proiect tbe

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediului

Îndrumător: Studenti:Sef lucrari Dr. Ing. Bârjoveanu George

2010-2011

1


CUPRINS

Cap. 1. Tema de proiectareCap. 2. Memoriu tehnicCap. 3. Considerente privind epurarea apelor uzate

3.1. Caracterizarea apelor uzate municipale3.2. Poluanţi caracteristici3.3. Condiţii de calitate pentru factorul de mediu apă. Normative.

Cap. 4. Tehnologia pentru epurarea apelor uzate4.1. Factorii de influenţă pentru selecţia operaţiilor şi proceselor unitare4.2. Determinarea gradelor de epurare necesare4.3. Variante tehnologice de epurare4.4. Calculul concentraţiilor intermediare4.5. Alegerea variantei tehnologice optime şi descrierea detaliată a procesului

tehnologic adoptat4.6. Schema bloc a procesului tehnologic4.7. Materii prime, auxiliare şi utilităţi4.8. Subproduse şi deşeuri

Cap. 5. Proiectarea tehnologică a utilajelor5.1. Debite de calcul şi debite de verificare5.2. Dimensionarea utilajelor din cadrul treptei mecanice de epurare5.3. Dimensionarea utilajelor din cadrul treptei biologice de epurare 5.4. Tratarea nămolurilor5.5. Fişe tehnice

Cap. 6. Construcţii şi instalaţii în cadrul staţiei de epurareCap. 7. BibliografieANEXĂ: Schemă tehnologică

2


Cap.1. Tema de proiectare

Să se elaboreze proiectul tehnologic al unei staţii de epurare ape uzate urbane. Se dau următoarele date:

A.) Debite de calcul: Qzi, med= 0,225 m3/sQzi, max= 0,285 m3/sQh, min= 0,210 m3/sQh, max= 0,310 m3/s

B.) Compozitia apelor uzate care sunt introduse în stația de epurare:Solide în suspensie: CiSS= 330 mg/lSubstante organice: CBO5= 245 mg/l

CBO5am=7 mg/l CCOCr=415 mg/l

Azot total: CiN= 11 mg/lTemperatura apei uzate: 22°CpH= 7Constanta de consum a oxigenului din apele uzate: K1= 0,1 zi-1

C.) Analizele de laborator ale emisarului în care se deversează apele uzate epurate:Oxigen dizolvat: COr= 6 mg/l (concentratia oxigenului dizolvat din

receptor)Substante organice: CBO5=20 mg/l

CCOCr=50 mg/lSolide în suspensie: CeSS=50 mg/lAzot total: CeN=2,5 mg/lTemperatura medie a apei: 10°CConstanta de oxigenare a apei: K2=0,2 zi-1

D.) Studiile hidrologice ale emisarului indică:Viteza medie a apei: v= 1,5 m/sDebitul emisarului: Qe=5 m3/sCoeficientul de sinuozitate a râului: Φ= 1,2Constanta vitezei de consum a oxigenului din apele uzate: K1

r= 0,17 zi-1

E.) Utilaje ce urmează a fi proiectate

Cap. 2. Memoriu tehnicProiectul de tehnologii si biotehnologii de epurare a apelor uzate, are ca tema, proiectarea unei

instalatii de epurare a apelor uzate urbane. Proiectul este prevazut cu 7 capitole, fiecare avand mai multe subcapitole.

În al doilea capitol este prezentat memoriul tehnic.În al treilea capitol, se face o introducere asupra problemelor generale legate de

epurarea apelor uzate industriale, cu referiri directe la epurarea mecanică, epurareachimică şi epurarea biologică a apelor uzate, la clasificarea şi prezentarea principalelor compuşi organici nebiodegradabili (poluanţi refractari sau prioritari).

3


În al patrulea capitol, se prezintă principalele variante de epurare a apelor uzate pentru eliminarea compuşilor nebiodegradabili din apele uzate, grupate după tipulprocesului care stă la baza metodei. Pentru fiecare din metode se prezintă informaţiilegate de desfăşurarea procesului, uilajele specifice care se folosesc, factorii şicondiţiile care influenţează efiecienţa procesului, mecanismele de racţie. Se prezintăa vantajele şi dezavantajele aplicării acestor procese, mai ales prin prisma epurării unor cantităţi mari de ape uzate, având în vedere şi aspectele economice ale fiecărui proces.

În urma analizării avantajelor şi dezavantajelor fiecărei variante tehnologice de epurare, din punct de vedere ecologic şi economic, ca variantă tehnologică optimă se alege staţia de epurare mecano-chimico-biologică de epurare a apei uzate, numită şiepurarea avansată a apelor uzate.

Epurarea avansată a apelor uzate. Epurarea mecanică, chimică şi biologică

nurealizează eliminarea poluanţilor prioritari, care, chiar şi în concentraţii foarte mici, auefecte negative asupra organismelor vii şi asupra echilibrului ecologic în natură saucare limitează posibilităţile de recirculare/reutilizare a apei în industrie, agricultură.

Dintre poluanţii prioritari care sunt reţinuţi prin procedee de epurare avansată

semenţionează: compuşii anorganici solubili, compuşii organici nebiodegradabili, solidele

în suspensie, coloizii si organismele patogene.Procedeele de epurare avansată se pot aplica fie înaintea etapei de epurarebiologică

sau după aceasta, în funcţie de matricea apei uzate (concentraţia şi tipulpoluanţilor). Etapele procesului de epurare avansată sunt: -grătare şi site, scopul grătarelor este de a reţine corpurile plutitoare şi suspensiile

maridin apele uzate (crengi şi alte bucăţi din material plastic, de lemn, animale moarte,legume, cârpe şi diferite corpuri aduse prin plutire, etc.), pentru a proteja mecanismeleşi utilajele din staţia de epurare şi pentrua reduce pericolul de colmatare ale canalelor de legătură dintre obiectele staţiei de epurare;

-deznisipatoare, este operaţia unitară prin care se elimină pietriş şi alte materii solide cudimensiuni ≥ 0,2 mm., care au densitatea mult mai mare decât a apei sau a componenţilor organici din apele uzate;

-coagularea-flocularea, sunt metode de tratare a apelor, care facilitează eliminareaparticulelor coloidale din apele brute, prin adăugarea de agenţi chimici, aglomerarea particolelor coloidale şi respectiv separarea lor ulterioară prin decantare, flotaţie cu aer dizolvat, filtrare. În afară de eliminarea coloizilor şi reducerea urbidităţii din apele desuprafaţă, prin coagulare se reduc parţial culoarea, gustul, mirosul, respectiv conţinutul de microorganisme;

-decantoare primare, sunt bazine deschise în care se separă substanţele insolubilemai mici de 0,2 mm. care se prezintă sub formă de particule floculente, precum şisubstanţe uşoare care plutesc la suprafaţa apei;

-bazine cu nămol activ, în aceste bazine epurarea apelor uzate au loc în prezenţa unui amestec de nămol activ cu apă uzată, agitat în permanenţă şi aerat;

-decantoarele secundare, sunt o parte componentă deosebit de importantă a treptei de epurare biologi că şi au scopul de a reţine nămolul, materiile solide în

4

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediuluisuspensie,separabile prin decantare (membrana biologică sau flocoanele de nămol activ, evacuateo dată cu apa uzată din filtrele biologice, respectiv din bazinele cu nămol activ).

În capitolul cinci, se prezintă posibilităţile de integrare a epurării avansate în procesul tehnologic de epurare a epelor uzate urbane, pentru a realiza gradul de epurare dorit şi dimensionarea utilajelor din cadrul staţiei de epurare a apelor uzate urbane.

În capitolul sase este prezentată schema thenologica a staţiei de epurare a apelor uzate urbane.

În capitolul sapte, este prezentată bibliografia.

Cap. 3. Considerente privind epurarea apelor uzate3.1. Caracterizarea apelor uzate municipale

Actiunea pe care apele uzate o exercită asupra receptorilor depinde de compozitia si de concentratia lor în substante poluante. Pentru a putea proteja o statie de epurare capabilă de a elimina poluarea receptorilor este necesar ca, în prealabil, să fie cunoscute toate aspectele privind caracteristicile apelor de canalizare deversate în receptori.Apele uzate municipale pot fi caracterizate atat din punct de vedere fizic, chimic, cat si biologic.

Caracteristicile fizice ale apei uzate1. Temperatura apelor uzate influenteaza majoritatea reactiilor

fizice si biochimice care au loc în procesul de epurare. Apele uzate menajere au o temperatura de 2-3°C mai ridicată decat temperatura apelor de alimentare cu exceptia cazului de deversari de ape calde tehnologice sau cand in retea se infiltreaza ape subterane.Determinarea temperaturii se efectueaza numai la locul de recoltare prin introducerea termometrului în apa de cercetat, iar citirea temperaturii se face dupa 10 minute de la introducerea termometrului fara a-l scoate din apa. Paralel cu determinarea temperaturii apei se determina si temperatura aerului

2. Turbiditatea apelor uzate este data de particulele foarte fine aflate in suspensie care nu sedimenteaza in timp. Turbiditatea nu constituie o determinare curenta a apelor uzate, pentru ca nu exista o proportionalitate directa intre turbiditate si continutul lor in suspensie. Analizele de laborator se exprima in grade de turbiditate; un grad de turbiditate corespunde la 1 mg SiO2/dmc apa. Orientativ, apele uzate menajere prezinta valori ale gradului de turbiditate in limitele de 400-500 grade in scara silicei.

3. Culoarea apelor uzate menajere proaspete este gri deschis, iar culoarea gri inchis indica inceputul procesului de fermentare a materiilor organice existente in aceste ape.Pentru apele uzate care prezinta alte nuante de culori, rezulta amestecul acestora cu apele uzate industriale care pătrund în rețeaua de canalizare este dominat de aceasta din urmă (ape verzi de la industriile de legume, ape galbene de la industriile prelucrătoare cu clor, ape roșii de la uzine metalurgice, etc.).

4. Mirosul apelor uzate menajere proaspete este aproape perceptibil; intrarea în fermentație a materiilor organice este indicată de mirosul de hidrogen sulfurat, de putregai sau de alte mirosuri diferite imprimate de natura și proveniența apelor uzate industriale.

5


5. Materiile solide totale (MTS) se găsesc în apa uzată în stare de suspensie (organice și minerale) și materii solide dizolvate (organice și minerale). Materiile solide în suspensie, la rândul lor pot fi separabile prin decantare și materii colodale.

Caracteristici chimiceCompoziția chimică a apelor uzate menajere este foarte mult influențată de conținutul de proteine, grăsimi și hidrocarbonați din produsele alimentare, precum și din compoziția apei din rețeaua de alimentare, care conține în anumite limite carbonați, sulfați, cloruri, fier. Proteinele ureei care sub influența bacteriilor fermentative se transformă în azot amoniacal, forma frecventă în care azotul se află în apele uzate. În afară de azot, substanțele organice, care intră în compoziția apelor uzate menajere mai conțin carbon, sulf, fosfor, potasiu, sodiu și clor sub formă de sodiu.

