ………..……….. 18
2.11 TABLOU BAZINE AERARE …………………..……………………….. 18
2.12 TABLOU BAZINE ANAEROBE ……………………………………….. 18
2.13 TABLOU BAZINE STOCARE NĂMOL ……………………………….. 18
2.14 TABLOU CAMERA DEVERSOARE …….…………………………….. 18
2.15 TABLOU DECANTOARE SECUNDARE ……………..……………….. 19
2.16 TABLOU STAȚIE POMPARE SUPERNATANT …………………..….. 19
2.17 SENZORISTICA ………………………………………………………… 19
CAPITOLUL 3.
CERCETĂRI EXPERIMENTALE DIN LABORATOR …………………….. 20
3.1 NOȚIUNI GENERALE …………………………………………..……….. 20
3.2 DESCRIEREA INSTALAȚIEI EXPERIMENTALE …………………….. 20
3.3 ETAPELE CERCETĂRILOR …………………………………………….. 21
3.3.1 Modul de desfășurare a cercetărilor ………………………….….. 22
3.3.2 Etapele efectuate în vederea realizării cercetărilor ………….….. 22
3.3.2.1 Condiții în care au avut loc experimentele ………………….. 22
3.3.2.2 Elemente stabilite prin măsurare direct …………………….. 23
3.3.2.3 Elemente stabilite prin analize de laborator ……….……….. 23
3.3.2.4 Elemente stabilite prin prelucrarea măsurărilor directe ..….. 24
3.4 MODALITAȚILE DE CALCUL FOLOSITE PENTRU
PRELUCRAREA DATELOR …………………………………………….. 24
3.5 REZULTATE OBȚINUTE ………………………………………….….….. 24
CAPITOLUL 4.
CONTRIBUȚII LA OPTIMIZAREA TEHNOLOGIILOR DE EPURARE A APELOR UZATE ………………………………………..…………………… 26
4.1 DATE GENERALE ……………………….……………………….….…… 26
4.1.1 [anonimizat] ………………………..……………………………. 27
4.1.1.1 Funcționarea stației …….……………….…………………… 28
4.1.1.2 Descrierea instalațiilor ce echipează bazinul de aerare
numărul 3 …….………………………………….………….. 29
Bazinul cu nămol activat numărul 3 – Descriere ……….. 29
Sistemul de aerare propus ……..……..…………………. 30
4.1.1.3 Descrierea stației de epurare din municipiul Drăgășani …… 34
4.1.1.4 Etapele experimentelor desfășurate ………………………… 36
4.1.2 Descrierea stației de epurare a apelor uzate din Râmnicu Vâlcea 38
4.1.2.1 Generalități din interiorul stației de epurare Râmnicu Vâlcea 38
4.1.2.2 Descrierea circuitului apei uzate și echipamentelor din
instalația de epurare ………………………………………… 39
4.1.2.3 Descrierea circuitului namolului din instalația de epurare … 43
A. Principiul de funcționare și caracteristicile tehnice ale utilajelor/echipamentelor ………………………………… 43
4.1.2.4 Studiu de caz – stația de epurare din Râmnicu Vâlcea ……… 45
A. Datele initiale …………………………………………….. 45
B. Alegerea metodei de tratare ……………………………… 46
C. Determinarea gradului de epurare necesar ……………….. 46
CAPITOULUL 5.
ALEGEREA VARIANTEI TEHNOLOGICE OPTIME ………………….. 54
5.1 VARIANTA NUMĂRUL 1 ……………………………………………….. 54
5.2 VARIANTA NUMĂRUL 2 ……………………………………………….. 55
5.3 VARIANTA NUMĂRUL 3 ……………………………………………….. 56
5.4 VARIANTA NUMĂRUL 4 ……………………………………………….. 57
5.5 VARIANTA NUMĂRUL 5 ……………………………………………….. 58
5.6 ALEGEREA VARIANTEI TEHNOLOGICE OPTIME ȘI DESCRIEREA PROCESULUI ADOPTAT ……………………………………………….. 60
CAPITOULUL 6.
CALCULUL UTILAJELOR TEHNOLOGICE …………………….. …….. 61
6.1 Schema tehnologică a stației de epurare ……………….. 61
6.2 Calculul utilajelor din cadrul treptei mecanice de epurare (grătare, deznisipator, bazin de egalizare, decantor primar) …………………………………………………. 61
6.2.1 Debite de calcul și de verificare utilizate în instalațiile de epurare municipale …………………………………………………………. 61
6.2.2 Grătare …………………………………………………………….. 62
6.2.3 Proiectarea deznisipatorului ……………………………………… 66
6.2.4 Coagulare – floculare …………………………………………….. 68
6.2.5 Proiectarea decantorului primar ………………………………… 71
6.3 Treapta de epurare biologică ………………………….…….. 73
6.3.1 Bazin cu nămol activ ………………………………………………. 73
6.3.2 Decantorul secundar……………………………………………….. 78
CAPITOLUL 7.
ANALIZA STRUCTURALĂ, CINEMATICĂ ȘI CINETOSTATICĂ …….. 80
7.1 ANALIZA STRUCTURALĂ A MECANISMULUI CU BARE R-RTT-RTT 80
7.1.1 Determinarea familiei și a gradului de mobilitate…………………. 86
7.1.2 Reprezentarea schemei structurale a mecanismului …..…………… 81
7.2 ANALIZA CINEMATICĂ A MECANISMULUI CU BARE R-RTT-RTT.. 82
7.3 CALCULUL CINETOSTATIC AL MECANISMULUI CU PÂRGHII …….. 87
7.3.1 Determinarea forțelor de inerție …………………………………… 87
7.3.2 Determinarea reacțiunilor din cuplele cinematice și a momentului de echilibrare pentru cele 36 de poziții, ținând cont de forțele de inerție, forțele de greutate și de forța de rezistența tehnologică ………….. 88
CAPITOLUL 8.
CONCLUZII, CONTRIBUȚII ORIGINALE ȘI REZULTATE…………… 97
CONCLUZII, CONTRIBUȚII ORIGINALE ȘI DISEMINARE REZULTATE 8.1 CONCLUZII GENERALE…………………………………………………..……… 97
8.2 CONTRIBUȚII ORIGINALE…………………………………………………………….. 98
8.3 DISEMINARE REZULTATE ……………………………………………………………. 99
BIBLIOGRAFIE ……………………………………………………………… 100
Cuvinte cheie: aerare, epurare, sistem SCADA, mecanism R-RTT-RTT
Mulțumiri
Aduc sincere mulțumiri conducătorului meu științific, domnului Prof. Univ. Emerit Dr. Ing. Iosif Tempea, de la Universitatea Politehnica din Bucuresti, Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice, Departamentul de Teoria Mecanismelor și a Roboților, pentru sprijinul și îndrumarea competentă de care am beneficiat, atât în perioada studiilor doctorale cât și pentru finalizarea tezei de doctorat.
Adresez sincere mulțumiri doamnei Prof. Dr. Cristina Covaliu de la Universitatea Politehnica din Bucuresti, Facultatea de Ingineria Sistemelor Biotehnice, Departamentul Sisteme Biotehnice, , pentru sfaturi și susținere, pentru tot sprijinul, îndrumarea și ajutorul acordat pe parcursul întregii perioade de cercetare și elaborare a tezei de doctorat.
Doresc să mulțumesc pentru sfaturile valoroase și suportul nemărginit primit din partea doamnei Dr.ing. Roxana Ionete, șef department C-D din Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice și Izotopice, Râmnicu Vâlcea.
Multă recunoștință aduc colegilor și totodată prietenilor mei, din Departamentul de Cercetare Dezvoltare al Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice și Izotopice, Râmnicu Vâlcea, care m-au ajutat la realizarea acestei lucrări.
CAPITOLUL 1. INTRODUCERE
CONSIDERAȚII GENERALE
Epurarea apelor uzate constituie ansamblul procedeelor fizice, chimice, biologice și bacteriologice prin care se reduce încărcarea apei cu substanțe poluante organice sau anorganice și în bacterii, în scopul protecției mediului înconjurător (aer, sol, emisar etc.). Ea are ca rezultat obținerea unor ape curate, cu diferite grade de purificare în funcție de tehnologiile și echipamentele folosite și separarea unui amestec de corpuri și substanțe care sunt denumite generic nămoluri [1-2].
Stațiile de epurare reprezintă ansamblul de construcții și instalații, în care apele de canalizare sunt supuse proceselor tehnologice de epurare, care le modifică în așa mod calitățile, încât să îndeplinească condițiile prescrise, de primire în emisar și de îndepărtare a substanțelor reținute din aceste ape [1-2].
În prezent, stațiile de epurare pot fi clasificate în două mari categorii:
Orășenești;
Industriale.
Stațiile de epurare orășenești primesc spre epurare ape uzate menajere, industriale, meteorice, de drenaj și de suprafață, în proporții variabile. O dată cu industrializarea centrelor, se poate considera că nu mai există stații de epurare care tratează numai ape uzate menajere [1-2].
Procesele de epurare se clasifică în 3 categorii, în funcție de principalele fenomene pe care se bazează:
procedeul de epurare fizică denumită în lucrările mai vechi și mecanică
procedeul de epurare biologică
procedeul de epurare chimică
1.2 STUDIUL SI REALIZARILE ACTUALE DIN DOMENIU
La ora actuală, în țara noastră, un procent de 70% din apele uzate provenite de la principalele surse de poluare a ajuns în receptori naturali, în special în râuri, neepurate sau insuficient epurate, comparativ cu un procent de aproximativ 80% din apele uzate cât se înregistra în perioada 2014-2016 [3]. Cu toate acestea, procentul de ape neepurate rămâne în continuare destul de mare, astfel că obiectivul major rămâne creșterea numărului de stații de epurare și modernizarea celor existente, în vederea atingerii standardului european de calitate [3].
Preocuparea societății față de automatizarea instalațiilor și sistemelor tehnice a cunoscut o evoluție ascendentă. Concomitent și implicit, au crescut exigențele față de pregătirea inginerului – factor esențial în conceperea, proiectarea, realizarea și exploatarea acestor sisteme la nivelul cerut de societate [4].
Pe plan Mondial
Primele stații de epurare au apărut în Anglia în secolul XIX. Inițial s-au realizat canalizări, care au rezolvat problema epidemiilor hidrice, dar au facut din Tamisa un râu mort ce degaja miros pestilențial, încât în geamurile parlamentului au trebuit atârnate cârpe îmbibate cu clorură de calciu. Abia atunci s-a trecut la realizarea de stații de epurare [5].
Tot în Anglia s-au pus bazele monitoringului. Parametrul «consum biochimic de oxigen» CBO5 a fost introdus în 1898 și a fost conceput în concordanță cu realitățile englezești – temperatura de 200șC, timp de rezidență în râu 5 zile, tip de poluare predominantă fiind cea fecaloid-menajeră [6].
În SUA, în 1984 existau 15.438 de stații de epurare care deserveau o populație de 172.205.000 locuitori, adică 73,1%. Procentul de epurare a apelor din punct de vedere al încărcării organice măsurate prin CBO5 a fost de 84% iar din punct de vedere al suspensiilor de 86,3%. În anul 2005 existau 16.980 de stații de epurare care deserveau 243.723.000 locuitori, adică 86,6% [6]. Pentru 2015 procentul de epurare a apelor din punct de vedere al încărcării organice măsurate prin CBO5 e planificat să atingă 89,9% iar din punct de vedere al suspensiilor de 88,9% [5].
În SUA tot mai puține ape uzate după epurare se descarcă din nou în emisar, acestea se infiltrează în sol sau se utilizează pentru irigații în industrie, pentru recreere (lacuri), pentru piscicultură și chiar ca sursă de apă potabilă, după descărcare în lacuri sau injectare în sol sau chiar direct, dar cu supunere la preparare avansată [6].
Pe plan national
Din datele prezentate de Institutul Național de Statistică în anii 2008 și 2009, numărul de locuitori beneficiari ai serviciului public de alimentare cu apă a fost de 11.336.676 de personae în 2008 și respectiv de 11.790.494 în 2009, ceea ce reprezintă un procent de 53,1% față de totalul populației din România în 2008 și de 55,2% în 2009.
În anul 2008, activitatea de evacuare a apelor uzate din gospodăriile populației și din unitățile economice și sociale, precum și tratarea lor în stații de epurare au fost realizate în 309 municipii și orașe și în 451 comune (date INS). În anul 2009, numărul localităților în care au fost realizate aceste activități a crescut cu 18 comune.
În cele 206 stații de epurare a apelor uzate existente în România, doar un procent de 77% se epurează din debitul total evacuat; 47 de localități urbane deversează apele uzate în emisari fără o epurare prealabilă.
Apele colectate în rețelele de canalizare reprezintă cumulul apelor uzate provenite de la populație, industrie, ape subterane, ape din precipitații, ape provenite de la unități agroindustriale (sistem unitar), pentru epurarea acestora corespunzătoare se impun fluxuri tehnologice specific fiecărei aglomerări urbane, în baza unor studii și cercetări temeinice la fața locului. Dintre apele colectate într-un sistem de canalizare se consideră ca fiind poluante cele ce provin de la populație (menajere) și cele ce provin de la agenții economici (industriale) [3].
1.3 LEGISLAȚIA ROMÂNĂ ȘI LEGISLAȚIA EUROPEANĂ ÎN DOMENIUL MEDIULUI
Primele reglementări ale uniunii Europene în domeniul mediului au apărut la începutul anilor `70. La începutul anului 1973, a fost emis primul program de acțiune pentru protecția mediului, care stabilea măsuri pentru reducerea nivelului de poluare a apelor dulci și a celei de mare.
O condiție a integrării României în Uniunea Europeană a reprezentat-o transpunerea cu prioritate, până la aderare a acquis-ului de mediu în legislația internă și respectiv, implementarea ei. [3].
1.4 PRINCIPII GENERALE ALE IMPLEMENTARII REGLEMENTARILOR U.E. IN ROMANIA
Principiul cel mai important al implementării reglementărilor U.E. este de a nu se admite folosirea și promovarea unor proceduri administrative, ci numai legea. Acest principiu este deosebit de important pentru acele țări care utilizează măsuri administrative în îndeplinirea politicilor de mediu, în special pentru țara noastră unde în mod greșit, strategia în domeniu, a ministerului de resort a stabilit să se dea prioritate tehnicii de adoptare directă (hotărârii de guvern, ordine ale ministrului), recurgându-se la legi promovate în Parlament numai în cazul necesității modificării și completării prevederilor unor legi existente.
Un alt principiu este acela de a permite statelor membre să adopte sau să mențină standarde naționale de mediu mai stricte decât cele conținute în directivă. Directivele sunt concepute pentru a conferi flexibilitate în procesul de aplicare cu respectarea cerințelor definitorii, conținutului și obiectivelor fiecărei reglementări și nu forma acestora [3].
1.5 OBIECTIVUL CERCETARII
Ținând seama de reglementările UE (Directiva 91/271/CEE privind epurarea apelor uzate) experimentele industriale în cadrul acestei teze de doctorat au urmărit implementarea unor tehnologii performante în epurarea apelor uzate [7]. Acest studiu a fost efectuat cu scopul de a proiecta o stație de epurare a apelor uzate, eficientă din punct de vedere ecologic și economic. Această stație trebuie să asigure un tratament de epurare eficient pentru eliminarea unor categorii de poluanți toxici. Este necesară îndepărtarea acestor poluanți pentru a nu produce efecte negative omului și mediului înconjurător.
CAPITOLUL 2
FUNCȚIONAREA SISTEMULUI DE AUTOMATIZARE
Controlul de supervizare și achiziții de date este prescurtat cu acronimul SCADA, acest termen provenit din limba engleză, este corelat cu denumirea “Supervisory Control and Data Acquisition”. Atunci când un calculator monitorizează și controlează un procedeu se face referire la un sistem de control industrial. Procesele din domeniul infrastructurii și din domeniul industrial pot fi monitorizate [8].
COMPONENTELE GENERALE ALE SISTEMULUI SCADA
Un sistem SCADA este format din:
Modulul operator, interfața om – mașină. Datele afișate de pe ecran pot fi modificate de un operator;
Aplicația SCADA funcționează pe un calculator, conectat la unitatea centrală de calcul și achiziționează datele în proces. Aplicația controlează procedeul, prin rularea comenzilor specifice elementelor de acționare;
Anumite unități terminale pot fi comandate de la distanță și sunt denumite RTU, adică “Remote Terminal Unit”. Aceste unități transformă semnalele electrice ale senzorilor în semnale electrice digitale prin conectarea senzorilor la process, iar apoi semnalele sunt transmise către sistemul SCADA.
Funcția de unitate terminală periferică (RTU) poate fi realizată de o unitate de comandă logică denumită PLC, adică “Programmable Logic Controller”, ea mai poate fi întrebuințată și ca element de proces. Această unitate de comandă are ca avantaj un cost scăzut atunci când este folosită ca element de proces, precum și o bună flexibilitate în configurație.
Interconectarea elementelor sistemului SCADA este dată de infrastructura de comunicații.
MONITORIZAREA PARAMETRILOR DE FUNCȚIONARE, FUNCȚIILE SISTEMULUI SCADA
Sistemul SCADA prezintă următoarele funcții:
Eficiența și optimizarea parametrilor de ieșire prin procesul de controlare automată a procedeului tehnologic;
Monitorizarea stării procedeului tehnologic în timp real;
Redactarea unor strategii de exploatare performante prin reprezentarea grafică a datelor de proces;
Urmărirea stării echipamentului, a funcționalității alarmelor, precum și a eficienței alarmelor;
Recepționarea datelor de la controlere de teren sau de la senzori și stocarea acestora într-o bază de date;
Formatarea măsurărilor (digital, analogic, bar-graph)
Generarea automata a alarmelor;
Trimiterea comenzilor și alarmelor la comandă se realizează în mod manual sau automat;
Monitorizarea parametrilor de funcționare ai instalației de epurare și transmiterea unor rapoarte de activitate;
Configurarea rețelei de date;
Accesul utilizatorilor este parolat;
Toate operațiile realizate de utilizatori vor fi stocate sub forma unor jurnale de activitate zilnică.
Fig. 2.1. Schema generală a unui sistem de automatizare [8]
Trei noduri PLC sunt prevăzute cu interfețe de comunicație Ethernet-Profinet, care sunt conectate la câte un switch optic Ethernet. În interiorul unui tablou de automatizare MCC sunt plasate cele trei noduri PLC (fig. 2.1).
Următoarele PLC-uri au fost alese: S7 317 – 2 PN/DP, S7 319 – 2 PN/DP și combinate.
Fig. 2.2 Interfața aplicației SCADA [8]
Patru servere vor rula în același timp pe același calculator și vor gestiona sarcini specifice fiecăruia, din structura internă a programului de aplicație (fig. 2.3) [8].
Descrierea celor patru servere:
Serverul de alarme are rolul de a gestiona alarmele ;
Serverul de rapoarte are rolul de a controla și de a administra generarea automată de rapoarte ;
Serverul de grafice are rolul de a controla și de a administra acumularea și va arhiva datele necesare reprezentării grafice a mărimilor de proces ;
Serverul de intrări – ieșiri (I/O server) are rolul de a realiza schimbul de date între dispozitivele din câmp, de tip PLC sau RTU și clientul SCADA.
Fig. 2.3 Arhitectura software a sistemului SCADA
Câte un UPS care este echipat cu module de intrare-ieșire și analogice de preluare de informații alimentează fiecare PLC. Nodurile PLC sunt interconectate pe o magistrală internet pe support de fibră optică, arhitectura fiind de tipul inel FO. Inelul de internet FO conșine un al patrulea nod, adică dispeceratul local al stației de epurare, nod în care sunt amplasate echipamentele SCADA: servere SCADA, server de arhivare, calculatoarele operatorilor și imprimantă (fig. 2.3).
A fost aleasă arhitectura de tip inel, pe support de fibră optică datorită vitezei de transmitere a datelor și din cauza eliminării perturbațiilor electromagnetice. S-au selectat două servere SCADA și două switch-uri internet pe support de fibră optică pentru conectarea inelului la rețeaua de servere și calculatoare din dispecerat.
Repartizarea echipamentelor electrice de proces pe cele trei PLC-uri este reprezentată în fig. 2.4.
Fig. 2.4 Repartizarea echipamentelor procesului pe tablourile de automatizare [8]
În tabloul MCC1 se află PLC care deservește consumatorii pe linia de tratare mecanică.
Camera de intrarea în SE – camera deversoare, deznisipatorul și separatorul de grăsimi, stația de pompare a apei uzate sunt zone controlate. S-a selectat PLC-ul S7-317-2PN/DP sau unul asemenea.
În tabloul MCC2 se află PLC-ul care controlează zona de tratare biologică compusă din: stația de suflante bazine biologice, stația de dozare clorură ferică, echipamentele din bazinul anaerob, echipamentele bazinului de aerare, echipamentele decantoarelor secundare, echipamentele stației de pompare apă tehnologică, echipamentele stației de pompare spumă, echipamentele stației de pompare nămol de recirculare și nămol în exces, debitmetrul efluent. S-a selectat PLC-ul S7-319-2PN/DP sau unul asemenea.
În tabloul MCC3 se află PLC-ul care controlează linia de tratare a nămolului compusă din: stația de îngroșare și deshidratare a nămolului, bazinul tampon cu nămol în exces, stația de pompare. S-a selectat PLC-ul S7-317-2PN/DP sau unul asemenea.
În interiorul clădirilor vor fi amplasate tablouri care vor avea minim IP 44. În tablourile amplasate în exterior vor fi puse IP 65.
Pentru dimensionarea cu o rezervă a tablourilor care au convertizoare de frecvență se acționează prin adăugarea a unui alt convertizor, precum și a echipamentelor de comandă-alimentare ale acestuia.
Instalația de automatizare cuprinde 14 tablouri de alimentare:
2.3 TABLOUL MCC1
Tabloul MCC1 este amplasat în camera electrică din clădirea grătarelor. Acest tablou este echipat cu : elemente de ventilare, elemente de încălzire și elemente de iluminat.
PLC-urile și elementele de control sunt alimentate din tabloul echipat cu UPS. Tabloul MCC1 conține un transformator de izolare galvanică care are rolul de a trimite comanda în amp a echipamentelor. Fiecare grătar aflat clădirea grătarelor este dotat cu tablouri de automatizare proprii.
Tabloul din clădirea de recepție nămol, tabloul din clădirea deznisipatorului, precum și tablourile de automatizare proprie a grătarelor trimit informații către tabloul MCC1. Trimiterea acestor semnale către tabloul MCC1 se realizează prin semnale digitale. Legătura dintre acest tablou și tabloul deznisipatorului este posibilă datorită rețelei PROFIBUS. Pentru treapta mecanică de tratare se va folosi un tablou dotat cu Touch Screen, care va fi folosit ca element HMI local. Panourile de protecție pentru circuitele de iluminat, prize, încălzire din clădirea grătarelor sunt încorporate în tabloul MCC1.
2.4 TABLOUL DIN CLADIREA DEZNISIPATORULUI
Tabloul situat în clădirea deznisipatorului este echipat cu elemente de ventilare, elemente de încălzire și elemente de iluminat. Interfața PROFIBUS și modulele de intrare-ieșire, adică elementele de control, sunt alimentate de la tabloul echipat cu UPS. Acest transformator conține un transformator de izolare galvanică pentru comanda în câmp a echipamentelor. Se comunică cu tabloul de automatizare a podului raclor prin semnale digitale, iar apoi comunicarea se transmite tabloului din clădirea deznisipatorului. Acest tablou controlează pompele de nisp, suflantele, pompele de apă, precum și separatorul de grăsimi.
