ÎmbunĂtĂŢiri ale tehnologiei de epurare a levigatului … · a. metoda de stripare cu aer:...

Ecoterra, no. 28, 2011

49

ÎMBUNĂTĂŢIRI ALE TEHNOLOGIEI DE EPURARE A LEVIGATULUI LA STAŢIA DE EPURARE DE PE LÂNGĂ DEPOZITUL DE DEŞEURI NEPERICULOASE SIGHIŞOARA Mircea CRĂCIUN, Corina BERKESY, Marioara ŞANDRU, Dana IGNAT, Maria SOMEŞAN S.C. ICPE Bistriţa S.A. Abstract: Improvements of the wastewaters purification technology at the purging station near the Sighişoara non-hazardous waste materials storehouse. The wastewaters at the municipal domestic waste materials storehouse are generally characterised by a high concentration of organic substances and ammonia and they contain potentially toxic substances, whose features are very likely to change in the course of time. In case of the wastewaters, the biological purification as an efficient step within the purification technology is difficult to achieve because of the toxicity of the highly concentrated ammonia compounds and of their coexistence with organic substances that have an inhibiting effect on the microbial activity.

Given the complex composition of the wastewaters, the age of the storehouse and the fact that the technology used has not paid off in terms of biologically purging the water up to the values of the parameters foreseen in NTPA 001/2005, the necessity of modifying the work technology was considered, by introducing the flash distillation step for reducing the excess of ammonia, prior to the chemical step, and also the addition of active carbon during the biological step.

This work presents the results of the experiments made by using several variants of treatment, the technology applied in the laboratory, which supposes, in the physical-chemical treatment step, an initial step of pH adjustment and the flash distillation of the wastewaters for reducing the ammonia below the biological toxicity value and the improvement of the biological step by the addition of active carbon. Key words: wastewaters, flash distillation, biological purification, active carbon, ammonia. Introducere

Levigatul de la depozitul de deşeuri menajere municipale se caracterizează în general printr-o concentraţie ridicată de substanţe organice şi amoniac şi conţine substanţe potenţial toxice. În unele cazuri, substanţele organice existente în apele uzate sunt degradate cu uşurinţă de către microorganisme, alte substanţe cer pentru îndepărtarea lor o floră selecţionată, adaptată, iar alte substanţe sunt rezistente la atacul microorganismelor sau sunt degradate în timp îndelungat (Pouliot, 1999).

Această coexistenţă a substanţelor organice cu capacităţi diferite de rezistenţă la acţiunea microorganismelor determină dificultăţi în epurarea biologică a apei uzate.

În cazul apelor reziduale rezultate de la depozitele de deşeuri menajere (levigate) calitatea acestora diferă în funcţie de: vârsta deponeului, temperatura aerului ambiant, nivelul ploilor, permeabilitatea deşeurilor, adâncimea stratului de deşeuri, temperatura deşeurilor, compoziţia deşeurilor.

Caracteristica de bază a levigatului este variabilitatea acestuia. Cantitatea levigatului creşte în perioadele ploioase şi scade în cele secetoase. Concentraţia poluanţilor proveniţi din deşeuri variază de asemenea pe durata de viaţă a deponeelor astfel că în perioada tânără levigatul este bogat în substanţe organice biodegradabile. Odată cu creşterea vârstei deponeului levigatul se îmbogăţeşte în substanţe organice complexe greu biodegradabile.

În plus, evoluţia caracteristicilor levigatului nu poate fi dedusă de la început, în concluzie nici un levigat nu este constant în timp şi, de asemenea, două levigate nu vor fi niciodată la fel. La aceasta se adaugă şi costurile şi riscul de mediu.

Conţinutul în amoniac, mirosul şi culoarea foarte închisă sunt impedimente pentru introducerea levigatului în staţiile de epurare municipale.

Metodele principale utilizate pentru reducerea azotului amoniacal din apele uzate sunt striparea cu aer a amoniacului, clorinare intermitentă (break point), schimbători de ioni, nitrificare biologică (tabelul 1).