A.) Analize anorganice.Aciditatea apelor uzate este determinată de prezența bioxidului de carbon liber, a

acizilor minerali și a sărurilor acizilor tari cu baze slabe. Ea se exprimă în ml substanță alcalină normală pentru neutralizarea unui dmc apă. Acest parametru este indicat a fi determinat pentru apele uzate industriale care ajung în stația de epurare urbană.

Alcalinitatea apelor uzate este dată de prezența bicarbonaților, carbonaților alcalini și a hidroxizilor. Apele uzate menajere sunt ușor alcaline caracterizate prin valoarea pH-ului în limitele 7,2-7,6.

pH-ul apelor uzate poate fi acid sau bazic și constituie o cauză importantă perturbatoare a proceselor biologice din cadrul unei stații de epurare, spre deosebire de aciditatea sau alcalinitatea unei ape, acest parametru exprimă numai intensitatea acidității sau alcalinității adică nu există o legătură directă între pH-ul unei ape și cantitatea de acizi sau alcali care este în compoziția uneiape respective.

Concentrația de ioni de hidrogen a apelor naturale, adică pH-ul care exprimă reacția activă a apei prezintă valoarea 7 (ape neutre). Reacția apelor va fi acidă pentru pH-ul între 0-7 și alcalină pentru pH= 7-14.

Clorurile și sulfurile din apele uzate pot influența procesele biologice de epurare dacă cantitățile lor depășesc anumite limite. Clorurile sub formă de ioni de clor din apă uzată menajeră provin în special din urina de origine animală sau umană ca urmare a consumului în alimentație a clorurii de sodiu. Sulfurile pot fi determinate și puse în evidență sub formă de sulfuri totale, sulfuri de carbon și hidrogen sulfurat (care ne dă indicații asupra oxigenului din apă și apariția proceselor anaerobe).

Potențialul de oxidoreducere (redox) exprimă logaritmul cu semn schimbat al presiunii hidrogenului gazos în echilibru cu oxigenul molecular din soluție (scara redox are valori de la 0 la 42). pH-ul dă indicații asupra capacității de oxidare sau reducere a apei uzate; astfel pentru pH<15 proba analizată se află în stare de reducere corespunzătoare fermentării anaerobe, iar pH>25, caracterizează o probă în fază de oxidare aerobă.

Metalele grele existente în apele uzate industriale sunt toxice pentru microorganismele care participă la epurarea biologică a apelor și la fermentarea anaerobă a nămolurilor.

6


Substanțele radioactive folosite din ce în ce mai mult în medicină precum și în centralele atomice crează probleme celor care se ocupă cu protecția calității apelor. Aceste substanțe influențează procesele de epurare.

Detergenții din apele uzate sunt substanțe tensioactive a căror structură moleculară este formată din două grupări. Detergenții sintetici pot favoriza acțiunea nocivă a unor toxine ușurând absorbția acestora.

Nitriții și nitrații sunt prezenți în apa uzată în cantități mai reduse. Nitriții din apa uzată provin din oxidarea incompleta a amoniacului în prezența bacteriilor nitrificatoare. Cantitățile maxime de nitriți din apele uzate menajere nu depășesc 0,1 mg/dm3.

Produsele petroliere, grăsimi, uleiuri, formează o peliculă plutitoare, care impiedică oxigenarea ape. În apele uzate menajere prezența acestor substanțe este nesemnificativă însă prezența acestor substanțe în starea de epurare este dăunătoare, pentru că pot colmata filtrele biologice și în procesele de fermentare a nămolurilor.

B.) Analize organice.Substanțele organice din apele uzate menajere provin din dejecțiile umane și

animale, din resturile de alimente, legume și fructe, precum și din alte materii organice evacuate în rețeaua de canalizare.

Oxigenul dizolvat este un indicator care arată în mod global gradul de poluare al apelor cu substanțe organice.

Cantitatea de oxigen care se poate dizolva în apa curată- așa numită desaturație- depinde de temperatură și variază de la 7,63 mg/dmc la 30°C la 9,17 mg/dmc la 20°C și la 14,23 mg/dmc la 0°C.

Oxigenarea apei poate avea loc prin dizolvarea oxigenului din aer sau în anumite condiții speciale, prin degajarea oxigenului în procesul de fotosinteză al vegetației acvatice. Cantitatea de oxigen care lipsește unei ape pentru a atinge limita de saturație se numește deficit de oxigen și o indică o impurificare anterioară cu substanțe organice care au condus la consumarea totală sau parțială a oxigenului dizolvat.

Consumul biochimic de oxigen (CBO) se exprimă în mg/dmc și reprezintă cantitatea de oxigen consumat de către bacterii și alte microorganisme pentru descompunerea biochimică, în condiții aerobe a substanțelor organice biodegradabile la temperatură și în timpul standard, de obicei la 20°C și în 5 zile în care caz se notează CBO5. În apele uzate menajere, precum și în apele uzate industriale, care au o compoziție apropiată cu cea a apelor uzate menajere, mărimea CBO5 variază în limitele de 100-400 mg/dmc; în apele uzate industriale acest indicator variază în limite foarte largi, în funcție de provenirea lor.

Consumul chimic de oxigen (CCO) sau oxidabilitatea apei, reprezintă cantitatea de oxigen în mg/dmc necesară pentru oxidarea tuturor substanțelor organice sau minerale oxidabile fără ajutorul bacteriilor. Oxidabilitatea reprezintă cantitatea de oxigen echivalentă cu consumul de oxidant. Substanțele organice sunt oxidate la cald, iar cele minerale la rece.

Oxigenul chimic necesar se consumă destul de repede (uneori chiar într-o oră) motiv care recomandă efectuarea acestei determinări la apele uzate în special la cele în amestec cu apele uzate industriale pentru a elimina unele neajunsuri specifice determinării CBO-ului legate de timpul mare necesar efectuării analizei, incertitudinea

7

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediuluistabilirii vitezei consumului de oxigen(K1) și a consumului total de oxigem (L0) în faza primară.

În cazul prezenței în apă a unor substanțe greu oxidabile (benzen, toluen, piridină) rezultatele nu reflectă conținutul real în substanțe organice.

Raportul dintre mărimile CBO-CCO al unei ape uzate diferă în funcție de proveniența ei. Pentru apele uzate menajere se apreciză că CBO20 reprezintă circa 86% din CCO. În cazul apelor uzate industriale, care conțin cantități importante de substanțe organice nebiodegradabile, valoarea CCO depășește pe cea a CBO20 cu peste 50%.

Carbonul organic total (COT) constituie o metodă de determinare a nivelului de poluare organică a apelor uzate, care spre deosebire de determinările prin CBO și CCO, rezultatele sunt mai exacte datorită eliminării variabilelor care intervin în analizele CBO și CCO.

Metoda este simplă și rapidă (câteva minute). Pentru stabilirea uneiscări de etalonare, se folosesc concentrații succesive în etalon care se injectează în coloană în aceleași condiții ca și probă. Mărimea suprafeței picului obținută la probă se interpolează pe curba de etalonare. Analizatorul de Carbon se încadrează în grupa aparatelor cromatografice în faza gazoasă.

Consumul total de oxigen(CTO) determinat pe principiul cromatografiei în fază gazoasă evidențiază toate substanțele organice și anorganice existente în proba de ape uzate care intră în reacții chimice până la nivelul de oxizi stabili. Gazul purtător-fază mobilă- îl constituie azotul. Reacțiile chimice care au loc la intervale diferite de timp în analizatorul de gaze se desfășoară astfel;

- carbonul este transformat în bioxid de carbon- hidrogenul este convertit în apă- azotul în stare trivalentă ajunge în stare de acid nitric- ionul de sulfit este, în mod parțial, convertit în sulfat- ionul de sulfură este, parțial, convertit spre sulfat.

În încercarea de a corela CBO-ul și CCO-ul pentru apele uzate industriale cu determinarea privind COT-ul, ar trebui să se pună în evidență variabilele care intervin la fiecare determinare, astfel:

o parte din CBO a mai multor materii organice este atribuită oxidării cu bicromat a fierului feros, azotului, sulfiților, sulfurilor și a altor substanțe anorganice; analizele COT nu includ oxidarea acestor substanțe.

determinările CBO și CCO nu includ mulți compuși organici care sunt parțial sau total rezistenți la oxidarea biochimică sau oxidarea cu bicromat. Totuși carbonul organic total din acești compuși este regăsit în analizele COT.

Determinările CBO este susceptibilă la variabilele care se referă la aclimatizarea bacteriilor, diluarea, temperatura, pH-ul, și substanțele toxice. Determinările CCO și COT sunt independente față de aceste variabile.

Azotul sub formă de amoniac liber, azotul organic, nitriții și nitrații constituie azotul total din apa uzată brută. Azotul organic (provenit din compușii biologici, proteine, peptide, aminoacizi) și amoniacul liber reprezintă indicatori de bază care pun în evidență gradul de poluare organică azotoasă al apelor uzate. Cantitatea de azot amoniacal reprezintă 7-8 g/loc.*zi, iar concentrația lui în apa uzată menajeră este de circa 25 mg/dmc.

8


Determinarea în laborator a azotului total din apele uzate se face în conformitate cu prevederile STAS 7312-83, iar a azotului amoniacal, conform STAS 8683-70; determinarea nitraților și a nitriților va respecta prevederile STAS 8900-71, respectiv STAS 8900/2-71.

C.) Gazele dizolvate (oxigen, H2S, CH4).Caracteristicile bacteriologice și biologice.Apele uzate în compoziția cărora se află materii organice, sunt populate și cu specii

de organisme care valorifică resursele de hrană respective și care în decursul dezvoltării lor, s-au adaptat unor condiții unilaterale de mediu. Din punct de vedere al nutriției, bacteriile se împart în autotrofe și heterotrofe. Bacteriile autotrofe utilizează pentru hrană substanțele minerale. Bacteriile heterotrofe au nevoie de materii organice ca sursă de energie și carbon. Din grupa acestor bacterii fac parte: saprofitele care utilizează materii organice moarte și care joacă rolul principal în procesul de autoepurare și parazite, care se dezvoltă în corpul organismelor animale și umane și apar numai întâmplător în apele poluate; unele sunt patogene, reprezentând un pericol pentru sănătatea umană (bacteriile tifosului intestinal, a dezinteriei, a holerei, a febrei, tifoidei, etc).

Pentru a aprecia gradul de poluare bacteriană a apei uzate se determină titrul care reprezintă volumul cel mai mic de apă uzată în care există o singură bacterie coli.