Echipamentele de control precum: protecții, contactoare, relee, convertizoare de frecvență și altele, pentru pompele din stația de pompare a apei uzate, sunt amplasate în interiorul tabloului din considerente climatice precum evitarea umezelii și radiațiilor solare.
Pentru realizarea trecerii pompei în regim automat sau manual s-au fixat cutii de comandă cu IP ridicat pentru fiecare pompă. Aceste cutii conțin chipamente precum: butoane, selectoare de regim și butoane de urgență.
2.5 TABLOUL MCC2
Tabloul MCC2 este fixat în camera electrică din clădirea suflantelor și este dotat cu elemente de ventilare, elemente de încălzire și elemente de iluminat. Elementele de control sunt alimentate prin intermediul unui UPS, din interiorul tabloului. De asemenea, acest tablou conține și el un transformator de izolare galvanică pentru comanda în câmp a echipamentelor. Treapta biologică a stației de epurare este ordonată de PLC-ul acestui tablou.
Tablourile care trimit informații către tabloul MCC2 sunt: tabloul bazinelor anaerobe, tabloul bazinelor de aerare, tabloul stației de pompare a apei tehnologice, tablourile proprii ale podurilor racloare, tablourile decantoarelor secundare, tabloul din gospodăria electrică și o cutie cu IP ridicat amplasată în zona decantoarelor. Podurile racloare aferente decantoarelor secundare sunt singurele care dispun de tablouri de automatizare proprii. Legăturile între tablourile enumerate mai sus se realizează cu ajutorul semnalelor digitale. Legătura dintre tabloul din gospodăria electrică și cutia cu IP ridicat fixată în zona decantoarelor, precum și legătura sistemului SCADA cu instalația de dozare reactive pentru precipitare se realizează prin rețeaua PROFIBUS.
Tabloul MCC2 conține următoarele elemente de control: convertizoare de frecvență, contactoare, protecții și altele, pentru suflantele fixate în această clădire. Semnalul de curent prin care se trimite comanda și feedback-ul este de 4-20Ma. Suflantele sunt acționate atât manual cât și automat datorită cutiilor de comandă locală. Tabloul MCC2 este dotat cu Touch Screen, care va fi folosit ca element HMI local.
2.6 TABLOUL DIN GOSPODĂRIA ELECTRICA
Tabloul din gospodăria electrică este dotat cu elemente de ventilare, elemente de încălzire, elemente de iluminat și un UPS din care sunt alimentate elementele de control.
Acest tablou dispune de echipamentele de control precum: protecții, contactoare, relee, convertizoare de frecvență și altele, folosite pentru pompele de recirculare a nămolului. Fiecare pompă dispune de un convertizor de frecvență care, prin intermediul semnalelor analogice, realizează comunicarea cu sistemul de control (PLC). De asemenea, aceste echipamente de control sunt fixate în interiorul tabloului pentru a putea fi ferite de umezeală și de radiațiile solare.
Pentru fiecare pompă sunt fixate local cutii de comandă cu IP ridicat dotate cu butoane, selectoare de regim manual sau automat, butoane de urgență.
În tabloul electric din gospodăria electrică sunt fixate dispozitivele de comunicare dintre sistemul SCADA și grupul electrogen, disjunctoarele de alimentare normală și AAR. Comunicarea este posibilă datorită semnalelor digitale (230 Vac). Generatorul este cumpărat cu AAR propriu. AAR are rolul de a trimite informația vitală către sistemul de automatizare. Legătura cu centrala de măsură este asigurată de către rețeaua PROFIBUS. Tabloul conține, totodată, și echipamentul de control pentru bateriile condesatoare. Pe lângă aceste baterii condensatoare, în tablou sunt amplasate și protecțiile pentru circuitele de iluminat, prize, încălzire responsabile pentru toată clădirea din cadrul gospodăriei electrice.
2.7 CUTIA DIN ZONA DECANTOARELOR
Cutia din zona decantoarelor este situate în exterior, lângă alee. Aceasta este dotată cu sistem de încălzire și are cutie IP67. Această cutie conține module analogice de intrare-ieșire, precum și interfața PROFIBUS. Rolul cutiei din zona decantoarelor este de a colecta semnale analogice de curent de la traductoarele situate în zona decantoarelor, din interiorul stației de pompare a apei tehnologice și de a comanda vanele de reglare a debitului de nămol recirculat.
2.8 TABLOUL MCC3
Tabloul MCC3 este situat în camera electrică din clădirea instalației de îngroșare – deshidratare nămol. Tabloul MCC3 este dotat cu elemente de ventilare, elemente de încălzire și elemente de iluminat. Elementele de control și elementele de instrumentație sunt alimentate dintr-un UPS, amplasat în interiorul acestui tablou. PLC-ul tabloului MCC3 controlează linia de nămol din stație.
Tablourile care trimit informații către MCC3 sunt : tabloul bazinului de stocare nămol, tablourile instalației de deshidratare/îngroșare nămol, tabloul stației de pompare supernatant, precum și tabloul stației de dozare polimeri.
Instalația de dozare polimeri, precum și instalațiile de îngroșare/deshidratare nămol sunt singurele instalații care au tablouri de automatizare proprii. Comunicarea cu aceste tablouri se execută prin semnale digitale. Pompele de nămol, pompele de dozare polimeri și convertoarele amplasate în această clădire conțin elementele de control în interiorul tabloului MCC3.
2.9 TABLOU CLADIRE RECEPTIE NAMOL FOSE SEPTICE
Tabloul este situat în interiorul clădirii de recepție nămol fose septice. Tabloul clădire recepție nămol fose septice este compus din următoarele echipamente : un grătar, două pompe nămol și un mixer, precum și echipamente pentru modificarea comenzii din regim automat în regim manual. Butonul de urgența va fi montat pe ușa tabloului, iar în interiorul tabloului vor fi montate celelalte butoane, precum și selectoarele. Acest tablou conține protecție pentru circuitele de iluminat, pentru prize, pentru încălzire din camera de recepție fose septice.
2.10 TABLOU STATIE POMPARE APA TEHNOLOGICA
Tabloul stației de pompare apă tehnologică este situat în exteriorul stației de pompare apă tehnologică și are IP65. Acest tablou cuprinde elemente precum : un grup hidrofor, precum și echipamente de comutare și comandă în regim manual. Tabloul stației de pompare apă tehnologică alimentează tabloul de control al instalației UV.
2.11 TABLOU BAZINE AERARE
Acest tablou este situat în exteriorul bazinelor de aerare și are IP 65. Acest tablou cuprinde echipamente precum : patru mixere și echipamente de comutare și comandă în regim manual. Două dintre mixere sunt pentru alimentare vitală și două mixere pentru alimentarea nevitală.
2.12 TABLOU BAZINE ANAEROBE
Tabloul bazinelor anaerobe este situat în exteriorul bazinelor anaerobe și are IP65. Acest tablou conține elemente de forță pentru comanda bazinelor de aerare, precum : două mixere și echipamentele de comutare din regim automat în regim manual.
2.13 TABLOU BAZINE STOCARE NAMOL
Acest tablou este situat în exteriorul bazinului de stocare nămol și are IP65, conține elemente de comandă și control ale bazinului de stocare nămol : un mixer și echipamente de comutare comandă din regim automat în regim manual.
2.14 TABLOU CAMERA DEVERSOARE
În exteriorul camerei deversoare este amplata acest tablou și are IP 65. Acest tablou conține elementele de comandă și control pentru camera deversoare : un grătar și echipamente de comutare și comandă în regim manual. Grătarul este singurul care poate fii mișcat și invers, deoarece el are comandă manual. Proiectul se modifică corespunzător dacă grătarul are comandă de supraîncărcare sau de spălare a unei vane.
2.15 TABLOU DECANTOARE SECUNDARE
În exteriorul decantoarelor secundare este situate acest tablou și are IP 65. Acesta conține elemente de comandă și control pentru decantoarele secundare: două pompe spumă și echipamente de modificare a comenzii din regim automat în regim manual. Tabloul MCC2 transmite și preia informațiile, în mod digital.
2.16 TABLOU STATIE POMPARE SUPERNATANT
Acest tablou este situate în exteriorul stației de pompare supernatant și are IP 65. Tabloul conține echipamente precum : trei pompe supernatant și echipamente de modificare a comenzii din mod automat în mod manual.
Alimentarea celor 14 tablouri se realizează cu ajutorul unor cutii de distribuție, cu excepția cutiei din zona decantoarelor, aceasta alimentându-se din tabloul MCC2. Tablourile de automatizare proprii se alimentează singure.
2.17 SENZORISTICĂ
Linia acestei stații de epurare este funcțională datorită gamei de echipamente ce controlează procesele. Aceste echipamente de control sunt: presostate, termostate, senzori CO, senzori de nivel, traductoare de nivel, traductoare de debit, traductoare de presiune, traductoare de suspensii, traductoare de temperatură, traductoare de oxigen dizolvat, traductoare de pH, traductoare CCO-Cr, traductoare de NO3, traductoare PO4 și stații de prelevare probe.
Preostatele și senzorii de nivel, care comunică în regim digital, sunt considerate elemente protective a instalațiilor.
Pentru pornirea ventilatoarelor și a elementelor de încălzire ale clădirilor se acționează termostatele și senzorii CO.
În vederea controlului și monitorizării calității apei sunt folosite: traductoarele de nivel, traductoarele de debit, traductoarele de presiune, traductoarele de suspensii, traductoarele de temperatură, traductoarele de oxygen dizolvat, traductoarele de pH, traductoarele CCO-Cr, traductoarele de NO3, traductoarele CCO-Cr și traductoarele PO4. Aceste echipamente se alimentează la o tensiune continuă de 230 V oferă un semnal de 4-20Ma. Aceste semnale sunt preluate și prelucrate, datorită sistemului SCADA, conform “Schemelor de preluare semnale senzoristică SCADA“
În acest proiect sunt prevăzute două stații de prelevare probe: una fiind amplasată la intrarea apei în stația de epurare și una fiind amplasată la ieșirea apei din stație de epurare. Informațiile sunt preluate de la aceste două stații cu ajutorul rețelei PROFIBUS.
CAPITOLUL 3. CERCETĂRI EXPERIMENTALE DIN LABORATOR
3.1 NOȚIUNI GENERALE
Studiul experimental s-a realizat în laboratorul Societății Comerciale IMAT SRL din Bistrița, începând cu luna mai a anului 2010 până în luna iunie a anului 2012. Aparatura laboratorului de măsurare și control este de ultimă generație, iar instrumentele și senzorii de presiune sunt de mare performanță și înaltă precizie.
În acest context, cercetările experimentale au fost orientate spre studiul difuzorilor cu membrană elastică, care constituie, în prezent, soluția frecvent aplicată la distribuția aerului în bazinele de aerare.
Pentru a se proiecta un sistem de aerare eficient în procent de 100% cu privire la epurarea apelor uzate, trebuie ca în prealabil să se efectueze studii la scară de laborator sau la scară pilot, în vederea stabilirii parametrilor ce sunt necesari unui schimb maxim de oxigen în apa din reactorul biologic [9].
În procedeele microbiologice care au loc în treapta biologică a unei anumite stații de epurare, au loc reacții biochimice a căror viteză variază în funcție de raportul ce există între concentrația substratului din influent și concentrația biomasei în reactor. Desfășurarea acestor reacții au loc, obligatoriu, într-un mediu aerob, unde mărimea concentrației oxigenului dizolvat în apă reprezintă un factor essential [10].
Pentru a menține această concentrație de O2 la valoare constantă (de ex. de 2,6 mgO2/l) în orice punct din bioreactor, trebuie să avem ținem cont de stabilirea sistemului de aerare pneumatică cu bule fine în care randamentul kg O2/kWh este maxim, comparativ cu sistemele cu bule mari și bule medii.
3.2 DESCRIEREA INSTALAȚIEI EXPERIMENTALE
Pentru efectuarea experimentelor s-a realizat un stand de încercări (fig. 3.1). Acest stand este compus din echipamentele menționate mai jos:
bazin din oțel și sticlă cu dimensiunile: lungimea L = 3,30 m, lățimea l = 1,00 m, înălțimea H = 4,10 m și capacitatea C = 13,20 m3;
rețea culisantă în vederea montării rapide a difuzorilor;
compressor de aer;
indicator de debit pentru diafragme etalon;
senzor online pentru a determina concentrația de oxigen în apă, plasat în punctele de prelevare;
manometru diferențial (cu apă) pentru a determina presiunea aerului și a căderii de presiune pe difuzor.
Fig. 3.1 Stand pentru încercările difuzorului elastic cu disc
3.3 ETAPELE CERCETĂRILOR
Pentru a stabili parametrii ce definesc transferul de oxigen de la aer la apă, caracteristici unui anumit dispozitiv de aerare, este necesară realizarea acestor cercetări experimentale.
Rezultatele obținute prin executarea acestor experimente sunt prelucrate, prin utilizarea ecuațiilor transferului de oxigen.
Prin interpretarea acestor rezultate vom ajunge la determinarea parametrilor necesari oxigenării, parametri ce definesc orice sistem de aerare.
Notații utilizate:
Pentru o mai bună înțelegere a calculelor ce se vor efectua, se impune precizarea notațiilor și a unităților de măsură folosite:
θapa = temperatura apei ultilizată la experimentare, în °C;
θaer = temperatura aerului în momentul începerii experimentării, în °C;
H = înălțimea coloanei de apă, măsurată în m;
Hi = înălțimea de insuflare a aerului, măsurată în m H2O;
Hi = H – a;
a = distanța dintre radierul bazinului și partea de sus a difuzorului, măsurată în m;
Dc/dt = viteza de transfer a oxigenului, măsurată în mg O2/h;
Odi = oxigenul dizolvat inițial în apa care va fi supusă aerării;
Odt = oxigenul dizolvat din proba de apă prelevată la momentul T, măsurat în mg/l;
Cg10 = concentrația în momentul saturației oxigenului dizolvat în apă, măsurată în mg O2/l, la o presiune de 760 mm col. Hg și o temperatură de 10°C;
Cg8 = concentrația în momentul saturației oxigenului dizolvat în apă, măsurată în mg O2/l, la presiunea de 760 mm col. Hg și temperatură de 8°C;
V = volumul apei din bazin, măsurat în m3;
nd = numărul de difuzoare instalate în bazin pentru acest experiment;
Qaer = debitul aerului transferat de suflantă în bazin, măsurat în m3/h;
Pb = presiunea barometrică la fața superioară a difuzorului, măsurată în m;
Csm = concentrația de saturație medie (la mijlocul adâncimii de insuflare) a oxigenului dizolvat în apă, la presiunea existentă în bazin și la temperatura apei, măsurată în mg O2/l;
Ot = procentul de oxigen în aer la ieșirea din coloana de aerare; (Ot≈19%);
KLa10 = coeficientul transferului de oxigen la o temperatură de 10°C, măsurat în h-1;
KLa8 = coeficientul transferului de oxigen la o temperatură de 8°C, măsurat în h-1;
vO10 = viteza oxigenării la o presiune de 760 mm col. Hg și o temperatură de 10°C, măsurată în g O2/m3, apă, h;
CO10= capacitatea oxigenării, la presiunea de 760 mm col. Hg și temperatura de 10°C, măsurată în Kg O2/zi;
C’O10= capacitatea specifică a oxigenării, la presiunea de 760 mm col. Hg și temperatura de 10°C, în g O2/m3 aer, m.ad. ins.
Modul de desfășurare a cercetărilor
Etapele desfășurării experimentului sunt:
1. Pregătirea instalației pilot pentru desfășurarea experimentărilor, în care sunt stabilite numărul de difuzoare folosite, înălțimea coloanei de apă ce urmează a fi aerată, debitul de aer insuflat, numărul de puncte pentru recoltarea probelor și frecvența prelevărilor.
2. Determinarea prin măsurare a următorilor parametri:
temperatura aerului;
temperatura apei;
presiunea atmosferică.
3. Eliminarea în procent de 100% a oxigenului dizolvat din apa ce va fi supusă aerării. În acest caz se folosește sulfitul de sodiu, precum și clorura de cobalt.
4. Aerarea apei din bazin. Pe parcursul acestei operațiuni se recoltează probe de apă din diferite puncte ale bazinului la intervale de timp stabilite anterior.
5. Fixarea cu clorură de mangan și iodură de potasiu a oxigenului care s-a dizolvat în probele de apă recoltate.
6. Determinarea oxigenului dizolvat (Odt) din probele prelevate pentru care s-a folosit metoda Winkler și înregistrarea valorilor concentrației oxigenului dizolvat de senzorii montați în punctele de prelevare.
7. Determinarea parametrilor oxigenării, aceștia fiind:
coeficientul global al transferului de oxigen (KLa);
viteza de oxigenare (vO);
capacitatea de oxigenare (CO);
capacitatea specifică de oxigenare (C’O).
Etapele efectuate în vederea realizării cercetărilor
Experimentele sunt realizate pe difuzoare fabricate de S.C. IMAT S.R.L. Bistrița.
Ca fluid supus aerării s-a utilizat apă curată (potabilă) de la rețeaua de distribuție din oraș.
3.3.2.1. Condiții în care au avut loc experimentele
Stabilirea parametrilor oxigenării difuzoarelor produse de S.C. IMAT S.R.L. Bistrița cu membrană din cauciuc, au impus o gamă largă de experimente, astfel încât rezultatele obținute să fie convingătoare.
Experimentele au fost realizate în următoarele condiții:
S-a analizat un număr fluctuant de difuzoare fixate pe radierul bazinului. Așezarea difuzoarelor s-a realizat simetric. Dimensiunile bazinului sunt de 3,3 x 1,0 m, astfel că s-a permis experimentarea variantelor următoare pentru un anumit număr de difuzoare:
ciclul experimental cu numărul 1; 4; 8; … n = 3 difuzoare;
ciclul experimental cu numărul 2; 5; 9; … n = 5 difuzoare;
ciclul experimental cu numărul 3; 6; 10; … n = 7 difuzoare.
Pentru toate ciclurile experimentale s-au folosit 3 – 4 debite specifice, având în vedere ca rezultatele acestor debite să se înscrie în gama 2 – 10 m3/h. Am folosit un dispozitiv format dintr-o diafragramă fixată pe conducta de refulare a suflantei cu prize legate la un manometru cu lichid pentru determinarea mărimii debitelor specifice.
Pentru o aproximare mai corectă a debitului de aer introdus în bazin s-au utilizat două diafragrame:
pentru experimentele 1,2,3,4,5 s-a utilizat o diafragmă standardizată cu diametrul Ф = 39,31 mm;
pentru experimentele 6÷10 s-a utilizat o diafragmă standardizată cu diametrul Ф = 17,46 mm.
Înălțimea coloanei de apă utilizată în cazul aerării.
În timpul experimentelor realizate, au fost utilizate înălțimi ale coloanei de apă cuprinse între 3,87 m și 4,00 m și adâncimi de insuflare cuprinse între 3,64 m și 3,76 m.
Temperatura aerului și a apei.
Datorită duratei experimentelor, temperatura aerului și a apei a oscilat între 8°C și 16°C.
Presiunea atmosferică
De asemenea, presiunea atmosferică a avut oscilații între 753,5 și 770 mmHg.
Punctele de recoltare a probelor de apă aerată, identice cu punctele de amplasare a senzorilor de oxigen.
S-au recoltat probe din trei niveluri ale bazinului de testare, astfel:
deasupra radierului bazinului situat la 1,40 m = P5;
deasupra radierului bazinului situat la 2,35 m = P7;
deasupra radierului bazinului situat la 2,85 m = P9.
Frecvența de prelevare și durata de aerare a probelor
Pentru experimentele 1..5 timpul de aerare a fost de 20 minute, iar prelevarea probelor s-a realizat în următorii timpi pe parcursul experimentelor: t1=0,5 min; t3=1,0 min; t4=3,0 min; t5=5,0 min; t6=10,0 min; t7=15,0 min; t8=20,0 min.
Pentru experimentele 6…10 timpul de aerare a fost de 20 minute, iar prelevarea probelor s-a realizat din două în două minute în următorii timpi pe parcursul experimentelor: t1=0 min; t3=0,5 min; t4=1,0 min; t5=2,0 min; t5….. t13.
3.3.2.2 Elemente stabilite prin măsurare directă
Prin măsurare directă au fost determinate următoarele elemente:
temperatura aerului (θaer – în °C) ;
temperatura aerului (θaer – în °C);
presiunea atmosferică (Patm. – în mmHg);
înălțimea coloanei de apă (H – în m);
adâncimea de insuflare (Hins. – în m);
volumul de apă (V – în m3) – care va fi aerat.
Au fost determinate, în timpul fiecărui experiment, elementele următoarele:
cu ajutorul unui manometrul diferențial cu apă s-a efectuat diferența de presiune (Δp – în mm col. De apă), pentru acesta determinându-se debitul de aer insuflat în bazin;
cu un manometru diferențial cu Hg s-a efectuat diferența de presiune (Δh – în mm col. De Hg) reprezintând pierderea presiunii aerului utilizând difuzorul cu membrane formată din cauciuc.
3.3.2.3 Elemente stabilite prin analize de laborator
Înainte de a începe procedura de aerare, se determină oxigenul dizolvat (Odi în mg O2/l) în funcție de care se stabilește cantitatea de sulfit de sodiu și clorură de cobalt necesară pentru diminuarea oxigenului dizolvat în apă.
După prelevarea probelor, s-a determinat oxigenul dizolvat (Odt în mg O2/l) folosind metoda Winkler, pentru fiecare probă în parte.
3.3.2.4 Elemente stabilite prin prelucrarea măsurărilor directe
Parametrii stabiliți prin metoda măsurării directe a permis stabilirea debitului de aer insuflat în bazinul de testare:
În vederea determinării debitului de aer din bazinul de testare s-a folosit un manometru diferențial cu apă, conectat la prizele diafragmei fixate pe conducta de refulare a suflantei.
S-au făcut mai multe măsurători (8…12), pentru toate experimentele, iar la fiecare s-a obținut diferența medie de presiune la manometrul cu apă (Δpm).
Media pierderii presiunii înregistrată în anumite momente ale aerării (Δhp) s-a stabilit ca fiind pierderea presiunii (Δh) prin difuzorul cu membrană din cauciuc.
3.4 MODALITAȚILE DE CALCUL FOLOSITE PENTRU PRELUCRAREA DATELOR
Ecuația transferului de oxigen s-a realizat prin două metode:
Prima metodă fiind metoda exponențială;
gmdtgm (3.1.)
A doua metodă fiind metoda logaritmului natural prin deficitul de oxigen.
(3.2.)
3.5 REZULTATELE OBTINUTE
Pentru prelucrarea datelor determinate experimental a fost folosit un program de calcul automatizat Statwiew II TM, precum și Microsoft Excel.
Pentru a afla valorile lui KLa, reprezentând coeficientul global al transferului de oxigen, s-a folosit metoda reprezentată grafic (fig. 3.2) la care au fost notate valorile timpului (în minute), pe abscisă, pentru care s-a stabilit oxigenul dizolvat, iar pe ordonată s-au notat valorile coeficientului global de transfer al oxigenului.