50

Tabelul 1 Procese de tratament utilizate pentru îndepărtarea de compuşi toxici

Modalitate de tratament Poluanţii eliminaţi Adsorbţie cu cărbune activ Compuşi organici naturali şi sintetici incluzâd compuşi

organici volatili (VOCs), pesticide, compuşi bifenili policloruraţi (PCBs), metale grele

Nămol activ - cărbune activ pudră Metale grele, amoniac Striparea aerului Compuşii organici volatili (VOCs) şi amoniac Coagulare chimică, sedimentare şi filtrare

Metale grele, compuşi bifenili policloruraţi (PCBs)

Oxidare chimică Amoniac, compuşi halogenaţi alifatici şi aromatici Tratament biologic convenţional Fenoli, compuşi bifenili policloruraţi (PCBs), parţial

hidrocarburi halogenate Tehnologiile actuale utilizate pentru eliminarea azotului conţinut de amoniu din apele uzate (1995- EPA/625/R-94/005): a. Metoda de stripare cu aer: această metodă implică eliminarea amoniacului din apele uzate prin gazeificare cu aer sau abur ( fig. 1). b. Metoda biologică: metoda presupune denitrificarea biologică a apelor uzate pentru a transforma azotul din amoniac în amoniac gazos inofensiv pentru metabolismul bacteriilor. Principalele dezavantaje ale acestui proces sunt: creşterea bacteriilor denitrificatoare este lentă şi timpul de reacţie necesar este lung, concentraţia mare de amoniac inhibă procesele biologice. c. Metoda cu răşini schimbătoare de ioni: este o reacţie chimică reversibilă. Procesul este simplu şi uşor de pus în aplicare. Cu toate acestea, răşinile schimbătoare de ioni existente pe piaţă au capacitate de adsorbţie scăzută pentru amoniu şi sunt scumpe.

Tratamentul prin stripare este o soluţie viabilă în condiţiile în care volumul de apă uzată tratat este mic şi concentraţia de amoniac din apă este ridicată. În general, în cazul apelor uzate, volumele sunt mari şi concentraţiile de amoniac sunt mici. În cazul special al levigatului luat în studiu, volumele de levigat sunt mici şi concentraţia de amoniu este mare. O altă problemă care se pune în cazul stripării amoniacului este controlul strict al pH-ului. Pentru eliminarea amoniacului este indicată metoda biologică de nitrificare. În cazul levigatului luat în studiu metoda nu poate fi aplicată decât după efectuarea stripării cu aer şi a aplicării tratamentului chimic şi a tratării cu carbune-activ.

Prezentarea staţiei de epurare existente Se face în figura 2. Principalele faze ale procesului de epurare sunt: - acumulare, egalizare, compensare, omogenizare; - tratare chimică; - decantare ape tratate chimic; - tratare biologică; - tratare biologică -biorotor; - contorizare ape epurate;

Fig. 1. Tipuri de scrubere: stânga - cu umplutură; dreapta - tip venturi.


51

- evacuare ape epurate prin pompare în emisar; - îngroşare şi deshidratare a nămolului.

Fig. 2. Schema tehnologică a staţiei de epurare a levigatului de pe lângă depozitul de deşeuri

nepericuloase Sighişoara. Compoziţia levigatului

Compoziţia levigatului provenit de la depozitul de deşeuri menajere de la Sighişoara în anul 2006 este discutată în cele ce urmează. Indicatorii de calitate ai apelor uzate sunt prezentaţi, conform raportului de încercare nr. 572A1/11.09.2006, emis de INCD-ECOIND Bucureşti, în tabelul 2.