Faza de analiză chimică, analiză biologică a apelor uzate prezintă unele avantaje și unele dezavantaje. Avantajul cel mai important constă în valoarea ei retrospectivă. Dacă analiza chimică oferă informații asupra unor caracteristici ale apei valabile numai pentru momentul prelevării probelor, analiza biologică. Analiza biologică furnizează date medii ce oglindesc situația în trecut pe o perioadă îndelungată de timp. Acest avantaj este consecința așa numitei inerții biologice ce caracterizează materia primă. Analiza biologică în schimb, nu poate fruniza valori cantitative asupra proceselor de poluare și nici nu poate indica natura poluantului.

o Caracteristici bacteriologice.Are drept scop determinarea numărului, genului și condițiile de dezvoltare a-l

bacteriilor în emisar sau în efluenții stațiilor de epurare. Apele uzate conțin foarte multe specii bacteriene, care s-au adaptat unor condiții specifice de poluare. Pentru determinarea gradului de impurificare a apei cu bacterii, se utilizează titrul coli, care pune în evidență existența bacteriilor din grupa coli-bacterii.

o Caracteristici biologice.Se referă la determinarea speciilor de organisme și a densității lor, oferind

informații asupra gradului de poluare sau a capacității de autoepurare a apelor. Astfel prezența sau absența unor tipuri de organisme pot oferi indicații asupra desfășurării procesului de epurare biologică sau de fermentare a nămolurilor. [Dima M. 1998]

3.2. Poluanți caracteristici.

Odată cu creșterea numărului populației se înregistrează o creștere considerabilă a producerii diferitelor substanțe și articole sintetice în compoziția cărora intră compuși chimici care în timpul fabricării și utilizării prezintă un pericol mare pentru sănătatea oamenilor și mediul ambient. A sporit considerabil și utilizarea pesticidelor în

9

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediuluiagricultură, aplicarea intensivă a acestora provoacă efecte toxice asupra tuturor ființelor vii.

O categorie deosebit de periculoasă a compușilor menționați în lista ce urmează o prezintă poluanții organici persistenți (P.O.P) care se utilizează în industrie și agricultură și în unele cazuri se generează în cadrul proceselor industriale.

În majoritatea bazinelor acvatice, în cursurile de apă, în mări, sunt depistate diferite concentrații de pesticide și alte substanțe organice persistente. În cazut unor cantități mari de pesticide, apa capătă un miros specific, caractteristic acestor tipuri de substanțe. Datorită proceselor de migrare, pesticidele împreună cu apa de ploaie se infiltrează în straturile freatice și chiar în cele arteziene.

Sursa cu cel mai mare număr potențial de poluare este agricultura. Reziduurile netratate de la formele zootehnice sunt împrăștiate pe terenuri și pe o parte își croiesc drum până la cursul de apă.

Poluanții caracteristici apelor uzate municipale sunt:1. Reziduuri organice provenind din apele uzate menajere, industriale (industria

organică de sinteză, fabrici de hârtie) și complexe de creștere a animalelor. Compușii organici instabili aflați în soluție pot fi cu usurință oxidați prin consumarea oxigenului dizolvat în apă, micșorând astfel capacitatea de autoepurare a emisarului.

2. Nutrienții includ: azotul, fosforul, compuși cu azot și fosfor, siliciul și sulfații. Principalele surse de generare le constituie apele uzate menajere și efluenții din industria îngrașămintelor chimice.

3. Substanțe toxice sunt: acizi, uleiuri, metale grele, cianuri, compuși organici ce provin din industria chimică, petrochimică sau ca urmare a folosirii insecticidelor.

4. Suspensii inerte sau materiale fin divizate rezultate ca urmare a proceselor de spălare din diverse industrii ca, de exemplu, din industria minieră. Prin depunerea solidelor în suspensii se perturbă viața acvatică normală în efluentul în care a fost deversată apa uzată.

5. Alți compuși organici cum ar fi : sărurile sau agenții reducători (sulfite sau săruri feroase), care apar în efluenții rezultați din diverse industrii. În cantități mici, sărurile nu au efecte negative asupra mediului înconjurător, dar compușii reducători, prin consumarea oxigenului dizolvat micșorează capacitatea de autoepurare a emisarului.

6. Apa caldă produsă de multe industrii care utilizează apa ca agent de racire. Deversarea ca atare a apei calde în receptorii naturali perturba desfășurarea proceselor biologice de autoepurare.

7. Contaminarea bacteriologică poate fi produsă de către industriile alimentare, fermele de animale sau canalizarea apelor menajere.

8. Compuși organici biodegradabili (zaharuri, acizi carboxilici). Acest tip de poluanți conduc la consumarea oxigenului dizolvat în apă și îngreunează procesul de epurare biologică în stațiile de epurare precum și a procesului de autoepurare în emisari.

9. Compuși organici refractari (lignina și derivați, fenoli și clorofenoli, acizi organici). Acești produși produc probleme de colorație și miros a apelor uzate, precum și probleme de operare în carul procesului de epurare biologică. În cazurile în care, fie datorită concentrațiilor mari în influent, fie datorită condițiilor improprii de operare în stațiile de epurare, acești compuși ajung în emisari și pot induce probleme privind dezvoltarea oragnismelor specifice ecositemelor acvatice (fenomeme de bio-acumulare).

10


10. Poluanți prioritari sunt compuși organici sau anorganci selectați pe baza toxicității foarte mare și a efectelor cancerigene și mutagene.

Câteva aspecte esențiale privind posibilitatile de epurare și evacuării treptate a apelor uzate în receptorii naturali sunt:

- schimbările calitative în diferite stadii ale preluării apelor din sursele naturale, tratării, respectiv utilizării acesteia.

- evaluarea riscului microbilogic și chimic pentru recircularea și reutilizarea apelor. Acesta se refera la posibilitățile de standardizare existente și acceptabilitatea efluenților industriali sau municipali de către diferiți utilizatori.

Tehnologiile utilizate pentru recircularea sau reutilizarea apelor uzate aparțin categoriei de procese de epurarea avansată și au drept scop inactivarea microorganismelor, degradarea poluanților toxici, eliminarea solidelor în suspensie, coloizilor.

Din procesele de epurare rezultă nămolul care în urma fermentării acestuia se obțin gaze de fermentație (biogaz), care are un conținut de metan de 70% ce pot fi valorificate drept gaze combustibile.

Înlocuirea substanțelor nocive cu altele mai puțin nocive proceselor de epurare și reducerea volumelor unor construcții și instalații.

Recircularea, aplicată rareori și numai parțial pentru apele uzate orășenești, trebuie avută întotdeauna în vedere pentru apele uzate industriale, care sunt evacuate în rețeaua orășenească. Ea are ca rezultat reducerea cantității de apă de alimentare și în aceeași măsură a investițiilor necesare stației de epurare.

Folosirea la irigații a apelor uzate orășenești, îndeosebi pentru localități mici, conduce la epurarea apelor uzate având ca rezultat și obținerea de recolte sporite.

Printre posibilitatile de reducere a costurilor de investiție și exploatare care trebuie analizate, ori de câte ori se proiectează o stație de epurare, este și capacitatea de autoepurare a receptorului natural, fără a merge până la epuizarea întregii capacități de autoepurare, aceasta trebuie avută în vedere chiar numai temporar pentru un număr limitat de ani; în acest fel volumele de construcție ale stației de epurare sunt reduse. [Teodosiu,2011].

3.3. Condiții de calitate pentru factorul de mediu apă. Normative.

Normativele privind condițiile de calitate pentru factorul de mediu-apă, fac parte din HG 352/2005, și care cuprinde doua normative: NTPA 001 și NTPA 002.

NTPA 001 Acest normativ se referă la stabilirea limitelor de încarcare cu poluanți a apelor

uzate industriale și urbane la evacuarea în receptori naturali. Domeniul de aplicare a prezentului normativ cuprinde apele uzate industriale si urbane care au fost sau nu epurate. El se aplică și apelor uzate evacuate din stațiile de epurare orășenești caracterizate prin alți indicatori de calitatate decât cei din NTPA 002.

Conform acestui normativ, apele uzate evacuate în receptorii naturali nu trebuie să conțină:

a) substanțe poluante cu grad ridicat de toxicitate, precum și substanțe a căror interdicție a fost stabilită prin studii de specialitate.

11


b) materii în suspensie peste limita admisă,care ar putea produce depuneri în albiile minore ale cursurilor de apă;

c) substanțe care pot conduce la creșterea turbidității, formarea spumei sau la schimbarea proprietăților organoleptice ale receptorilor față de starea naturală a acestora.

Substanțele poluante cu grad ridicat de periculozitate sunt: compuși organohalogenați; compuși organostatici și organofosforici; compuși organici ai mercurului; substanțe cu proprietăți cancerigene; compuși organosilicici; deșeuri radioactive.

Valorile limită de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și urbane care au fost sau nu epurate și principalii indicatori de calitate sunt prezentate în tabelul 1.

NTPA 002 Acest normativ se referă la condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de

canalizare a localităților și direct în stațiile de epurare și la calitatea apelor uzate care urmează să fie evacuate în rețelele de canalizare ale localităților, sau, după caz, în cele ale unor agenți economici industruali la care sunt racordate localitățile și la apele uzate care se descarcă direct în stațiile de epurare.

Evacuarea apelor uzate în reţelele de canalizare ale localităţilor este permisă numai dacă prin aceasta:

a) nu se aduc prejudicii igienei si sănătăţii publice sau personalului de exploatare;b) nu se diminuează prin depuneri capacitatea de transport a canalelor colectoare;c) nu se degradează construcţiile si instalaţiile reţelelor de canalizare, ale staţiilor de

epurare si ale echipamentelor asociate;d) nu sunt perturbate procesele de epurare din staţiile de epurare sau nu se diminuează

capacitatea de preluare a acestora;e) nu se creează pericol de explozie.

Tab. 1. Valori limita de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și urbane evacuate în receptorii naturali.

Indicatori de calitate Unitate de masură Valori limita admisibile

NTPA 001 NTPA 002

1.Temperatura °C 35 40

2.pH unitati pH 6,5-8,5 6,5-8,5

3.Materii în suspensie mg/dmc 35,0(60,0) 350

4.Cosum biochimic de

oxigen (CBO5)

mg0,(2)/dmc 25 300

5.Azot amoniacal mg/dmc 2,0(3,0) 30

12


6.Fosfor total mg/dmc 1,0(2,0) 5,0

7.Cianuri totale mg/dmc 0,1 1,0

8.Sulfuri si hidrogen

sulfurat

mg/dmc 0,5 1,0

9.Sulfiti mg/dmc 1,0 2

10.Sulfati mg/dmc 600,0 600

11.Fenoli antrenabili cu

vapori de apa{C

mg/dmc 0,3 30

12.Substante extractibil

cu solventi organici

mg/dmc 20,0 30

13.Detergenti sintetici

biodegradabili

mg/dmc — 25

14.Detergenti sintetici mg/dmc 0,5

15.Plumb mg/mc 0,2 0,5

16.Cadmiu mg/dmc 0,2 0,3

17.Crom total mg/dmc 1,0 1,5

18.Crom hexavalent mg/dmc 0,1 0,2

19.Cupru mg/dmc 0,1 0,2

20.Nichel mg/dmc 0,5 1,0

21.Zinc mg/dmc 0,5 1,0

22.Mangan total mg/dmc 1,0 2,0

23.Clor rezidual liber mg/dmc 0,2 0,5

24.Consum chimic de

oxigen

mg/dmc — 300

25. Azotat total mg/dmc 10,0(15,0) —

26.Azotati mg/dcm 25,0(37,0) —

27.Produse petroliere mg/dcm 5,0 —

28.Cloruri mg/dcm 500 —

29.Floruri mg/dcm 5,0 —

30.Reziduu filtrate la 105

C

mg/dcm 2.000,0 —

13


31.Arsen mg/dcm 0,1 —

32.Aluminiu mg/dcm 5,0 —

33.Calciu mg/dcm 300 —

34.Fier total ionic mg/dcm 5,0 —

35.Mercur mg/dcm 0,05 —

36.Argint mg/dcm 0,1 —

37.Molibden mg/dcm 0,1 —

38.Seleniu mg/cm 0,1 —

39.Magneziu mg/dcm 100,0 —

40.Cobalt mg/dcm 1,0 —

Legea 137/1995 –Legea Protecției Mediului. Protecția apelor de suprafață și subterane și a ecosistemelor acvatice are ca obiect

menținerea și ameliorarea calității și productivității naturale ale acestora, în scopul evitării unor efecte negative asupra mediului, sănătății umane și bunurilor materiale.

