curs8-9_echipamente pentru prelucrarea namolurilor
DESCRIPTION
Echipamente Pentru Prelucrarea NamolurilorTRANSCRIPT
Curs 8-9
Echipamente şi utilaje în procesarea deşeurilor
Echipamente pentru prelucrarea nămolurilor
PROVENIENTA NAMOLURILOR ÎN STATIILE DE EPURARE ORASENESTI
Epurarea apelor uzate, în vederea evacuării în receptorii naturali sau a
recirculării, conduce la reţinerea şi formarea unor cantităţi importante de nămoluri ce
înglobează atât impurităţile conţinute în apele brute, cât şi cele formate în procesele de
epurare.
Schemele tehnologice aplicate pentru epurarea apelor uzate industriale şi
orăşeneşti, din care rezultă nămoluri se pot grupa în două mari categorii:
scheme de epurare mecano-chimică
scheme de epurare mecano - biologică.
Surse de nămol din staţia de epurare mecano-biologică
1
Pasteurizare, tratare chimică, compostare
Nămolurile provin din apele uzate impurificate cu materii în suspensie cum sunt
cele din industria miniera, chimica, metalurgica, industrie usoara, industrie alimentara,
precum si cele provenind din apele uzate fecaloid-menajere.
Dacă aceste ape încărcate cu materii în suspendie s-ar evacua direct în
cursurile de apă sau dacă nămolurile reţinute în staţiile de epurare s-ar deversa în
cursurile de apă, s-ar produce pe lângă creşterea debitului emisarului o poluare a
acestuia. Materiile în suspensie favorizează dezvoltarea unor bacterii caracteristice
apelor uzate care distrug flora si fauna naturala a cursurilor de apa.
Din punct de vedere fizic, nămolurile provenite din epurarea apelor uzate se
consideră sisteme coloidale complexe, cu compoziţii eterogene, conţinând particule
coloidale ( d < 1 μm), particule dispersate (d = 1 - 100 μm), agregate, material în
suspensie etc., având un aspect gelatinos şi conţinând foarte multă apă. Din punct de
vedere tehnologic, nămolurile se consideră ca fază finală a epurării apelor, în care sunt
înglobate produse ale activităţii metabolice, materii prime, produşi intermediari şi
produse finite ale activităţii industriale.
Surse de nămol din staţia de epurare mecano – chimic
Namolurile provenite din epurarea apelor uzate se pot clasifica dupa mai multe
criterii:
a) Dupa compoziţia chimică, namolurile se împart în:
2
namoluri minerale - contin > 50% substante minerale (exprimate în SU) –
provin de regulă din epurarea mecano-chimică;
namol organic - contine > 50% substante volatile (exprimat în SU) –
provin de regulă din epurarea mecano-biologică;
b) În funcţie de treapta de epurare din care provine, avem:
namol primar, rezultat din treapta de epurare mecanica;
namol secundar, rezultat din treapta de epurare biologica;
namol stabilizat anaerob (rezultat din rezervoarele de fermentare a
namolurilor) sau aerob (rezultat fie din procesul de epurare biologica
avansata, respectiv nitrificare cu stabilizare, fie din stabilizatorul de
namol, de pe linia namolului);
nămol deshidratat;
nămol igienizat (prin pasteurizare, tratare chimică sau compostare);
nămol fixat, rezultat prin solidificare în scopul imobilizării compuşilor
toxici;
cenuşă – rezultată din incinerarea nămolului.
c) În funcţie de provenienţa apelor uzate, namolurile se pot împarti în:
namolurile din epurarea apelor uzate menajere/orasenesti;
namolurile din epurarea apelor uzate industriale.
PROCEDEE DE PRELUCRARE A NAMOLULRILOR
Alegerea tehnologiei de prelucrare a nămolurilor este influenţată de
caracterisiticile nămolului. Caracteristicile nămolului depind de: sursa de provenienta a
namolurilor, perioada de stationare în sistem, modalitatea de procesare luata în
considerare, etc.
Clasificarea proceselor de prelucrare se poate face după diferite criterii, cum ar
fi reducerea umidităţii, mineralizarea componentei organice etc.
În tabelul următor se prezintă o grupare a procedeelor de prelucrare sugerând
posibilitatea alegerii unei scheme tehnologice convenabile fiecărui tip de nămol şi
condiţiilor specifice locale.
3
O altă clasificare clasificare a procedeelor de prelucrare a nămolurilor, în funcţie
de scopul urmărit, se prezintă astfel:
Procedeu de prelucrare Scop
Prelucrare preliminara Reducerea dimensiunii materiilor solide continute în namol
si retinerea acestora, deznisiparea
Conditionarea chimica Îmbunatatirea propietatilor namolurilor în vederea
concentrarii si/sau deshidratarii mecanice
Concentrare Reducerea volumelor de namol
Stabilizare Reducerea cantitatilor de namol prin îndepartarea de
substanta organica
Deshidratare Reducerea volumelor de namol
Uscare Reducerea volumelor de namol
Incinerare Reducerea volumelor de namol
Compostare Stabilizare
Prelucrarea preliminara a namolurilor
1. Sitarea namolurilor
Prin sitarea unui namol se întelege procesul prin care se retin din acesta
particule de dimensiuni mai mari si de diverse compozitii (plastic, lemn, metal, materiale
textile, cauciuc, hârtie, etc.) care pot îngreuna procesele de prelucrare ulterioara.
4
Se prevăd instalatii de sitare cu curatite automată, cu dimensiunea deschiderilor
cuprinsa între 3 si 6 mm.
Cele mai frecvent utilizate instalatii de sitare sunt:
- sitele pasitoare;
- instalatii montate pe conducta de transport a namolului prevazute cu sistem de
presare a retinerilor.
2. Maruntirea namolurilor
Maruntirea namolurilor este un proces, în care o cantitate mare de material
fibros (vâscos) continut de namol este taiat sau împartit în particule mici astfel încât sa
se previna colmatarea sau înfasurarea în jurul echipamentelor în miscare. Un tocator
tipic este prezentat în figura următoare.
Tocatoarele, înca de la început au necesitat o atentie deosebita pentru
întretinere, dar noile proiecte de tocatori cu viteza redusa s-au dovedit mult mai durabile
si mai fiabile.
3. Deznisiparea namolurilor
În statiile de epurare unde nu se folosesc instalatii separate pentru îndepartarea
nisipului înainte de decantoarele primare, sau acolo unde procesul nu permite, este
necesar sa se îndeparteze nisipul înainte ca namolul sa poate fi procesat. Cea mai
eficienta metoda de deznisipare a namolului este supunerea acestuia unor forte
centrifuge pentru separarea particulelor de nisip de namolul organic. Aceasta separare
se obtine prin folosirea unui deznisipator tip ciclon, ce nu are parti mobile.
Eficienta deznisipatorului tip ciclon este influentata de presiunea si de
concentratia de substante organice din namol. Pentru a obtine separarea efectiva a
5
nisipului, namolul trebuie diluat pâna la 1 - 2% substanta uscata. Din moment ce
concentratia creste, marimea particulelor ce pot fi îndepartate descreste.
Conditionarea chimica a namolurilor
Conditionarea chimica reprezinta procedeul de prelucrare a namolurilor utilizat
pentru îmbunatatirea eficientei proceselor de concentrare si deshidratare ale acestora.
Adaosul de reactivi chimici conduce la micsorarea rezistentelor specifice la filtrare a
namolurilor si implicit la separarea mai usoara a apei din namolul trimis la prelucrare.
Pentru conditionarea chimica a namolurilor se utilizeaza în mod frecvent doua
grupe de reactivi:
- reactivi anorganici ;
- polielectroliti organici.
Din categoria reactivilor anorganici mai des utilizati se pot enumera: varul,
clorura ferica (FeCI3), sulfatul feric [Fe2(S04)·9H20], sulfat feros (FeS04, 7H20),
clorosulfat feric (FeS04CI).
De asemenea, în anumite situatii se folosesc si saruri de aluminiu precum
sulfatul de aluminiu Al2(SO4)3.
Varul este folosit pentru ridicarea pH-ului atunci când acesta are valori scazute
datorita utilizarii clorurii ferice pe post de coagulant. Pe lânga controlul pH-ului, varul
mai poate reduce mirosurile produse de sulfuri care sunt transformate în solutie, din
hidrogen sulfurat în sulfura si ion bisulfura, produsi de reactie nevolatili la un pH alcalin.