In cazul metodei exponențiale
Fig. 3.2 Valorile KLA, prin metoda exponențială, la o temperatură de 8°C
În cazul ambelor metode, au rezultat, mai multe puncte, pentru care s-au trasat drepte de regresie, prin intermediul calculatorului. De asemenea, programul de calcul folosit relatează ecuațiile dreptelor de regresie care arată astfel:
y = mx + n ; r2 = k (3.3.)
unde: y = valoarea corespunzătoare pentru ln[(Cgm-Odt)/ Cgm], respectiv ln (Cgm-Odt),
m = panta dreptei de regresie, care reprezintă chiar valoarea lui KLa,
n = termenul liber al ecuației dreptei
r2 = valoarea coeficientului de corelație
Metoda logaritmului natural din deficitul de oxigen
Fig. 3.3 Valorile KLA, prin metoda logaritmului natural la o temperatură de 8°C
Pentru viteza de oxigenare, vo, au reieșit valori cuprinse între 100 și 560 g O2/m3 aer.h, folosind metoda exponențială, respectiv valori între 98 și 600 g O2/m3 aer.h, folosind metoda logaritmului natural din deficitul de oxigen.
Pentru capacitatea de oxigenare (CO) au reieșit următoarele valori:
între 32 și 220 kg O2/zi, folosind metoda exponențială;
între 37 și 260 kg O2/zi, folosind metoda logaritmului natural din deficitul de oxigen.
Cel mai reprezentativ parametru pentru caracterizarea unui dispozitiv pneumatic de aerare este capacitatea specifică de oxigenare, pentru care au reieșit următoarele valori:
între 14,5 și 24,1g O2/m3aer, m ad. Ins., folosind metoda exponențială;
între 13,6 și 24,7g O2/m3aer, m ad. Ins., folosind metoda logaritmului natural din deficitul de oxigen.
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII LA OPTIMIZAREA
TEHNOLOGIILOR DE EPURARE A APELOR UZATE
DATE GENERALE
Au fost folosite difuzoarele cu membrană elastică pentru stația de epurare a apelor uzate menajere și industriale din municipiul Vâlcea. Aceste membrane pot funcționa chiar și în regim intermitent fără a se înfunda, pentru că orificiile de evacuare a gazului (mai exact, perforațiile) se deschid și se închid conform fluxului de aer.
Construcția difuzoarelor cu membrană elastică DMB este simplă și se asamblează destul de ușor prin principiul de înfiletare în ștuțurile fixate la rețeaua de distribuție a aerului.
Difuzoarele cu membrane elastică DMB distribuie bulele fine de aer în masa de apă. Componentele difuzorului sunt prezentate în figura 4.1.
Fig. 4.1 Difuzor cu membrană elastică [8]
Suportul (1), confecționat din material plastic, este compus din nervuri de rezistență și are o formă convexă, astfel încât membrana elastică să închidă etanș orificiul prin care iese aerul în perioadele de timp în care nu lucrează difuzorul. Astfel se evită infiltrarea apei în conductele de distribuție. Nervura profilată circular (3) are scopul de a etanșa suplimentar (în repaus). Membrana (2) este formată dintr-un cauciuc special care este rezistent la ozon și care are un grad de elasticitate ridicat, precum și o rezistență bună la rupere. Membrana elastică dispune de un număr mare de orificii pentru difuzia aerului, care facilitează distribuția acestuia în bule fine, astfel ca la ieșirea din difuzor mărimea bulelor va fi de 1…2 mm. Membrana de suport se fixează cu ajutorul colierului (4), compus dintr-un material necorodabil. Ștuțul filetat (R = ½”) are rol în introducerea aerului comprimat.
Datorită formei convexe a suportului, membrana elasică este ridicată ușor de către fluxul de aer și este întinsă doar atât cât să poată permite ieșirea aerului prin fante în bule fine. În interiorul membranei se regăsește o întăritura inelară, astfel această membrană elastică va avea un bun comportament în timpul deformării. La stoparea admisiei aerului, membrana se slăbește sub presiunea coloanei de apă de deasupra difuzorului, se așează pe nervura circulară centrală a suportului, corespunzător zonei neperforate a membranei.
Montarea difuzoarele se realizează pe orizontal, grupate modular, la o distanță de 15…20 cm de radierul bazinului. Factorii de mai jos determină procesul de aerare:
adâncimea de insuflare;
mărimea bulelor de aer;
condițiile de curgere obținute prin introducerea aerului comprimat în bazinul de aerare.
Pe fundul bazinului cu apă este un conținut mai mare de oxigen, unde se ajunge la valori mai mari ale coeficintului de saturație cu oxigen datorită presiunii statice.
În acest caz se determină o cantitate mai mică de oxigen la suprafață, acest deficit este înlăturat prin circulația apei pe verticală, generată de curenții ascensionali de amestec apă-aer. Cu cât este mai adânc bazinul, cu atât este mai mare timpul de contact dintre bulele de aer și fluid, acest factor fiind hotărâtor pentru procesul de separare al impurităților, precum și pentru eficacitatea aerării.
Sistemul de aerare va trebui să asigure cantitatea de oxigen utilă, precum și omogenizarea conținutului bazinului. În bazinele de aerare va trebui să se asigure un debit minim de aer, cca. 2 Nmc/h la o suprafață de bazin de 1 m2 pentru împiedicarea depunerii nămolului. [7]
Difuzoarele realizează o mișcare circulară a apei, ce conduce la diminuarea gradientului de oxigenare, precum și la antrenarea și omogenizarea nămolului activ din apa uzată, la menținerea acestui nămol în suspensie și la creșterea intensității reacției.
Pentru alimentarea difuzoarelor se va folosi aer filtrat, fără praf sau ulei.
Rețeaua de distribuție se va construi astfel încât să fie posibilă distribuirea aerului în difuzoare cât mai uniform. Este necesar ca instalația de aer comprimat să asigure o presiune care va acoperi pierderile pe parcursul rețelei de distribuție, difuzorului și inalțimei colanei de apă. Se montează un debitmetru de control, precum și un manometru la racordul principal de aer.
La intrarea în difuzor temperatura maximă a aerului nu trebuie să depășească 45°C, astfel se execută o răcire suficientă pe traseul dintre stația de suflante și bazinul de aerare. Temperatura admisă din bazine va trebui să fie cuprinsă între 5…35°C.
Nu va fi posibilă obturarea orificiilor membranei, fenomen ce nu va fi observat niciodată, deoarece deschiderea acestor orificii se realizează doar în timpul exploatării. Datorită membrane elastic eventualele depuneri de CaCO3 se vor sparge.
În timp, capacitatea de formare a bulelor rămâne neschimbată doar dacă difuzorul va fi folosit pentru epurarea apelor reziduale comunale. În cazul în care difuzorul va fi utilizat pentru apele reziduale industriale, se recomandă să se realizeze o analiză a compoziției acestor ape pentru a preveni o folosire necorespunzătoare [8-10].
Descrierea stației de epurare din localitatea Drăgășani, jud. Vâlcea
Stația de epurare biologică este proiectată pentru o capacitate maximă de 1500 dm3/s de apă uzată, aceasta fiind formată din ape uzate reieșite din procesele tehnologice de la combinat și apele uzate menajere epurate mecanic din municipiul Drăgășani.
Apele uzate sunt amestecate și tratate cu soluții de substanțe biogene (complex NPK și uree) în concentrație de 10% imediat cum ajung în bazinul de preaerare pentru a se asigura concentrația de fosfor și azot necesară pentru sinteză de material nou CBO5:N:P, în raport de 100:5:1 în scopul epurării biologice.
Stația de epurare biologică este compusă din următoarele componente:
Pentru circuitul apei:
bazin de preaerare;
stație de pompare treapta I în scopul trimiterii apelor uzate în bazinele cu nămol activat;
patru bazine cu nămol activat, cu dimensiunile de 64 x 25 x 4,5 m (înălțimea activă fiind Ha=3,5m), cu un volum total de 27.000 m3 și un timp de retenție de aproximativ 5 ore;
bazinul cu nămol activat numărul 2 are în componență difuzoare cu membrană elastică, iar aerul este asigurat de 3 suflante cu pistoane rotative montate și 2 suflante de rezervă, cu un debit maxim de 40 m3/min fiecare, provenite de la TEHNOFRIG;
8 decantoare secundare longitudinale, având dimensiunile 60 (L) x 10 (l) x 4 (H) m (ha = 3,7 m), care sunt prevăzute cu racloare mecanice pentru colectarea nămolului prin sifonare în jgheaburi longitudinale situate lateral;
stație pentru pomparea apei epurate – treapta II – care este dotată cu pompe fixate în camera umedă care funcționează doar atunci când nivelul râului crește peste limita critică, atunci când descărcarea gravitațională a apelor uzate nu se mai poate realiza.
Pentru circuitul nămolului:
stația de pompare a nămolui de recirculare și aflat în exces având scopul de a transfera nămolul biologic de recirculare în bazinele cu nămol activat și de a trimite nămolul biologic în exces în circuitul de tratare a nămolului;
2 concentratoare de nămol cu diametrul de 20 m care realizează o îngroșare a nămolului biologic brut în exces;
stația pentru pomparea nămolului concentrat care transferă nămolul îngroșat în bazinele de stabilizare a nămolului;
2 bazine de stabilizare biologică aerobă a nămolului biologic în exces îngroșat cu volumul total de 13.300 m3;
bazine de stabilizare biologică aerobă a nămolului biologic în exces care sunt prevăzute cu aeratoare mecanice de suprafață, cu o putere instalată de 22 Kw, pentru fiecare bazin;
bazine de elutriere a nămolului de tip radial cu diametrul de 20 m și volumul total de 3.320 m3. În aceste bazine se execută spălarea nămolului cu scopul de a elimina aminele și amoniacul care îngreunează procesul de deshidratare a nămolului și reducere a consumului de reactivi chimici pentru condiționarea chimică a nămolului;
instalație de deshidratare mecanică a nămolului, prevăzută cu 3 filtre cu vid cu suprafața de 40 m2 fiecare;
haldă de nămol deshidratat în vederea colectării nămolului deshidratat pe o perioadă îndelungată.
4.1.1.1 Funcționarea stației
Apele uzate care au fost epurate mecanic și chimic sunt aduse în bazinul de omogenizare (preaerare) unde sunt adăugate soluțiile de substanțe biogene, precum și apele uzate menajere din municipiul Drăgășani. Pompele existente în treapta I de pompare preiau aceste ape uzate și le trimit în bazinele numărul 2 și numărul 3 cu nămol activat. În compartimentele bazinelor apele uzate preluate sunt amestecate cu nămolul activat transferat din cele 8 decantoare secundare, unde nămolul activat este pompat de stația de pompare nămol în exces și recirculat sub influența bulelor de aer produse de către difuzoarele cu membrană.
Apa trece peste pragurile deversoare echipate cu lame deversoare la ieșirea din compartimentele de decantare și ajunge în jgheabul de colectare care este situat transversal cu decantoarele secundare, spre partea de evacuare. Mai departe, apele epurate și decantate sunt prelevate de stația de pompare din treapta a-II-a și deversate în râu.
Nămolul existent în exces este prelevat de instalațiile existente unde, mai apoi, este concentrat, stabilizat, elutriat, îngroșat și, în final, depus pe halda de nămol.
4.1.1.2 Descrierea instalațiilor ce echipează bazinul de aerare numărul 3
Bazinul cu nămol activat numărul 3 – Descriere
Bazinul cu nămol activat este construit din beton armat cu dimensiunile interioare de 62 (L) x 24,8 (B) x 4,5 (H) m șo cu înălțimea activă Ha egală cu 3,5m, având un volum total de aproximativ 6.050 m3 și un timp de retenție de aproximativ 2,5 ore. Bazinul este dotat cu canale de aducțiune a apei uzate la partea anterioară, iar la capătul celălalt este dotat cu un canal de recoltare a apei epurate și un canal de aducțiune și distribuire a nămolului activ, care este dispus longitudinal pe mijlocul bazinului, între cele două șiruri de compartimente. Fiecare bazin este dotat cu o pasarelă construită din beton cu următoarele dimensiuni: lățimea (l) de 1m și lungimea (L) de 62 m egală cu lungimea fiecărui bazin.
Intersectând pasarela și înjumătățind fiecare compartiment al fiecărui bazin, sunt aplasate platforme construite din beton care sunt susținute de doi stâlpi construiți din beton armat și fixate pe picioare tronconice de 1,5×1,5m la bază de către radierul fiecărui compartiment.
Bazinul este împărțit în 10 compartimente cu dimensinile de 12,4 x 12,4 m, care comunică între ele. Fiecare compartiment are margini înălțate cu 0,8 m pe o adâncime de aproximativ 2,4 m obținându-se astfel o pantă de 30°.
Fig. 4.2 Bazinul de aerare numărul 2
Stația de aer comprimat se va dota cu două turbosuflante de 3500 m3/h/buc, astfel se asigură necesarul de oxigen pentru toată cantitatea de apă care se epurează biologic în bazinul cu numărul 3.
Astfel, stația de epurare va avea următoarele componente:
stația de turbosuflante având o capacitate de maxim 7.000 m3/h aer și o presiune de 6 mcol.H2O ;
magistrala de aer confecționată din oțel inox, compusă dintr-un colector de aer cu un diametru nominal Dn de 400 mm (va rezulta un volum de aer Vaer egal cu 15m/s ) și două conducte magistrale cu diametrul nominal Dn egal cu 270mm (va rezulta un volum de aer Vaer de 17m/s ) prevăzute cu ștuțuri de racordare cu diametrul nominal Dn egal cu 4” (rezultând un colum V egal cu 8,25 m/s) și robineți de închidere cu sferă cu diametrul nominal Dn egal cu 4” și robineți cu sertar cu diametrul nominal Dn egal cu 4”. Colectorul este dotat cu două tronsoane de admisie a aerului de la turbosuflante.
rețea de aerare pentru bazinele cu nămol activat, fiind compusă din module de aerare prevăzute cu 2200 difuzori, montate pe conductele magistrale prin conducte distribuitoare De 110 mm din polietilenă, prevăzute cu coturi mecanice De 110×4”, având ca priză robineții de 4”.
Reglarea debitului de aer se realizează automat sau manual, în funcție de concentrația de oxigen dizolvat în apa din bazinul de aerare.
Pentru a calcula parametrii ce definesc transferul de oxigen de la aer la apă este necesară efectuarea experimentelor.
Rezultatele obținute prin efectuarea experimentelor insituu sunt prelucrate prin aplicarea ecuațiilor transferului de oxigen.
Fig. 4.3 Bazinul de aerare cu numărul 3 echipat cu difuzori cu membrană elastică
Sistemul de aerare propus
Sistemul de aerare are următoarele componente:
Stație de aer comprimat;
Magistrala de aducțiune aer la bazinul cu nămol activat;
Rețea de distribuție a aerului în bazin;
Sistem de automatizare pentru reglarea automată a debitului de aer și monitorizarea parametrilor de funcționare a întregului sistem.
Stația de aer comprimat
Aerul necesar epurării biologice va fi emis de 5 suflante echipate cu pistoane rotative cu un debit Qmax egal cu 2400 m3/h/buc., la o presiune p egală cu 1,4 bar.
Pentru alimentarea sistemului de aerare existent în bazinul de epurare biologică numărul 2 se vor folosi 3 din cele 5 suflante existente, iar pentru alimentarea bazinului de epurare biologică numărul 3 cu aer comprimat se vor folosi cele 2 turbocompresoare propuse. Din cele două suflante rămase, nefolosite, una se utilizează pentru alimentarea bazinelor de stabilizare biologică a nămolului aflat în exces, iar cealaltă va rămâne ca rezervă.
Stația de aer comprimat va fi dotată cu două turbosuflante de capacitate 3500 m3/h/buc., astfel debitul de aer va crește de la 12.000 m3/h la cca. 19.000 m3/h, și se va asigura necesarul de oxigen pentru cantitatea totală de apă care se epurează biologic în bazinele cu numărul 2 și numărul 3.
Bazinul cu numărul 2 se va recondiționa, astfel că se vor înlocui difuzoarele stricate, iar bazinul cu numărul 3 se va moderniza prin dotarea cu un sistem de aerare echipat cu difuzoare cu membrană elastică care va substitui aeratoarele mecanice de suprafață.
Astfel stația de epurare pentru circuitul aerului necesar bazinului de epurare cu numărul 3. Va fi compusă din:
stație de turbosuflante cu o capacitate de maxim 7.000 m3/h aer la presiunea de 6 mcol.H2O;
magistrala de aer din oțel inox;
rețea aerare bazin cu nămol activat.
Magistrala de aducțiune aer
Magistrala de aer este formată dintr-un colector de aer cu diametrul nominal Dn egal cu 400 mm ( va rezulta un volum de aer Vaer egal cu 15m/s ) și două conducte magistrale cu diametrul nominal Dn egal cu 270 mm ( va rezulta un volum de aer Vaer egal cu 17 m/s ) echipate cu ștuțuri de racordare cu diametrul nominal Dn egal cu 4” ( volumul V egal cu 8,25 m/s ) și robineți de închidere cu sferă cu diametrul nominal Dn egal cu 4” și robineți cu sertar cu diametrul nominal Dn egal cu 4”.
Colectorul este echipat cu două tronsoane de admisie a aerului de la turbosuflante.
Fixarea magistralei de aer, precum și a conductelor distribuitoare se face pe suporți metalici construiți din profile laminate și țeavă pentru construcții, toate vopsite cu vopsele clorvinilice în vederea protejării la coroziune.
Distribuția aerului și rețeaua de dispersie în bazinul cu nămol activat
Rețeaua de distribuție și dispersie a aerului în bazinul cu nămol activat este formată din module de aerare, prinse de conductele magistrale prin conducte distribuitoare D110 formate din polietilenă, prevăzute cu coturi mecanice de 110 x 4”. Acestea sunt distribuite în compartimentele existente în bazinul cu nămol activat numărul 3.
Rețeaua este executată din 20 module de bază formate din conducte de polietilenă de înaltă densitate PEHD cu diametrul D egal cu 110 mm și diametrul D egal cu 50 mm și 10 module circulare cu diametrul D egal cu 110 mm și diametrul D egal cu 75 mm, fixate pe suporți metalici construiți din oțel inox montați de radier cu ajutorul șuruburilor autofiletante și diblurilor. Pe conductele din polietilenă se fixează piese de branșare pe care se montează difuzoarele de dispersie prin procesul de înșurubare cu ajutorul niplurilor.
Fig. 4.4 Rețea de aerare [11]
Modulele de aerare sunt conectate la conductele distribuitoare prin intermediul tronsoanelor confecționate din polietilenă cu diametrul D egal cu 110 mm. Rețeaua se alimează de la o conducta cu diametrul D egal cu 110 mm, prevazută cu piese de conectare D110 x 1 ½”, racorduri de compresiune cu diametrul D egal cu 50 mm, precum și robineți cu diametrul nominal Dn egal cu 100 mm.
În fiecare compartiment, dispersia se face cu ajutorul a 2 module de bază prevăzute cu câte 84 de difuzoare de tip DMB și un modul circular pe care sunt conectate 52 difuzoare, în total având 220 difuzoare pe fiecare compartiment X 10 compartimente, rezultă 2.200 difuzoare.
Fig. 4.5 Rețea de aerare, modul de bază [11]
Un modul circular este compus din 2 conducte cu diametrul D egal cu 110 mm și cu lungimea egală cu 4.735 mm conectate între ele cu ajutorul unui teu cu un diametru D egal cu 110 mm care se conectează la conducta de admisie aer de diametrul D egal cu 110 mm. La capetele libere ale conductelor se fixează coturi cu diametrul D egal cu 110 mm pe care se fixează conducte cu diametrul D egal cu 110 mm și cu lungimea L de 9.500 mm. Pe conductele de bază astfel conectate se montează la distanțe egale coliere de branșare D110 x ½” de care se fixează nipluri și difuzoare cu membrană elastică DMB½”.
Fig. 4.6 Rețea de aerare, modul inelar [9]
În figura 4.7 se observă un compartiment dotat cu un modul de aerare inelar și două module de bază.
Fig. 4.7 Rețea de aerare, compartiment echipat [9]
Difuzoare de aerare
Difuzorii poroși cu membrane de cauciuc elastic funcționează în regim intermitent și nu au nevoie de curățare. Principiul de funcționare constă în pătrunderea aerului sub presiune în volumul cuprins sub membrana aflată în expansiune, prin intermediul orificiilor centrale de admisie din taler, perforațiile fine ale membranei permițând trecerea bulelor foarte fine în mediul lichid.
Când admisia aerului se oprește, membrana elastică de cauciuc este slăbită și sub presiunea coloanei de apă de deasupra difuzorului, se plasează pe nervura centrală circulară a talerului, corespunzătoar zonei membranei neperforate, împiedicând astfel intrarea apelor uzate în rețeaua de distribuție a aerului. Acest lucru permite, de asemenea, operarea discontinuă a sistemului de aerare.
Chiar dacă aerarea este complet deconectată nu va exista nici un pericol de colmatare.
Difuzoarele cu membrană elastică au o construcție simplă și sunt ușor de instalat prin înșurubarea lor în duza de distribuție a aerului existentă.
Fig. 4.10 Rețea aerare, difuzor cu membrană elastic [11]
Sistem de automatizare pentru reglarea automată a debitului de aer și monitorizarea parametrilor de funcționare
Pentru a optimiza fazele procesului de automatizare se urmăresc etapele de mai jos:
acționarea;
calcularea parametrilor de lucru;
reglarea;
poziționarea.
Pentru a reduce costurile și a crește siguranța de funcționare se vor raporta parametrii de funcționare. Aparatura folosită la realizarea măsurărilor și a analizelor întregește programul pentru protecția mediului în folosul tratării apelor reziduale. Această aparatură asigură traductoare și senzori corespunzători pentru analizarea apelor reziduale.
Monitorizarea unui proces de analiză a apelor reziduale presupune folosirea traductoarelor online, traductoare care sunt scumpe față de metodele de laborator folosite pentru determinarea respectivilor parametri. Folosirea traductoarelor este importantă atât pentru controlul procesului la o stație de epurare, precum și pentru stabilirea unor parametri esențiali în vederea unor calități impuse pentru apa epurată [9].
4.1.1.3 Descrierea stației de epurare din municipiul Drăgășani
Stația de epurare a municipiului Drăgășani este o stație automatizată, astfel că un automat programabil (PLC) coordonează cele mai multe procese și prezența permanent a unui operator nu este necesară. Automatul programabil (PLC) are scopul de a verifica și dirija parametrii procesului de epurare a apelor uzate, în cazul unor probleme acesta trimite un mesaj de alarmă.
Procesul de funcționare a sistemului de automatizare (PLC) este următorul:
Când acesta este pornit de la butonul ON toți consumatorii electrici și anume: pompe, suflante, aparate de măsură și control, etc.) vor fi alimentați cu energie electrică, dar nu vor începe să lucreze, ci vor fi în stare de standby.
În cazul problemelor, vor apărea semnale de alarmă pe panoul de comandă, dar nu se va efectua nicio operație.
Dacă sistemul de automatizare este setat pe modul MANUAL utilajele vor putea fi coordonate separat și independent de la panoul de comandă.
Modul de funcționare SERVICE al sistemului este o fază intermediară, total automatizată, între modul de funcționare MANUAL și modul de funcționare AUTO. În acest caz, operatorul poate selecta o anumită stare de funcționare a unei unități din stația de epurare a apelor reziduale.