Autoritatea centrala pentru protecția mediului elaborează, în termen de 60 de zile de la intrarea în vigoare a prezentei legi, reglementările privind:

a) normele tehnice referitoare la protecția apelor și a ecosistemelor acvatice, inclusiv a populației umane în cazul poluărilor accidentale și în context transfrontieră;

b) procedura de autorizare pentru exploatarea surselor de apa și a ecosistemelor acvatice, realizarea construcțiilor hidrotehnice pentru lucrările de îndiguire și regularizare a cursurilor de apă, de irigații și de desecare-drenaj;

c) standardele de emisie; d) standardele de calitate a apelor; e) cerintele de evacuare, epurare a apelor uzate și limitare a evacuării de

efluenți în ape. Controlul respectării reglementărilor de protecție a apelor și a ecosistemelor

acvatice este organizat și exercitat de către autoritățile de mediu, de ape, sănătate și de alte autorități, potrivit competențelor legale.

Persoanele fizice și juridice au următoarele obligații: a) să ceară acordul și/sau autorizația de mediu pentru activitățile desfășurate. b) să respecte standardele de emisie și de calitate a apelor, prevederile din

acordul și din autorizația de mediu și să pună la dispoziție laboratoarelor autorizate, la termenele stabilite, probele de apă pentru analiză;

c) să nu arunce și să nu depoziteze pe maluri, în albiile râurilor și în zonele umede, deșeuri de orice fel și să nu introducă în acestea explozibile, tensiune electrică, narcotice sau alte substanțe periculoase;

d) să nu spele în apele naturale autovehicule, utilaje și ambalaje care au în conținut uleiuri, combustibili lichizi, lubrifianți, substanțe periculoase sau pesticide;

14


e) să execute toate lucrările de refacere a resurselor naturale, de asigurare a migrării faunei acvatice si de ameliorare a calității apei, prevăzute cu termen în acordul și în autorizația de mediu, și să monitorizeze zona de impact;

f) să se doteze, in cazul detinerii de nave, platforme plutitoare sau foraje marine, cu instalatii de stocare sau de tratare a deseurilor, instalatii de epurare a apelor uzate si racorduri de descarcare a acestora in instalatii de mal sau plutitoare;

g) să amenajeze porturile cu instalatii de colectare, prelucrare, reciclare sau neutralizare a deseurilor petroliere, menajere sau de alta natura, stocate pe navele fluviale si maritime, si sa constituie echipe de interventie in caz de poluare accidentala a apelor si a zonelor de coasta;

h) să nu evacueze ape uzate de pe nave sau platforme plutitoare direct in apele naturale si sa nu arunce de pe acestea nici un fel de deseuri. [www.anpm.ro].

LEGEA nr. 310 din 28 iunie 2004 (Legea apelor 107 /1996).Obiectivele protecției apelor si mediului acvatic sunt:

a) prevenirea deteriorarii tuturor corpurilor de ape de suprafața;b) protectia, îmbunatirea si refacerea tuturor corpurilor de apa de suprafața în

scopul atingerii starii bune ;c) protecţia si îmbunatatirea tuturor corpurilor de apa artificiale sau puternic

modificate în scopul realizării unui potential ecologic bun sau a unei stari chimice bune a acestora;

d) reducerea progresiva a poluarii datorate substantelor prioritare si încetarea sau eliminarea treptată a evacuarilor si a pierderilor de substante prioritar periculoase;

e) prevenirea sau limitarea aportului de poluanti în apele subterane si prevenirea deteriorarii starii tuturor corpurilor de ape subterane;

f) protectia, îmbunatatirea si refacerea tuturor corpurilor de ape subterane si asigurarea unui echilibru între debitul prelevat si reîncarcarea apelor subterane, cu scopul realizarii unei stari bune a apelor subterane;

g) inversarea oricărei tendinte semnificative si durabile de creştere a concentratiei oricarui poluant rezultate din impactul activitatii umane, pentru a reduce în mod progresiv poluarea apei subterane.

Apele utilizate pentru prelevarea de apă în scop potabil vor fi protejate pentru evitarea deteriorării calităţii acestora si pentru a reduce nivelul de tratare în procesul de producere a apei potabile. In jurul surselor si instalaţiilor de alimentare cu apa potabila, al surselor de ape minerale si al lacurilor terapeutice se instituie zone de protectie sanitară cu regim sever sau cu regim de restrictii, precum si perimetre de protectie hidrogeologică. Dreptul de proprietate asupra surselor si instalatiilor de alimentare cu apa potabila, surselor de ape minerale si lacurilor si namolurilor terapeutice se extinde si asupra zonelor de protectie sanitară cu regim sever.

Regimul de exploatare a apelor subterane, a lacurilor, zonelor umede si ariilor protejate, a zonelor de protectie sanitara, precum si regimul privind navigatia pe cursurile de apă naturale sau artificiale, pe apele maritime interioare si pe marea teritorială, ca si lucrarile, constructiile sau instalatiile aferente sunt supuse prevederilor prezentei legi si reglementarilor specific.

Prevederile acestei legi au ca scop:

15


a) conservarea, dezvoltarea si protectia resurselor de apa, precum si asigurarea unei curgeri libere a apelor;

b) protectia impotriva oricarei forme de poluare si de modificare a caracteristicilor resurselor de apa, a malurilor si albiilor sau cuvetelor acestora;

c) refacerea calitatii apelor de suprafata si subterane;d) conservarea si protejarea ecosistemelor acvatice;e) asigurarea alimentarii cu apa potabila a populatiei si a salubritatii publice;f) gospodarirea durabila a apei si repartitia rationala si echilibrata a acestei resurse, cu

mentinerea si cu ameliorarea calitatii si regenerarii naturale a apelor;g) apararea impotriva inundatiilor si oricaror alte fenomene hidrometeorologice

periculoase;h) satisfacerea cerințelor de apa ale agriculturii, industriei, producerii de energie, a

transporturilor, aquaculturii, turismului, agrementului si sporturilor nautice, ca si ale oricaror alte activitati umane;

i) integrarea aspectelor cantitative si calitative atat pentru apele de suprafata, cat si pentru apele subterane care apartin aceluiasi sistem ecologic, hidrologic si hidrogeologic;

j) asigurarea protectiei ecosistemelor acvatice situate in imediata vecinatate a coastelor, in golfuri;

k) promovarea utilizarii durabile a apelor pe baza protectiei pe termen lung a resurselor disponibile de apa;

l) conservarea, protectia si imbunatatirea mediului acvatic prin masuri specifice pentru reducerea progresiva a evacuarilor, emisiilor sau pierderilor de substante prioritare si incetarea sau eliminarea treptata a evacuarilor, emisiilor sau pierderilor de substante prioritar periculoase;

m) reducerea progresiva a poluarii apelor subterane si prevenirea poluarii ulterioare. [www.anpm.ro].

Cap. 4. Tehnologia pentru epurarea apelor uzate.4.1. Factori de influență pentru selecția operațiilor și proceselor unitare.

Proiectarea stațiilor de epurarea a apelor uzate industriale reprezintă unul din aspectele cele mai interesante ale ingineriei mediului și se bazează atât pe cunoștiințe teoretice, cât și pe studii cu caracter aplicativ în domeniile: hidrologic, fizico-chimic, geotehnic. Schema tehnologică de epurare este reprezentarea grafică a combinațiilor de operații și procese unitare folosite pentru a se realiza scopul dorit și anume: epurarea apelor uzate cu un anumit nivel de poluare.1. posibilitatea de aplicare a procesului de epurare- sunt evaluate pe baza experienței anterioare, a datelor din literatură, din instalații pilot și instalații în funcțiune.2. debitul de ape uzate- procesele alese trebuie să corespundă debitului de ape uzate estimate, de exemplu, iazurile de stabilizare nu sunt corespunzătoare pentru debite mari.3. variațiile de debit și compoziție ale apei uzate- cele mai multe procese de epurare au rezultate mai bune în condiții relative constant de debit și compoziție ale apei uzate. De cele mai multe ori se practică uniformizarea debitelor și compoziției apelor uzate, înainte de a se trece efectiv la epurarea acestora.

16

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediului4. caracteristicile apei uzate- influențează în mod direct timpul proceselor folosite: fizice, chimice, biologice, epurare avansată.5. poluanții care inhibă sau care se mențin neschimbați în cursul epurării apelor uzate- este necesar să se indentifice acești poluanți în apele uzate pentru a alege în mod corespunzător schema de epurare. Compușii organici nebiodegradabili inhibă desfășurarea procesului de epurare biologică, deci trebuie eliminați într-o etapă anterioară printr-o metodă de epurarea avansată. 6. condiții climatice- temperaturi care influențează viteza de reacție a multor procese chimice și biologice.7. condiții de reacție și alegerea reactorului- alegerea și proiectarea reactorului se bazează pe considerații cinetice și termodinamice, fiind importante, de asemenea, timpul de reacție prin care se realizează eliminarea poluanților, folosirea eventuală a catalizatorilor, posibilitatea de intensificare a transferului de masă sau caldură.8. performanțele realizate- sunt de obicei, exprimate prin prisma calității efluentului, valorice concentrației poluanților în efluent trebuind să fie conforme cu valorile admisibile din standardele naționale.9. reziduurile rezultate- tipurile și cantitățile de reziduuri solide, lichide sau gazoase, obținute din procesul de epurare trebuie să fie cunoscute sau estimate din studii de laborator sau la scara de pilot.10. prelucrarea nămolurilor rezultate din procesul de epurare- selecția sistemului de prelucrare a nămolurilor trebuie să corespundă cu sistemul de epurare ales, ținând cont și de modul în care ar putea afecta prelucrarea nămolurilor proceselor de epurare ale apelor uzate.11. factorii de mediu- direcția vântului, zgomotul, circulația, distanța față de zona rezidențială, caracteristicile emisarului, influențează sau condiționează restrictive unele procese sau amplasarea stației de epurare.12. necesarul de substanțe chimice- trebuie cunoscute cantitățile, efectul chimicalelor și modul în care acestea afectează costul procesului de epurare pe ansamblul și/sau de tratare a deșeurilor rezultate.13. necesarul de energie- trebuie cunoscut necesarul energetic: energie electrică, combustibil, apă de răcire a proceselor selectate.14. necesarul de personal- este important să se cunoască numărul de oameni și nivelul lor de calificare, precum și timpul în care se poate realiza calificarea lor.15. condiții de exploatare și fiabilitate- este necesar să se cunoască condițiile deosebite de exploatare, lucrul la temperaturi și presiuni mari, cu substanțe toxice, necesarul și costul aparaturii suplimentare.16. procesele auxiliare- utilaje auxiliare: depozitare, pompare, transfer termic, trebuie să fie cunoscute, la fel ca și efectele nefuncționării acestora asupra calității efluentului.17. performantele procesului de epurare- sunt importante performanțele pe termen lung ale operațiilor și proceselor unitare, influența concentrațiilor șoc ale poluanților asupra acestora.18. complexitatea procesului- sunt foarte utile informațiile asupra complexității exploatării instalațiilor de epurare în condiții obișnuite sau de urgență precum și nivelul necesar de pregatire a operatorilor.