Formarea precipitatiilor de carbonat si hidroxid de calciu conduce la
îmbunatatirea proceselor de deshidratare, actionând ca un agent de înfoiere care
mareste porozitatea namolului si diminueaza rezistenta la compresiune.
Trebuie evitata dozarea în exces a varului, deoarece aceasta poate afecta
procesul de stabilizare a namolului.
În general dozele de var variaza între 5 si 40% din substanta uscata.
Clorura ferica este un reactiv folosit la coagularea materiilor solide din namol,
proces care decurge în bune conditii la pH mai mare de 6. La pH sub 6, formarea
flocoanelor este slaba iar deshidratarea se realizeaza dificil. De aceea, pentru
corectarea pH-ului se foloseste varul, care va conduce la o deshidratare optima.
Majoritatea namolurilor rezultate în urma epurarii apelor uzate nu pot fi conditionate cu
succes fara a asocia clorura ferica cu varul. Clorura ferica trebuie introdusa în namol
înaintea varului iar punctele de injectie a celor doi reactivi trebuie sa fie seprate.6
În general dozele de clorura ferica variaza între 2 si 10% substanta uscata.
Având în vedere corozivitatea prununtata a clorurii ferice, se recomanda
manipularea si stocarea corespunzatoare a acesteia.
Clorura ferica se livreaza sub forma lichida, în solutie cu o concentratie de 30-
35%.
Polimerii organici cunoscuti si sub numele de polielectroliti, sunt substante
chimice de sinteza cu structura de lant molecular lung, solubile în apa care favorizeaza
procesele de concentrare si deshidratare ale namolurilor retinute în statiile de epurare.
Acestia actioneaza asupra particulelor solide din namol prin neutralizarea sarcinii
electrice a acestora si formarea flocoanelor cu proprietati de deshidratare îmbunatatite.
Functie de sarcina electrica predominanta a acestora, polimerii pot fi:
- neionici – nu prezinta sarcina electrica;
- anionici – utilizati pentru conditionarea namolurilor cu continut preponderent
mineral;
- cationici – pentru conditionarea namolurilor de natura organica.
Poliacrilamida este cel mai utilizat polimer de tip neionic, si se formeaza prin
polimerizarea catenei monomerului acrilamida. Pentru a transporta sarcina electrica
pozitiva sau negativa în solutie apoasa, poliacrilamida trebuie combinata cu monomeri
anionici sau cationici.
Concentrarea (îngrosarea) namolurilor
Procedeul de concentrare (îngrosare) a namolurilor consta în reducerea
umiditatii acestora în vederea prelucrarii ulterioare a unor volume mai mici. Se poate
aplica tuturor namolurilor ce rezulta în urma epurarii apelor uzate.
Functie de proprietatile namolului ce urmeaza a fi concentrat, se pot aplica
scheme cu sau fara conditionarea chimica sau termica a acestuia.
Cele mai utilizate procedee de concentrare a namolurilor provenite dintr-o statie
de epurare sunt:
- concentarea gravitationala;
- concentrarea mecanica, care poate fi realizata în instalatii specifice precum:
- filtru cu vacuum ;
- filtru presa;
- filtru banda;
- unitate de flotatie cu aer dizolvat ; 7
- centrifuga ;
- instalatie de concentrare cu snec.
1. Concentrarea (îngrosarea) gravitationala a namolurilor
Prin concentrare gravitationala se întelege procesul de reducere a umiditatii
namolului datorita fenomenului de separare prin decantare a fazelor lichida si solida din
componenta acestuia, fiind una din cele mai utilzate metode de îngrosare a namolurilor.
Se realizeaza în bazine asemanatoare decantoarelor, în care în loc de apa limpezita se
evacueaza supernatant sau „apa de namol” termen sub care mai este cunoscut lichidul
provenit în urma îngrosarii.
Concentratoarele gravitationale sunt constructii, în general sub forma unor
bazine circulare (v. fig. 6.4 si 6.5), folosite cu precadere pentru prelucrarea urmatoarelor
tipuri de namoluri:
8
- primar sau primar conditionat cu var;
- biologic de la filtrele percolatoare ;
- fermentat anaerob.
6.4.4.3. Eficienta de reducere a umiditatii namolului variaza functie de
caracteristicile acestuia si de prezenta sau absenta conditionarii chimice. Acest
parametru este evidentiat în tabelul următor.
Tipul namoluluiUmiditatea namolului influent la concentrare (%)
Umiditatea namolului concentrat (%)
Reducerea de umiditate la concentrare (%)
Nămol primar 94-98 90-95 3
Nămol biologic rezultat de la filtrele percolatoare
96-99 94-97 2
Nămol biologic rezultat de la filtrele biologice cu discuri
96,5-99 95-98 1-1,5
Nămol în exces de la bazinele de aerare
99,5-98,5 97-98 1,5
Nămol în exces din procedee de epurare biologica ce utilizeaza oxigen pur
99,5 - 98,5 97 - 98 1,5
Nămol în exces din procedee de epurare biologica cu aerare prelungita
99,8 - 99 97 - 98 1,8 - 2
Nămol primar fermentat, provenit din treapta primara de fermentare
92 88 4
Amestec de namoluri:
primar + biologic rezultat de 94 - 98 91 - 95 3
9
la filtrele percolatoare
primar + biologic rezultat de la filtrele biologice cu discuri
94 - 98 92 - 95 2-3
primar + în exces 98,5 - 99,596 - 97,5
94-9693-96
3,5 - 4,51,5 - 3
în exces de la bazinele de aerare + biologic rezultat de la filtrele percolatoare
97,5 - 99,5 96 - 98 1,5
amestec fermentat de namol primar + namol în exces
96 92 4
Namol conditionat chimic:
primar + fier 98 96 2
primar + var în doze mici 95 93 2
primar + var în doze mari 92,5 88 4,5
primar + în exces conditionat cu fier
98,5 97 1,5
primar + în exces conditionat cu aluminiu
99,6 - 99,8 93,5 - 95,5 4,3 - 6,1
primar conditionat cu fier + biologic rezultat de la filtrele percolatoare
99,4 - 99,6 91,5 - 93,5 6,1-7,9
primar conditionat cu fier + în exces
98,2 96,4 1,8
amestec fermentat de namol primar + namol în exces conditionat cu fier
96 94 2
Namol rezultat din epurarea chimica (tertiara) :
cu var în doze mari 95,5 - 97 85 - 88 9 - 10,5
cu var în doze mici 95,5 - 97 88 - 90 7-7,5
cu fier 98,5 - 99,5 96-97 2,5
La proiectarea concentatoarelor de namol se va tine seama de:
- numarul minim de unitati n = 2 ;
- evacuarea supernatantului sa se realizeze pe cât posibil gravitational;
- se va tine seama ca încarcarea cu substanta uscata sa nu depaseasca limita
maxim admisa.
2. Concentrare a (îngrosarea) mecanica a namolurilor
10
Reprezinta procedeul de reducere a umiditatii namolurilor cu ajutorul unor
utilaje si echipamente specializate, capabile sa realizeze performante superioare
concentratoarelor gravitationale.
Atunci când se aplica concentrarea (îngrosarea) mecanica este obligatorie
conditionarea namolului ce urmeaza a fi prelucrat. Prin conditionare se urmareste
reducerea rezistentei specifice la filtrare „r” si a coeficientului de compresibilitate „s”.
Concentrarea mecanica a namolurilor poate fi realizata cu unul din urmatoarele
utilaje:
- unitati de flotatie cu aer dizolvat ;
- centrifuge ;
- concentratoare gravitationale cu banda;
- concentratoare cu tambur rotativ.
a) Unitate de flotatie cu aer dizolvat
Aceasta instalatie functioneaza pe principiul separarii fazei solide de cea
lichida, utilizând flotatia artificiala. Astfel particulele solide din namol sunt antrenate spre
suprafata de catre bulele de aer eliberate în mediul lichid. (fig.6.6)
Se aplică pentru suspensii care au tendinţa de flotare şi sunt rezistente la
compactare prin îngroşare gravitaţională.