Instalațiile de dispecerizare conțin anumite lucrări specifice, astfel enumerate mai jos:
Bazinele de aerare numărul 2 și numărul 3
-Măsurarea în mod continuu a concentrației de oxigen dizolvat în apă, în intervalul 0-5mg/l, și a temperaturii apei, în cadrul bazinelor de aerare cu numărul 2 și numărul 3, precum și la ieșirea din jgheabul colector al decantorului secundar a apei epurate (1 punct de măsurare);
Măsurarea în mod continuu a PH- ului, în intervalul 6-10 PH, și a temperaturii apei folosind același traductor, la ieșirea apei epurate din bazinele de aerare cu numărul 2 și numărul 3 (1 punct de măsurare);
Măsurarea în mod continuu a turbidității la ieșirea apei epurate din jgheabul colector al decantorului secundar (1 punct de măsurare);
Măsurarea în mod continuu a debitului de aer transmis de suflante, cu ajutorul unui debitmetru de tip VORTEX cu dimetrul nominal Dn egal cu 300 mm, pe fiecare magistrală. Intervalul măsurat este 0-20.000 m3/h.
Măsurarea în mod continuu a debitului de apă epurată, cu ajutorul unui debitmetru folosit pentru canale deschise (Arie x Viteză), canale și conducte cu curgere gravitațională, pentru care nu este o anumită geometrie de canal.
Ținerea evidenței orelor de funcționare pentru suflantele la dispecer.
Comanda debitului de aer alimentat de suflante funcție de oxigenul dizolvat în bazinele de aerare.
• Dispeceratul instalației de aerare
Acesta asigură faptul că toți parametrii achiziționați local în sistemul de aerare vor fi preluați, precum și afișarea lor la solicitarea operatorului, controlând astfel gestionarea în timp real a întregului sistem de tratare biologică format din bazine de aerare și decantoarele secundare utilizând un sistem de automatizare (PLC) cu o configurație adecvată, o schemă sinoptică și un calculator utilizat pentru proces.
Echipamentele montate local și dispeceratul comunică prin cabluri de semnalizare care sunt îngropate pentru a transmite semnalele logice și analogice. Legătura dintre calculator (PC) și sistemul de automatizare (PLC) se realizează prin interfața serială de comunicare bidirecțională standard RS 232.
Instalațiile de automatizare – dispecerizare asigură:
supravegherea compartimentelor de aerare;
comanda automată a debitului de aer ;
supravegherea automată a întregului flux de la dispeceratul existent.
Voi preciza că a fost folosită aparatură de înaltă siguranță furnizată de firme consacrate, enumerate mai jos.
• Aparate locale AMC
Debitmetru de aer tip VORTEX, diametrul nominal 300 mm, cu ieșire 4-20 Ma:
Cod PROWIRL 70, diametrul nominal Dn egal cu 300 mm, furnizat de către Endress + Hauser din Germania;
Debitmetru pentru canale și conductele cu curgere gravitațională, cu măsură
Arie x viteza, cu ieșirea de 4-20 Ma;
Cod SIGMA 950 AV, furnizat de către American Sigma.
Traductoare pentru măsurare continuă a concentrației de oxigen dizolvat, turbiditate, PH, cu ieșire de 4- 20 Ma și detecție, și cu 2 trepte de nivel programabile:
Cod traductor PH [CPF 10-B3 (senzor) + CPM 252 (bloc electronic)], furnizat de către Endress+ Hauser din Germania;
Cod traductor oxygen dizolvat [COS4(senzor) + COM 252 (bloc electronic)], furnizat de către Endress+ Hauser din Germania;
Cod traductor turbiditate [CUS 41(senzor) + CUM 252(bloc electronic)], furnizat de către Endress+ Hauser din Germania.
Aparatura de achiziție date
Sistem de automatizare (PLC) cu un număr fluctuant de intrări, ieșiri logice și analogice, inclusiv module aferente, fiind situat în dulapul de la dispecerat, furnizat de către Groupe Schneider din Franta;
La dispecerat s-a stabilit o schemă sinoptică cu lămpi de semnalizare pentru informarea operatorului despre defect într-un ritm cât mai rapid.
Calculatorul din dotare.
• Dulap de automatizare AMC
În figura următoare este prezentată schema unui sistem de epurare biologică pentru apele uzate, în care se observă plasarea senzorilor folosiți pentru măsurarea parametrilor principali.
Fig. 4.11 Sistem de epurare biologică a apelor uzate
Procesul din figura de mai sus prezentată include următoarele utilaje:
– bazin în care se realizează epurarea biologică aerobă cu nămol activ;
2 – bazin în care se realizează decantarea secundară.
Porțiunea desenată cu linie punctată reprezintă treapta de epurare biologică pentru care se realizează automatizarea sistemului de aerare.
4.1.1.4 Etapele experimentelor desfășurate
S-a folosit apă uzată, ca și fluid supus aerării, distribuită în treapta biologică de la stația de pompare ce recepționează apele uzate menajere ale municipiului Drăgășani reunite cu apele uzate industriale.
Testele au fost realizate în următoarele condiții:
S-au testat 2200 difuzoare fixate pe radierul bazinului
Amplasarea difuzoarelor s-a realizat în mod simetric. Dimensiunile bazinului sunt de (60×25) m, 10 compartimente ce relaționează între ele de (12×12) m, amplasate câte 5 pe două rânduri.
Debitul de aer introdus. Există 8 trepte de funcționare pentru turbosuflantă cu debit reglabil, cea de a doua turbosuflantă mergând la capacitatea maximă.
Se determină valorile debitelor de aer în funcție de temperatură aerului la admisie, precum și de presiunea de refulare, prezentate în diagramele de funcționare a turbosuflantelor.
Pentru o evaluare mai bună a debitului de aer introdus în bazin, s-au folosit două diagrame de funcționare a turbosuflantei EC 3.5-1.5 la presiunile de 0,40 bar și 0,50 bar, precum și trei diagrame de funcționare a turbosuflantei EC 10-1.5 la presiunile de 0,40 bar, 0,45 bar și 0,50 bar.
Înălțimea coloanei de apă folosită pentru aerare
În experimentele realizate au fost folosite înălțimi ale coloanei de apă cuprinse între 3,80 m măsurată de la radier și 3,60 m măsurată de la nivelul de montare a difuzorilor;
Temperatura aerului și a apei
Datorită duratei în timp a experimentelor, temperatura aerului și a apei a oscilat în intervalul +7°C și +15°C.
Presiunea atmosferică a oscilat între valorile 753,5 și 770 mmHg.
Punctele de determinare a concentrației de oxigen dizolvat în apă.
S-au recoltat probe de la trei nivele din bazinul de testare, astfel:
deasupra radierului bazinului este situat punctul 1 la 1,00 m;
deasupra radierului bazinului este situat punctul 2 la 2,50 m;
deasupra radierului bazinului este situat punctul 3 la 3,30 m.
Durata de aerare și frecvența de citire a datelor.
Pentru experimentele 1,2,3, durata de aerare a fost de 24 minute, iar concentrația de oxigen a fost determinat prin citirea datelor afișate din 3 în 3 min.
Din prelucrarea datelor rezultate în această situație am înțeles faptul că este necesară o durată mai îndelungată de aerare pentru a atinge valoarea de echilibru a oxigenului dizolvat în apă.
Astfel că pentru experimentele 4…8, am modificat durata de aerare la 40 min., iar citirea datelor privind concentrația de oxigen s-a realizat din cinci în cinci minute.
Elemente determinate prin măsurare directă
Pentru fiecare ciclu experimental au fost analizate elementele enumerate mai jos, prin măsurare directă:
temperatura aerului (θaer , în °C);
temperatura apei (θaer , în °C);
presiunea atmosferică (Patm., în mmHg);
înălțimea coloanei de apă (H, în m) care va fi aerată;
adâncimea de insuflare (Hins., în m);
volumul de apă (V, în m3) care va fi aerat.
• Elemente determinate prin prelucrarea măsurătorilor directe
Folosind parametrii obținuți din măsurarea directă, am calculat debitul de aer introdus în bazinul de testare folosind un manometru diferențial cu apă, conectat la prizele diafragmei fixate pe linia de descărcare a suflantei.
Pentru fiecare experiment au fost efectuate mai multe măsurători și apoi a fost determinată diferența medie de presiune la manometrul de presiune a apei (notat cu Δpm).
Astfel, debitul de aer folosit la fiecare experiment este un debit calculat pentru valoarea medie a diferenței de presiune, confruntat cu debitul total de aer reieșit din diagramele de debit funcție de temperatura aerului pe admisie, presiunea de refulare a aerului și unghiul de deschidere α a paletelor reglabile ale turbosuflantei ESC 3.5-1.5.
• Rezultate obținute în cadrul experimentelor
Orice sistem de aerare, fie mecanic sau fie pneumatic, este caracterizat prin mărimi ce reprezintă performanțele sistemului. În cazul aerarării pneumatice, aceste mărimi sunt:
Vo, reprezintă viteza de oxigenare, măsurat în g O2/m3, apă, h;
CO, reprezintă capacitatea de oxigenare, măsurată în kg O2/zi;
C’O reprezintă capacitatea specifică de oxigenare, măsurată în g O2/m3 aer, ad. Ins.
Așadar, pentru viteza de oxigenare, vo, au rezultat valori cuprinse între 259kg O2/m3 aer.h și 284kg O2/m3 aer.h, folosind metoda exponențială și valori de 234kg O2/m3 aer.h și 269 kg O2/m3 aer.h, folosind metoda logaritmului natural din deficitul de oxigen.
Pentru capacitatea de oxigenare (CO) au reieșit următoarele valori:
între 6.216kg O2/zi și 6.816 kg O2/zi, folosind metoda exponențială;
între 5.616kg O2/zi și 6.456kg O2/zi, folosind metoda logaritmului natural din deficitul de oxigen.
Capacitatea specifică de oxigenare, C’O, este parametrul cel mai reprezentativ pentru definirea unui dispozitiv pneumatic de aerare, pentru care a reieșit următoarea gamă de valori:
între 12,5g O2/m3aer, m ad. Ins. Și 14,1g O2/m3aer, m ad. Ins., folosind metoda exponențială;
între 12,6g O2/m3aer, m ad. Ins. Și 13,7g O2/m3aer, m ad. Ins., folosind metoda logaritmului natural din deficitul de oxigen.
Descrierea stației de epurare a apelor uzate din Râmnicu Vâlcea
4.1.2.1 Generalități din interiorul stației de epurare Râmnicu Vâlcea
Stația de epurare din Râmnicu Vâlcea a fost pusă în funcțiune în anul 1979. La început stația fost proiectată să funcționeze doar cu 510 L/ s, iar apoi debitul acesteia s-a dublat, ajungând la 1020 L/ s.
Debitul apelor pluviale, apelor uzate menajere și apelor uzate industriale care intră în camera deversoare, în anul 2001, era cuprins între 620-996 L/s. Cantitatea de ape uzate industriale era de 20%, de ape uzate menajere de 60-70% și restul până la 100% erau ape pluviale. Unitățile care deversau ape uzate industriale erau următoarele: Vâlceana, Carpatina, Favil, Minet, IAMC, Abator, Hervil etc.
Stația de epurare este situată în partea de sud a orașului, pe malul drept al râului Olt. Stația are rolul de a prelua apele uzate din rețeaua de canalizare a orașului Râmnicu Vâlcea și de a le trata (fig. 4.12).
Fig. 4.12 Stația de epurare a municipiului Râmnicu Vâlcea
Apele care intră în stația de epurare sunt clasificate în:
ape uzate industriale;
ape menajere;
ape meteorice;
ape de infiltrație.
Toate apele din tot sistemul de canalizare sunt colectate și epurate de către stația de la Râmnicu Vâlcea, mai puțin apele din zona de sud a orașului.
Stația de epurare cuprinde 2 linii tehnologice, ce sunt descrise în tabelul alăturat (tabelul 4.1)
Tabel 4.1 Conținutul celor 2 linii tehnologice ale stației de epurare
Cele două linii tehnologice ale stației de epurare sunt aproape identice ca principiu de funcționare, construcție și dotare tehnică.
Tabel 4.2 Conținutul apelor reziduale menajere care intra în stația de epurare
4.1.2.2 Descrierea circuitului apei uzate și echipamentelor din instalația de epurare
Bazinul de retenție depozitează apele meteorice în scopul evitării producerii unor accidente prin refularea instalațiilor. Acest bazin de retenție are un rol important în eficacitatea operației de epurare.
Camera deversoare reglează debitele de ape uzate ce ajung în stația de epurare și este construită din beton armat, fiind capabilă să reziste la debite și mai mari decât cele existente (fig. 5.13). Un limnigraf cu diagramă de înregistrare măsoară debitele care ajung în stația de epurare. Apa uzată intrată în stația de epurare este epurată biologic, iar surplusul de debit este retrimis în râul Olt.
Fig. 4.13 Camera deversoare
Grătarele rare reglează debitele de apă uzată cu ajutorul a două stăvilare. Deșeurile cu dimensiuni mari sunt reținute pe aceste grătare (hârtii, cârpe, material plastic, materii în suspensie mari). Grătarele sunt curățate în fiecare zi, manual, cu ajutorul greblelor. Ele sunt construite din bare de fier fixate în așa mod încât să fie paralele, cu o înclinare de 35° și cu o distanță între ele de 10 cm (fig. 4.14).
Grătarele au rolul de a reține deșeurile solide de dimensiuni mari, așadar nu vor permite înfundarea pompelor și a conductelor.
Fig. 4.14 Instalație de gratare
Grătarele dese au rolul de a reține corpurile mari de 15-20 mm. În partea de jos a acestor grătare sunt fixate două stăvilare, iar distanța între bare este de 1,2-2 cm și înclinarea este de 30°. Materialele reținute pe grătare se colectează în containere și apoi sunt trimise la rampa de gunoi. Stăvilarele au rolul de a închide canalul colector atunci când se dorește efectuarea unor revizii sau reparații atunci când este necesar. Stăvilarele sunt echipate cu mecanisme de acționare manuală.
Deznisipatoarele orizontale
Au fost construite 3 linii deznisipatoare din beton în vederea reglării debitelor celor 3 stăvilare montate în amonte. Deznisipatoarele rețin materiile în suspensie, mineralele, granulele și sunt caracterizate prin lipsa de putrescibilitate și viteza mare de sedimentare (nisip, pietriș). Pe lângă materiile reținute, deznisipatoarele sunt capabile să mai rețină și o cantitate mică de substanțe organice (fig. 4.15).
Viteza de depunere gravitațională din interiorul deznisipatorului este de 0,3 m/s. Nisipul este colectat în cuve și transferat în containere, contaiere care vor fi transportate la rampele de gunoi, printr-un sistem de insuflare cu aer-lift.
Avantajele deznisipatoarelor sunt:
protecția instalației mecanice în mișcare;
reducerea posibilităților de înfundare a conductelor prin de depunerea nisipului.
Un dezavantaj al deznisipatoarelor este menținerea vitezei constante la variațiile de debit, chiar și pe timp de ploaie, la debite maxime.
Pentru curățarea deznisipatoarelor se folosesc, de asemenea, stăvilare care, prin închiderea lor, face posibilă această operație, iar depozitarea nisipului colectat se realizează tot în containere care apoi sunt trimise la rampa de gunoi.
Fig. 4.15 Deznisipator orizontal
Separatorul de grăsimi este format din două cuve care au rolul de a reșine produsele petroliere, grăsimile și uleiurile cu greutate specifică mică. Prin insuflarea aerului de către un generator cu aer comprimat, se formează o peliculă de grăsime pe suprafața apei, care apoi printr-un deversor este colectată în jgheaburi laterale și condusă într-un cămin de depozitare unde este vidanjată și apoi evacuată la rampa de gunoi.
Stația de suflante este echipată cu 2 electrosuflante de tip SRD 40 (fig. 4.16) cu următoarele caracteristici:
Q = 1090 m3/h; p = 5000 mm col H2O; P = 30 Kv; n = 730 rot / min.
unde:
Q – debitul de aer într-o unitate de timp;
p – presiunea atmosferică;
P – puterea;
n – turația de lucru.
Fig. 4.16 Suflantă SRD 40
Debitmetrul Parshal
Înregistrarea debitelor orare de apă uzată care intră în stație se realizează cu ajutorul unui limigraf. Construcția este de tipul unui cămin în care este instalată o miră. Acest cămin se află situat pe canalul de legătură, deschis, dintre separatorul de grăsimi și camera de distribuție.
Camerele de distribuție sunt prezente atât în decantoarele primare, cât și în decantoarele secundare, câte 2 în fiecare decantor și au rolul de a repartiza debitele de apă. Pentru închiderea, deschiderea și reglarea debitelor de apă uzată, camerele de distribuție sunt prevăzute cu vane, în număr de: 4 x 2 = 8.
Decantoare primare, construite din beton armat, se folosesc pentru reținerea suspensiilor, nămolurilor brute sau active. Decantarea gravitațională a suspensiilor mai mari decât coloizii, se realizează în decantoarele primare cu diametrul de 30 m și un volum unitar de 1500 m3. Aceste decantoare sunt alimentate printr-o conductă de apă care trece pe sub radier și se deschide spre centrul decantorului sub nivelul apei. Apa este introdusă în bazin pe la partea inferioară a unui perete deflector circular, acesta având rol în distribuiea apei în toate compartimentele decantorului. La partea inferioară a decantorului este montată o rigolă periferică de care este atașat un deversor reglabil prin care se evacuează apa (fig. 4.17).
Fig. 4.17 Decantor
Grăsimile și spuma de pe suprafața apei sunt colectate de un răzuitor care este fixat de podul raclor, care poate funcționa aproximativ 12 ore/zi. Grăsimile și spuma, după colectare, sunt transportate către un jgheab la un cămin vidanjat periodic. În stația de nămol este colectat nămolul primar prin cădere liberă prin conul de colectare, care poate funcționa cu două rotiri pe oră (U=96%). Decantorul primar are o eficiență medie procentuală de 35%.
Bazine de aerare
În bazinele de aerare se realizează epurarea biologică a apei uzate decantate. Pe la partea superioară se realizează alimentarea bazinului cu apă uzată, iar pe la gurile de alimentare din dreptul turbinelor cu acționare mecanică se realizează alimentarea bazinului cu oxigen.
Amestecul apă – nămol se evacuează prin manevrarea vanelor pe la partea de sus a bazinului.
Decantoarele secundare sunt echipate cu o instalație hidraulică de evacuare a nămolului, cu scopul de a evita staționarea nămolului activ depus pe radier și apariția fenomenului de anaerobie. Aceste decantoare au un volum de 1500 m3 și un diametru de 35 m. În aceste decantoare secundare se realizează operația de clarificare apă-nămol, după care apa este deversată în emisar la mal.
Instalația de extragere nămol, prevăzută cu vane telescopice, realizează reglarea debitului de nămol extras. Cantitatea de nămolul activ colectată este evacuată către stația de pompare a nămolului activ prin intermediul unei conducte de oțel de diametru D = 400 mm. Doar o parte din nămolul activ este trimis la fermentare prin intermediul decantoarelor primare, restul de nămol este numit „nămol în exces” și evacuat la stația de pompare nămol.
Stația de pompare nămol activ este dotată cu următoarele echipamente: 3 pompe Cerna 200, Q= 260 m3/h, puterea P = 15 KW/h și o 1 pompă ACV 200, Q= 189 m3/h, puterea P = 10 KW/h
În această stație se realizează recircularea nămolului activ (fig. 4.18).
Fig. 5.18 Stație de pompare nămol
4.1.2.3 Descrierea circuitului nămolului din instalația de epurare
Principiul de funcționare și caracteristicile tehnice ale utilajelor/ echipamentelor
Stație pompare nămol brut în îngroșator
Nămolul depus în decantor se evacuează prin dirijarea gravitațională prin manevre de vană către stația de pompare a nămolului brut. Apoi, nămolul este supus operației de îngroșare.
Echipamentele din stația de pompare nămol sunt următoarele: 2 pompe Cerna 200 cu debitul Q = 189 m3/h și puterea P = 15 KW/h; 1 pompă ACV și 2 pompe NPF 5.
Îngroșător nămol
Scopul principal pentru îngroșarea nămolului este reducerea cantității și volumului de apă din nămol, înainte de operația de fermentare. Îngroșatoarele de nămol sunt compuse dintr-o serie de bare metalice perpendiculare pe radier, montate de podul raclor, care se deplasează cu o viteză de 1 rot / h și permit accelerarea îngroșării nămolului.
Barele metalice au ca avantaj evitarea formării pungilor de gaze de fermentație, favorizarea îngroșării nămolului și distribuției apei.
Atunci când conținutul de nămol se înjumătățește se consideră că operația de îngroșare nămol a luat sfârșit.
După ce se termină operația de îngroșare pompele în îngroșator preiau nămolul îngroșat și îl evacuează gravitațional din decantoarele primare în stația de evacuare nămol brut.
Stația pompelor nămol îngroșat
Pompele din stație introduc nămolul proaspăt îngroșat în metantancuri.
În stația de pompare se regăsesc următoarele echipamente: 2 electropompe ACV 200, cu debitul Q = 189 m3/h, înălțimea H = 18 m și 1 pompă NPF 5.
Metantancuri
Nămolul îngroșat este trimis în metantancuri cu ajutorul stației de pompare nămol și supus fermentării anaerobe la o temperatură de 35-40°C. În metantancuri se regăsesc următoarele echipamente: 3 electropompe Bicaz, cu debitul Q = 80 m3/h, înălțimea H = 30 m și turația de lucru n = 1500 rot/min. Metantancurile sunt construite cu un volum de 1500 m3, pereții exteriori îmbrăcați în cărămidă cu o grosime minimă de 80 cm și formă circulară.
Încălzirea apei se realizează cu ajutorul schimbătoarelor de căldură situate în interiorul centralei termice a stației.
Recircularea nămolului prezintă următoarele avantaje:
menținerea temperaturii constante în întreaga masă prin transportul uniform de căldură;
accelerarea fermentării prin amestecarea nămolului brut cu nămol fermentat;
realizarea uniformității amestecului de material în metantanc.
Reducerea substanțială a formării spumei se realizează prin recircularea nămolului, iar cu ajutorul vanelor se realizează reglarea debitului de recirculare a nămolului. În circuitul de evacuare gravitațională a nămolului fermentat există 3 cote: -4; 0; +4.
Circuitul de evacuare a apei din nămol
În partea superioară se acumulează apa prin operația de decantare a nămolului în metantancuri. Această apă are o culoare brun – verzuie și un conținut mare de materii în suspensie. Apa obținută din decantarea nămolului într-un interval de timp de aproximativ 4 ore este colectată evacuată ca apă uzată, nefiind întrodusă în bazinul de aerare.
Circuitul evacuării gazelor de fermentare
Gazele care se colectează în metantancuri în timpul procesului de fermentare sunt evacuate, cu ajutorul unui gazometru, prin intermediul unei conducte speciale pentru gaze.
Platformele de uscare a nămolului fermentat
Nămolul fermentat regăsit în metantancuri este eliminat și uscat pe niște platforme speciale de uscare a nămolului. În cazul în care nămolul nu este bine fermentat, acesta nu este transferat pe platformele de uscare. Instalația paturilor de uscare este alcătuită din mai multe tuburi perforate, 2 drenuri longitudinale formate dintr-un strat filtrant prin care se drenează apa de nămol.
Nămolul nefermentat transferat din greșeală pe paturile de uscare emană un miros neplăcut și se usucă încet. Nămolul fermentat conține un procent de apă de 70-80%, este crăpat la suprafață și este poros. Stația dispune de 14 platforme de uscare cu o suprafață totală de 13.000 m2 unde nămolul fermentat este uscat.