17

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediului19. compatibilitatea cu instalațiile deja existente- operațiile și procesele unitare pot fi compatibile cu instalațiile existente, expansiunea stației de epurare făcându-se astfel rapid.20. spațiul necesar- se consideră atât necesarul pentru instalațiile existente, cât și pentru dezvoltările ulterioare. [Macoveanu,1997].

4.2. Deternimarea gradelor de epurare necesare.

Determinarea capacității stației de epurare precum și eficiența sa sunt calculate funcție de valorile gradului de epurare necesar pentru principalii indicatori de calitate ai apelor uzate. Prin grad de epurare se înțelege procentul de reducere ca urmare a epurării unei părți din elementele poluante de natură fizică, chimică și biologică, din apele uzate astfel în cât procentele rămase să satisfacă cerințele legislative impuse apei uzate epurate având în vedere diluția și amestecarea acesteia cu apa emisarului considerat.

în care: Ci- reprezintă valoarea concentrației inițiale a indicatorului fizic, chimic din apele uzate, pentru care se determină gradul de epurare, mg/l.

Cf- reprezintă valoarea concentrației finale a aceluiași indicator după epurarea apei uzate, mg/l.

Un parametru care intervine în calculele de proiectare a unei stații de epurare ape uzate urbane care deversează în emisar apa de suprafață este gradul sau raportul de diluție notat cu d, și care este dat de relația următoare:

în care: Q=5 m3/s (debitul emisarului- din tema de proiectare, m3/s) q=0,285 m3/s (debitul maxim zilnic al apei uzate-din tema de proiectare,m3/s)

Într-o secțiune intermediară de la gura de vărsare până la secțiunea de amestecare completă raportul de diluție real va fi exprimat prin relația ce urmează:

[m3/s]

În care: a- coeficient de amestecare calculat curelația lui I. D. Rodziler

În care: α-coeficient exprimat prin relația lui V.A. Frolov

Unde: ζ- coeficient care ține cont de modul dedeversare al apei în amisar

18


ζ =1,5 pentru evacuarea în talveg.

Φ- coeficient de sinuozitate a receptorului Φ=1,2

DT- coeficient al difuziei turbulente

m2/s

unde: v=1,5 m/s (viteza medie a receptorului- din tema de proiectare, m/s) H=1,8 m (adâncimea medie a receptorului- se adoptă, m)

Rezultă: m2/s

Astfel putem calcula pe α:

L- distanța dintre secțiunea de evacuare a apelor uzate și secțiunea de calcul care se consideră la 1 km amonte de secțiunea de folosință.L=15-1=14 km= 14000 mAcum, având toate valorile necesare calcului formulei lui Rodziler,se rezolvă ecuația:

(diluția reală)

Se calculează lungimea de amestecare indicată cu ajutorul relației:

m

După determinarea gradului de diluție real se calculează gradul de epurare necesar pentru poluanții importați considerați în tema de proiectare, așa încât după epurare și amestecare cu apele emisarului să se încadreze în condițiile de calitate, categoria a doua de ape de suprafață.

1. Determinarea gradului de epurare necesar după materii prime în suspensii.Se aplică formula generală de determinare a GE particularizată pentru materiale în

suspensii:

%

în care: CiSS= 330 mg/l (valoarea inițială a concentrației materiei solide în suspensie) CfSS=35 mg/l (valoarea finală a concentrației materiei solide în suspensie conform

NTPA 001/2005).

19


Rezultă:

2. Determinarea GE necesar după substanțe organice (CBO5).Acest calcul se definește în următoarele situații:a). când în afară de diluții și amestecare intervine și procesul natural de autoepurare a apei oxigenate la suprafață. (diluție+amestecare+autoepurare)

unde: CCBO5 a.m= 7 mgO/l (cantitatea de CBO5 admisibilă a fi evacuată în emisar pentru amestec în secțiunea de calcul- din tema de proiectare).

K1=0,1 zi-1 (coeficient de oxigenare în apa uzată). K1

r=0,17 zi-1 (constanta de consum a oxigenului din apa râului). Q= 5 m3/s (debitul râului). q= 0,285 m3/s (debitul maxim zilnic uzată) a= 0,999 (coeficient de amestecare) t-timpul de curgere

s

v=1,5 m/s (viteza medie a apei)CCBO5=2 mg/l (cantitatea de substanță organică, exprimată prin CBO5, al apelor

emisarului în amonte de gura de vărsare)

mgO2/l

b). când în ecuația de bilanț calculelese bazează pe diluție și amestecare și nu iau în considerare procesul de autoepurare. (amestecare+diluție).

c). funcție de condițiile impuse prin NTPA 001/2005.

20


CfCBO5=25 mg/l (NTPA 001/2005)

3. Determinarea GE necesar după azotul total.

CfNTPA=10 mg/l

4.3. Variante tehnologice de epurare

Epurarea apelor uzate constitue ansamblul de măsuri si procedee prin care impuritati de natura minerala, organica si bacteriologica continute in apele uzate sunt eliminate sau reduse in anumite limite, astfel incat aceste ape sa nu afecteze caracteristicile calitative ale receptorului in care se evacueaza.

In tehnologia epurarii apelor se utilizeaza mai multe procedee avand la baza procese fizice, chimice si biologice: aceste procese se combina in cazul unui anumit procedeu sau in diferite procedee,ceea ce permite obtinerea unor eficiente ridicate de epurare.

Epurarea apelor uzate se poate realiza prin metode ce se bazează pe procese fizice, chimice şi biologice, care diferă funcţie de tipul poluanţilor şi concentraţia lor în apa uzată. Se poate face o clasificare a acestor metode luând în considerare tipul procesului care stă la baza metodei de epurare:

• Epurare mecanică• Epurare chimică• Epurare biologică• Epurare avansată

sau considerand operatiile si procesele unitare necesare pentru a realiza indepartarea poluantilor, intr-un anumit stadiu al sistemului de epurare:

• Epurare primara• Epurare secundara• Epurare avansata

Epurarea mecanica Aceasta se bazeaza de obicei pe indepartarea poluantilor prin operatii unitare

(fizice). Epurarea mecanica se realizeaza cu urmatoarele scopuri:

retinerea corpurilor si a suspensiilor de dimensiuni mari pe gratare,site,dezintegratoare; separarea grasimilor si uleiurilor prin flotatii in separatoare de grasimi,decantoare special dotate cu dispozitive de retinere a grasimilor;

21

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediului separarea materiilor solide in suspensie si a solidelor de dimensiuni mai mari(nisip,pietris)prin sedimentare in deznisipatoare si decantoare cu scopul de a retine particulele in epurarea primara si flocoanele biologice in epurarea biologica (secundara).

Epurarea mecanica presupune urmatoarele etape:• retinerea pe gratare si site• deznisiparea • egalizarea • sedimentarea• flotatia Retinerea pe gratare se face pentru pentru solidele si corpurile de dimensiuni

mari din apa uzata.Acestea sunt alcatuite din bare metalice dispuse in paralel iar distanta dintre bare poate fi cuprinsa intre 1,5-5 cm .

Sitele se utilizeaza pentru retinerea impuritatilor de dimensiuni mai mici,insa aplicatiile lor sunt limitate de costurile de investitie si operare mari .

Deznisiparea reprezinta operatia unitara care are scopul de a elimina din apa uzata particulele grele formate din nisip,pietris sau alte material solide care au densitate mult mai mare decat a apei sau a compusilor organici prezenti in apa uzata.Camerele de deznisipare sunt realizate cu scopul de : a proteja echipamentul mecanic in miscare de abraziune; a reduce depunerile cu densitate mare in conducte,canale etc; a reduce frecventa curatirii decantoarelor si instalatiilor de epurare biologica

Deznisipatoarele pot fi de mai multe feluri:• cu curgere orizontala si configuratie rectangular sau circular• aerate• de tip vortex Deznispatoarele orizontale sunt bazine paralipipedice cu fund inclinat in care apa

circula orizontal cu o viteza medie cuprinsa intre 1-15m/s. Proiectarea acestor deznisipatoare se bazeaza pe densitatea specifica de 2650kg/m3 si a temperaturii apei uzate de 16,5 °C. Nisipul se sedimenteaza la partea inferioara apoi este eliminat prin pompare.

Deznisipatoarele aerate sunt bazine in care loc aerarea de tip spiral,viteza de aerare fiiind dependenta de dimensiunile bazinului si de cantitatea de aer furnizata. Sunt special proiectate pentru a elimina particule de 0,2 mm sau mai mari,timpul de stationare fiind de 2-5 minute.

Deznispatoarele de tip vortex sunt bazine cilindrice in care apa intra tangential iar la partea mediana are o turbina in miscare care produce o miscare toroidala a particulelor de nisip. Nisipul sedimenteaza la partea inferioara si este indepartat cu o pompa speciala sau de tip air-lift.

Egalizarea apelor uzate are ca scop uniformizarea debitelor si a compozitiei apelor uzate. Aceata se realizeaza in bazine de uniformizare proiectate in mod special si sunt amplasate in extremitatea din amonte a statie de epurare( in parelel (off-line) sau in serie (on-line)).

Sedimentarea este operatia unitara prin care solidele cu greutate specifica mai mare decat a apei au tendinta sa se acumuleze la partea inferioara a bazinului de sedimentare sub actiunea fortei gravitationale.

22


Aceasta are ca scop reducerea contintului de materie in suspensie si partial a materiei oraganice exprimata prin CCOCr si CBO5.

Constructiile utilizate sunt :bazine de sedimentare avand curatire mecanica care pot fi de 2 tipuri: rectangulare si circulare.

Bazinele rectangulare de sedimentare sunt bazine dreptunghiulare in care curgerea apei are loc pe orizontala avand viteza de curgere cuprinsa intre 5-20 mm/s.

Bazinele circulare sunt bazine in care apa circula radial de la cilindrul central catre periferie.Acestea sunt dezavantajoase deoarece necesita suprafete mari in cadrul statiei de epurare.Efluentul rezultat ca urmare a epurarii primare contine suspensii fine si materii organice in cantitate mare.[Teodosiu ,2011].

Epurarea fizico-chimica Aceasta precede etapa de epurare biologica si realizeaza eliminarea unor poluanti

care,in condtii normale, pot incetini sau chiar inhiba acest proces. In functie de caracteristicile apei uzate, se pot aplica in etapa de epurare fizico-chimica urmatoarele operatii si procese unitare:

Coagularea-flocularea si precipitarea chimica au ca scop eliminare coloizilor,a metalelor grele,solidelor in suspensie(partial), sulfurilor in exces. Coagularea se realizeaza cu saruri de fier Fe2(SO)4 sau FeCl3) sau de aluminiu (Al2(SO4)3), polielectrolit anionic,care favorizeaza aglomerarea flocoanelor, imbunatatind si capacitatea lor ulterioara de sedimentare.