Procesul de flotare cu aer se poate realiza prin: flotarea cu aer dispersat, flotare
cu aer dizolvat sub presiune, flotare cu aer la presiune negativă şi flotare biologică. Cel
mai larg utilizat este procesul de flotare cu aer dizolvat sub presiune, care prin
destindere la presiunea apropiată de cea atmosferică elimină bule fine (d ≈ 80 μm),
care se ataşează sau se înglobează în flocoanele de nămol şi le ridică la suprafaţă.
11
Pentru asigurarea unei concentraţii convenabile de materii în suspensie la alimentare,
se practică recircularea unei fracţiuni de efluent.
Principalii parametri ce influenţează procesul de îngroşare prin flotare sunt:
presiunea, raportul de recirculare, concentraţia de solide la alimentare, durata de
retenţie, raportul aer / solide, tipul şi calitatea nămolului, încărcarea hidraulică în solide,
utilizarea agenţilor chimici.
b) Centrifuga
Centrifugele sunt instalatii care pot realiza atât concentrarea cât si
deshidratarea namolurilor provenite din procesele de epurare a apelor uzate si
presupune, în ambele cazuri, separarea particulelor solide din namol prin actiunea
fortelor centrifuge.
Se aplică în general pentru nămolul activ în exces, atunci când nu se dispune
de spaţiu pentru alte instalaţii mai puţin compacte
Constructiv, centrifuga este alcatuita dintr-un cilindru lung, pozitionat orizontal,
în interiorul caruia se afla montat concentric, un snec care se roteste cu o viteza diferita
de cea a cilindrului. Alimentarea cu namol a instalatiei se realizeaza în mod continuu
prin interiorul snecului care are prevazute orificii ce comunica cu zona interioara a
cilindrului (v. fig. 6.7). Datorita fortelor centrifuge generate de rotirea snecului se
produce o separare accelerata a celor doua faze - solida si lichida - partea solida fiind
proiectata spre exterior iar supernatantul acumulându-se în centru.
12
În mod normal, concentrarea namolurilor prin intermediul centrifugarii nu implica
conditionarea chimica a acestora. În cazul în care, prin efectuarea de teste, rezulta
eficiente semnificativ sporite prin adaugarea în namolul influent a polielectrolitilor, se vor
stabili dozele corespunzatoare pentru care eficienta de reducere a umiditatii este
maxima. De aceea, în cea mai mare parte a situatiilor când în statiile de epurare s-a
prevazut concentrare cu centrifuge, exista si unitati de preparare si dozare a
polielectrolitilor. Pentru namolul în exces provenit de la bazinele de aerare, dozele de
polimer variaza între 0 si 4 kg/t substanta uscata.
Utilizând centrifuga cu transportor elicoidal se poate atinge o concentrare de
solide de circa 4% şi un grad de reţinere a solidelor de 90%, la îngroşarea nămolului
activ cu adaos de floculanţi. Ţinând seama de viteza de rotaţie mare a echipamentului
(6000 rot/min), consumul de floculanţi este mai mare datorită fragilităţii şi ruperii
flocoanelor, deci costurile de exploatare sunt mai mari decât în cazul altor procedee.
Datorita costurilor ridicate privind exploatarea si consumul energetic solutia de
concentrare cu instalatii tip centrifuga este avantajoasa mai ales atunci când:
- debitul de namol ce trebuie prelucrat depaseste 0,2 m3/s ;
- spatiul disponibil al statiei de epurare este limitat;
- exista personal specializat de deservire ;
- procedeele de concentrare conventionale sunt ineficiente.
c) Concentrator gravitational cu banda
Echipamentul consta dintr-o banda filtranta tensionata actionata de un sistem
de role cu viteza variabila. Namolul introdus la concentrare este distribuit într-un strat
uniform pe toata latimea activa a benzii. Datorita materialului filtrant din care este
realizata banda, supernatantul se separa pe cale gravitationala si este evacuat într-un
jgheab la partea inferioara a instalatiei. (v. fig. 6.8). Pe întreg parcursul traseului de
deplasare a benzi, dar si pe toata latimea acesteia, în zona de concentrare, namolul
este brazdat de catre un sistem de greble. La capatul aval al benzii, namolul concentrat
este descarcat într-un jgheab colector. În zona inferioara de deplasare a benzii este
montat un dispozitiv de spalare a acesteia.
13
Concentratoarele gravitationale cu banda sunt utilizate în special pentru
prelucrarea: namolului în exces de la bazinele de aerare, namolurilor fermentate pe cale
anaeroba sau aeroba precum si acelora rezultate în urma epurarii chimice a apelor
uzate.
Pentru toate tipurile de namol ce se vor concentra este necesara conditionarea
chimica a acestora prin adaos de polimeri. Pentru stabilirea dozei optime se vor efectua
teste corespunzatoare.
Parametrii de proiectare ai concentratoarelor gravitationale cu banda sunt:
- încarcarea hidraulica cu namol a benzii,
- încarcarea superficiala cu materii solide, variaza între 200 si 600 kg/m2,h ;
- sistemul este proiectat pentru a evacua un namol concentrat cu o umiditate de
93 - 95% ;
- dozajul de polimer necesar îngrosarii namolului în exces de la bazinele de
aerare variaza în intervalul 3 - 7 kg polimer în stare uscata/tona substanta. uscata din
namol.
d) Concentratoare cu tambur rotativ
Sunt instalatii alcatuite dintr- o sita cilindrica rotativa, actionata de un
electromotor având în componenta atât sistemul de injectare a reactivilor cât si reactorul
de floculare a particulelor solide din namol (v. fig. 6.9). În timpul functionarii tamburul se
roteste cu o viteza de 5 - 20 rot/min.
14
3. Stabilizarea namolurilor
Procesul de stabilizare a namolului se poate realiza prin trei metode: stabilizare
anaeroba (fermentare), stabilizare aeroba si stabilizare alcalina.
Stabilizarea anaeroba (fermentare) este probabil metoda cea mai des folosita
în statiile de epurare a apelor uzate. Produce un namol relativ stabil cu costuri moderate
si ca un beneficiu suplimentar, produce biogaz în a carei componenta se gaseste
preponderent gaz metan. Acest biogaz poate fi folosit pentru încalzirea namolului
influent si a anamolului de recirculare la temperatura de proces, iar în marile statii de
epurare poate fi folosit pentru producerea de electricitate si agent termic.
În cadrul statiilor mari de epurare, unde se aplica epurarae avansata a apelor
uzate, se pot prevede rezervoare de fermentare acidogena, necesare pentru
producerea sursei de carbon în procesul de denitrificare.
Unele dezavantaje ale procesului sunt urmatoarele: costuri initiale ridicate, o
cantitate însemnata de echipamente mecanice (în special acolo unde gazul este
valorificat), un supernatant a carui concentratii în poluanti este foarte mare la
fermentarea în doua trepte, namolul trebuie încalzit pentru a mentine temperatura si
procesele dorite si tendinta de supraîncarcare a aproceselor ca rezultat al unei slabe
mixari, nevoia de control a temperaturii, prezenta metalelor grele sau a altor agenti
toxici în influent.
15
Stabilizarea aeroba se întâlneste în statiile de epurare mici si medii. Este un
proces ce necesita multa energie (datorita energiei consumate pentru transferul
oxigenului) comparat cu fermentarea anaeroba, dar necesita costuri mai mici pentru
investitie.
Stabilizarea aeroba este mai putin complexa din punct de vedere functional si
uneori nu are procese separate. Stabilizarea aeroba a namolului se poate produce fie în
bazine dedicate, ca stabilizatoare de namol (pe linia namolului), fie în bazine de aerare
de pe linia apei în care se realizeaza o epurare avansata (de exemplu nitrificare cu
stabilizare, unde datorita timpilor de retentie mari, namolul activat rezulta deja stabilizat.
Stabilizarea alcalina este stabilizarea în urma careia produsul rezultat contine
putini agenti patogeni si poate fi folosit în agricultura sau pentru îmbunatatirea
parametrilor unui pamânt. Un dezavantaj al stabilizarii alcaline este acela ca masa
produsului se mareste prin adaugarea de material alcalin.