Gazometre
Gazele din metantancuri sunt transferate în gazometre, acestea având o poziție ridicată sau coborâtă. La partea superioară gazometrele au o cuvă circulară construită din beton armat pe care se pune un clopot metallic cilindric și care este controlată de un esafodaj metalic. Această cuvă circulară este în permanență plină de apă. Gazometrele care preiau gazele din metantancuri au un volum de 2 x 500 m3. În interiorul instalației de gazometre se regăsesc următoarele echipamente: gazometrul, conductele de gaze (intrare și ieșire), conducta de preaplin gaz, conducta de apă pentru golire, supapa de închidere.
Centrală termică
Centrala termică are rolul de a încălzi apa la o presiune de 0,7 atm, presiune necesară în timpul fermentării nămolului, încălzirea apei calde menajere, încălzirea apei din interiorul gazometrelor, încălzirea clădirilor din incinta stației de epurare etc. Apa caldă este produsă de trei cazane de joasă presiune.
4.1.2.4 Studiu de caz – stația de epurare din Râmnicu Vâlcea
Datele inițiale
În continuare va fii prezentată o simulare a unei situații critice asupra stației de epurare.
Stația de epurare din Râmnicu Vâlcea are o acoperire de 100% a distribuției apei potabile și a canalizărilor, pentru cei 110.000 locuitori ai săi.
Stația de epurare este localizată la 100 metri de râul Olt, unde vor fi evacuate apele uzate.
Apele epurate, care sunt evacuate din stație în râul Olt, vor respecta normativul NTPA001/2002. Într-o singură zi sunt prevăzute să se prelucreze, în stația de epurare, apele uzate cu debite cuprinse între Q med =2500 m3/zi și Qmax = 2800 m3/zi.
Procesul de epurare este format din următoarele etape: acumularea, egalizarea, omogenizarea; tratarea fizico-mecanică pentru reducerea suspensiilor și a fosforului în exces; tratarea biologică – reducerea carbonului organic și a azotului; dezinfecția apei epurate cu ozon; îngroșarea și deshidratarea nămolurilor rezultate. [12]
În tabelul 4.3 se va simula o stare critică a datelor de intrare a apelor uzate în stația de epurare.
Tabel 4.3 Date intrare
S-a dorit punerea în evidență a unei ape cu încărcătură organică foarte mare peste limita admisă în NTPA – 0002/2002, (HG nr. 352/2005) [13].
Alegerea metodei de tratare
Pentru suprimarea sau scăderea agenților poluanți sub limita admisă în legislația de protecție a mediului apele reziduale sunt epurate prin metode chimice, biologice sau combinate. În funcție de parametri apelor uzate, determinate prin analize de laborator se face selecționarea metodei de tratare a apei uzate.
Pentru a fii posibilă epurarea biologică a apei uzate, efluenții trebuie să conțină doar substanțe organice biodegradabile sau amestecuri de subtanțe biodegradabile, precum și substanțe anorganice netoxice.
Atunci când efluenții conțin substanțe organice greu biodegradabile, amestecate cu agenți toxici (organici sau anorganici), tratarea biologică este urmată de tratarea chimică.
Unele tratamente chimice sunt urmate de tratamente fizico-chimice atunci când efluenții conțin substanțe toxice sau substanțe care nu sunt biodegradabile. Pe baza unor determinări de laborator se selectează metoda de tratare a apei care trebuie să aibă în vedere: temperatura, pH-ul, conținutul de azot și de fosfor, cantitatea de solide în suspensie (SS), CBO5, CCOCr, natura și concentrația agenților toxici. [12] Pe lângă aceste analize fizico-chimice se face și o analiză biologică.
Proporția dintre cantitatea de substanțe biodegradabile și cantitatea de substanțe nebiodegradabile din apele supuse tratării, este dată indirect de raportul CBO5/CCOCr.
Criteriu pentru alegerea metodei de tratare în condițiile în care apa nu este încărcată cu alți poluanți este dată de valoarea acestui raport:
CBO5/CCO ≥ 0,6, apele uzate se tratează ușor prin metode biologice, în prezența microorganismelor existente în mod natural în aceste ape;
0,2 < CBO5/CCO < 0,5, tratare biologică, dar cu microorganisme adaptate;
CBO5/CCO < 0, 2, apa nu mai poate fi tratată biologic.
CBO5/N = 20, respectiv CBO5/P = 100, nu este necesară adiția de substanțe nutritive pentru susținerea activității biologice a microorganismelor.
Prezența azotului și fosforului este necesară în apele tratate biologic, ele sunt elemente nutritive pentru microrganisme.
Determinarea gradului de epurare necesar
Evacuarea/descărcarea în receptorii naturali, a apelor reziduale orășenești și industriale cu conținut de substanțe poluante, se face numai respectând prevederilor legislației în vigoare și ale prezentului normativ (NTPA 001 din HG 188/2002, completată cu HG 352/2005), pentru protejarea sănătății populației și a mediului. [14]
Tabelul 4.4 Valori-limită de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și
urbane evacuate în receptori naturali [12]
Tabelul 4.5 Categorii de calitate a apelor de suprafață [15]
Pentru a fi evacuate în condiții controlate în râul Olt valorile indicelui de calitate pentru aceste trei categorii de ape trebuie sa se încadreze conform normativelor în vigoare.
Autoepurarea care se realizează, cu ajutorul proceselor biologice, corespunde pentru condițiile de calitate a celei de-a III-a categorii de ape. Ca să se evite impurificarea emisarului se realizează evacuările celorlalte două categorii de ape în funcție de limitele categoriei a-III-a de ape uzate.
În funcție de eficiența construcțiilor din interiorul stației de epurare se stabilește valoarea gradului de epurare, procedeele de tratare și epurare precum și mărimea finală a stației de epurare.
În tabelul 4.6 sunt redate eficiența construcțiilor și a spațiilor de epurare [15].
Tabelul 4.6 Eficiența construcțiilor și spațiilor de epurare
Calculul gradului de epurare
Procentul de micșorare a unei părți din elementele poluante (de natură fizică, chimică și biologică din apele uzate), astfel încât apa tratată să aibă limite admise conform legilor în vigoare (HG 188/2002, completat cu HG 352/2005), reprezintă gradul de epurare.
Relația cu care se calculează gradul de epurare este urmatoarea:
% (4.1)
unde:
Ci – valoarea concentrației inițiale a indicatorului din apele uzate, pentru care se stabilește gradul de tratare, (mg/l);
Cf – valoarea concentrației finale a aceluiași indicator după tratarea apei uzate (valoarea maximă admisă, conform NTPA 001, se măsoară în mg/l).
Calculul gradului de tratare se face în funcție de următorii poluanți: materiile în suspensie, CBO, oxigenul, azotul total.
Etapele efectuării acestui calcul sunt următoarele: determinarea diluției; se verifică dacă amestecul se face complet până la secvența de calcul; determinarea diluției reale; stabilirea cantității maxime admise de suspensii în funcție de diluția reală cu ajutorul calculelor; determinarea gradului de epurare cu ajutorul ecuației:
(4.2)
Proporția de diluție notată cu (d) (folosit în calculele de proiectare) este dat de relația:
(4.3)
unde:
Q – debitul emisarului, (m3/s), Q = 5 m3/s;
q – reprezintă debitul maxim zilnic de ape uzate, (m3/s), q = 0,125m3/s.
m3/s (4.4)
Pentru o diviziune intermediară de la gura de vărsare până la secțiunea de amestecare, proporția de diluție reală, este exprimată prin relația:
(4.5)
unde:
a – este coeficientul de amestecare corespunzător secțiunii considerate, a cărui valoare poate varia între 0,7-0,9; se alege a = 0,80.
Coeficientul difuziei turbulente:
, m2/s, (4.6)
unde:
v – viteza medie a receptorului, v = 1,5 m/s
H – adâncimea medie a receptorului, H= 1,8 m;
q – debitul maxim zilnic al apei uzate, q = 0,125m3/s;
m3/s; (4.7)
L – distanța totală de la punctul de vărsare al apei uzate până la secțiunea examinată privind calitatea emisarului, m (secțiunea examinată se consideră situată la 1 km amonte de secțiunea de folosință).
L = 15 km ̶ 1 km = 14 km
Lungimea de amestecare se calculează cu relația:
(4.8)
(4.9)
Calculul gradului de epurare pentru materii în suspensie
(4.10)
unde:
;
– cantitatea maximă admisă de materii în suspensie, ce poate fi evacuată în emisar, conform NTPA 001/2005;
(4.11)
Calculul gradului de epurare necesar pentru substanțe organice (CBO5)
Varianta nr. 1: se iau în considerație diluția, amestecarea și procesul natural de autoepurare a apei, prin oxigenare, la suprafață.
Varianta nr. 2: se ține cont de diluție și amestecare; nu se ia în considerare procesul de autoepurare.
Varianta nr. 3: se iau în calcul condițiile impuse prin NTPA 001/2002.
Varianta nr. 1:
, (4.12)
unde:
– CBO5 a.m – cantitatea admisă pentru amestec, de CBO5, pentru a fi evacuată în emisar: CBO5 a.m = 7 mg/l;
– k1 – coeficient de oxigenare sau constanta de consum a oxigenului în ape uzate;
k1 = 0, 1 zile -1;
– k2 – constanta de consum a oxigenului din apele emisarului în amonte de gura de vărsare; k2 = 0, 17 zile-1
– q – debitul de apă uzată; q = 0, 125 m3/s;
– Q – debitul emisarului; Q = 5 m3/s;
– a = 0, 8;
– t – timpul de curgere a apei între secțiunea de evacuare și secțiunea de calcul;
s (4.13)
– – cantitatea de substanță organică, în apele emisarului, în amonte de gura de vărsare, = 2 mg/l;
(4.14)
Din ecuația de bilanț rezultă:
(4.15)
– – viteza consumului de oxigen al apelor uzate, înainte de evacuarea acestora în emisar;
– – viteza consumului de oxigen al apelor emisarului, în amonte de secțiunea de evacuare a apelor uzate;
(4.16)
Notație: , date proiectare.
Varianta nr. 2: se ia în considerare amestecarea și diluția:
(4.17)
(4.18)
mg O2/l
(4.19)
Varianta nr. 3: se iau în considerație condițiile impuse prin NTPA 001/2002.
(4.20)
Notație: , date proiectare.
Determinarea gradului de epurare necesar în funcție de oxigenul dizolvat
(4.21)
unde:
F – factor de diluție; F are valori cuprinse între 1,5-2,5; se ia F = 2
Dmax- deficit maxim de oxigen în aval de secțiunea de evacuare;
(4.22)
;
Concentrația CBO5, într-o apă uzată, se determină cu relația:
Se calculează în continuare CBO20 pentru ape uzate:
(4.23)
Se calculează deficitul de oxigen ca fiind:
DO = COs- COr (4.24)
DO=11, 35 – 6 = 5, 35 mgO2/l ˃ 4mg/l
Deteminarea timpului critic în care se realizează deficitul maxim de oxigen (după gura de vărsare) din apa râului:
(4.25)
Calculul deficitului critic (maxim de oxigen)
(4.26)
Compararea concentrației oxigenului necesar vieții acvatice într-o apă de suprafață (>4mg/l) cu concetrația minimă de oxigen.
COmin = COS – DOcr COmin = 11, 3- 4,45 COmin= 6,85mgO2/l (4.27)
COmin ˃ 4 mgO2/l
Determinarea gradului de epurare în ceea ce privește consumul chimic de oxigen
Consumul chimic de oxigen se calculează cu ajutorul relatiei:
(%) (4.28)
unde:
– reprezintă concentrația inițială a materiei organice la intrarea în stația de epurare, exprimată prin CCO-Cr; date proiectare;
– concentrația de materie organică exprimată prin CCO-Cr în apa epurată deversată în emisar, ce corespunde valorii din NTPA 001/2005;
= 125 mg/l
(%) (4.29)
Calculul gradului de epurare necesar pentru azot total
(4.30)
în care:
azot total
Notație:*Ci_N = date proiectare.
= 0, 10 mg – reprezintă cantitatea maximă admisă de azot total, ce poate fi evacuată în emisar, conform NTPA 001/2005;
Nu sunt necesare restricții în ceea ce privește N total.
CAPITOLUL 5. ALEGEREA VARIANTEI TEHNOLOGICE OPTIME
Pentru alegerea variantei optime, se consideră urmatoarele variante pentru care vom calcula concentrațiile intermediare pentru solidele în suspensie, CBO5, CCO-Cr si N2 pe fiecare treapta. Valorile obtinute se vor compara cu valorile din NTPA 001/2002 pentru verificarea gradului de epurare necesar.
5.1 VARIANTA NUMĂRUL 1
unde:
G – grătar;
DZ – deznisipator;
BE – bazin de egalizare;
D.P. – decantor primar;
BNA – bazin cu nămol activ
DS – decantor secundar;
Tabelul 5.1 Solide în suspensie
Tabelul 5.2 CBO5
Tabelul 5.3 CCO-Cr
5.2 VARIANTA NUMĂRUL 2
G – grătar;
DZ – deznisipator;
D.P. – decantor primar;
FB – filtru biologic;
Tabelul 5.4 Solide în suspensie
Tabelul 5.5 CBO5, CCO-Cr
5.3 VARIANTA NUMĂRUL 3
G – grătar;
DZ – deznisipator;
CF – coagulare-floculare;
DP – decantor primar;
Tabelul 5.6 Solide în suspensie
Tabelul 5.7 CBO5
Tabelul 5.8 CCO-Cr
5.4 VARIANTA NUMĂRUL 4
G – gratar
DZ – deznisipator;
CF – coagulare – floculare;
DP – decantor primar;
BNA – bazin cu nămol activ
DS – decantor secundar;
Tabelul 5.9 Solide în suspensie
Tabelul 5.10 CBO5
Tabelul 5.11 CCO-Cr
5.5 VARIANTA NUMĂRUL 5
G – gratar
DZ – deznisipator;
BE – bazin de egalizare;
DP – decantor primar;
BNA – bazin cu nămol activ
DS – decantor secundar;
C+ – adsorbție pe cărbune activ;
Tabelul 5.12 Solide în suspensie
Tabelul 5.13 CBO5
Tabelul 5.14 CCO-Cr
Tabelul 5.15 Descrierea detaliată a variantelor tehnologice optime
pentru procesul tehnologic
5.6 ALEGEREA VARIANTEI TEHNOLOGICE OPTIME ȘI DESCRIEREA PROCESULUI ADOPTAT
S-au luat în calcul mai multe variante tehnologice pentru construirea stației de epurare, care să fie optime din punct de vedere economic și ecologic. Varianta optima este stația de tratare care cuprinde 3 etape de epurare (mecanică-chimică-biologică) și este avantajoasă din punct de vedere financiar.
Concluzia la care se ajunge este că doar variantele tehnologice a 4-a și a 5-a se încadrează din punct de vedere ecologic și al concentrațiilor admise, conform NTPA 001 din HG 188/2002, completată cu HG 352/2005.
Varianta a 4-a se încadrează conform legilor în vigoare, dintre cele două variante tehnologice, din punct de vedere ecologic și economic, și asigură un grad de epurare acceptat.
Pentru alegerea variantei tehnologice a 4-a s-a ținut cont de gradul de diluție și de debitul apei uzate.
CAPITOLUL 6. CALCULUL UTILAJELOR TEHNOLOGICE
Apa uzată brută intrată în stația de epurare, trece prin gratare și site, unde are loc reținerea corpurilor și a suspensiilor de dimensiuni mari. Ulterior, se realizează separarea materiilor solide în suspensie și a solidelor cu dimensiuni mai mari (nisip, pietriș) prin sedimentare în deznisipatoare. În decantorul primar se realizează sedimentarea primară, a cărui scop este reducerea conținutului de materii în suspensii și pațial a materiei organice exprimată prin consumul chimic de oxigen și prin consumul biochimic de oxigen. În bazinul cu nămol activ, apa uzată continând compuși organici biodegradabili dizolvați sau dispersii coloidale, este pusă în contact cu cultura bacteriană mixtă de microorganisme, care consumă impuritățile biodegradabile drept substrat final, din decantorul secundar este evacuată apa epurată.
6.1 SCHEMA TEHNOLOGICĂ A STAȚIEI DE EPURARE
Fig.6.1 Schema tehnologică a stației de epurare a apei uzate
6.2 CALCULUL UTILAJELOR DIN CADRUL TREPTEI MECANICE DE EPURARE (GRĂTARE, DEZNISIPATOR, BAZIN DE EGALIZARE, DECANTOR PRIMAR)
6.2.1 Debite de calcul și de verificare utilizate în instalațiile de epurare municipale
Se realizează determinarea debitelor de ape uzate conform STAS 1343/0-89, STAS 1846-90 și STAS 1478-91. În fiecare etapă a procedeului de epurare se vor calcula debitele de apă uzată și se vor verifica limitele conform legilor în vigoare.
Tabelul 6.1 Debite de calcul și de verificare
Conform normativului P 28-84 si NTPA-0011/2002, se iau încărcările cu poluanți:
Tabelul 6.2 Valori poluanți
6.2.2 Grătare
Gratarele speciale se folosesc pentru protejarea mecanismelor, precum și a utilajelor din stația de epurare a apelor uzate și pentru diminuarea pericolului de colmatare al canalelor de legătură dintre obiectele stației de epurare. Aceste grătare rețin deșeurile de dimensiuni mari din apele reziduale, precum și deșeurile plutitoare (crengi, bucăți din material plastic, lemn, animale moarte, legume, cârpe, resturi vegetale etc.).
La toate stațiile de epurare există grătare, conform standardului SR EN 12 255-1/2002, indiferent de debitele de intrare a apei uzate în stația de epurare, indiferent de modul de curgere (curgere sub presiune sau curgere gravitațională) și îndiferent de sistemul de canalizare folosit.
În interiorul stației de epurare a apelor uzate se regăsesc 2 tipuri de grătare și anume: grătare rare și grătare dese.
Grătarele rare au rolul de a reține deșeurile mari plutitoare pentru a nu ajunge la grătarele dese, în vederea protejării acestora. Grătarele rare au bare de susținere cu o distanța între ele cuprinsă între 50-100 mm.
Grătarele dese au două tipuri de curățare : automată și manuală. Distanțele dintre barele metalice ale grătarelor dese sunt cuprinse între 16-20 mm în cazul curățării manuale și 25-60 mm în cazul curățării automatizate.
Grătarele sunt confecționate din bare de oțel care sunt sudate pe panouri metalice plane sau curbe, prin care trec apele uzate. Diferența dintre grătarele dese și grătarele rare este reprezentată de distanța dintre barele de susținere.
Datorită distanței dintre barele metalice, grătarele se clasifică în:
cu deschidere mare (între 2,5 – 5 cm);
cu deschidere mică ( între 1,5 – 2,5 cm ).
Grătarele cu distanța de 5-15 cm se fixează înaintea stației de pompare. În funcție de modalitatea de curățare (automatizată sau manuală) se realizează înclinarea grătarelor față de planul orizontal. În vederea curățării manuale se recomandă grătarele cu o înclinație de 30- 75°, iar pentru curățarea automatizată se recomandă grătare cu o înclinație de 45-90°.
Pentru evitarea depunerilor se recomandă ca viteza de deplasare a apei prin grătare să fie între 60 – 100 cm/s. Pentru favorizarea curățării grătarelor și diminuarea presiunii pe grătar este recomandat ca grătarul folosit să aibă înclinații mai mici.
Pentru cantități mai mici de deșeuri care rămân pe grătare se realizează o curățare manuală cu ajutorul unei greble. Curățarea manuală se face doar în cazul stațiilor de epurare mici, care servesc 100000 locuitori și care au debite Q = 0,1m3/s. Pentru facilitarea exploatării se stabilesc două panouri de grătare corespunzătoare debitelor respective, lățimea minimă a grătarului fiind de 0,8 m.
Curățarea mecanică se aplică stațiilor de epurare mari care servesc peste 100000 oameni, deoarece garantează condițiile bune de curgere a apei prin spațiile grătarului fără a apărea mirosul neplăcut.
Grătarele cu curățare rotativă se pot folosi pentru canale cu dimensiuni mai mici de 1 m, iar pentru bazinele drepte prevăzute cu adâncimi mari se pot folosi greble de curățare care au mișcări de translație. Atunci când cantitatea de deșeuri obținute este mare se realizează curățarea mecanică, aceasta fiind continuă și frecventă.
Proiectarea se execută la debitul de calcul:
(6.1)
Distanțele dintre barele grătarelor sunt diferite pentru ambele cazuri:
în cazul grătarelor rare, distanța dintre barele grătarelor este de : b = 2,5….5 cm;
în cazul grătarelor dese, distanța dintre barele grătarelor este de : b = 1,5….2,5 cm.
Procedeul de reținere a deșeurilor grosiere din apa reziduală întrodusă în stația de epurare este executat de grătarele rare.
Procedeul de reținere a deșeurilor grosiere din apa uzată deja existentă în stația de epurare este executat de grătarele dese.
S-a selectat un grătar cu o distanță între bare de: b = 2,5 cm = 0,025 m și cu o lățime a barelor de s = 1,0 cm = 0,01 m față de lățimea normală a barelor de s = 0, 8….1,2 cm.
Este necesar ca grătarele să aibă o cameră cu lățimea mai mare decât canalul de acces, iar înainte de grătar, este necesar ca radierul să fie coborât cu 7,5-15 cm.
Lățimea camerei grătarului este:
(6.2)
vg max = 0, 4…1 m/s și am utilizat vg max = 0,90 m/s.
hmax = înălțimea apei înaintea grătarului care se selectează ≈ 500-600 mm hmax = 600 mm = 0,6 m
B este o lățime standard; Bcalculat se standardizează Bst
m (6.3)
B standardizat = 1, 0 m (6.4)
Numărul bărilor:
(6.5)
Verificare:
Vg max = 0, 4 …1 m/s
Vg max (6.6)
Pentru a nu se depune suspensiile din apă, viteza apei înainte de grătar, Va, va trebui să fie suficient de mare, dar să nu depășească anumite limite, pentru a nu desprinde reținerile de pe grătar.
Viteza apei înainte de grătar trebuie să se încadreze în intervalul Va = 0, 4 ÷ 0, 9 m/s
(6.7)
unde:
, (1/n se ia din catalog din “Îndreptarul de calcule hidraulice pentru cazul betonului de condiție medie”).
(6.8)
I=0, 001.
S-a selectat din îndrumar n = 0, 016
Va = (6.9)
care aparține intervalului 0,4÷ 0,9 m/s
Din calcule reiese că s-au respectat condițiile stabilite prin reglementările în vigoare; vom continua cu alegerea tipului de grătar:
Tabelul 6.3 Caracteristici gratare
În funcție de cantitatea de rețineri pe grătar se determină distanța dintre barele grătarului conform tabelului următor :
Tabelul 6.4 Distanțele dintre barele grătarelor
Pentru b =2, 5 cm 145 000 x 3,5= 507500 dm3/loc.an.
Δh (pierderea de sarcină) trebuie selectată astfel încât să nu se realizeze accidente și să înlăture presiunea care există la canalul de ape uzate ce intră în stație.