Aceste procese se bazeza pe transformarea poluantilor din apele uzate in produsi insolubilii si usor sedimentabili,in urma unor reactii chimice,, dar poate avea loc si in urma schimbarii unor condtii fizice, de exemplu: micsorarea solubilitatii unor substante organice prin sporirea concentratiei de electroliti, micsorarea solubilitatii unei sari prin marirea concentratiei unuia dintre ionii care o compun (ionii cu nocivitate scazuta).

Eficienta procesului depinde de natura agentului de coagulare,de doza de coagulant, de pH,taria ionica, si de natura si concentratia apleor uzate.

Se poate considera ca procesul de coagulare-floculare are loc in trei etape: -neutralizarea sarcinilor electrice prin adaosul de agenti de coagulare -formarea microflocoanelor prin aglomerarea particulelor lipsite de sarcina lor initiala.

Aglomerarea se face intai in microflocoane si apoi, in flocoane voluminoase, separabile prin sedimentare. Acest proces se numeste floculare.

In procesul de coagulare se utilizeaza saruri de fier (sulfat feric Fe 2SO4) sau clorura ferica FeCl3 sau de aluminiu (sulfatul de aluminiu Al2SO4). Utilizarea coagulantilor organici cationici urmareste eficienta separarii (de la 85% la 91%) pentru hidrocarburi si respectiv, de la 65-85% pentru solidele in suspensie si nu necesita adaosul de hidroxid de calciu.

Compusii organici sau anorganici care pot accelera agregarea particulelor coloidale a caror sarcina a fost neutralizata,pentru a realiza formarea unor flocoane mai mari, deci mai usor seimentabile se numesc floculanti si pot fi : -minerali :silicea activata(silicagelul),aluminosilicatii naturali(argilele); -organici:

• Naturali: derivati de amidon (cartofi, cereale) si alginatii de sodiu (obtinuti din algele marine);

23


• Sintetici: polielectrolitii, care au masa moleculara mare si sunt obtinuti prin asocierea de monomeri sintetici, dibtre care unii poseda grupari ionizabile.

Polielectrolitii reprezinta clasa de compusi cu cea mai larga utilizare in procesul de floculare,dar si pentru eficientizarea procesului de coagulare-floculare in ansamblul sau,mecanismul actiunii lor fiind adsorbtia si formarea legaturilor de tip punte.Dupa tipul gruparilor ionizabile existente polielectrolitii sunt:anionici.cationici si neionici. Polielectrolitii anionici sunt caracterizati de existenta gruparilor negative care pot adosorbi grupari ionizante pozitiv,ceea ce duce la extinderea polimerului. Polielectrolitii cationici sunt polimeri ce au grupari cationice atasate la lantul polimeric. Polielectrolitii neionici(neutri) nu au grupari ionizante in molecula.

De obicei pentru coagulare se utilizeaza polielectroliti cationici,iar pentru floculare ,polielectroliti anionici si neionici.

Precipitarea chimica se aplica frecvent si la indepartarea din apele uzate industriale a ionilor de metale grele avand in vedere ca acestea formeaza hidroxizi cu solubilitate scazuta la anumite valori ale pH-ului.

Sedimentarea sau flotatia cu aer dizolvat sau filtarea se pot utiliza pentru separarea flocoanelor si precipitatelor rezultate de la epurarea fizico-chimica.Introducerea flotatiei cu aer dizolvat in locul sedimentarii clasice, a permis imbunatatirea eficientei procesului de epurare fizico-chimica si respectiv scaderea costurilor de investitie si operare.In acest caz, flocularea are loc in utilaje de flotatie, in care se introduc si bule fine de aer in faza lichida. Bulele de aer se ataseaza de impuritatile solide (flacoane sau solide in suspensie) sau lichide (uleiuri), transortandu-le la suprafata, de unde se pot separa usor, ulterior,sub forma unei spume. Filtrarea rapida reprezinta o alta varianta de separare a materiilor solide rezultate in procesul de coagulare floculare si se poate realiza prin filtre uni–strat (nisip cuartos) sau cu strat dublu (antracit si nisip cuartos), in sens ascendent sau descendent, cu viteze de filtrare de 15-20m/h si eficiente de separare a hidrocarburilor de 84-91%. [Teodosiu s.a.,2007].

Epurarea biologica Epurarea biologica este procesul prin care substantele poluante (organice, solide,

coloidale, compusi organici solubili), sunt transformate de catre cultura de microorganisme in produsi de degradare inofensivi (CO2, H2N, N2,NO3, SO2

-4 alti produsi) si masa celulara noua .

Rolul principal in epurarea biologica o au microorganismele (bacterii) care se pot dezvolta in prezenta oxigenului (obligat aerobe sau facultativ) sau in absenta oxigenului ( obligat anaerobe).

Epurarea biologica se realizeaza ca urmare a metabolismului bacterian. Bacteriile ca si orice alt tip de organism necesita pentru dezvoltare o sursa de energie (energie produsa ca urmare a reactiilor chimice -bacterii chemotrofe sau energie -bacterii fototrofe), o sursa de carbon( bacterii heterotrofe) sau anorganic (bacterii autotrofe) pentru obtinerea noului material celular, precum si diferite elemente anorganice (nutrienti sau micronutrienti) :N, P, K,, Mg, C, S, Fe, Ca,etc. Bacteriile chemo-heterotrofe au rolul cel mai important in metabolizarea compusilor organici din apele uzate municipale. In stransa asociere cu bacteriile in procesele aerobe coexista si alte organisme: protozoare,metazoare si ciuperci(fungi)care prin consumarea bacteriilor conduc la

24

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediuluiimbunatatirea calitatilor efluentului. Cultura mixta de bacterii unicelulare si organisme pluricelulare este denumita biomasa.

Substantele organice din apele uzate sunt adsorbite si concentrate la suprafata biomasei, unde prin adsorbite si concentrate la suprafata biomesei, unde prin activitatea enzimelor eliberate de celulele bacteriene, substantele organice sunt descompuse in unitati mai mici ce patrund in celule si sunt metabolizate. Celulele noi sunt formate (flocoane biologice) au o densitate mai mare ca apei si se pot separa prin sedimentare in decantoarele secundare. [Teodosiu s.a.,2007].

Epurarea avansataEpurarea avansata cuprinde acele procedee care permit asigurarea unor grade de

epurare mai ridicate fata de cele realizate prin procedee conventionale,dar mai ales, eliminarea poluantilor refractari, care trec neschimbati prin treptele de epurare primara si secundara, poluanti din care fac parte si compusii organici nebiodegradabili.

Epurarea avansata are drept scop,prin combinatii si procese unitare, indepartarea compusilor refractari si marirea gradului de epurare.

Scopul epurarii avansate este:• Diminuarea debitului de poluanti deversati ;• Producerea apei de o calitate corespunzatoare refolosirii in scopuri industrial

sau potabile;• Recuperarea unor materiale pretioase(solvent,metale nobile,catalizatori).Metodele de epurare avansata pot fi clasificate astfel:

1.Dupa tipul operatiei sau procesului unitar care sta la baza metodei de epurare avansata: a)Metode care au la baza procese fizice:evaporarea,striparea cu aer sau

abur,extractia lichid-lichid,adsorbtia,osmoza inversa,ultrafiltrare,sitarea,elctrodializa,inghetarea.b)Metode care au la baza procese chimice:oxidarea cu aer umed,oxidarea cu apa

in conditii supercritice,ozonizarea,procese catalitice,precipitarea chimica,schimbul ionic,procese electrochimice.

c)Metode care au la baza procese fizico-chimice:clorurare,schimb ionic.d)Metode care au la bazaprocese biologice:indepartarea azotului prin procese de

nitrificare/denitrificare sau oxidarea amoniacului prin nitrificare biologica.Adsorbtia Prin procese de sorbtie se realizeaza acumularea unui component sau grupe de

component la o interfata care poate fi lichid-lichid,lichi-solid,gaz-solid.Dintre aceste tipuri de procese de sorbtie numai adsorbtia lichid solid este folosita in epurarea apelor uzate,adsorbentul fiind reprezentat de:carbine active,rasini sintetice,oxixi de aluminiu.

Oxidarea umeda cu aer sau cu oxigen se poate aplica apelor uzate care contin compusi organici nebiodegradabili,dizolvati sau aflati in suspensie,la tenperaturi si presiuni ridicate.

Aceasta se aplica pentru apele uzate care contin compusi organic toxici,deci care nu pot fi epurate in procesele de epurare biologica sau sunt prea diluate pentru a fi incinerate.

4.4. Calculul concentrațiilor intermediare

25


Varianta 1.

a.u: apă uzatăG/S: grătare și siteDZ: deznisipatorDP: decantor primarBNA: bazin cu nămol activDS: decantor secundara.e: apă epurată

Calculul concentrației intermediare pentru materii solide în suspensie Grătare/ site: GE=5%, Ci=330 mg/l

Deznisipator: GE=10%, Ci= 313,5 mg/l

Decantor primar: GE=60%, Ci=282,15 mg/l

BNA+ DS: GE=85%, Ci=112,86 mg/l

Calculul concentrației intermediare pentru CBO5: Grătare/site: GE=0%, Ci=245 mg/l

Deznisipator: GE=5%, Ci=245 mg/l


BNA+DS: GE=80% ,Ci=151,28 mg/l

Calculul concentrației intermediare pentru CCOCr:

26

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediului Grătare /site: GE=0%, Ci=415 mg/l



BNA+DS: GE=82%, Ci=256,26 mg/l

Calculul concentrației intermediare pentru azotul total: Grătare/site: GE=0%, Ci=11 mg/l


Decantor primar: GE=5%, Ci=11 mg/l


Varianta 2.

Calculul concentrației intermediare pentru materii solide în suspensie: Grătare/site: GE=5%, Ci=330 mg/l

DZ+SG: GE=9%, Ci=313,5 mg/l

Decantor primar: GE=60%, CI=285,28 mg/l


27


Calculul concentrației intermediare cu CBO5: Grătare/site: GE=0%, Ci=245 mg/l

DZ+SG: GE=4%, Ci=245 mg/l



Calculul concentrației intermediare pentru CCOCr: Grătare/site: GE=0%, Ci=415mg/l



BNA+DS: GE=81%, Ci=247,008 mg/l

Calculul concentrației intermediare a azotului total: Grătare/site: GE=0%, Ci=11mg/l


Decantor primar: GE=20%, Ci=11 mg/l


28


Varianta 3.


DZ: GE=10%, Ci=306,9 mg/l

C/F+ DP: GE=70%, CI=276,21 mg/l

BNA+DS: GE=87%, Ci=82,86mg/l

Calculul concentrației intermediare pentru CCOCr: Grătare/site: GE=0%, Ci=415 mg/l

DZ: GE=7%, Ci=415 mg/l

C/F+ DP: GE=70%, Ci=385,95 mg/l


Calculul concentrației intermediare pentru azotul total: Grătare/site: GE=0%, Ci=11 mg/l


C/F+ DP: GE=75%, Ci=11 mg/l


29


Calculul concentrației intermediare pentru CBO5: Grătare/site: GE=0%, Ci=245 mg/l


C/F+ DP: GE=60%, Ci=225,4 mg/l


Varianta 4.