A) Stabilizarea (fermentare) anaeroba
Scopul fermentarii anaerobe este acela de a reduce agentii patogeni, cantitatea
de biomasa prin distrugerea partiala a materiilor volatile si producerea de biogaz,
respectiv de gaz metan ce poate fi valorificat. Complexitatea fermentarii anaerobe
apare din sensibilitatea procesului si din interactiunile componentelor ce completeaza
sistemul.
Fermentarea anaeroba are loc, ca rezultat al unei serii complicate de reactii
chimice si biochimice. Reactiile care au loc implica multe tipuri de bacterii, fiecare tip
furnizând o biotransformare unica si indispensabila. Procesele de fermentare cuprind
urmatoarele etape: hidroliza, formarea de compusi organici solubili si acizi organici cu
catene scurte si formarea de metan. În prima etapa (hidroliza), proteinele, celuloza,
lipidele, si alte materii organice complexe sunt solubilizate. În cea de-a doua etapa
(formarea acizilor), produsii primei etape sunt transformati în compusi organici solubili
incluzând acizii grasi cu catene lungi; acesti compusi organici solubili sunt apoi
transformati în acizi organici cu catene scurte (cunoscuta ca acidifiere). În cea de-a treia
etapa (formarea metanului), acizii organici sunt transformati în metan si în dioxid de
carbon. Eficienta stabilizarii prin fermentare anaeroba este masurata prin cantitatea de
materii volatile (organice) reduse în timpul procesului. Deoarece fermentarea anaeroba
este realizata biologic si depinde de dezvoltarea microorganismelor, nu are loc o
reducere completa a materiilor volatile ci în proportie de 40-60% (procent numit limita 16
tehnica de fermentare), în mod obisnuit. Eficienta scazuta are loc atunci când sunt
prezente substante greu biodegradabile. Un procent ridicat de descompunere a
materiilor solide se obtine atunci când namolul este compus din materii usor
degradabile, cum sunt carbohidratii simpli, carbohidratii compusi (celuloza), proteinele si
lipidele. (fig.6.10)
Eficienta si durata fermentarii, productia de gaz si caracteristicile gazului
produs, depind de natura materiilor solide ce urmeaza a fi fermentate.
Factorii cei mai importanti ce afecteaza fermentarea anaeroba sunt timpul de
retentie a materiilor solide, eficienta mixarii, timpul de retentie hidraulic, temperatura,
pH-ul si prezenta substantelor toxice.
Fermentarea anaeroba poate fi considerata ca fiind utila procesului de
stabilizare atunci când concentratia substantelor volatile este mai mare sau egala cu
50% sau chiar mai mare si când sunt prezente sau pot aparea substantele inhibitoare.
Fermentarea namolului primar are ca rezultat o separare a fractiunii solide de cea
lichida în comparatie cu namolul activat. Combinând cele doua tipuri de namol
amestecul va avea rezultat bun în sedimentare, mult mai bun decât namolul activat dar
mai slab decât namolul primar. Reziduurile chimice contin var, fier, aluminiu si alte
substante ce pot fi fermentate cu succes daca substantele volatile continute au un timp
de retentie destul de mare pentru a suporta reactiile biochimice si nu sunt prezente
substantele inhibitoare. Daca o examinare a caracteristicilor namolului indica o varietate
mare a calitatii acestuia, fermentarea anaeroba poate sa nu fie posibila datorita
sensibilitatii sale la schimbarile calitative ale substratului.
Unul dintre avantajele fermentarii anaerobe este producerea de energie. Gazul
metan continut în biogazul produs poate fi folosit pentru a încalzi namolul influent si cel
17
de recirculare la temperatura de proces, iar excesul poate fi folosit pentru încalzirea
cladirilor civile din incinta precum si pentru producerea de energie electrica.
Dezavantajele fermentarii anaerobe sunt urmatoarele: rezervorul de fermentare
poate usor refula datorita conditiilor neasteptate si a accidentelor sau a încarcarilor
ridicate si este greu de restabilizat. Sunt necesare rezervoare de fermentare cu volume
mari datorita dezvoltarii încete a bacteriilor metanogene si a timpului mare de retentie
necesar. Aceste lucruri duc la sporirea costurilor de investitie.
În timpul fermentarii, metalele grele sunt concentrate în namol, ele putând
restrictiona posibilitatile de împrastiere pe pamânt a namolului fermentat. Supernatantul
rezultat este trimis fie în influentul statiei de epurare, fie în amontele decantoarelor
primare, fie la o facilitate separata de epurare a supernatantului. Operatiile de curatare
sunt dificile si periculoase datorita bazinului ce este închis. Încalzirea interioara si
echipamentul de mixare pot avea probleme semnificative datorita coroziunii, a uzurii si a
conditiilor inaccesibile. Sistemul de încalzire exterior, de asemenea, se poate obtura si
are nevoie de întretinere constanta.
Pentru personalul de exploatare, exista pericolul exploziei, ca rezultat al unei
exploatari si întretineri necorespunzatoare, a scurgerilor si a neglijentei. Condensul pe
conducta de gaz sau colmatarea pot provoca probleme de întretinere. Ceea ce necesita
o întretinere ridicata datorita depunerilore, a spumei si a nisipului ce se acumuleaza.
Pe linia namolului la statiile mari si la cele unde se aplica epurarea avansata a
apelor, este indicat a se prevedea un rezervor de fermentare acidogenic necesar pentru
producerea sursei de carbon în procesul de denitrificare.
Procesele de fermentare
Trei configuratii ale procesului pentru fermentarea anaeroba sunt folosite în
mod obisnuit: fermentarea de mica încarcare, fermentarea de mare încarcare si
fermentare în doua etape. În plus, fermentarea anaeroba poate functiona la doua
regimuri ale temperaturii: mezofila (30-38˚C) si termofila (50-60˚C).
Fermentarea anaeroba de mica încarcare
Rezervoarele de fermentare de mica încarcare sunt cele mai vechi sisteme de
fermentare anaeroba si mai sunt numite si rezervoare de fermentare anaerobe
conventionale. Figura 6.11 prezinta un rezervor de fermentare cu debit constant.
Rezervorul de fermentare este compus dintr-un rezervor de forma cilindrica cu panta la
partea inferioara si cu un acoperis plat sau curb. Nu este prezenta amestecarea în
acest sistem.18
Datorita faptului ca nu se face amestecarea la sistemele de fermentare de mica
încarcare apare fenomenul de stratificare în interiorul rezervorului de fermentare.
Biogazul acumulat la partea superioara a rezervorului este evacuat pentru a fi stocat
sau pentru a fi valorificat. Spuma se acumuleaza la partea superioara a lichidului sau a
supernatantului. Supernatantul este evacuat si recirculat înainte de decatorul primar sau
la intrarea în treapta avansata. Supernatantul contine concentratii foarte mari de azot si
fosfor. Particulele stabilizate decanteaza la partea inferioara a rezervorului pentru a fi
îndepartate si apoi prelucrate.
Fermentarea de mica încarcare este caracterizata printr-o alimentare
intermitenta, o încarcare redusa cu substanta organica (volatila) a rezervorului de
fermentare, nu se face amestec decât prin fenomenul de flotare a bulelor de gaz,
dimensiuni mari ale rezervoarelor datorita volumului si timpului de retentie cuprins între
30 si 60 de zile. Nisipul si stratul de spuma (crusta) se vor acumula la partea inferioara
si respectiv la partea superioara, în consecinta, volumul efectiv scade.
Fermentarea anaeroba de mare încarcare, într-o singura treapta
Rezervoarele de fermentare de mare încarcare sunt caracterizate prin mixarea
si încalzirea namolului, debitul de alimentare este uniform si se realizeaza o
concentrare a namolului înainte de a fi fermentat (v. fig. 6.12). Ca rezultat, volumul
rezervorului necesar pentru o fermentare corespunzatoare este redus si stabilitatea
procesului este îmbunatatita.
19
Încalzirea namolului pentru fermentare are ca efect îmbunatatirea dezvoltarii
microorganismelor, a eficientei de fermentare si a productiei de biogaz. Rezervoarele
de fermentare anaeroba de mare încarcare pot functiona la temperaturi mezofile si
termofile. Fermentarea termofila poate oferi câteva avantaje suplimentare fata de
fermentarea mezofila, cum ar fi raportul ridicat al reactiilor ce pot avea ca rezultat
micsorarea volumului necesar desfasurarii procesului de fermentare, cresterea
distrugerii agentilor patogeni si caracteristici de deshidratare mult mai bune. Restrictiile
procesului includ o sensibilitate extrema a microorganismelor la variatia temperaturii de
proces, o energie necesara mult mai mare (si mai departe costuri ridicate de exploatare
pentru mentinerea temperaturii de proces) comparat cu procesele de fermentare
mezofila si producerea de namol fermentat cu miros mult mai puternic.