Tabelul 2

Compoziţia levigatului (date ECOIND) Nr. crt Parametrii apei uzate U/M Date ECOIND

1 Consum chimic de oxigen mg/dm3 1028 2 Consum biochimic de oxigen mg/dm3 304 3 Substanţe extractibile în eter de petrol mg/dm3 45 4 Suspensii mg/dm3 864 5 Amoniu mg/dm3 125 6 Fosfor total mg/dm3 5,1 7 Sulfuri şi hidrogen sulfurat mg/dm3 6,7 8 Fenoli mg/dm3 - 9 pH unit pH 7,5

Unele măsurători efectuate pe probe prelevate de S.C IMAT S.R.L. Bistriţa au arătat încărcări mult mai mari la CCO-Cr (până la 6.500 mg/l) şi la CBO5 (între 500-1000 mg/l). Acest lucru arată o încărcare variabilă a levigatului, în funcţie de sezon (secetos sau ploios) şi de tipul deşeurilor.

În tabelul 3 sunt furnizate datele privind încărcarea apei în anul 2011:


52

Tabelul 3 Compoziţia levigatului (date IMAT)

Nr. crt Parametrii apei uzate U/M Date IMAT 1 Consum chimic de oxigen mg/dm3 1456 2 Consum biochimic de oxigen mg/dm3 294 3 Substanţe extractibile în eter de petrol mg/dm3 - 4 Suspensii mg/dm3 864 5 Amoniu mg/dm3 391 6 Fosfor total mg/dm3 14,9 7 Fenoli mg/dm3 22,7 8 pH unit pH 7,8

Din tabele rezultă caracteristicile levigatului şi anume, un raport C/N scăzut şi un raport

BOD/COD de asemenea scăzut. În ceea ce priveşte concentraţia amoniului, aceasta este la un nivel ridicat, ceea ce ne indică un levigat clasificabil la „îmbătrânit” şi nebiodegradabil.

Având în vedere acestea, a fost nevoie de realizarea unei serii de teste pentru evaluarea posibilităţilor de epurare a acestui tip de levigat pentru a ajunge la nivelul de epurare prevăzut în normativul NTPA 001/2005, pentru deversarea în emisar. Material şi metode de lucru

Având în vedere compoziţia complexă a levigatului, vârsta depozitului şi faptul că tehnologia utilizată nu a dat rezultatele asteptate în ceea ce priveşte epurarea biologică şi epurarea apei până la valorile parametrilor prevăzuţi în NTPA 001/2005, s-a considerat necesitatea modificării tehnologiei de lucru prin intruducerea treptei de stripare pentru reducerea excesului de amoniac înaintea treptei chimice (NTPA 001/2005). Tratament prin stripare cu aer Pentru a elimina amoniul în exces se vor creea condiţiile de realizare a conversiei FAE (free ammonia equivalence) = 12,4 şi anume la o temperatura de 20ºC şi un pH de minim 10,5 pentru a realiza premizele unui randament de 80%. S-a realizat o corecţie la pH = 11 cu var praf 4g/l şi o aerare de o oră cu 90 l/min aer dispersat cu difuzori poroşi. După tratament CCO-Cr se reduce de la 1456mg/l la 1108mg/l, iar amoniul - de la 390,94mg/l la 96,48mg/l. Tratamentul chimic În cazul tratamentului chimic s-a utilizat metoda de coagulare şi floculare. Procesul de coagulare-floculare depinde de chimismul apei, respectiv, de pH, de substanţe organice prezente. În practică se folosesc, cu precădere, pentru coagulare, săruri de metale trivalente Fe (III), Al (III). Sistemul PACT Sistemul PACT combină sistemele (tehnologiile) de tratare biologică (de obicei, nămol activat) cu adsorbţie pe cărbune activ pudră. În acest caz tratamentele fizice şi biologice se realizează simultan, aceasta însemnând că poluanţii biodegradabili şi non-biodegradabili pot fi trataţi într-un singur proces (www.water.siemens.com/). Examenul microscopic Examinarea la microscop a nămolului activ este necesară pentru a evalua starea biomasei din bazinul de epurare biologică. Evaluarea toxicităţii este una din aplicaţiile cele mai valoroase ale observaţiilor microscopice. Formele de viaţă superioare, cum sunt ciliatele şi rotiferele, sunt primele afectate de substanţele toxice, datorită acestui fapt putând fi utilizat ca testele de biomonitorizare, pentru evidenţierea toxicităţii apelor uzate (Richard, 2003). Pentru evaluarea toxicităţii se are în vedere şi pierderea formelor de viaţă superioară din nămolul activ, o dispersie a nămolului activ cu


53

flocoane mici corelat cu un consum scăzut de oxigen datorat slabei creşteri a biomasei şi o scădere insuficientă a substanţelor biodegradabile (CBO5).