Pierderea de sarcină se calculează cu relația:
(6.10)
α = unghi de înclinare a grătarului în valoare de 45°-90°, pentru grătarele cu curățare mecanică ; (se alege α = 75°) ; ξ = în funcție de mai mulți parametri ; ξ = k1k2k3, unde :
(6.11)
k2- coeficient în funcție de forma barelor: pentru secțiune rotundă k2 = 0, 74
k3 = f (a, b) (6.12)
e = 0,025 cm; hmax = 0,6 m; s =0,01 m; h = 1,0 m
b = 0,714 și a = 0,616 prin selectare din tabelul de mai jos k3= 0,728
Tabelul 6.5 Valori coeficient k
Cu cele 3 valori pentru k vom obține ξ= 0,959
m (6.13)
Din calculele de mai sus rezultă că pierderile de sarcină obținute din relația de mai sus se măresc de 3 ori (nu se vor lua mai mici de 15 cm), fiindcă s-a ținut cont de pierderile de sarcină suplimentare date de înfundarea grătarului. De obicei mărimea pierderilor de sarcină calculate cu relația de mai sus nu depășesc 5 cm apă.
Din calcule a rezultat că radierul canalului înainte de grătar se va coborî cu aceeași valoare: adoptat = 0,15 m
Fig. 6.2 Grătar plan cu curățire mecanizată
6.2.3 Proiectarea deznisipatorului
În acest proiect s-a stabilit un debit de apă reziduală de 10 800 m3/zi.
Deznisipatoarele sunt utilizate pentru tratamentul apelor reziduale care depășesc debitele de 3 000 m3/zi (circa 10 000 oameni). În mod normal sunt utilizate deznisipatoare pentru apele reziduale provenite din rețele dimensionate atât în sistem unitar cât și divizor.
Avantajele deznisipatoarelor sunt:
separarea din apele reziduale a particulelor minerale cu o dimensiune mai mare de 0,2mm.
reținerea cantităților mici de substanțe organice care sunt conduse de particulele minerale sau preluate de acestea în timpul căderii, mai ales la viteze mici.
Proiectarea deznisipatorului se execută la debitul de calcul egal cu de 2 ori debitul orar maxim.
(6.14)
În cadrul unui deznisipator trebuie prevăzute minim 2 compartimente, ele fiind exploatate periodic și alternativ, iar adâncimea lor trebuie să fie între 1,5 și 4 m cu pasul de 0,25.
Lățimea compartimentului nu trebuie să depășească 3,0 m, n compartimente = 2.
Relația următoare reprezintă secțiunea transversală a deznisipatoarelor orizontale:
(6.15)
unde:
Qc – este debitul de calcul al deznisipatorului, [m3/s];
V0 – viteza orizontală, [m/s];
Viteza orizontală se va calcula în funcție de diametrul particulelor reținute în deznisipator. Se consideră că diametrul particulelor reținute în deznisipator este de 0,2 mm, iar viteza orizontală va rezulta din tabelul următor.
Tabelul 6.6 Valorile vitezei orizontale
V0 = 19 mm/s = 0,19 m/s
Calculul înălțimii totale a deznisipatorului:
H = hu + hd + hg + hs (6.16)
unde:
hu – înălțimea zonei optime, cuprinsă între 0,60-2,5 m; presupunem hu = 1m;
hd – înălțimea spațiului de colectare a nisipului, care depinde de încărcarea cu nisip și intervalul de evacuare a nisipului; se consideră hd = 0,20 m;
hg – înălțimea spațiului de siguranță pentru îngheț, cuprinsă între 0,3-0,5 m; se alege hg = 0,5 m;
hs – înălțimea spațiului de siguranță suplimentară, cuprinsă între 0,1-0,15 m; se alege hs = 0,1 m;
Alegem H = 1 + 0,2 + 0,5 + 0,1 H = 1,8 m – înălțimea totală a deznisipatorului
Din nomenclator se impune alegerea unei înălțimi H – cuprinsă între 0,8-2,5 m; se alege H = 2,0 m
(6.17)
B = 0,80m (din catalog) se selectează din catalog curățătorul tip NA->Nd2-2 cu o suflantă tip SRD 20 -7,5
Secțiunea orizontală a deznisipatorului se calculează după formula:
(6.18)
unde:
α = coeficient care depinde de mai mulți parametri, și alege 2,2 pentru o eficiență de 85%;
Vs = viteza de sedimentare, măsurată în [m/s] care se determină în funcție de diametrul particulelor reținute în deznisipator;
Tabelul 6.7 Valori pentru viteza de sedimentare în funcție de diametrul particulelor
d = 0,2 mm Vs= 2,3 cm/s = 0,023 m/s (6.19)
Lungimea deznisipatorului este dată de formula:
Se recomandă ca proporția între lungimea și lățimea deznisipatorului să fie cuprinsă între 10 și 15;
se încadrează între 10 și 15 (6.20)
6.2.4 Coagulare – floculare
Procesele de coagulare – floculare sunt metode de tratare a apelor reziduale, care ușurează eliminarea particulelor coloidale din apele rezidule prin adăugarea agenților chimici. Procedeul de coagulare – floculare constă în aglomerarea particulelor coloidale și în separarea ulterioară a acestora prin decantare, filtrare și flotație cu aer dizolvat. Avantajul procesului de coagulare – floculare îl reprezintă diminuarea turbidității din apele de suprafață, diminuarea parțială a culorii, mirosului, gustului și diminuarea parțială a microorganismelor regăsite în apă.
Procesul de coagulare-floculare prezintă trei etape:
adăugarea agenților de coagulare în vederea neutralizării sarcinilor electrice. Avantajul acestei etape îl prezintă îmbunătățirea posibilităților de aglomerare sub agitare puternică, într-un timp scurt (30 s-1 min);
aglomerarea particulelor fără sarcina lor inițială prin constituirea flocoanelor, în primă fază a microflocoanelor și, în a doua fază, a flocoanelor voluminoase, fiind separabile prin procesul de decantare.
Flocularea se împarte în două tipuri:
flocularea pericinetică, fază care începe după terminarea procesului de agitare puternică și se aplică numai pentru particule de dimensiuni mai mici de 1 µm;
flocularea ortocinetică, fază care conduce la formarea microflocoanelor și se aplică în practică din cauza unui gradient de viteză produs prin curgerea lichidului sau agitarea mecanică.
Formarea flocoanelor mari, dense și ușor sedimentabile se obține printr-o agitare lentă, într-un interval de timp de 15-30 minute, aceasta reprezentând flocularea ortocinetică.
Sedimentarea, filtrarea sau flotația cu aer dizolvat în vederea separării flocoanelor.
Aceste trei operații se pot executa în același utilaj sau în utilaje separate.
În interiorul stației de epurare se găsește o stație mai mică pentru prepararea și dozarea reactivilor necesari tratării apelor reziduale. Reactivii sunt înmagazinați și preparați în forma în care vor fi administrați. Dozele de reactivi se stabilesc pe baza unor teste de laborator zilnice și pe baza metodei „jar test”.
Se pot admite doze informative de , pentru predimensionarea stațiilor conform tabelului următor [15]:
Tabelul 6.8 Doze de Al2(SO4)3 în funcție de compoziția medie a suspensiilor în apă
În vederea împiedicării scăderii pH-ului datorită inserării agenților de coagulare este necesară alacalinizarea apei care se va stabili conform următoarei formule:
35,15mg/l (6.21)
unde:
= doza de , respectiv , sau NaOH utilă măsurată în mg/l;
Ds = doza de coagulant, măsurată în mg/l;
Solide în suspensie: = 350 mg/l,
; ;
A = alcalinitatea naturală a apei, ca duritate temporară, în grade germane;
K = 10mg/l pentru ; 18,3mg/L pentru ; 14,3 pentru NaOH;
Dacă < 0, atunci nu va fi necesară adăugarea soluțiilor alcaline.
Pentru stabilirea dimensiunii depozitelor și a timpului de stocare a reactivilor va trebui să ținem cont de următoarele aspecte:
posibilitățile locale de aprovizionare cu reactivi;
consumul zilnic de reactivi.
Cantitatea de reactivi necesară consumului pentru 30 zile va trebui să fie asigurată în depozite.
Reactivii dozează în felul următor:
uscat, prin introducerea agentului de coagulare ca și pulbere prin intermediul dozatoarelor cu șnec, disc;
în soluție, cu o doză constantă sau cu o doză variabilă, prin intermediul dozatoarelor cu plutitor, dozatoarelor cu pompe, dozatoarelor cu orificii calibrare.
Pentru prepararea soluției de în anumite concentrații de 20% sau 5-10% sunt necesare bazine cu volumul calculat astfel:
(6.22)
unde:
Q = debitul apei, în m3/s;
D = doza de coagulant, în g/m3;
n = numărul de preparări, în 24h, (3-6); am selectat n = 5;
c = concentrația soluției (5-10%);am selectat c = 7%;
ρ = densitatea soluției utilizată, 1,22g/cm3.
Camere pentru amestecare
Camerele de amestecare a apei brute cu reactivi se regăsesc în cadrul stației de epurare.
Operația de amestecare se poate executa prin procese mecanice sau procese hidraulice.
Selectarea elementelor constructive pentru camerele de amestec cu șicane se realizează ținând cont de următorii factori:
viteza a apei la ieșirea din bazin se alege între 0,4 – 0,6 m/s, încât să se asigure o curgere liniștită a apei înspre camerele de reacție, s-a selectat = 0,5m/s.
În vederea asigurării unui regim turbulent, se consideră viteza apei 0,8 m/s, în spațiile înguste dintre șicane.
lățimea jgheabului, l, la plecarea apei se selectează, l ≥ 6m, am ales l = 6m.
înălțimea primei trepte de amestecare este dată de relația:
(6.23)
unde:
;
= 0,5 m/s;
l = 6m.
Pierderile de sarcină în deschiderile l1….ln ale pereților în șicană sunt date de formula:
(6.24)
unde:
= coeficient cu valoarea 2-2,5 pentru înclinarea la 45° a șicanelor, am ales = 2,3;
= viteza apei în orificii, 1,5 m/s;
g = accelerația gravitațională, g = 9,81.
Deschiderile pereților în șicană se calculează cu relația:
0,073m (6.25)
unde:
n = numărul de preparări, în 24h, (3-6); am ales n = 5 în 24h,
= viteza apei în orificii; =1.5 m/s;
= înălțimea primei trepte de amestecare, =0,05m,
= pierderile de sarcină, = 0.2637m.
Putera amestecătorului pentru bazinul de amestecare: 0,55 KW.
Camerele de reacție
Operația de floculare este realizată în camerele de reacție care sunt dimensionate astfel încât să permită formarea flocoanelor într-un interval de timp de 5-30 min. După ce se execută în prealabil amestecarea reactivilor în apa brută, camerele de reacție vor fi adaptate tipului de decantor la care sunt folosite.
S-au impus anumite limite pentru vitezele care vor exista în bazinele de reacție în vederea menținerii flocoanelor în suspensie. Apa brută va trebui să aibe o viteză de 0,5 m/s, la intrarea în bazinul de reacție, iar la ieșirea din bazin va trebui sa aibe o viteză de 0,2-0,01 m/s.
Volumul camerei de reacție este reprezentat de relația:
(6.26)
unde:
Q – debitul de calcul, Q = 0,150m3/s;
t – timpul de staționare a apei în bazinul de reacție, t = 7200 s;
Decantoarele suspensionale în care se execută în mod combinat procedeul de coagulare – floculare și procedeul de sedimentare sunt proiectate în funcție de elementele următoare:
forma bazinului,
timpul de staționare,
încadrarea hidraulică,
viteza apei în camera de amestec, reacție și în zona de sedimentare,
raportul de recirculare al nămolului,
concentrația nămolului,
volumul concentratorului de nămol. [proiect TBE].
retinerea solidelor in suspensie
= 249,37mg/l
= 74,8mg/l
Qc = 0,150 m3/s =540 m3/h
Reținerea:
(6.27)
6.2.5 Proiectarea decantorului primar
Decantorul primar este o construcție longitudinală și este întrebuințat în vederea separării particulelor din apele reziduale brute. Acest decantor se folosește pentru apele de consum în procesele de tratare. Avantajele decantorului primar sunt funcționarea acestuia în regim continuu, precum și reținerea suspensiilor floculente din apele reziduale.
Proiectarea decantorului primar se calculează cu Qc = debitul de calcul = Qzi max = 125 l/s = 0,125 m3/s.
Suspensiile solide separabile gravitațional au concentrația egală cu CSSG = 350 mg/l.
Timpul de retenție tr va fi determinat astfel:
se selectează o valoare pentru eficiență, pentru ε și, apoi, din tabelul următor, se va determina valoarea pentru W [m3/m2h];
Tabelul 6.9 Determinarea valorii pentru W – permeabilitatea aerului în
funcție de eficiența ε și concentrația C
ε = 55% – 60% W = 1, 5 m3/m2h (6.28)
– pentru W selectat din tabelul 6.9 se alege o valoare pentru Hmed și din al doilea tabel se va selecta valoarea corespunzătoare pentru timpul de retenție tr:
Tabelul 6.10 Determinarea valorii timpului de retenție tr în
funcție de permeabilitatea aerului W aleasă și înălțimea medie Hmed
Hmed = 3 m prin interpolare tr = 1,928 h
Volumul decantorului:
(6.29)
Aria orizontală:
(6.30)
Aria transversală:
; (6.31)
se selectează vo= 8, 0 mm/s = 0, 008 m/s
(6.32)
Lungimea decantorului:
55, 53m (6.33)
Înălțimea utilă:
(6.34)
Lățimea decantorului:
m (6.35)
din catalog determinăm lățimea standard BSTAS = 7 m cu Lmax = 60 m și P = 0, 4 kW. Se selectează din catalog raclorul de tip DLP7.
Se recalculează:
m2 (6.36)
(6.37)
(6.38)
Verificare:
(6.39)
(6.40)
Volumul total de nămol depus:
(6.41)
ε = 55%; ρn = 1100 kg/m3; P = 95%; CSSG = 350 mg/l = 0,350 kg/m3
ρn = densitatea nămolului, ρn = 1100 ÷ 1200 kg/m3. Se alege ρn = 1100 kg/m3;
P = umiditatea nămolului, P = 95 %;
GEss = gradul de epurare, GEss =55%;
Ciss = concentrația inițiala a solidelor în suspensie, Ciss=350mg/l.
Qc = 0,125 m3/s
Pentru determinarea timpului „t” trebuie determinate:
t = tca + tcp + tm (6.42)
– timpul cursei active,
(6.43)
timpul cursei pasive,
(6.44)
timpul mort = 5 min
t = tca+tcp+tm = 46,27+23,14+5 = 74,41min = 4464,6 sec (6.45)
Prin geometria nămolului se înțelege că nămolul se depune în decantor sub forma unei pene cu pantă 0, 008 determinată experimental.
(6.46)
(6.47) (6.48); (6.49)
H = hu + hd + hs + hn = 2,892 + 0,0682 + 0,4 + 0,3 = 3,7602 m (6.50)
hu= înălțimea utilă;
hd = înălțimea depunerilor;
Debitul de nămol:
(6.51)
6.3 TREAPTA DE EPURARE BIOLOGICĂ
6.3.1 Bazin cu nămol activ
Epurarea biologică este procedeul cel mai utilizat în stațiile de epurare cu nămol activ a apelor uzate în bazinele de aerare. Procesul de tratare biologică este efectuat cu o eficiență ridicată atât vara cât și iarna și nu există miros neplăcut sau muște. Tot în timpul procesului de epurare se pot efectua modificări ale caracteristicilor apelor uzate, iar procesul poate fi adaptat ușor la operația tehnologică din interiorul stației de tratare.
Consumul ridicat de energie electrică constituie dezavantajul acestui proces cu nămol activ, această energie este folosită de către utilajele care furnizează oxigenul necesar operațiilor aerobe.
Rezervorul cu nămol activ este reprezentat sub forma unui bazin rectangular din beton armat din punct de vedere constructiv. În interiorul rezervorului cu nămol activ are loc tratarea biologică între o mixtură de nămol activ și apă reziduală.
A fost impusă construirea unui bazin de egalizare a debitelor pentru a stopa variațiile de debite si concentrații ce apar in timpul operației tehnologice. Forma bazinului de egalizare este una cilindrică, iar proiectarea acestuia urmărește determinarea debitului si a înălțimii.
Calculul volumului rezervorului de egalizare este efectuat in funcție de următorii parametrii:
volumul cumulativ pentru fiecare interval orar;
diagrama variației volumului cumulativ în timp, funcție de cronograme;
diagrama curbei debitului mediu;
Se efectuează calculul volumului rezervorului de egalizare;
Se descrie tangenta de la punctul de maxim sau de minim a curbei debitelor îndeplinite, distanța pe ordonată a acestei trepte reprezintă volumul bazinului calculat.
Volumul rezervorului de egalizare este 3200 m3 (conform interpretării cronogramei).
Diametrul D al rezervorului de egalizare rezultat este de 12, 67 m, adică se încadrează în valorile 10-20 recomandate.
Pentru treapta biologică se consideră următoarele presupuneri:
În interiorul rezervorului cu nămol există amestecare perfectă, iar concentrația substratului cât și a nămolului activ este egală cu cea de la ieșirea din bazin;
În rezervorul de nămol activ și decantorul secundar se efectuează epurarea biologică
În rezervorul de nămol activ are loc numai procesul biologic de degradare a materiei organice, separarea flocoanelor biologice de apa epurată și recircularea unei părți a nămolului activ în rezervorul de nămol activ se execută în decantorul secundar;
d) Nămolul activ din decantorul secundar este menținut în stare proaspătă prin evacuarea excesului și prin recircularea unei părți de nămol activ în bazinul de nămol activ în concordanță cu proporția de recirculare;
e) Principalele specificații ale nămolului activ ce sunt luate în calcul în proiect, în treapta biologică, sunt:
indicele volumetric a nămolului IVN;
încărcarea organică a nămolului ION;
materiile totale în suspensie MTS.
Concentrația materiei organice exprimate în CBO5 ce intră în treapta biologică
114 mg/L
Debitul de calcul al instalației de epurare biologică:
(6.52)
Global, eficiența epurării biologice:
(6.53)
În rezervoarele de nămol activ este realizat un grad de epurare cuprins între 85-95 %, deoarece se micșorează conținutul de CBO5 la valori mai mici de 25 mg/L, conform NTPA 001/2005 [12], [13].
Încărcarea organică a rezervorului cu nămol activ (IOB)
Este reprezentată de cantitatea de CBO5 din influent care poate fi eliminată într-un metru cub de bazin de aerare. Datele din literatură oferă posibilitatea calculării IOB în trei variante:
Funcție de GE, de conținutul de materii în suspensie și de timpul de aerare:
K = coeficient de depinde de temperatură după cum urmează:
t = 10 – 20°C → K = 5;
t = 20 – 30°C → K = 6;
t = 30 – 40°C → K = 7.
(6.54)
Se calculează încărcarea organică a nămolului activ (Ion)
(6.55)
(6.56)
(6.57)
Concentrația de substanță solidă uscată în amestecul din bazin:
Indicele volumetric al nămolului (IVN)
IVN este reprezentat de volumul unui gram de nămol de materie totală în suspensie după 30 minute de sedimentare.
IVN = 50 – 150 cm3/g în cazul în care nămolul activ acționează în condiții ce asigură o eficiență corespunzătoare a procesului biologic de reținere a CBO5;
IVN> 200 cm3/g în cazul în care nămolul activ se consideră că este „bolnav”.
Indicele de încărcare organică, variază în funcție de specificațiile nămolului activ și de conținutul în materii totale solide (MTS).
Se alege indicele de nămol IVN =60 mg/l.
Conținutul în materii totale solide (MTS)
Volumul rezervorului de aerare este calculat cu formula:
(6.58)
Debitul de nămol activ recirculat (QR) este calculat cu formula:
0,044m3/s (6.59)
r = coeficient de recirculare:
(6.60)
CR = concentrația nămolului activ recirculat
Se va adopta CR = 10 kg/m3
Se va verifica corespondența raportului de recirculare în conformitate cu datele din literatură.
Debitul total ce intră în bazin:
(6.61)
Încărcarea organică totală ce intră în bazin într-o zi:
(6.62)
Timpul de aerare
În situația în care se consideră că recircularea nămolului poate fi neglijată:
(6.63)
Luând în considerare nămolul recirculat
(6.64)
Se consideră că valoarea maximă ce poate fi recirculată este asigurată de o valoare rmax = 0, 7.
Pentru această valoare se calculează:
(6.65)
(6.66)
Se vor verifica datele cu cele existente în literatură.
Debitul de nămol în exces:
1581,84 kg/zi (relațiile lui Huncker).
(6.67)
Se calculează debitul de nămol în exces
LSB = cantitatea de CBO5 pentru apa uzată ce urmează a fi prelucrată biologic, exprimat în kg/zi
Este calculat necesarul de oxigen (COxigen) necesar procesului de nitrificare și respirației endogene.
Co este reprezentat de necesarul de oxigen pentru respirația substratului și a respirației endogene a microorganismelor, iar în cazul în care sunt luate în calcul procesele de nitrificare, se ia în calcul și necesarul de oxigen în nitrificare.
Calculul necesarului de oxigen l-am făcut pentru un proces de tratare fără nitrificare:
(6.68)
unde:
a = reprezintă coeficientul corespunzător utilizării substratului de către microorganisme pentru apele uzate orășenești.
a = 0, 5 kg O2 / kg CBO5;
c = reprezintă coeficientul care determină cantitatea totală de materie organică adusă de apa uzată influentă;
(6.69)
b = este reprezentat de oxigenul consumat de către microorganismele din nămolul activ aflate în BNA, într-o zi;
b = 0, 15 – 0, 17 kg O2/kg CBO5zi; se adoptă valoare de 0, 15 kg O2/kg CBO5
CN tot = cantitatea totală de nămol activ din BNA, exprimată prin fracțiunea volatilă.
(6.70)
Capacitatea de oxigenare (CO) reprezintă cantitatea de O2 ce trebuie introdusă prin diferite sisteme de aerare:
(6.71)
CO = reprezintă necesarul de oxigen pentru consumarea materiei organice de către microorganisme;
α = raportul de eficiență al schimbului de oxigen în apa epurată a unui sistem de oxigenare; α = 0,9;
= concentrația oxigenului la saturație în condiții standard funcție de temperatură; = 11,35 mg O2/l;
Csa = concentrația la saturație a oxigenului în amestec de apă uzată și nămol la temperatura de lucru; Csa = 7,4 mg O2/l;
Cb= concentrația efectivă a oxigenului în amestecul de apă uzată și nămol activ;
Cb = 1,5-2 mg O2/l; se adoptă valoarea 1,70 mg O2/l
K10 și KT = coeficienți de transfer ai oxigenului în apă pentru t = 10°C și respectiv t = 20°C;
Radicalul raportului este 0,83.
P = presiunea barometrică, și este calculată ca o medie a valorilor zilnice în orașul în care se efectuează epurarea apelor uzate; variază între 780 și 785 mm Hg
P = 783 mmHg.
Sisteme de aerare pneumatică
În cazul aerării pneumatice se utilizează dispozitive pneumatice de dispersie a aerului produse de turbosuflante sau compresoare. Dispersarea se poate realiza cu: bule fine (d < 0,3 mm), cu bule mijlocii (d = 0,3-3 mm) și cu bule mari (d > 3 mm). S-a ales aerarea fină și se utilizează sisteme de distribuție cu plăci poroase.
Capacitatea de oxigenare orară este calculată cu formula:
(6.72)
d =1 zi = 24h;
Debitul de aer util este calculat cu formula:
(6.73)
H imersie = adâncimea de imersie a sistemului de distribuție a aerului.