Procedeele utilizate în încalzirea namolului sunt: injectarea de aburi, folosirea
schimbatorilor de caldura interiori si folosirea schimbatorilor de caldura exteriori.
Schimbatorii de caldura exteriori sunt cei mai utilizati datorita flexibilitatii lor si a faptului
ca sunt mult mai usor de controlat la suprafata de încalzire. Spiralele interioare se pot
colmata usor si vor trebui întretinute periodic, sau rezervorul de fermentare va trebui
golit pentru ca acestea sa poata fi curatate. Temperatura apei de încalzire este
mentinuta la valori cuprinse între 50 si 62˚C.
Amestecarea namolului din rezervorul de fermentare reduce stratificarea
termica, disperseaza substratul pentru un contact mai bun cu biomasa activa si reduce
formarea crustei. Amestecarea diminueaza, de asemenea, orice substanta inhibatoare
sau pH nefavorabil si caracteristicile temperaturii influentului, în consecinta creste
volumul efectiv al rezervorului.
20
Fermentarea anaeroba de mare încarcare în doua trepte
Fermentarea în doua etape este o extindere a tehnologiei de fermentare de
mare încarcare, ce împarte functiile fermentarii si separarii fractiunii solide de cea
lichida în doua rezervoare separate, legate în serie. Primul rezervor este un rezervor de
fermentare de mare încarcare, în timp ce al doilea este utilizat pentru separarea solid-
lichid, cu eliminarea de supernatant si producerea de biogaz (v. fig. 6.13). Cel de-al
doilea rezervor nu are sisteme de amestecare sau de încalzire.
Materiile solide fermentate anaerob pot sa nu sedimenteze bine, rezultatul
observându-se în supernatant ce contine o concentratie mare de materii solide în
suspensie ce pot fi daunatoare pentru sistemul de epurare a supernatantului.
Dezavantajele acestui sistem sunt caracteristicile slabe de concentrare prin
sedimentare ale namolului fermentat (în prima treapta), datorita bulelor de biogaz
fermentate în prima treapta care prin flotare inhiba partial procesul de concentrare a
namolului.
O etapa de perspectiva o pot constitui rezervoarele de fermentare în doua
trepte ce folosesc fermentarea termofila urmata de fermentare mezofila cu avantaje
operationale superioare.
Dimensionarea rezervorului de fermentare anaerob
Prima consideratie importanta de dimensionare este aceea de a se determina
volumul corect al rezervorului pentru a asigura o stabilizare eficienta a influentului si a
productiei de biogaz, respectiv gaz metan, corespunzatoare.
Datele necesare pentru dimensionare a unui rezervor de fermentare anaeroba
a namolului includ calitatea si cantitatea materiilor solide din influent ce urmeaza a fi 21
fermentate, respectiv ale materiilor solide produse prin sedimentarea primara,
secundara sau avansata (unde este cazul). Sunt necesare informatii suplimentare
precum procentul de materii solide, procentul de materii volatile si raportul dintre
namolul primar si cel biologic ce vor alimenta rezervorul de fermentare.
Colectarea si stocarea biogazului
Biogazul produs prin fermentarea anaeroba a namolului este colectat fie pentru
a fi valorificat, fie este eliminat prin ardere. Odata ce el floteaza prin namol, biogazul
este colectat deasupra suprafetei de lichid si este evacuat. Biogazul este apoi
transportat pentru a încalzi sau pentru a furniza energie echipamentelor (utilizare
imediata), sau este stocat în rezervorul de gaz pentru a fi utilizate mai târziu, iar gazul în
exces este eliminat prin ardere.
Biogazul rezultat în urma fermentarii anaerobe contine aproximativ 65-70%
CH4, 25-30% CO2, si cantitati mici de N2, H2, H2S, vapori de apa, si alte gaze. Biogazul
de fermentare are o gustare specifica de aproximativ 0,86 din greutatea specifica a
aerului. Deoarece productia de biogaz este una dintre cele mai bune metode pentru
progresul fermentarii si deoarece gazul de fermentare poate fi folosit drept agent de
combustie, proiectantul trebuie sa fie familiarizat cu producerea, colectarea si
valorificarea lui.
Gazul metan continut în biogaz la temperatura si presiune normala (20oC si 1
atm), are o valoare termica de 35.800 kJ/m3. Deoarece biogazul de fermentare contine
doar 65% metan, puterea calorica a gazului de fermentare este de 22.400 kJ/m3. Prin
comparatie, gazul natural, care este un amestec de metan, propan, si butan, are o
putere calorica de 37.300 kJ/m3.
Productia de biogaz realizata este corelata în mod direct, biochimic, cu
cantitatea de substante volatile mineralizate si este exprimata ca volumul de biogaz pe
unitatea de masa a materiilor volatile distruse. Acest indice specific al productiei de
biogaz este diferit pentru fiecare substanta organica din rezervorul de fermentare.
Productia de biogaz variaza de la la 0,7 m3 biogaz/kg materii volatile pentru proteine si
carbohidrati pâna la 1,2-1,6 m3 biogaz/kg de materii volatile reduse în cazul grasimilor.
Un rezervor de fermentare anaerob obisnuit alimentat cu namol primar si namol activ în
exces poate produce aproximativ 0,8 - 1 m3 biogaz/kg de substante volatile reduse.
Cantitatea de biogaz produsa este o functie de temperatura, timpul de retentie si de
încarcarea cu materii solide volatile (substanta organica). 22
Biogazul rezultat la fermentare are o putere calorica cuprinsa între 20 si 25
MJ/m3. O valoare medie de 25 MJ/m3 este folosita pentru proiectare.
În cazul statiilor de epurare mari, biogazul de fermentare poate fi folosit drept
combustibil în vederea producerii de energie electrica. Apa fierbinte de la boilere sau
cea utilizata la racirea motoarelor cu ardere interna poate fi folosita la încalzirea
namolului si/sau a constructiilor civile din incinta statiei de epurare.
Surplusul de energie necesar pentru functionarea statiei poate fi vândut uneori
autoritatilor locale ce se ocupa de gestionarea si furnizarea de energie electrica.
Deoarece biogazul de fermentare contine acid sulfuric, azot, particule, si vapori
de apa, biogazul trebuie sa fie epurat în epuratoare de gaze uscate sau umede înainte
de a-l utiliza la motoarele cu ardere interna. Concentratiile în exces de acid sulfuric de
aproximativ 0,1 l/m3 necesita instalatii speciale de desulfurare.
Colectarea biogazului si sistemul de distributie trebuie mentinut la o presiune
pozitiva pentru a evita explozia în cazul în care gazul se amesteca cu aerul atmosferic.
Amestecul de aer cu biogaz de fermentare contine metan în proportie mai mica de 5%,
ce poate fi exploziv. Din acest motiv toate echipamentele mecanice si constructive
trebuie sa fie etanse, iar echipamentele electrice trebuie sa fie protejate împotriva
exploziei.
Sunt folosite doua tipuri de rezervoare de depozitare a gazului: rezervoare cu
capac ce floteaza pe gazul înmagazinat si rezervoare sub presiune.
Rezervoarele cu capac flotant sunt rezervoare cu presiune constanta si volum
variabil.
Rezervoarele sub presiune, au de obicei forma sferica si mentin o presiune
cuprinsa între 140 si 700 kN/m2, cu valori medii cuprinse între 140 si 350 kN/m2.
Biogazul poate fi stocat atât la presiune mica în rezervoarele externe de gaz
care folosesc învelisuri mobile sau la presiune ridicata în rezervoarele de presiune,
daca sunt folosite compresoare de gaz.
O descoperire recenta în cazul învelisurilor rezervoarelor cilindrice este învelisul
de tip membrana realizata dintr-un poliester flexibil.
În cazul rezervoarelor ovoidale, volumul disponibil pentru depozitarea gazului
este mic. Pentru o utilizare eficienta a biogazului di rezervor, este necesara o stocare
externa.