Pp. chimică: GE=50%, Ci=313,5 mg/l

DP: GE=50%, Ci=156,75 mg/l


Calculul concentrației intermediare pentruCBO5: Grătare/site: GE=0%, Ci=245mg/l

Pp. chimică: GE=60%, Ci=245 mg/l

DP: GE=30%, Ci=98 mg/l

30



Calculul concentrației intermediare pentruCBOCr: Grătare/site: GE=5%, Ci=415mg/l


DP: GE=30%, Ci=157,7 mg/l


Calculul concentrației intermediare pentru azotul total: Grătare/site: GE=5%, Ci=11mg/l


DP: GE=10%, Ci=3,13 mg/l


4.5. Alegerea variantei tehnologice optime şidescrierea detaliată a procesului tehnologic adoptat

Tab. 2. Valorile concentrațiilor intermediare a celor patru variante tehnologice propuseIndicatori Cf

Varianta 1CfVarianta 2

CfVarianta 3

CfVarianta 4

Valori NTPA

MSS [mg/l]

16,92 14,83 10,77 15,67 35

31

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria MediuluiCBO5

[mg/l]30,25 23,70 13,52 13,72 25

CCOCr

[mg/l]46,12 46,93 17,35 22,07 125

Ntotal

[mg/l]1,56 1,32 0,41 1,12 10

În urma analizelor realizate, se adoptă varianta a-3-a, deoarece această variantă tehnologică asigură condițiile de deversare impuse de NTPA 001/2005.Din punct de vedere ecologic, această variantă este favorabilă, pentru că respectă condițiile impuse de reglementările legislative care prevăd valorile principalilor indicatori de calitate pentru receptorii în care se face deversarea.Varianta 3 este avantajoasă si din punct de vedere economic, pentru că uilajele utilizate sunt accesibile fnanciar, reactivii utilizați sunt ieftini, iar consumul de energie nu este mare.Procedeele de epurare mecano-biologice se bazează pe acțiunea comună a proceselor mecanice și biologică și pot avea loc în condiții naturale sau în condiții artificiale prin filtrare biologică sau în bazine de aerare cu nămol activ de mcă sau de mare încărcare, cu aerare normală sau prelungită.

4.6. Schema bloc a procesului tehnologic

Schema unei stații de epurare se stabilește în funcție de mărimea gradului de epurare necesar apelor uzate de modul de tratare a depunerilor de suprafața de teren disponibilă pentru amplasarea stației de epurare, de factorii locali privind natura emisarului, a terenului de fundații, de alimentare cu energie electrică, etc.

Ca recomandare de ordin general, la stabilirea unei scheme de stație de epurare, trebuie ca obiectele funționale să ocupe o suprafață cât mai mică, transportul apei uzate și a nămolului să se facă pe distanțe cât mai scurte și sî evite încrucișări repetate ale conductelor și canalelor. Pentru o bună exploatare trebuie prevăzute canale de ocolire atât pentru întreaga stație de epurare, cât și pentru treptele de epurare, uneori chiar și pentru obiectele principale din circuitul tehnologic al apei și nămolului. [Dima M., 1998]

32


Fig. 5. Schema bloc a procesului de epurare mecano-chimică-biologică.

4.7. Materii prime, auxiliare și utilități

Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării, într-o instalație industrială, în vederea obținerii unui produs. Materia primă pentru stația de epurare o reprezintă apa uzată ce este supusă epurării înainte de a fi deversată în emisar.

Apa uzată folosită ca materie primă în stația de epurare rezultată din canalizarea municipală, poate fi menajeră, industrială, pluvială sau din infiltrații. Materii chimice de epurare ,cum ar fi: agenți chimici de coagulare- floculare-agenți chimici de egalizare.

Nămolul activNămolul de recirculare acționează în bazine pentru epurarea apei și poate fi

asemănat cu cel care constituie membrana de pe filtrele biologice. Clasificare nămolurilor se poate face folosind diferite criterii. Astfel din punct de vedere al compoziției chimice se deosebesc: nămoluri minerale, la care cantitatea de materii solide totale minerale depășește 50% și nămoluri organice ,la care cantitatea de materii solide totale organice depășește 50%; din punct de vedere al provenienței a apei uzate, pot exista: nămoluri menajere, orășenești și industriale; din punct de vedere al instalațiilor din care provin, se deosebesc: nămolurile din decantoarele primare, din decantoarele după precipitarea chimică, din decantoarele secundare după filtrele biologice, din decantoarele secundare după bazinele cu nămol activ.

Apa, aburul, aerul comprimat, gaze inerte și energia electrică sunt uzual înglobate ăn determinarea de utilități. Toate utilitățile sunt considerate ca făcând parte din sfera problemelor energetice ale unei intreprinderi.

ApaFuncție de utilizarea care se dă apei se deosebesc mai multe categorii: apa

tehnologică, apa de răcire, apa potabilă, apa de incendiu, apa de încășzire. Apa de răcire

33

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediuluipoate proveni din fântâni de adâncime, temperatura ei se menține între 10-15 °C în tot timpul anului, sau apa de la turnurile de răcire, când se recirculă, având temperatura în timpul verii de 25-30°C. Pentru evitarea formării crustei, temperatura apei la ieșire din aparate nu trebuie să depășească 50°C. Răcirile cu apă industrială se pot realiza până la 35-40°C.

Apa ca agent de încălzire poate fi:- apa caldă cu temperatura până la 90°C- apa fierbinte, sub presiune, până la temperatura de 130-150°C.

Apa este un agent termic cu capacitate calorică mare, ușor de procurat. Pentru încălzire se preferă apa dedurizată cu scopul evitării depunerilor de piatră.Energia electricăAceasta reprezintă una din formele de energie cele mai folosite datorită ușurinței de transport la distanțe mari și la punctele de consum și randamentelor mari cu care poate fi transformată în energie mecanică, termică sau luminoasă.Energia electrică transformată în energie mecanică este utilizată la acționarea electromotoarelor cu care sunt dotate diverse utilaje (pompe, ventilatoare, reactoare cu agitare mecanică). Energia electrică este folosită și la încălzire prin transformare în căldură, folosind mai multe tehnici:

- trecerea curentului prin rezistențe electrice;- transformarea energiei electrice în radiații infraroșii;- folosirea curenților de înaltă frecvență, medie și mică;- folosirea piederilor dielectrice;

Avantajul încășzirii electrice constă în reglarea ușoară a temperaturii, posibilitatea generării încălzirii într-un punct, introducerea unei cantități mai de căldură într-un volum mic, realizarea unei încălziri directe, fără impurificarea mediului și la orice presiune. [Tudose, 1990].

4.8. Subproduse, materiale energetice, deșeuri.

Nămolul activ în excesReprezintă cantitatea de nămol activ care nu mai este necesară procesului de

epurare, fiind exprimată în kg MTS evacuate zilnic din instalația de epurare; poate fi exprimată și în volume de nămol care se ia în considerare și umiditatea acestuia de 98,5-99,5%.

Cantitatea de nămol în exces depinde de mai mulți factori, dintre care ponderea cea mai mare o reprezintă cantitatea de CBO5 din apa uzată la care se adaugă factorul privind menținerea concentrației constante a nămolului activ în bazinul de aerare. Este știu că nămolul activ de recirculare își mărește neîncetat volumul, prin proliferarea microorganismelor datorită hranei asigurată de apa uzată nou sosită în bazin.

Cantitatea de nămol în exces care trebuie evacuată pentru a menține constantă cantitatea de nămol de recirculare, se estimează la 1,5-3,0% din cantitatea de apă uzată care intră în aerotanc. Nămolul activ în exces poate fi trimis, spre tratare,în rezervoarele de fermentare metanică, după ce în prealabil a fost supus unui proces de reducere a umidității în bazine speciale, numite îngroșătoare de nămol. Dacă schema tehnologică a stației de epurare prezintă un amplasament corespunzător, se recomandă ca acest nămol

34

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediuluisă fie pompat într-un cămin din fața decantoarelor primare, prezentând următoarele avantaje:

-creșterea eficienței decantoarelor primare, deoarece flacoanele de nămol activ au efectul unui coangulant;

- amestecul celor două feluri de nămoluri conține mai puțină apă și în consecință, volume reduse de nămol vor fi dirijate spre rezervoarele de fermentare, eliminând necesitatea obligatorie a îngroșătorului de nămol (Dima, 1998).

Cap. 5. Proiectarea tehnologică a utilajelor.5.1 Debite de calcul si debite de verificare

în statiile de epurare municipale.

Aceste debite de verificare sunt specifice fiecăruei trepte din procesul de epurare a apei uazte. Valorile acestora sunt prezentate sintetic în tabelul următor:

Tab. 3. Debite de calcul și debit de verificare.

UtilajDebite de calcul,

QC [m3/s]Debite de verificare,

QV [m3/s]Grătare/ Site [m3/s] [m3/s]Deznisipator [m3/s] [m3/s]Separator de

grăsimi [m3/s] [m3/s]

Decantor primar [m3/s] [m3/s]Bazin cu nămol

activ [m3/s] [m3/s]

Decantor secundar [m3/s] [m3/s]

5.2. Calculul utilajelor din cadrul treptei mecanice de epurare(grătare, deznisipator, bazin de egalizare, decantor primar).

1. Grătare.

Grătarele, conform STAS 12431/1986, se preved la toate stațiile de epurare indiferent de sistemul de canalizare adoptat și independent de procesul de intrare a apei în stația de epurare (curgere gravitațională sau compactă). În acest caz grătarele se poziționează înaintea stației de pompare.

Scopul grătarelor este de a reține corpurile plutitoare și suspensiile mari din apele uzate (crengi și alte bucăți din material plastic, de lemn, animale moarte, legume, și diferite corpuri aduse prin plutire, etc.) pentru a proteja mecanismele și utilajele din stația de epurare și a reduce pericolul de colmatare a canalelor de legătură dintre obiactivele stației de epurare.

În general, se construiesc sub forma unor panouri metalice, plane sau curbe, în interiorul cărora se sudează bare de oțel paralele prin care sunt trecute apele uzate. În

35

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediuluifuncție de distanța dintre aceste bare, se deosebesc grătare rare și grătare dese. Barele cele mai frecvente sunt folosite cele de secțiune dreptunghiulară ( 10 x 40 mm sau 8 x 60 mm), dimensiunea minimă fiind alezată normală pe direcția de parcurgere a apei.

În unele situații se poate accepta soluția cu bare cu secțiunea rotundă care, sub aspectul hidraului, care prezintă rezidente minime, în schimb sunt dificil de curățat în timpul exploatării.

Grătarele rare îndeplinesc de obicei, rolul de protecție a-l grătarelor dese împotriva corpurilor mari plutitoare. Distanța între barele acestui grătar variază în limitele 50-100 mm.

Grătarele dese prezintă deschiderile dintre bare de 16-20 mm, când curățirea lor este manuală, și de 25-60 mm, când curățirea lor este mecanică. Cele din fața stațiilor de pompare a apelor uzate brute au interspațiile de 50-150 mm.