H imersie = 3 m.
COsp = capacitatea specifică de oxigenare a sistemului de insuflare a aerului.
COsp = 8 – 10 g O2/m3 aer∙m. Se alege valoarea de 9 O2/m3 aer_m
-Suprafața plăcilor poroase (Ap) este calculată cu formula:
Poziționarea distribuitorului de aer se execută la înălțimea de imersie pe toată suprafața bazinului de aerare:
(6.74)
iaer = intensitatea aerării;
iaer = 1 m3/m2∙min = 60 m3/m2∙h.
– Energia brută a sistemului de aerare se calculează cu formula:
(6.75)
ES = consumul specific de energie; se adoptă
ES = 5,5 W∙h/m3.
Dimensionarea rezervorului cu nămol activ
Se propune H bazin = 3-5 m., H bazin = 3m
Înălțimea totală a rezervorului va fi:
(6.76)
Hs = 0,5-0,8 m.
Lățimea rezervorului:
(6.77)
Lungimea rezervorului:
Determinarea numărului de compartimente util:
(6.78)
un singur compartiment
6.3.2 Decantorul secundar
Decantoarele secundare au avantajul de a reține nămolul, materiile solide în suspensie, separabile prin decantare (flocoanele de nămol activ sau membrană biologică). Aceste echipamente sunt o parte extrem de importantă a treptei de tratare.
Specificațiile nămolului aflat în decantoarele secundare:
este puternic floculat;
are un conținut mare de apă;
este ușor;
descompunere se realizează foarte repede.
Nămolul rămas un timp mai mare în decantoarele secundare prezintă dezavantajul formării de bule mici de azot, din timpul procesului chimic de reducere. Aceste bule de azot formate ridică nămolul la suprafață și în acest fel el nu mai poate fi evacuat.
În cazul bazinelor cu nămol activ, procesul de evacuare a nămolului trebuie să fie efectuat continuu și obligatoriu pentru a se asigura calitatea și cantitatea corespunzătoare de nămol în bazine. De această evacuare continuă a nămolului depinde gradul de eficiență al tratării.
În cazul filtrelor biologice, evacuarea nămolului se face într-un mod mai puțin continuu, în comparație cu bazinele de nămol.
În cazul stațiilor mari de epurare sunt recomandate decantoarele radiale sau longitudinale, iar cele mai bune sunt decantoarele verticale. Decanatoarele primare sunt asemănătoare cu decantoarele secundare.
Decantorul secundar radial
Avantajul acestui decantor secundar radial este dat de viteza de circulație a apelor, care fluctuează de la o valoare maximă în centrul decantorului până la o valoare minimă în dreptul colectorului.
Decantoarele secundare radiale au formă circulară în plan și forma unor bazine prin care curge apa uzata prin conducte (partea inferioară) sau canale (partea superioară).
Calcul de debit și de verificare
(6.79)
Stabilirea încărcării superficiale în bazinul de decantare secundar:
(6.80)
(6.81)
Au = suprafața utilă a decantorului radial din care s-a scăzut suprafața de sub jgheabul apei decantate.
Datele din literatură utilizate pentru încărcarea superficială în decantorul secundar au, în general, o valoare mai mică sau egală cu 1, 9 m3/m2 h pentru valori ale IVN < 100 ml/g.
În general
a) Încărcarea superficială a decantorului secundar cu materii solide este calculată cu formula
(6.82)
Timpul de decantare
td = 3, 5 ÷ 4 h;
td = 3, 5 h.
c) Inălțimea utilă și volumul decantorului sunt calculate cu următoarele formule:
(6.83)
;
Valorile obținute din calcul pentru fiecare componentă a utilajelor se standardizează conform STAS 4162/2-89.
Tabelul 6.11 Dimensiuni din STAS 4162/2-89
Tabelul 6.12 Dimensiuni din STAS 4162/2-89
Volumul de nămol este calculat cu formula
(6.84)
GEDS = gradul de tratare a decantorului secundar, GEDS = 85%
γn = densitatea nămolului, 1100÷1200 kg/ m3
p = umiditatea nămolului, p = 95%
= concentrația la intrarea în etapa biologică, a materiilor solide.
7. Reținerea solidelor în decantorul secundar
= 74,81 mg/l
= 14,96 mg/l
m3/h
Reținerea:
(6.85)
CAPITOLUL 7. ANALIZĂ STRUCTURALĂ, CINEMATICĂ ȘI CINETOSTATICĂ A MECANISMELOR COMPONENTE ALE SISTEMULUI DE AERARE
Pentru evitarea aerării în mediul înconjurător, care ar însemna evacuarea în atmosferă a unor mirosuri neplăcute și toxice (rezultate, în special, în urma fermentării anaerobe), este necesară modernizarea prin retehnologizare a stației de epurare din Mun. Râmnicu Vâlcea, cu realizarea acestei aerări în circuit închis și totodată este importantă recuperarea energiei consumate cu ventilarea necesară acestei aerări.
Prin urmare, în cadrul tezei, propun următoarea variantă: realizarea procesului de aerare în circuit închis prin utilizarea unui ventilator cu pistoane tip R-RTT-RTT (cu supape de sens unic) împreună cu un motor cu pistoane tip R-RTT-RTT (cu distribuitor cu sertar acționat printr-un mecanism cu camă). Este de evitat aerarea în circuit deschis, cu ieșirea aerului în mediul ambiant, datorită mirosului neplăcut. Mirosul neplăcut din stațiile de epurare se datorează îndeosebi fermentării anaerobe, în timpul căreia iodul, hidrogenul sulfurat, scatolul, mercaptanul, etc. produc cele mai puternice mirosuri. Dintre toate substanțele menționate, mirosul de hidrogen sulfurat este cel mai neplăcut și toxic.
Fig. 7.1 Mecanism cu bare R-RTT-RTT
7.1 ANALIZA STRUCTURALĂ A MECANISMULUI CU BARE R-RTT-RTT
7.1.1 Determinarea familiei și a gradului de mobilitate [16]
Schema cinematică a mecanismul de tip R-RTT-RTT propus a fi utilizat în schema de aerare în circuit închis este prezentată în Fig. 7.2.
Fig. 7.2 Schema cinematică a mecanismului
Analizând schema structurală a mecanismului, rezultă alcătuirea acestuia din 5 elemente mobile. Sunt 7 cuple C5, din care 3 cuple de rotație (I: O; II: A12; IV: B14) și 4 cuple de translație (III: A23; V: B45; VI: C; VII: D). Nu există cuple superioare (C4) în structura mecanismului.
Mecanismul fiind plan (familia 3), pentru determinarea gradului de mobilitate se aplică formula:
(7.1)
Deci, mecanismul are un element conducător. Numărul de contururi independente ale mecanismului [16-17]:
(7.2)
Tabelul 7.1 Tabelul mișcărilor elementelor
Dacă se consideră mecanismul de familia 0, gradul de mobilitate corespunzător se calculează cu relația:
(7.3)
Pentru verificarea corectitudinii determinării familiei, se utilizează relația:
(7.4)
7.1.2 Reprezentarea schemei structurale a mecanismului
Pornind de la schema cinematică a mecanismului, reprezentată în fig. 7.2, s-a reprezentat schema structurală a acestuia în fig. 7.3. În fig. 7.4 se reprezintă, pe schema structurală, împărțirea în grupe structurale a mecanismului.
Se observă că în structura mecanismului intră mecanismul inițial, MI, format din baza 0 și elementul 1, o diadă RTT (formată din elementele 2 și 3) și o diadă RTT, formată din elementele 4 și 5. Deoarece mecanismul este alcătuit din grupe structurale de clasa a doua, rezultă ca acesta este de clasa a doua. Relația structurală este :
MI (0,1) + RTT (2,3) + RTT (4,5) (7.5)
În fig. 7.5 se prezintă schema multipolară a mecanismului, utilizată în elaborarea programelor de calcul pentru studiul cinematicii și cinetosaticii mecanismului [18].
Fig. 7.3 Schema structurală a mecanismului [16]
Fig. 7.4 Grupe structurale componente [16]
Fig. 7.5 Schema multipolară a mecanismului [16]
7.2 ANALIZA CINEMATICĂ A MECANISMULUI CU BARE R-RTT-RTT
Pentru mecanismul cu bare propus în teză, se realizează conturul vectorial, căruia îi corespunde ecuația vectorială:
+ + = (7.6)
Fig. 7.6 Conturul vectorial
Date de intrare:
Pozițiile cuplelor pe elementele cinematice:
Pe elementul 1: OA=OB; pe elementul 2: A12≡ A23; pe elementul 3: A’E; A’ este proiecția punctului A pe axa mișcării de translație a elementului 3; xA’= xA; yA’=0; yE=0; poziția cuplei de translație a elementului 3 (xD), pe axa de translație fixă Ox, nu are relevanță pentru studiul cinematicii mecanismului.
Pe elementul 4: B14≡ B45; pe elementul 5: B’F; B’ este proiecția punctului B pe axa mișcării de translație a elementului 5; xB’= xB; yB’=0; yF=0; poziția cuplei de translație a elementului 5 (xC), pe axa de translație fixă Ox, nu are relevanță pentru studiul cinematicii mecanismului.
Poziția, viteza unghiulară și accelerația unghiulară a elementului 1, manivela.
Analiza pozițiilor
Pentru mecanismul inițial (constituit din baza 0 și manivela 1), se scrie sistemul de ecuații pentru poziții (a), viteze (b) și accelerații (c) (punctul A12)
a) (7.7)
b) (7.8)
c) (7.9)
Pentru diada RTT formată din elementele 2 și 3, se proiectează ecuația de contur (7.6) pe cele două axe ale sistemului de referință și rezultă sistemul de ecuații (7.10):
(7.10)
Din prima ecuație a sistemului se va determina necunoscuta xE
(7.11)
iar din a doua necunoscuta AA’
; AA’=yA12 (7.12)
Analiza distribuției de viteze în diada RTT formată din elementele 2 și 3
Vitezele și , rezultă din sistemul liniar de ecuații:
(7.13)
Analiza accelerațiilor
Accelerațiile punctelor B și A (și ) rezultă din sistemul liniar de ecuații:
(7.14)
Pentru diada RTT (formată din elementele 4 și 5), prin proiectarea pe axe a ecuației de contur:
+ + = (7.15)
Rezulta poziția (a), viteza (b) și accelerația (c) a punctului B de pe elementul conducător, 1:
a) (7.16)
b) (7.17)
c) (7.18)
Proiectând ecuația de contur (7.15) pe cele două axe ale sistemului de referință rezultă:
(7.19)
Se obțin astfel:
și BB’=-yB14; (7.20)
Pentru calculul vitezelor se utilizează sistemul liniar (7.19) unde necunoscute sunt si vBB’.
(7.21)
Astfel se obțin:
și (7.22)
Pentru calculul accelerațiilor se utilizează sistemul liniar (7.21) unde necunoscutele sunt: și .
(7.23)
Se determină accelerația punctului F, și accelerația punctului A’ (față de A):
(7.24)
Calculele sunt efectuate automat de un program VBA și rezultatele sunt prezentate de către acest program în foi EXCEL; pe aceste foi sunt realizate și grafice considerate utile.
Fig. 7.7 Variația poziției, vitezei și accelerației pe axa Ox, a punctului A
Fig. 7.8 Variația poziției, vitezei și accelerației pe axa Oy, a punctului A
Fig. 7.9 Hodograful vectorului de poziție al punctului A
Fig. 7.10 Hodograful vitezei punctului A
Fig. 7.11 Hodograful vitezei punctului A
7.3 CALCULUL CINETOSTATIC AL MECANISMULUI CU PÂRGHII
7.3.1 Determinarea forțelor de inerție
Obiectul calculului cinetostatic îl constituie determinarea tuturor forțelor care acționează pe elementele mecanismului, în timpul mișcării acestuia.
Forțele de inerție pentru un element, j, al unui mecanism plan, se reduc în centrul de greutate al acestuia la un torsor format dintr-o forță de inerție rezultantă și un moment rezultant al forțelor de inerție:
; (7.25)
unde:
= masa elementului j;
= accelerația centrului de greutate al elementului j;
= momentul de inerție mecanic al elementului, în raport cu o axă perpendiculară pe planul mișcării, care trece prin centrul său de greutate al elementului j;
= accelerația unghiulară a elementului j.
n = numărul de elemente mobile; n=5.
Masele elementelor , sunt date în tema de proiect.
Pentru calculul accelerației centrului de masă a elementului 1 se folosește ecuația vectorială:
; (7.26)
In cazul mecanismului cu bare propus in teză
OG1 = 0 • O1A=0 (7.27)
Proiectăm ecuația vectorială (7.26), pe cele două axe de coordonate și prin derivare se determină viteza și accelerația centrului de masă pe cele două axe.
; (7.28)
; (7.29)
; (7.30)
Centrul de masă al elementului 2 coincide cu punctul A; ca urmare are poziția viteza si accelerația cunoscute:
; (7.31)
Se proiectează ecuația vectorială (7.31), pe cele două axe de coordonate și se derivează, rezultând viteza și accelerația centrului de masă G2, pe cele două axe.
; (7.32)
; (7.33)
; (7.34)
Centrul de masă al elementului 3, coincide cu punctul B’’; ca urmare:
; (7.35)
Momentul forțelor de inerție este nul pentru elementul 1, pentru că viteza unghiulară este constantă, iar pentru elementul 2, ca și pentru elementul 3, momentul forțelor de inerție este nul pentru că aceste element au mișcare de translație.
Pentru elementul 1, manivela OA, componentele torsorului forțelor de inerție se determină cu relațiile:
(7.36)
Pentru elementul 2, culisa din A, componentele torsorului forțelor de inerție se determină cu relațiile:
(7.37)
Pentru elementul 3, culisorul cu centrul de masă în G3, componentele torsorului forțelor de inerție se determină cu relațiile:
(7.38)
Pentru elementul 4, culisa din B, componentele torsorului forțelor de inerție se determină cu relațiile:
(7.39)
Pentru elementul 5, culisorul cu centrul de masă în G5, componentele torsorului forțelor de inerție se determină cu relațiile:
(7.40)
7.3.2. Determinarea reacțiunilor din cuplele cinematice și a momentului de echilibrare pentru cele 36 de poziții, ținând cont de forțele de inerție, forțele de greutate și de forța de rezistența tehnologică
In determinarea reacțiunilor din cuplele cinematice se pleacă de la grupa structurală care cuprinde elementul de execuție, culisorul 5, cu centrul de masă în punctul G5, pe care acționează forța tehnologigă ; urmează grupa structurală care cuprinde elementul de execuție, culisorul 3, cu centrul de masă în punctul G3 pe care acționează forța tehnologică ; ultima grupă structurală în analiza cinetostatică este grupa motoare R, cu gradul de mobilitate 1, care cuprinde elementul conducător, bara OA; se determină astfel momentul de echilibrare și reacțiunile din cuple.
Schema cinetostatică a diadei RTT constituită din elementele 4 și 5 este prezentată în fig. 7.12.
Se cunosc, următoarele date de intrare:
– – componentele rezultantelor forțelor cunoscute, care acționează asupra elementelor 4 și 5 ale diadei;
– – momentele cuplurilor rezultante, care acționează` asupra celor două elemente;
– – coordonatele punctului C;
– 45 – unghiul dintre versorul axei Ox și vectorul atașat dreptei translației din cupla de translație dintre elementul 5 și baza (șasiul), 180o.
– – unghiul dintre vectorii și , atașați dreptelor translațiilor din cuplele dintre elementele 2 și 3 și respectiv 3 și 0.
– – coordonatele punctelor de reducere a sistemelor de forțe de pe elementele 4 și respectiv 5.
Se determină prin calculul cinetostatic al diadei RTT, următoarele date de ieșire (necunoscute):
componentele reacțiunilor din cuplele cinematice B14, B45 și C.
Fig. 7.12 Schema cinetostatică a diadei RTT, formată din elementele 4 și 5 [16]
Ecuațiile de forțe se obțin prin anularea torsorului , pentru fiecare element:
(7.41)
S-a obținut astfel un sistem cu 6 ecuații liniare, și 6 necunoscute:
,
În particular, pentru problema abordată:
D = 0;
Α = 90o;
XA* = xB; YA* = yB.
XB* = xG5; YB* = yG5.
;
;
Acest sistem de 6 ecuații liniare, cu 6 necunoscute se poate scrie matriceal astfel:
(7.42)
unde:
A23 , matricea termenilor liberi are expresia:
(7.43)
N45, vectorul necunoscutelor, are expresia:
(7.44)
L45 vectorul termenilor liberi, are expresia:
(7.45)
Soluția se calculează cu relația matriceală:
(7.46)
Pentru ca sistemul să aibă soluție unică, este necesar ca:
(7.47)
Forța tehnologică, în N, are următoarele valori, în funcție de poziția elementului conducător, conform relațiilor de calcul și diagramei, indicate în tema lucrării:
RTmax =2000 + 25 • I
RT5=kRT5• RTmax
Tabel 7.2
Schema cinetostatică a diadei RTT constituită din elementele 2 și 3 este prezentată în fig. 7.13.
Se cunosc, următoarele date de intrare:
– – componentele rezultantelor forțelor cunoscute, care acționează asupra elementelor 2 și 3 ale diadei;
– – momentele cuplurilor rezultante, care acționează` asupra celor două elemente;
– – coordonatele punctului D;
– 23 – unghiul dintre versorul axei Ox și vectorul atașat dreptei translației din cupla de translație dintre elementul 5 și baza (șasiul), 0o.
– – unghiul dintre vectorii și , atașați dreptelor translațiilor din cuplele dintre elementele 2 și 3 și respectiv 3 și 0.
– – coordonatele punctelor de reducere a sistemelor de forțe de pe elementele 2 și respectiv 3.
Fig. 7.13 Schema cinetostatică a diadei RTT, formată din elementele 2 și 3 [16]
Se determină prin calculul cinetostatic al diadei RTT, următoarele date de ieșire (necunoscute):
componentele reacțiunilor din cuplele cinematice A12, A23 și B.
Ecuațiile de forțe se obțin prin anularea torsorului , pentru fiecare element:
(7.48)
S-a oținut astfel un sistem cu 6 ecuații liniare, și 6 necunoscute:
,
În particular, pentru problema abordată:
D = 0;
Α = 90o;
XA* = xA12; YA* = yA12.
XB* = xG3; YB* = yG3.
;
;
Acest sistem de 6 ecuații liniare, cu 6 necunoscute se poate scrie matriceal astfel:
(7.49)
unde:
A23, matricea termenilor liberi are expresia:
(7.50)
N23, vectorul necunoscutelor, are expresia:
(7.51)
L23 vectorul termenilor liberi, are expresia:
(7.52)
Soluția se calculează cu relația matriceală:
(7.53)
Pentru ca sistemul să aibă soluție unică, este necesar ca:
(7.54)
Forța tehnologică, în N, are următoarele valori, în funcție de poziția elementului conducător, conform relațiilor de calcul și diagramei, indicate în tema lucrării:
RTmax =2000 + 25 • I ; RT3=kRT3• RTmax
Analiza cinetostatică a grupei motoare R
Datele de intrare pentru analiza cinetostatică a mecanismului inițial, format din bază și elementul conducător, sunt următoarele (fig. 7.14):
Componentele torsorului forțelor cunoscute, care acționează asupra elementului 1 al mecanismului, reduse în centrul său de masă, G1:
Momentele cuplului rezultant al forțelor de inerție, care acționează asupra elementului 1,
Coordonatele articulațiilor de pe element: xA, yA și xO1, yO1 .
Coordonatele centrului de masă de pe elementul conducător: xG1, yG1.
Fig. 7.14 Date de intrare pentru analiza cinetostatică
Datele de ieșire corespund componentelor reacțiunii din articulația la bază a elementului conducător: R01X, R01Y și momentul de echilibrare Me.
Forțele care acționează asupra elementului 1 sunt:
, componenta pe axa Ox a forței de inerție.
, componenta pe axa Oy a forței de inerție.
, greutatea elementului 2.
, momentul rezultant la forțelor de inerție
, componenta pe axa Ox a reacțiunii elementului 2 asupra elementului 1
, componenta pe axa Oy a reacțiunii elementului 2 asupra elementului 1
, momentul de echilibrare
Torsorul de reducere al forțelor care acționează pe elementul 1 în centrul de masă, are următoarele componente:
Cum turația elementului 1 este constantă, viteza unghiulară a elementului 1 este constantă și deci accelerația unghiulară elementului 1 este nulă, ca urmare primul termen din expresia de mai sus, este nul.
Ecuațiile de forțe care se obțin prin anularea torsorului pentru elementul conducător, în articulația din O1, constituie un sistem de 3 ecuații liniare, cu 3 necunoscute:
(7.55)
Acest sistem de 3 ecuații liniare, cu 3 necunoscute se poate scrie matriceal astfel:
(7.56)
unde:
Matricea termenilor liberi, A, are expresia:
(7.57)
Vectorul necunoscutelor, V, are expresia:
(7.58)
Vectorul termenilor liberi, L, are expresia următoare:
(7.59)
Soluția se calculează cu relația matriceală:
(7.60)
Pentru ca sistemul să aibă soluție unică, este necesar ca:
(7.61)
Fig. 7.16 Prototip la scară de laborator
Principiul de funcționare este reprezentat prin acționarea unui dinam pentru producerea de energie electrică prin utilizarea unui mecanism R-RTT-RTT, care comandă și sertarul de distribuție între cele două grupuri de camere ale pistoanelor cu dublu efect.
Volantul poate acționa:
alternatorul pentru producerea energiei electrice recuperate;
un mecanism R-RTT-RTT care lucrează în funcția de compresor și primește mișcarea de la un motor electric sau termic, pe biogaz.
In urma simulărilor efectuate s-a obținut o recuperare a excesului de energie folosit pentru o mai bună amestecare în camera superioară, amestecare care se realizează la un debit de 18 litri / minut. S-a constatat ca motorul pentru acționarea ventilatorului să nu folosească energie electrică din rețea, ci energie electrică din resursele proprii ale stației, care poate produce biogaz.
CAPITOLUL 8. CONCLUZII, CONTRIBUȚII ORIGINALE ȘI DISEMINAREA REZULTATELOR
8.1 CONCLUZII GENERALE
Implementarea unui sistem SCADA a reprezentat un aspect esențial pentru asigurarea calității apelor epurate în procesul tehnologic de funcționare a unei stații de epurare. Sistemul SCADA, dacă este configurat corespunzător, gestionează datele de proces, precum și optimizarea funcționării.
Principalul avantaj al acestui sistem este că, prin ajutorul funcțiilor de arhivare, prelucrare, analiză și de vizualizare a acestora, se realizează monitorizarea și centralizarea datelor de proces. Optimizarea și propunerea metodelor de colectare a acestor date de process se realizează de către un tehnolog. Tehnologia epurării apelor uzate este un process destul de lung care poate dura zile sau chiar luni.
Principalul avantaj al introducerii sistemului SCADA este optimizarea funcționării procesului. Sistemul SCADA monitorizează parametrii de ieșire ai apei uzate, precum și evoluția acestor parametrii pe perioade mari de timp și aplică corecții parametrilor de ieșire la nivel de proces tehnologic. Modificarea parametrilor de ieșire se va realiza în scopul îmbunătățirii calitatății apei epurate conform normelor în vigoare. Echipamentele care consumă cea mai multă energie electrică sunt suflantele din treapta biologică. Optimizările de proces se vor face pe fiecare treaptă a procesului de epurare.