23
Parametrii sugerati pentru dimensionarea sistemelor de amestecare ale
rezervorului de fermentare includ unitatea ce genereaza energie, gradientul de viteza,
gazul ce se degaja unitar, si timpul de reîncarcare a rezervorului de fermentare.
Necesarul de reactivi chimici
Sistemele de alimentare cu reactivi chimici uneori devin necesare datorita
schimbarilor calitative si cantitative ale influentului. Schimbarile alcalinitatii, pH-ului,
sulfurilor sau a concentratiei metalelor grele poate face necesara adaugarea de reactici
chimici în proces. Abilitatea de a adauga reactivi chimici corecti, ca bicarbonatul de
sodiu, clorura ferica, sulfatul feric, varul, trebuie luata în considerare înca din faza
incipienta a proiectarii.
Proiectarea rezervoarelor de fermentare se face astfel încât acestea sa fie
acoperite pentru a colecta gazul, a reduce mirosul, pentru a stabiliza temperatura
interioara a rezervorului de fermentare si pentru a mentine conditiile anaerobe. În plus,
acoperisul trebuie sa suporte sistemul de amestecare si sa permita accesul în rezervor.
Tipurile de acoperisuri utilizate în proiectele rezervoarelor de fermentare anaerobe pot fi
de tip mobil sau fix.
Clasificarea rezervoarelor de fermentare dupa forma
Rezervoarele de fermentare anaerobe pot avea forma rectangulara, cilindrica
sau ovoidala. Rezervoarele rectangulare sunt folosite acolo unde disponibilitatea
suprafetelor este o problema. Costurile de executie sunt mai mici, dar sunt dificil de
exploatat datorita tendintei de a se crea zone moarte, ce se dezvolta din caracteristicile
slabe de amestecare. O configuratie uzuala este un cilindru vertical cu un radier conic.
Aceste rezervoare circulare sunt construite din beton armat, cu pereti laterali verticali cu
adâncimi ce variaza între 6 si 14 m si diametre cuprinse între 8 si 40 m. Un radier de
forma conica, cu o panta ce variaza între 1:3 si 1:6 este de preferat pentru o întretinere
usoara. Pantele mai mari 1:3, cu toate ca sunt dorite pentru îndepartarea pietrisului,
sunt dificil de construit si se întretin greu. Radierul poate avea inclusa o conducta de
evacuare centrala sau poate fi împartit în sectiuni, fiecare sectiune fiind echipata cu
conducte separate de evacuare.
Rezervorul de fermentare de forma cilindrica este mult mai scump de construit
decât proiectele traditionale dar poate reduce costurile de întretinere si frecventa
acestora. Acolo unde a fost necesar, rezervoarele de fermentare cilindrice au fost 24
izolate folosin caramida si spatiu de aer, polistiren, fibre de sticla. O configuratie
optimizata a rezervorului este rezervorul de fermentare de forma ovoidala.
Zona tronconica de la partea superioara si de la partea inferioara ajuta la
eliminarea problemelor aduse de nisip si de spuma (crusta), eliminând sau reducând
necesitatea curatarii. Cerintele de amestecare ale rezervorului de fermentare de forma
ovoidala sunt mult mai mici decât pentru rezervoarele cilindrice uzuale mai putin adânci.
Majoritatea rezervoarelor de fermentare de forma ovoidala sunt prevazute cu tevi ce
injecteaza gaz sau jeturi hidraulice pe la partea inferioara a rezervorului de fermentare
pentru a nu facilita depunerea nisipului. Rezervoarele de fermentare de forma ovoidala
pot fi construite din heton sau din otel si sunt izolate la partea exterioara. (fig.6.14)
B) Stabilizarea aeroba
Stabilizarea aeroba are loc prin oxidarea substantelor organice biodegradabile
si reducerea organismelor patogene prin mecanisme biologice, aerobe. Procesul de
stabilizare aeroba este un proces de epurare biologica cu pelicula în suspensie si este
bazat pe teoriile biologice similare cu cele ale aerarii prelungite ale namolului activat.
25
Obiectivele proceselor de stabilizare aeroba, care pot fi comparate cu cele ale
proceselor de fermentare anaerobe, includ producerea de namol stabil prin oxidarea
substantelor organice biodegradabile, reducerea masei si a volumului, reducerea
organismelor patogene si conditionarea pentru prelucrarea ulterioara. Avantajele
acestor procese aerobe comparate cu fermentarea anaeroba sunt:
- Producerea de namol inofensiv, stabil din punct de vedere biologic;
- Costuri totale mai scazute;
- Functionare mai simpla în reducerea concentratiei substantelor volatile decât
la procesele de fermentare anaerobe;
- Functionare sigura fara pericolul exploziei si probleme reduse ale degajarii
mirosului; si
- Un namol stabilizat cu o concentratie în CB05 mai mica decât cea obtinuta prin
procesele anaerobe.
Primul dezavantaj atribuit procesului de stabilizare aeroba sunt costuri mari
pentru energie asociate cu energia necesara pentru transferul oxigenului. Dezvoltarile
recente în cadrul proceselor de stabilizare aeroba, cum sunt: eficienta ridicata a
echipamentului de transfer a oxigenului si studiile în functionarea la temperaturi ridicate,
pot reduce aceasta problema. Alte dezavantaje includ limitarea aplicabilitatii la statiile
de epurare mici si medii, eficienta redusa a proceselor în timpul perioadelor reci,
incapacitatea de a produce un produs secundar folositor, cum este gazul metan din
procesele anaerobe si rezultate variate obtinute în timpul deshidratarii mecanice a
namolului stabilizat anaerob.
Stabilizarea aeroba se bazeaza pe principiul biologic al respiratiei endogene.
Respiratia endogena are loc atunci când nu se mai face aprovizionare cu hrana si
microorganismele încep sa consume propria lor protoplasma pentru a obtine energia
necesara mentinerii reactiilor din interiorul celulei.
În timpul proceselor de stabilizare, tesutul celular este oxidat aerob în dioxid de
carbon, apa si amoniac sau nitrati. Deoarece procesele de oxidare aeroba sunt
exoterme, în timpul reactiilor are loc o eliberare de caldura. Desi procesele de
stabilizare teoretic ar trebui realizate în totalitate, de fapt doar 75-80% din tesutul celular
este oxidat. Ce ramâne, în proportie de 20-25%, este compus din componente inerte si
componente organice ce nu sunt biodegradabile.
26
Procesul de stabilizare aerob, de fapt, implica doi pasi: oxidarea directa a
materiei biodegradabile si oxidarea materialului celular. Aceste procese sunt descrise
de ecuatiile de mai jos:
Substante organice + NH4+ + O2 → material celular + CO2 + H20 (6.17)
Material celular + O2 → namol fermentat + CO2 + H2O + NO3- (6.18)
Reactia din cea de-a doua ecuatie este în mod normal un proces de respiratie
endogena si este reactia predominanta ce are loc în sistemul de stabilizare aerob.
Datorita necesitatii mentinerii procesului în faza de respiratie endogena,
namolul activat în exces se stabilizeaza. Includerea namolurilor primare în proces poate
influenta reactia totala, deoarece ele contin putin material celular. Majoritatea
materialului organic din namolul primar constituie o sursa de hrana externa pentru
biomasa activa continuta în namolul biologic. De aceea, este necesar un timp de
retentie cât mai mare pentru a se acomoda metabolismul si dezvoltarea celulara ce
trebuie sa se petreaca înaintea de atingerea conditiilor de respiratie endogena.
Dimensionarea stabilizarii aerobe
Numeroase variabile guverneaza dimensionarea unui sistem de stabilizare
aerob conventional - aceste sisteme functioneaza la o temperatura cuprinsa între 20 si
30°C si folosesc aerul ca sursa de oxigen pentru activitatea biologica. (fig.6.15)
Reducerea substantelor volatile
Reducerea substantelor volatile (organice) variaza între 35 si 50% (procent
numit limita tehnica de stabilizare) din cantitate a materiilor solide în suspensie ce sunt
obtinute în timpul procesului de stabilizare aeroba.
27
Temperatura de functionare a sistemului de stabilizare aeroba este un
parametru critic din cadrul procesului. Un dezavantaj frecvent al procesului aerob este
variatia în eficienta procesului rezultata din schimbarile temperaturii de functionare.