Modificarea fluxului tehnologic

Faţă de tehnologia existentă în staţia de epurare, pentru îmbunătăţirea indicatorilor de calitate ai apei epurate se impune introducerea, după fazele de acumulare, egalizare, compensare, omogenizare, a unei treapte fizico-chimice suplimentare:

- corecţie pH; - stripare pentru reducerea excesului de amoniac; - utilizarea sistemului PACT în treapta biologică.

Variantele de tratament aplicate Au fost următoarele: - corecţie la pH = 9 cu NaOH 20% + aerare (1 oră cu 90 l/min); - corecţie la pH = 9 cu NaOH 20% + aerare (1 oră cu 90 l/min) + tratament chimic - 125 ml/l sulfat de aluminiu 5% - 37,5 ml/l praestol 0,1%; - corecţie la pH = 11 cu NaOH 20% + aerare (1 oră cu 90 l/min); - corecţie la pH = 11 cu NaOH 20% + aerare (1 oră cu 90 l/min) + tratament chimic - 125 ml/l sulfat de aluminiu 5% - 37,5 ml/l praestol 0,1%; - corecţie la pH = 11 cu var praf 4g/l + aerare (1 oră cu 90 l/min); - corecţie la pH = 11 cu var praf 4g/l + aerare (1 oră cu 90 l/min) + tratament chimic - 125 ml/l sulfat de aluminiu 5% - 37,5 ml/l praestol 0,1%; - corecţie la pH = 11 cu NaOH 20% + aerare (1 oră cu 90 l/min) + tratament chimic - 125 ml/l sulfat de aluminiu 5% - 37,5 ml/l praestol 0,1% + 10 g/l cărbune activ + 333 ml nămol activ/l + aerare; - corecţie la pH = 11 cu NaOH 20% + aerare (1 oră cu 90 l/min) + tratament chimic - 125 ml/l sulfat de aluminiu 5% - 37,5 ml/l praestol 0,1% + 15 g/l cărbune activ + 333 ml nămol activ/l + aerare; - corecţie la pH = 11 cu NaOH 20% + aerare (1 oră cu 90 l/min) + tratament chimic - 125 ml/l sulfat de aluminiu 5% - 37,5 ml/l praestol 0,1% + 20 g/l cărbune activ 333 ml nămol activ/l + aerare; - corecţie la pH = 11 cu NaOH 20% + aerare (1 oră cu 90 l/min) + tratament chimic - 125 ml/l sulfat de aluminiu 5% - 37,5 ml/l praestol 0,1% + 20 g/l cărbune activ 333 ml nămol activ/l + aerare.

Rezultate şi discuţii

În funcţie de variantele de tratament menţionate în tabelul 4, sunt evidenţiate valorile parametrilor CCO-Cr şi amoniu.

Tabelul 4 Variaţia amoniului în funcţie de tratamentul aplicat

Nr. crt.

Varianta de tratament

U/M CCO-Cr iniţial

CCO-Cr după tratament

Amoniu după tratament

1 Varianta 1 mg/l 1456 - 276,13 2 Varianta 2 mg/l 1456 347,6 243,31 3 Varianta 3 mg/l 1456 1408 97,12 4 Varianta 4 mg/l 1456 541,2 83,65 5 Varianta 5 mg/l 1456 1108,8 96,48 6 Varianta 6 mg/l 1456 360 82,27 7 Varianta 7 mg/l 1456 - - 8 Varianta 8 mg/l 1456 - - 9 Varianta 9 mg/l 1456 - -

10 Varianta 10 mg/l 1456 - -


54

Sistemul PACT este ideal pentru încărcături diferite ale levigatului sau în cazul încărcăturilor şoc, deoarece carbonul protejeaza biomasa. Ca avantaje ale sistemului menţionăm:

- nitrificarea are loc într-o singură etapă; - pot elimina culoarea şi controla mirosurile; - utilizând cărbunele activ în tancul de aerare, prin stripare cu aer VOC este redus puternic

sau eliminat; - elimină metale astfel încât nu mai este nevoie de o etapă separată; - procesul este flexibil, se poate utiliza atâta carbon activ cât este nevoie; - manipularea carbonului este facilă, el fiind depozitat în silozuri speciale, de unde se face

alimentarea; - faţă de utilizarea carbonului granular este mai ieftin, de asemenea nu necesită un tratament

în mai multe trepte pentru a obţine rezultate egale sau mai bune; - are un impact mai redus; - prin acest sistem se produce mai puţin nămol umed, deoarece carbonul poate fi deshidratat

mai bine decât un sistem biologic. Sistemul PACT utilizează cca. 110kg cărbune activ la 1100mc/zi levigat, rezultând 0,10

kgCA/mc. La cca. 8mc/zi este necesară o cantitate zilnică de 0,80-1,00 kgCA. Pentru amorsarea biologică şi dezvoltarea nămolului activ a fost necesară o cantitate de cca.

10,00-15,00gCA/litru levigat, cantitate care se reduce progresiv la 1,00gCA/litru de levigat în cea de-a 10 zi, când nămolul activ se stabilizează (o medie de 5,5gCA/litru). În tot acest timp se adaugă ca nutrient cca. 0,5g amidon/l şi zi levigat. După 9 zile amoniul s-a redus la 5,76mg/l (fig. 3-4). Testele efectuate au determinat scaderea parametrilor de calitate ai levigatului şi încadrarea în normativele în vigoare atat din punct fizico-chimic cât şi organoleptic (fig. 5)

Fig. 3. Reducerea cantităţii de amoniu din levigatul analizat funcţie de variantele de tratament.

Fig. 4. Evidenţierea formelor de viaţă în nămolul activ în cazul variantelor 7-10.

Fig. 5. Efectele tratamentului complex asupra levigatului analizat.


55

Concluzii Faţă de tehnologia de funcţionare a staţiei de epurare a levigatului, tehnologia aplicată în

laborator presupune în faza de tratare fizico-chimică, o treaptă iniţială de reglare a pH-ului şi striparea levigatului pentru reducerea amoniului sub valoarea de toxicitate biologică.

În treapta biologică de epurare cu nămol activ se introduce cărbune activ (CA) cu rol de reducere a substanţelor toxice şi suport pentru biomasă, pentru o amorsare şi o evoluţie optimă a acesteia. Tot în această treaptă se dozează amidon, ca nutrient cu conţinut de C şi suport pentru biomasă.

Datele oferite de metodele de control microbiologic trebuie corelate cu datele furnizate de metodele fizico-chimice în cazul problemelor apărute în formarea nămolului activ, a celor legate de decantarea nămolului.

Modificările tehnologice menţionate duc la o epurare biologică corespunzătoare şi la stabilizarea procesului.

Bibliografie 1. Pouliot J. M., 1999 - Biological treatment of landfill leachate. Master of Science Thesis, University of Western Ontario, London, Ontario, Canada. 2. Richard M., 2003 - Activated Sludge Microbiology Problems and their Control, Presented at the 20th Annual USEPA National operator Trainers Conference, Buffalo, NY 3. *** Ground-Water and Leachate Treatment Systems 1995 - EPA/625/R-94/005 - Center for Environmental Research Information Office of Research and Development U. S. Environmental Protection Agency Cincinnati, Ohio 45268 4. *** NTPA 001/2005 5.***http://www.water.siemens.com/SiteCollectionDocuments/Product_Lines/Zimpro/Brochures/ZP-LCH-BR-1206.pdf Date de contact Mircea CRĂCIUN: S.C. ICPE Bistriţa S.A., str. Parcului, nr. 7, Bistriţa, cod poştal 420035, e-mail: [email protected]


56