În etapa de implementare a procesului se va asigura securitatea procesului tehnologic de epurare. Pentru fiecare etapă din procesul tehnologic se vor fixa alarme de proces care au rolul de a transmite informațiile necesare către operator. Sistemul trebuie să fie dotat cu autonomie proprie, în cazul unei deschideri a unui canal de evacuare, din greșeală, sistemul va închide de urgență acel canal de evacuare fară să mai contacteze operatorul. Pentru situații mai deosebite se cere acordul operatorului cu privire la operația pe care trebuie să o realizeze sistemul.
Implementarea sistemului SCADA conduce la îmbunătățirea performanțelor și eficienței procesului tehnologic de epurare a apei uzate.
În procesul de epurare biologică a apelor uzate, cea mai importantă treaptă este aerarea pneumatică. Prin aplicarea tehnologiei de oxigenare, se estimează o reducere a costului apei epurate cu 10%.
O serie de difuzoare perforate cu membrană elastică, din cauciuc au fost realizate în ultimii 25 ani, iar performanțele lor în oxigenarea apei sunt superioare materialelor poroase.
Sistemele de aerare, folosind difuzori disc cu membrană, sunt folosite realizând un randament foarte bun în aerarea apei de la suprafață. Aceste sisteme de aerare se mai utilizează și în vederea antrenării apei de la fundul bazinului cu o viteză de 0,3 m/s.
Avantajul cel mai important al acestor sisteme de aerare este acela că produc bule foarte fine. Pentru a menține la saturație concentrațiile de oxigen din apă, cantitatea de oxigen introdusă a fost de 3 până la 10 ori mai mare decât cea solicitată pentru a păstra niveluri de oxigen adecvate. Nivelul adecvat de oxigen este cuprins între 3 și 4 mg/l.
Eficiența aerării pneumatice, din punct de vedere al procesului biologic al costului, depinde de performanțele dispozitivelor de aerare și a materialelor utilizate.
Pierderea presiunii prin acest difuzor se înscrie în gama 23…50m Barr, valoarea fiind mai mică decât cea corespunzătoare difuzoarelor poroase, pierderea de presiune pentru acestea fiind de minim 50 m Barr. Acest parametru va influența randamentul energetic.
8.2 CONTRIBUTII ORIGINALE
Acest studiu a fost efectuat cu scopul de a proiecta o stație de epurare a apelor uzate industriale, eficientă din punct de vedere ecologic și economic. Această stație trebuie să asigure un tratament de epurare eficient pentru eliminarea unor categorii de poluanți toxici. Este necesară îndepărtarea acestor poluanți pentru a nu produce efecte negative omului și mediului înconjurător.
S-au luat în calcul mai multe variante tehnologice pentru construirea stației de epurare, care să fie optime din punct de vedere economic și ecologic. Varianta optima este stația de tratare care cuprinde 3 etape de epurare (mecanică-chimică-biologică) și este avantajoasă din punct de vedere financiar.
Apele uzate orășenești se tratează cu același proces de epurare ca și pentru apele uzate industriale. Acestor tratamente le sunt adăugate ulterior procese fizico-chimice complexe : extracție lichid-lichid, schimb ionic, electrodializă etc. În funcție de categoria de poluant și de încărcătura organică pe care o are apa se aleg procesele și tratamentele aplicate apelor uzate. În cazul în care apa reziduală conține poluanți ce depășesc limitele admise de reglementările în vigoare, se aplică tratamente în vederea scăderii conținutului de poluanți din aceste ape. După efectuarea acestor tratamente apa uzată care conține o încărcătură mică de poluant se poate evacua în râul Olt sau în alți receptori.
Au fost aleși următorii parametrii pentru stabilirea metodei de tratare a apei reziduale :
Caracteristicile fizico-chimice : pH-ul, temperatura, conținutul de azot și de fosfor, cantitatea de solide în suspensie (SS), CBO5, CCO-Cr, natura și concentrația agenților toxice, precum și metalele.
Pe lângă aceste analize fizico-chimice vor mai fi efectuate și analize biologice.
debitul apei uzate.
• eficiența metodei;
• modul de aprovizionarea și tipul de reactanți
• efectele secundare generate de metoda de epurare aleasă asupra mediului înconjurător
• eficiența instalației din punct de vedere al epurării și al impactului asupra mediului înconjurător și al omului
• costurile de investiții ;
• costurile de întreținere și exploatare
• efectul stației de epurare asupra mediului înconjurător și al omului.
Contribuția autorului are la bază producerea, testarea și experimentarea unui dispozitiv poros de aerare cu membrană elastică, este completată cu materialele bibliografice din țara noastră sau din alte țări care demonstrează experiența în domeniu tratării și epurării apelor uzate și a protecției mediului. Implementarea noilor tehnologii asupra apelor uzate ajută la dezvoltarea infrastructurii localităților prin:
Realizarea unui studiu referitor la soluțiile și dispozitivele de aerare;
Selectarea unei tehnologii frecvent folosită, cu nămol activat și aerare cu membrane elastice;
Studierea cineticii transferului aer – apă în bazinele de aerare cu nămol activ;
Elaborarea unor concepte cu privire la modul de proiectare și exploatare a sistemelor de aerare cu membrană elastică, atât în mod experimental în laborator, precum și practic, la bazinele de aerare;
Observarea avantajelor folosirii sistemelor de aerare cu membrană elastică în realizarea epurării biologice a apelor uzate.
Se ajunge la concluzia că trebuie să avem în vedere câteva aspecte în cazul folosirii sistemelor de aerare cu membrană elastică pentru formarea unei stații de epurare, și anume:
Alegerea echipamentelor de aerare în funcție de transferul oxigenului din bula de gaz în apa uzată ;
Diminuarea consumului energetic în stațiile de epurare prin folosirea dispozitivelor de aerare cu bule fine (membrane elastice);
Elementele conjuncturale impuse de costurile de investiții, de exploatare și consumurile energetice și perspectiva creșterii exigențelor în protecția calității apelor.
Eficiența de epurare a soluției de aerare cu membrane elastice este una ridicată, cu un cost de funcționare redus, iar consumul energetic diminuat cu minim conduce la eficiență de epurare 15%.
Rezultatele obținute în urmă studiului efectuat la stația de epurare a municipiului Drăgășani, arată că eficiența energetică este de 2,5 … 4,5 kg O2/kWh, comparabilă cu cea realizată de echipamentele de import.
Fig. 8.1 Difuzor disc cu membrană elastică în funcțiune cu apă uzată
Fig. 8.2 Difuzor disc cu membrană elastică în funcțiune cu apă curată
Pentru evitarea aerării în mediul înconjurător, care ar însemna evacuarea în atmosferă a unor mirosuri neplăcute și toxice (rezultate, în special, în urma fermentării anaerobe), este necesară modernizarea prin retehnologizare a stației de epurare din Mun. Râmnicu Vâlcea, cu realizarea aerări în circuit închis și totodată este importantă recuperarea energiei consumate cu ventilarea necesară acestei aerări.
In urma simulărilor efectuate s-a obținut o recuperare a excesului de energie folosit pentru o mai bună amestecare în camera superioară, amestecare care se realizează la un debit de 18 litri / minut. S-a constatat ca motorul pentru acționarea ventilatorului să nu folosească energie electrică din rețea, ci energie electrică din resursele proprii ale stației, care poate produce biogaz.
8.3 DISEMINAREA REZULTATELOR
Rezultatele obținute în cadrul tezei de doctorat au fost diseminate prin intermediul a 21 de articole științifice publicate în reviste de specialitate, dintre care 11 ca prim autor și 10 în calitate de coautor.
BIBLIOGRAFIE
Gh. C. Ionescu, „Sisteme de epurare a apelor uzate”, Editura MatrixRom, București, 2010;
https://vdocuments.site
Aura Sâmbeteanu, „Optimizarea proceselor de epurare biologică a apelor uzate”, Teză de doctorat, Oradea, 2013.
Gabriella Böhm, „Optimizarea energetică a proceselor de epurare biologică a apelor uzate provenite din industria textilă”, Teză de doctorat, Universitatea din Oradea, Oradea, 2015.
www.scribd.com
https://vdocuments.site
*** Guvernul României, Plan de implementare pentru Directiva 91/271/CEE privind epurarea apelor uzate orășenești modificată prin Directiva 98/15/CE, 2004.
Grigore Vlad, Bogdan Humoreanu, Ciprian Pop – „Sisteme de monitorizare, achiziție a datelor și control (SCADA) în stația de epurare de la S.C. Comceh S.A. Călărași”, Ecoterra, nr. 26, 2011.
Ciocan, – „Contribuții la îmbunătățirea procesului de aerare a apelor uzate”, Teză de doctorat, Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi”, Iași, 2011.
C. Dorobăț, – „Contribuții la îmbunătățirea randamentului echipamentelor de oxigenare în treapta biologică de epurare a apelor uzate”, Teză de doctorat, Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi”, Iași, 2009.
Institut de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii di Echipamente de Protectia Mediului – Retea de distributie si dispersie a aerului in treapta de epurare biologica, Bistrita
Daniela Ionela Ciolea, Ecologie și Protecția Mediului, Petroșani, 2013.
NTPA 002/2002 – „Normativ privind condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților și direct în stațiile de epurare”.
NTPA 001/2002 – „Normativ privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și orășenești la evacuarea în receptori naturali”.
Mariana Panaitescu, „Tehnici de epurare ape uzate, Indrumar de proiectare statie de epurare”, Editura Nautica, 2011.
I. Simionescu, V. Moise, „Mecanisme”, Ed. Tehnica, București, 1999.
Simona Mariana Crețu, „Mecanisme cu bare – analiză structurală, cinematică și cinetostatică”, Universitatea din Craiova, Facultatea de Mecanică, Editura SITECH Craiova, 2015.
N. Manolescu, Kovacs Fr., Orănescu A., „Teoria mecanismelor și a mașinilor”, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1972.
M. C. Campi, A. Lecchini, and S. M. Savaresi, “Virtual reference feedback tuning: a direct method for the design of feedback controllers” Automatica, Vol. 38, nr. 8, pag. 1337-1446, August, 2002.
M. Barbu, S. Caraman, G. Bahrim, D. Carp,” Results regarding the control of the dissolved oxygen concentration in wastewater treatment processes”, Romanian Biotechnological Letters, Vol. 6, Is. 2, Pp. 6096 – 6104, 2011.
Krist V. G., Mark C.M van Loosdrechtb, Henzec M., Lindd M., Sten B J., “Activated sludge wastewater treatment plant modelling and simulation: state of the art”, Environmental Modelling & Software, Volume 19, Issue 9, pp. 763–783, 2004.
Ionela Ramona Zgavarogea, Violeta Carolina Niculescu, Marius Gheorghe Miricioiu, Corina Ciucure, Iosif Tempea (2015) – “Environmental biotechnology in wastewater treatment”, Journal of Biotechnology, Volum 208, Supplement S, 2015, ISSN 0168-1650, IF: 3.163;
Ionela Ramona Zgavarogea, Violeta Niculescu, Claudia Sandru, Marius Miricioiu, Roxana Ionete, Iosif Tempea (2015) – “Monitoring the wastewater from food processing”, 15th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2015, www.sgem.org, SGEM2015 Conference Proceedings, ISBN 978-619-7105-36-0, ISSN 1314-2704, DOI: 10.5593/SGEM2015/B31/S12.059, Book 3 Vol. 1, pp 461-468;
Marius Miricioiu, Violeta Niculescu, Ramona Zgavarogea, Irina Petreanu, Gheorghe Nechifor (2015) – Critical aspects in gas chromatography: Low level detection of gas impurities, 15th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2015, www.sgem.org, SGEM2015 Conference Proceedings, ISBN 978-619-7105-40-7 / ISSN 1314-2704, DOI:10.5593/SGEM2015/B52/S20.017, June 18-24, 2015, Book 5 Vol. 2, pp 126-130.
Violeta Carolina Niculescu, Marius Gheorghe Miricioiu, Roxana Elena Ionete, Ionela Ramona Zgavarogea (2015) – “An overview of mesoporous adsorbents for food industry wastewater treatment”, 15th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2015, www.sgem.org, SGEM2015 Conference Proceedings, ISBN978-619-7105-36-0, ISSN 1314-2704, DOI: 10.5593/SGEM2015/B31/S12.004, 2015, Book 3 Volume 1, pp 25-32;
Ionela Ramona Zgavarogea, Violeta Niculescu, Marius Miricioiu, Corina Ciucure (2015) – “On the estimation of wastewater treatment energy consumption”, Progress of Cryogenics and Isotopes Separation, vol. 18, issue 2/2015, ISSN 1582-2575;
Ionela Ramona Surdu, Niculescu Violeta, Florin Ciofu, Iosif Tempea (2015) – “An overview of wastewater treatment technologies” – 8th Symposium Durability and Reliability of Mechanical Systems (SYMECH), Ranca, 22-23 may 2015.
Marius Gheorghe Miricioiu, Corina Ciucure, Marius Constantinescu, Violeta Niculescu, Oana Romina Dinca, Ionela Ramona Zgavarogea, Gheorghe Nechifor – “Analysis of trace amounts of carbon dioxide, oxygen and methane in nitrogen: a comparison of two different analytical techniques”, Progress of Cryogenics and Isotopes Separation, vol. 18, issue 1/2015, ISSN 1582-2575;
Violeta Niculescu, Marius Miricioiu, Ionela Ramona Zgavarogea, Nadia Paun (2016) – “Advances in membranes technology for gas separation and wastewater treatment”, 16 th International multidisciplinary scientific geoconference SGEM 2016, Water resources. Forest, marine and ocean ecosystems, Conference proceedings volume I, Hydrology and water resources, ISBN 978-619-7105-61-2, ISSN 1314-2704, DOI: 10.5593/sgem2016B31;
Marius Gheorghe Miricioiu, Violeta Niculescu, Ramona Zgavarogea, Constantin Bubulinca, Gheorghe Nechifor (2016)- Investigation of carbon dioxide removal from different gases using mixed matrix membranes, 16 th International multidisciplinary scientific geoconference SGEM 2016, Energy and clean technologies, Conference proceedings volume II, Air pollution and climate change, ISBN 978-619-7105-64-3, ISSN 1314-2704, DOI: 10.5593/sgem2016B42;
Ionela Ramona Zgavarogea, Violeta Niculescu, Marius Miricioiu, Nadia Paun, Marius Constantinescu (2016) – “Wastewater treatment: Application and future perspectives of anaerobic membrane bioreactors”, 16th International multidisciplinary scientific geoconference SGEM 2016, Water resources. Forest, marine and ocean ecosystems, Conference proceedings volume I, Hydrology and water resources, ISBN 978-619-7105-61-2, ISSN 1314-2704, DOI: 10.5593/sgem2016B31;
Ionela Ramona Zgavarogea, Violeta Niculescu, Marius Miricioiu, Nadia Paun (2016) – “New trends in sludge mechanical degradation”, Journal of Biotechnology, IF: 3.163;
Ionela Ramona Zgavarogea, Cristina Covaliu, Violeta Niculescu, Marius Miricioiu, Nadia Paun, Andreea Iordache, Marin Neacsa (2016) – “Membrane bioreactor (MR) technology – A new and effective treatment of wastewater”, Progress of cryogenics and isotopes separation, vol. 19, issue 2, pg. 61-72; ISSN: 1582:2575;
Marius Gheorghe Miricioiu, Violeta Niculescu, Marius Constantinescu, Ramona Zgavarogea, Marius Nafliu, Gheorghe Nechifor (2016) – “Development and Validation of a Chromatographic Method for the Determination of C1-C8 Hydrocarbons, O2, N2 and CO2 in Natural Gas”, Revista de chimie (Bucharest), vol. 67, Nr. 11, IF: 1.605.
Ionela Ramona Zgavarogea, Covaliu Cristina, Iordache Andreea, Niculescu Violeta, Neacsa Marin (2017) – “The use of anaerobic membrane bioreactor and reverse osmosis system for wastewater treatment”, University Politehnica Of Bucharest Scientific Bulletin Series B-Chemistry And Materials Science, Volume: 79, Issue: 2, Pages: 55-62, Published:2017 Publisher : Politechnica Univ Bucharest, Splaiul Independentei 313, Sector 6, Bucuresti, 060042 ;
Ionela Ramona Zgavarogea, Violeta Niculescu, Nadia Paun, Andreea Iordache, Marius Miricioiu (2017) – “The optimation of the nanofiltration (NF) concentrate recirculation for phosphous recovery in MBR wastewater treatment”, 17th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2017, Ecology and Environmental Protection, Issue 51, pp. 973-978.
Ionela Ramona Zgavarogea, Violeta Niculescu, Marius Miricioiu, Iordache Andreea, Nadia Paun, Covaliu Cristina (2017) – “Waste gas biotreatment”, Journal of Biotechnology, Issue 256S, IF: 3.163;
Claudia Sandru, Mihaela Iordache, Andreea Maria Radulescu, Ramona Ionela Zgavarogea, Roxana Elena Ionete (2019) – “Distribution of Heavy Metals in Water and Sediments from Lakes of the Olt Watershed” – Progress of cryogenics and isotopes separation, vol. 22, issue 1, pg. 77-90; ISSN: 1582:2575;
Mihaela Iordache, Andreea Maria Iordache, Claudia Sandru, Cezara Voica, Ramona Zgavarogea, Marius Miricioiu, Roxana Elena Ionete (2019) – “Assessment of Heavy Metals Pollution in Sediments from Reservoirs of the Olt River as Tool for Environmental Risk Management”, Revista de chimie (Bucharest), vol. 70, Nr. 11, IF: 1.605, acceptat, in curs de publicare.
Andreea Maria Iordache, Claudia Sandru, Diana Stegaruș, Cezara Voica, Ramona Zgavarogea, Marius Miricioiu, Roxana Elena Ionete, (2019), “A fugacity based model for the assessment of pollutant dynamic evolution of VOCs and BTEX in the Olt River basin (Romania)”, Revista de Chimie, IF: 1.605, acceptat, in curs de publicare.
Andreea Maria Iordache, Mihaela Iordache, Ramona Zgavarogea, Claudia Șandru, Roxana Elena Ionete, “The Impact of Industrial Process Viewed from Side of Heavy Metals Bioaccumulation in Surface Sediments of a Watershed”, Abstract Ref. 0204 – European Biotechnology Congress 2019, 11-13 Aprilie 2019, Valencia, Spania; Abstracts will be published in supplement of Journal of Biotechnology, FI/3.163.
Ramona Zgavarogea, Mihaela Iordache, Andreea Maria Iordache, Claudia Șandru, Roxana Elena Ionete – “Modelling the Dynamics of VOCs and BTEXs Bioaccumulation as Tool for Environmental Risk Assessment”, Abstract Ref. 0203 – European Biotechnology Congress 2019, 11-13 Aprilie 2019, Valencia, Spania; Abstracts will be published in supplement of Journal of Biotechnology, FI/3.163.
Katebi, M.R., Johnson, M.A., Wilke, J., “Control and Instrumentation for Wastewater Treatment Plant”, Springer-Verlag, London, 1999.
Zhou X., Wu Y., Shi H., Song Y., “Evaluation of oxygen transfer parameters of finebubble aeration system in plug flow aeration tank of wastewater treatment plant”, Journal of Environmental Sciences, 25(2), pp. 295–301, 2013.
Boncescu C., Robescu L.D., RomAqua, “Dinamica fluidului bifazic aer-apă în bazinele de epurare biologică”, nr. 1, an XXII, vol. 107 pp.39-42, ISSN 1453-6986, 2016.
Fenua A., Guglielmib G., Jimenezc J., Spèrandiod M., Sarojg D., Lesjeanh B., Brepolsi C., Thoeyea C., Nopens I., “Activated sludge model (ASM) based modelling of membrane bioreactor (MBR) processes: A critical review with special regard to MBR specificities”, Water Research, Volume 44, Issue 15, pp. 4272–4294, 2010.
Iliescu M., “Cercetări privind curgerea apei în sisteme de canalizare”, Teză de Doctorat, Universitatea Tehnică de Construcții București, 2016.
H. Hauduc et al., “Critical review of activated sludge modeling: State of process knowledge, modeling concepts, and limitations,” Biotechnology and Bioengineering, 2013
D. Dochain and P. Vanrolleghem, “Dynamical Modelling & Estimation in Wastewater Treatment Processes,” Water Intell. Online, 2005.
K. V. K. V. Gernaey, M. C. M. M. C. M. Van Loosdrecht, M. Henze, M. Lind, and S. B. S. B. Jørgensen, “Activated sludge wastewater treatment plant modelling and simulation: State of the art,” Environ. Model. Softw., 2004.
Diana Florescu, Andreea Iordache, Diana Costinel, Elena Horj, Roxana Ionete, Monica Culea – Validation procedure for assessing the total organic carbon in water samples, Romanian Journal of Physics, 2013, Volume 58, No. 1-2, ISSN: 1221-146X (IF/2012 = 0.526)
Pani A.K., Mohanta H.K.: A survey of data treatment techniques for soft sensor design. Chemical Product and Process Modeling, 6(2011)1, 1–21.
W. Verstraete, P. Van de Caveye, and V. Diamantis, “Maximum use of resources present in domestic „used water,” Bioresource Technology, vol. 100, no. 23. pp. 5537–5545, 2009.
M. Henze, M. C. M. Van Loosdrecht, G. A. Ekama, and D. Brdjanovic, “Biological wastewater treatment: principles, modelling and design”, 2008.
U. Jeppsson, “Modeling aspects of wastewater treatment processes,” 1996.
Sârbu, R., – „Procedee și echipamente de epurare a apelor reziduale”, Ed. Focus, Petroșani, 2008.
S. A. Manesis, D. J. Sapidis, and R. E. King, “Intelligent control of wastewater treatment plants,” Artif. Intell. Eng., 1998.
Claudia Sandru, Mihaela Iordache, Andreea Maria Iordache, Roxana Elena Ionete – Assessment of heavy metal sludge quality in a municipal wastewater treatment plant, Progress of Cryogenics and Isotopes Separation, vol. 21, issue 1, pp. 117-124, 2018
*** „STAS 11568 – 91. Bazine cu nămol activat. Prescripții de proiectare”. Institutul Național de Standardizare, București;
*** „Normativ pentru proiectarea construcțiilor și instalațiilor de epurare orășenești” Partea VI. 2005
*** Directiva 91/271/CEE privind epurarea apelor urbane reziduale;
*** Directiva 75/440/CEE privind calitatea apelor de suprafață destinate prelevării de apă;
*** „Normativ pentru stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și orășenești la evacuarea în receptori naturali”, N.T.P.A. – 001/2005;
*** „Normative NTPA” –011/2005, Normele tehnice privind colectarea, evacuarea și epurarea apelor uzate orășenești;
*** „Normativ privind condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților și direct în stațiile de epurare”, N.T.P.A. – 002/2005;
*** „Normative NTPA” – 003/2002;
*** „Normativ NP -088-03/2002”;
http:// www.chimiamediului.ro;
http:// www.cv-water.ro;
http:// www. ea.europa.com;
http:// www. ecoterra-online.com;
http:// www. romaqua.com;
http:// www. rowater.ro;
http:// www. adiss.ro;
http:// www. byte.com;
http:// www. apmbn.ro;
http:// www. arpmcj.ro;
http:// www. asio.ro;
http:// www. bioclar.ro;
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Surdu (Zgavarogea) Ionela Ramona [306337] (ID: 306337)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.