Schimbarile temperaturii de functionare sunt apropiate de temperatura mediului
ambiant, deoarece majoritatea sistemelor de stabilizare aeroba folosesc rezervoare
deschise.
Reactiile biologice ce au loc în timpul procesului de stabilizare aeroba necesita
oxigen pentru respiratia materialului celular din biomasa activa iar în cazul amestecului
cu namol primar, oxigenul necesar transformarii materialul organic în material celular. În
plus, functionarea corespunzatoare a sistemului necesita un amestec adecvat al
continutului pentru a asigura un contact corespunzator al oxigenului, materialul celular
si materialul organic ce constituie sursa de hrana
Volumul necesar sistemului de stabilizare aeroba este guvernat de timpul de
retentie necesar pentru reducerea dorita a substantelor volatile (organice). Timpul de
retentie necesar pentru a reduce 35-50% din substantele volatile (organice), variaza
între 10 si 12 zile la o temperatura de functionare de aproximativ 20°C. Timpul de
retentie total necesar este dependent de temperatura si de biodegrabilitatea namolului,
putând creste pâna la 15 - 16 zile când temperatura scade sub 20°C.
Alte metode de stabilizare aeroba
Mai multe sisteme de stabilizare aerobe mezofile standard, cu aerare, au fost
cercetate în ultimii ani. Dintre acestea se remarca aerarea cu oxigen pur, stabilizarea
termofila autoterma si stabilizarea la temperatura criofila.
Aerarea cu oxigen pur
Aceste modificari ale proceselor de stabilizare aeroba înlocuiesc aerul cu
oxigen pur. Sistemele cu oxigen pur sunt insensibile la schimbarile temperaturii mediului
ambiant datorita activitatii microbiene crescute si naturii exoterme a procesului.
În timp ce o varianta a acestei modificari foloseste rezervoarele deschise,
stabilizarea aeroba ce foloseste oxigenul dur se face în rezervoare închise, similare cu
acelea folosite în procesele namolului activat cu oxigen pur. Folosirea sistemului de
stabilizare aeroba cu oxigen pur, în rezervoare închise, va avea ca rezultat temperaturi
mari pentru functionare, datorita naturii exoterme a procesului de stabilizare.
Dezavantajul principal acestei stabilizari este costul ridicat pentru generarea
oxigenului pur. 28
Stabilizarea alcalina
Varul este unul dintre cele mai folosite si mai scazute ca pret dintre substantele
alcaline disponibile pentru apele uzate industriale. Varul este folosit pentru a reduce
mirosul, pentru cresterea pH-ului în rezervoare de fermentarele etanse, pentru
îndepartarea fosforului în treapta de epurare avansata, si pentru conditionare înainte si
dupa deshidratare mecanica.
Scopul stabilizarii alcaline poate include urmatoarele: reduce semnificativ
numarului de agenti patogeni inhibând cresterea acestora si reduce mirosul produs de
organisme. În consecinta, previne îmbolnavirea oamenilor, creaza un produs stabil ce
poate fi depozitat si reduce pe termen scurt percolarea metalelor ce nu se gasesc în
mod natural în sol.
Procesul de stabilizare alcalina este un proces simplu. Un reactiv chimic alcalin,
este adaugat pentru a creste pH-ul influentului si prin asigurarea unui timp de contact
suficient. La pH = 12, sau mai mare, cu un timp de contact suficient si cu un amestec
omogen al varului cu influentul, agentii patogeni si microorganismele sunt aduse în
stare inactiva sau chiar distruse. Caracteristicile fizice si chimice ale materiilor solide
produse sunt, de asemenea, modificate de reactiile ce au loc cu substantele alcaline.
Chimismul procesului nu este înca bine înteles, desi se crede ca unii compusi
moleculari sunt influentati de reactie, cum este hidroliza si saponificarea.
Atât statiile de epurare mici cât si statiile de epurare mari folosesc stabilizarea
cu var ca un prim proces de stabilizare. Oricum, stabilizarea cu var este mai des folosita
pentru statiile mici. Este mult mai ieftin decât în cazul stabilizarii cu alte tipuri de reactivi.
Unele statii de epurare mari au folosit stabilizarea cu var ca un proces interimar când
procesul de stabilizare primara (ca fermentarea aeroba sau anaeroba) este temporar
nefunctionala. Stabilizarea cu var este, de asemenea, folosita pentru a suplimenta
procesul de stabilizare primara în timpul perioadelor de producere a namolului.
Teoria stabilizarli alcaline
Stabilizarea cu var depinde de mentinerea unui pH la un nivel destul de ridicat
pentru o perioada suficienta de timp pentru a face inactiva populatia de microorganisme
a namolului. Aceasta stagnare sau întârziere substantiala a reactiilor microbiene poate
duce pe de alta parte la producerea mirosului si atractia mustelor, tântarilor etc.
Procesul poate face ca virusii, bacteriile si alte microorganisme sa devina inactive.
29
Procesul de stabilizare cu var implica o gama larga de reactii chimice ce
transforma compozitia chimica a namolului. Urmatoarele ecuatii, simplificate pentru
exemplificare, indica tipurile de reactii care au loc:
Reactiile cu constituentii anorganici includ:
Calciu: (6.28)
Fosfor: (6.29)
Dioxid de carbon: (6.30)
Reactiile cu constituentii organici includ:
Acizi: RCOOH + CaO→ RCOOCaOH (6.31)
Grasimi: Grasimi+CaO→Acizi grasi (6.32)
Initial, adaugarea de var creste pH-ul namolului. Apoi, au loc reactii ca cele mai
sus mentionate. Daca este adaugat prea putin var, pH-ul scade si aceste reactii au loc.
De aceea, este nevoie de var în exces.
Activitatea biologica produce compusi ca dioxidul de carbon si acizi organici
care rectioneaza cu varul. Daca activitatea biologica din namolul ce urmeaza a fi
stabilizat nu este înhibata suficient, vor fi produse aceste componente, reducând pH-ul
si rezultând o stabilizare inadecvata.
Dând suficiente informatii exacte despre namol, teoretic, este posibil sa se
calculeze varul necesar a fi adaugat pentru a creste pH-ul la o valoare data.
Daca este adaugat var stins la namol, în reactiile initiale cu apa formeaza varul
hidratat. Acesta reactie este exoterma si elibereaza aproximativ 15.300 cal/g,mol.
Reactia dintre varul stins si dioxidul de carbon este, de asemenea, exoterma, eliberând
aproximativ 43.300 cal/g,mol.
Aceste reactii pot avea ca rezultat o crestere substantiala a temperaturii, în
special la turtele de namol cu un amestec scazut al continutului; iar în unele cazuri,
aceste temperaturi pot fi suficiente pentru a contribui la reducerea agentilor patogeni din
timpul stabilizarii cu var.
Stabilizarea cu var lichid
Stabilizarea cu var lichid implica adaugarea de var pasta în namolul lichid
pentru a atinge stabilizarea necesara. Pentru statiile de epurare care practica
dispunerea pe pamânt a namolului lichid, cum este injectarea subterana, sau aplicarea
în agricultura, varul este adaugat pentru a îngrosa (concentra) materiile solide. Aceasta
practica a fost limitata la statiile de epurare mici si acolo unde distantele pentru a fi
30
depozitat sunt mici. Materiile solide conditionate cu var înainte de a fi deshidratate fac
parte din cea de-a doua metoda pentru stabilizare. Varul este combinat cu alti reactivi
de conditionare, cum sunt sarurile de aluminiu sau de fier, pentru a realiza o
deshidratare mai buna. Aceste metode au fost folosite pentru prima data la filtrele cu
vacuum si la filtrele presa. Stabilizarea este complementara în aceste situatii deoarece
doza de var pentru conditionare depaseste doza necesara pentru stabilizare.
Stabilizarea cu var uscat
Varul uscat sau post stabilizarea cu var implica adaugarea de var uscat sau var
hidratat la turtele de namol ce rezulta în urma deshidratarii. Varul este amestecat cu
turtele folosind o morisca, un malaxor, un mixer cu palete, un transportor cu snec sau
un alt dispozitiv asemanator.
Varul stins, varul hidratat sau alte substante alcaline uscate, pot fi folosite
pentru stabilizarea cu var, desi folosirea varului hidratat se limiteaza la instalatiile de
mici dimensiuni. Varul stins este mai putin scump si mai usor de manevrat decât varul
hidratat. În plus, caldura degajata în urma reactiei de hidroliza în care este implicat varul
stins poate ajuta la distrugerea agentilor patogeni prezenti în turtele de namol.
C. Deshidratarea namolurilor
Procesul de deshidratare a namolurilor retinute în statiile de epurare reprezinta
una din cele mai importante etape de prelucrare a acestora tinând seama de
problemele cu care se confrunta majoritatea operatorilor în ceea ce priveste
manipularea si transportul unor volume semnificative de namoluri.
Prin deshidratere se întelege procedeul prin care namolul îsi reduce umiditatea
astfel încât sa poata fi manipulat cu usurinta, Iara a se lipi de uneltele terasire.
În prezent, în tara noastra, la statiile de epurare existente se practica doua tipuri
de procedee de deshidratare:
- naturala;
- mecanica.
Deshidratarea naturala
Prin deshidratare naturala, materiile solide continute în namol sunt separate de
faza lichida (supernatant) prin procedee fizice precum filtrarea (drenarea) si evaporatia.
Deshidratarea naturala se realizeaza, de regula pe platforme (paturi) de uscare.
Din punct de vedere constructiv platformele de uscare se clasifica în:
- platforme de uscare conventionale, cu pat de nisip; 31
- platforme de uscare cu radier pavat ;
- platforme de uscare cu radier din materiale artificiale ;
- platforme de uscare cu vacuum are ;
- platforme de uscare cu energie solara;
Deshidratarea mecanica
La deshidratarea mecanica se folosesc diferite utilaje special proiectate pentru
a separa partea solida de partea lichida a namolului, într-o perioada mult mai mica
decât în cazul deshidratarii naturale. Procesele fizice ce au loc în timpul deshidratarii
mecanice sunt filtrarea, stoarcerea, actiunea capilara, separarea prin centrifugare si
compactarea. Utilajele folosite în general la deshidratarea mecanica sunt: centrifugele,
filtrele cu banda clasice, filtrele presa, filtrele cu vacuum, filtru presa cu snec sau surub),
etc.
Deshidratarea prin centrifugare
Similar cu centrifuga prezentată anterior.
Separarea solid-lichid în timpul deshidratarii prin centrifugare este analoga
proceselor de separare din concentratoarele gravitationale. În centrifuge, fortele aplicate
pot fi de la 500 pâna la 3000 de ori forta gravitationala. Rezultatele separarii prin fortele
centrifuge conduc la migrarea materiilor solide în suspensie prin lichid spre sau în afara
axei de rotatie a centrifugei, migrare ce depinde de diferenta de densitate dintre faza
lichida si cea solida.
Deshidratarea cu filtre banda
Filtrele cu banda sunt utilaje des folosite în toata lumea, datorita costurilor de
exploatare scazute si a fiabilitatii ridicate.
Namolul este deshidratat treptat, în procesele filtrelor cu banda, urmarind cei
trei pasi de functionare: conditionarea chimica, drenarea gravitationala pâna la
atingerea unei consistente mai mari si compactarea în zona de presare. Figura 6.10
prezinta schematic un filtru cu banda.
Conditionarea chimica cu ajutorul polimerilor organici este metoda cea mai des
utilizata, pentru deshidratarea gravitationala si deshidratarea sub presiune de catre
filtrele cu banda. Polimerul este adaugat într-un bazin separat, localizat în amonte de
presa sau este injectat direct în conducta de alimentare. Amestecarea corespunzatoare
a namolului influent cu polimerul este esentiala în functionarea filtrelor cu banda. 32
Exercitarea fortelor de presiune si comprimare se petrece între doua benzi
filtrante. Multe variabile influenteaza eficienta filtrelor cu banda, incluzând
caracteristicile namolului, metoda si tipul conditionarii chimice, presiunea desfasurata,
configuratia utilajelor, incluzând drenarea gravitationala si viteza benzilor.
Desi rezultatele eficientei presarii cu filtre cu banda indica variatii semnificative
în capacitatea de deshidratare a diferitelor tipuri de namoluri, presarea, în mod normal,
este capabila sa produca deshidratarea turtelor la un continut al materiilor solide de 18-
25% pentru amestecul de namol primar cu cel biologic. În tabelul 6.12 sunt indicate
performantele unui filtru cu banda. (fig.6.16)
Metoda cea mai buna pentru evaluarea eficientei filtrului cu banda pe un anumit
tip de namol este folosirea unei unitati pilot. Datele colectate, ce fac parte din testele
pilot, includ încarcarea hidraulica si încarcarea cu materii solide, tipul polimerului si
consumul, procentul de materii solide si retinerea materiilor solide.
Dozarea polimerului si regimul de alimentare trebuie sa fie optime procesului.
Testele rezistentei specifice si a timpului de suctiune capilara pot fi folosite pentru a
compara caracteristicile filtrarii a diferitelor tipuri de namol si pentru a determina optimul
necesar în coagulare.
Când se evalueaza performantele filtrelor cu banda, ca la oricare alte procese
de deshidratare, trebuiesc luate în considerare cantitatea si calitatea filtratului si a apei
de filtrare si efectele lor asupra sistemului de epurare a apelor uzate.
Cantitatea de namol ce trebuie trecuta prin filtrele cu banda este un prim criteriu
de dimensionare a utilajelor de deshidratare.
33
Deshidratarea cu filtre presa
Principalul avantaj al sistemului cu filtru presa este acela ca adesea produce
turte care sunt mult mai bine deshidratate decât cele produse cu alte sisteme de
deshidratare. Filtrele presa produc turte de namol cu un continut al materiilor solide de
peste 35%. Filtrele presa sunt asaptabile la caracteristicile variate ale materiilor solide.
au o fmbilitate acceptabila, necesar de energie comparabil cu filtrele cu vacuum si
calitatea ridicata de filtrare care micsoreaza cerintele de epurare a debitului de
recirculare.
Principalele dezavantaje ale filtrelor presa sunt costurile de investitie ridicate,
cantitatile subsecvente de reactiv de conditionare sau de material filtrant (pânza) ce
sunt necesare, capacitatea de aderenta a turtelor de namol pe filtru, ceea ce implica
îndepartarea manuala si costurile relativ ridicate de functionare si întretinere. Sistemele
cu filtre presa ramân unele dintre cele mai scumpe sisteme de deshidratare; oricum,
când cerintele de dispunere dicteaza uscarea turtelor, costurile efective au fost
recuperate datorita costurilor scazute de dispunere asociata cu uscarea turtelor. Filtrele
presa s-au dovedit a fi eficiente din punct de vedere al costurilor când turtele trebuiesc
incinerate. Adesea, continutul crescut de particule uscate a turtelor rezultate de la
filtrele presa sunt combustibile la incinerare, acestea reducind necesarul de combustibili
precum gazul natural sau pacura.
Un filtru presa contine un numar de panouri fixate pe un cadru ce asigura
aliniamentul si sunt presate între capatul fix si cel mobil (v. fig. 6.17).
34
Un dispozitiv preseaza si mentine închise panourile, în timp ce influentul este
pompat în interiorul presei printr-un orificiu de admisie la o presiune cuprinsa între 700
si 2.100 kPa.
Conditionarea materiilor solide necesara în general pentru producerea unor
turte cu umiditate scazuta, implica adaugarea de var si clorura ferica, polimer sau
polimer combinat cu componente anorganice, înainte de filtrare. Folosirea doar a
polimerului pentru conditionarea materiilor solide reduce performanta, dar aceasta
reduce costurile pentru reactivii chimici, reduce mirosul de azot si reduce surplusul de
volum a turtelor produse. Una dintre problemele folosirii unui singur polimer este
îndepartarea turtelor de pe material în timpul ciclului de descarcare si clorura ferici
poate fi folosita pentru a usura îndepartarea turtelor de pe material.
Un dezavantaj al folosirii clorurii ferice cu polimer este coroziunea pronuntata
asupra conductelor si presei. Acest lucru nu se întâmpla în cazul conditionarii cu var si
clorura ferica deoarece varul neutralizeaza actiunea coroziva a clorurii ferice. (fig. 6.18)
35