Grătarele sunt amplasate în camere specifice amenajate care reprezintă o supralărgire a canalului din amonte, sub un unghi de racordare de 20°, pentru a evita formarea curenților turbionari. Pentru a preîntâmpina apariția remului datorită colmatării grătarului cauzată de o exploatare necorespunzătoare, se prevede un canal de ocolire (by-pass) care va asigura evacuarea apelor uzate fără a inunda camera grătarului și a zonelor din apropiere.

Grătarele cu curățire manuală se utilizează numai la stațiile de epurare mici cu debite până la 0,1 m3/s, care deservesc maxim 15000 locuitori. Curățirea se face cu greble, cangi, lopeți, etc., iar pentru ușurarea exploatării se vor prevedea platforme de lucru la nivelul părții superioare a grătarului, lățimea maximă a acestora fiind de 0,8 m. Având în vedere variațiile mari de debite ce se înregistrează în perioadele ploioase sau uascate de-a lungul unui an, exploatarea va fi mult ușurată dacă se prevăd două panouri de grătare aferente debitelor respective.

Grătarul cu curățire mecanică constituie soluția aplicată la stațiile de epurare care deservesc peste 15000 locuitori, desorece, în afară de faptul că elimină necesitatea unui personal de deservire continuă, asigură condiții bune de curgere a apei prin interspațiile grătarului fără a exista riscul apariției mirosurilor neplăcute în zonă.

Spre deosebire de grătarele cu curățire manuală, unde nu se prevăd panouri, grătare de rezervă, la cele cu curățire mecanică este necesar să se prevadă minimum un grătar de rezervă.

Curățirea grătarului este realizată de cele mai multe ori cu greble mecanice care se deplasează prin deschizăturile barelor grătarului prin intermediul unor lanțuri sau cabluri.

Mecanismul de curățare acționează intermitent, el fiind comandat de un plutitor care pune în funcțiune mecanismul în momentul când pierderea de sarcină a depășit o anumită valoare.

Lățimea grătarelor este limitată, ceea ce presupune adoptarea de mai multe compartimente în camera grătarelor. Fiecare compartiment va fi prevăzut cu stavile de închidere pentru a permite repararea grătarelor și a mecanismelor de curățire. În cazut când depunerile reținute pe grătare depășesc cantitatea de 0,1 m3/zi, iar procedeul de curățire este mecanizat, se vor prevedea obligatoriu utilaje pentru tocarea (fărămițarea) acestor depuneri.

În afară de grătarele plane, se pot folosi și grătare curbe cu curățire mecanică, care se compun dintr-un schelet mecanic încastrat în beton, prevăzut cu două greble care curață , prin interminteța grătarului.

36


Distanța dintre barele panoului se consideră de 16 mm, iar viteza apei printre bare variază între 0,8 și 1,1 m/s.

Dimensionarea grătarului seface în funcție de debitul apei uzate, de mărimea interspațiilor adoptate între barele grătarului și de lățimea barelor metalice din care se execută panouri-grătar. Viteza recomandată de curgerea apei prin camera grătarelor este întreb 60-100 cm/s. Se va avea în vedere ca viteza apei prin grătar, din condiția de a nu se antrena depunerile prin spațiile grătarului sau să nu depășescă 0,7 m/s la debitul zilnic mediu și de maximum 1,2 m/s pentru debitul orar maxim.

În amonte de grătar, limita maximă a vitezei este de 0,4 m/s la debitul minim a-l apelor uzate, iar limita maximă este de 0,9 m/s corespunzătoare debitelor maxime și a celor pe timp de ploaie (aceste limite de viteză nu vor permite depunerea materiilor în suspensie pe radierul camerei grătarului). [Dima, 1998].

Dimesionarea grătarelora). Debite de calcul: QC= [m3/s]

QV= [m3/s]b). Gradul de epurare: GE=7%c). Viteza apei prin interspații:

d). Caracteristicile grătarelor: - lățimea barelor: S=10 mm=0,01 m - coeficientul de formă a barelor: β=1,83 - distanța dintre bare: b=20 mm=0,02 m - unghiul de înclinare: α=75°

e). Viteza apei în amonte de grătar: (în condiții normale de epurare)

sau (în condiții de precipitații (debit mare)).

[m/s]

Qc=0,62 [m/s]; (debit de calcul)Bc=2 [m]; (înălțimea grătarului)hmax=0,4[m]; (înălțimea în amonte de grătar; aceasta variază între 0,25-0,5 [m] și se adoptă 0,4[m]).

[m/s]

f). Lățimea interspațiilor:

[m]

g). Numărul de bare din grătar:

c=0,3 [m]; (lățimea pieselor de prindere a barelor grătarului).

h). se verifică viteza apei în amonte de grătar:

37


R-raza hidraulică

[m]

J=0,5 [mm] =0,0005 [m] (panta grătarului)

[m/s]

i). pierderea de sarcină pe grătar:

(ec. O. Kirschmer)

2. DeznisipatorDeznisipatorul se prezintă sub forma unor bazine speciale din beton unde sunt

reținute suspensiile granulare sub formă de particule discrete care sedimentează independent unele de altele cu o viteză constantă. Această viteză depinde de forma, mărimea și greutatea particulei.

În compoziția acestor depuneri predomină particulele de origine minerală, în special nisipurile antrenate de apele de canalizare de pe suprafața centrelor populate, motiv pentru care se numesc deznisipatoare.

Necesitatea tehnologică este justificată de protecția instalațiilor mecanice în mișcare împotriva acțiunii abrazive a nisipului, de reducere volumelor utile ale rezervelor de fermentare a nămolului organic ocupate ce acest material inert, precum și pentru a evita formarea de depuneri pe conductele sau canalele de legătură care pot modifica regimul hidraulic al influentului.

Amplasamentului deznisipatoarelor, din considerentele menționate, va prevedea la începutul liniei de epurare mecanică a apelor uzate, imediat după grătare; poate să fie precedată și de stția de pompare cu condiția ca acestea să fie echipată cu pompe elicoidale de tip melc.

În deznisipatoare sunt reținute particule de nisip cu diametrul mai mare de 0,2-0,3 mm și până la maximum 1 mm (experimental s-a constatat ca eficiența deznisipatoarelor scade dacă particulele granulare prezintă dimensiuni mai mici de 0,2 mm în procent mai mare de 50% din cantitatea totală).

După direcția de mișcare a apei în aceste bazine se deosebesc deznisipatoare orizontale cu mișcarea apei în lungul bazinului și deznisipartoare verticale unde mișcarea apei se face pe verticală.

În funcție de modul de curățare a depunerilor, se deosebesc deznisipatoare cu curățire manuală și deznisipatoare cu curățire mecanică și curățire hidraulică.

Alegerea soluției constructive de deznisipator și a procedeului lui de curățire depinde de mărimea debitului, de cantitatea și calitatea nisipului de echipament mecanic ce poate fi ușor procurat, spațiul disponibil pe amplasamentul stației de epurare, etc.

38


Se va avea în vedere ca în deznisipatoare sunt reținute și cantități mici de materii organice antrenate de particule minerale sau depuse împreună cu acestea, mai ales la viteze mici.

Deznisipatoarele orizontale se mai numesc și deznisipatoare tip canal, deoarece lățimea lor este puțin mai mare față de cea a canalului de intrare a apelor uzate brute în stație. Aceste deznisipatoare cu formă în plan dreptunchiulară cu raportul celor două laturi cuprinse între și , fiind prevăzute cu două sau mai multe compartimente (canale).

Pentru debite mici se preconizează bazine alcătuite din două compartimente separate prin stavilare care permit funcționarea lor prin intermitentă. In acest mod se asigură condiții pentru curățirea manuală a fiecărui compartiment, având în vedere ca nisipul este reținut la suprafața unui material drenant sub care se prevede un dren comandat de o vană. Apa rezultată de la golirea compartimentului ce urmează a fi curățat, este dirijată inapoi în stație. În stațiunea transversală, fiecare canal are forma dreptunghiulară, iar radierul are o pantă de 0,02-0,05% în sens invers direcției de mișcare a apei.

Evacuarea manuală a nisipurilor este admisă numai pentru cantități mic de până la 0,5 m3/zi. În acest scop se curăță nisipul de pe radier cu unelte terasiere, iar îndepărtarea lui se face prin cele de lopatare sau benzi transportoare. Operația de curățire și evacuare a nisipului trebuie efectuată în timp cât mai scurt pentru a evita apariția procesului de fermentație a eventualelor particulare organice reținute în bazin.

Pentru debite mari, curățirea se realizează mecanizat, sub apă, în mod continuu, folosindu-se hidroelevatoare sau pompe montate pe un carucior mobil. Secțiunea transversală a acestor deznisipatoare are formă parabolică, sau pentru ușurința execuției, sub formă trapeziodală.

Când deznisipatorul are un singur compartimentul cu curățire mecanică se prevede, din considerente de exploatare continuă și sigură, un alt compartiment de deznisipare (de by-pass) prevăzut cu curățire manuală.

Proiectarea deznisipatoarelor orizontale constă în stabilirea formei și dimensiunilor interioare ale bazinului în dimensionarea instalațiilor de evacuare a depunerilor și ăn dimensionarea dispozitivelor pentru menținerea unei viteze constante a apei în deznisipator. Se va proiecta un deznisipator orizontaltip canal pentru care raportul dintre lungime și lățime variază între 10-15; în acest deznisipator curgerea are loc pe direcție orizontală, viteza de curgere fiind dependentă de modalitatea de distribuție a influentului, dimensiunea bazinului și modalitatea de evacuare a apei din deznisipator.

Viteza orizontală a apei este în stânsă dependență de viteza critică la care este antrenat materialul depus pe radierul deznisipatorului. Prin cercetări experimentale îndelungate s-a ajuns la concluzia că viteza orizontală a apei trebuie să fie mai mică sau egală cu viteza critică la care apa uzată antrenează suspensiile depuse pe fundul bazinului. Valoarea maximă a acestei viteze orizontale este de 0,3 m/s corespunzătoare debitului orar maxim, iar valoarea minimă este de 0,05 m/s pentru debitul orar minim.[Dima, 1998].

Dimensionarea deznisipatorului:a). Debite de calcul: QC= [m3/s]

QV= [m3/s]b). Gradul de epurare: GE= 10%

39

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediuluic). Volumul util al deznisipatorului:

[m2]tdez=50 s ;(timpul de deznisipare)d). Factorul suprafeței orizontale

[m2]

Vs=0,023 m/s; (viteza de sedimentare)α =1,5; (coeficient ce ține cont de regimul de curgere în deznisipator).e). Încărcarea superficială

[cm/s]

f). Calculul ariei transversale

[m2]

Va=0,15 m/s; ( viteza apei în deznisipator și se adoptă între 0,005 și 0,3 m/s)g). Calculul lungimii și lățimii deznisipatoruluiLungimea:

Lățimea:

h). Calculul înălțimii utile a deznisipatorului

i). Numărul de compartimente

j). Calculul reținerilor

GE=10%Ci=330 mg/l

3. Decantor

Decantorul este un bazin deschis în care se separă substanțele insolubile mai mici de 0,20 mm, care în majoritatea lor, se prezintă sub formă de particule floculante, precum și substanțele ușoare care plutesc la suprafața apei.

În funcție de gradul necesar de epurare al apelor uzate, procesul de decantare este folosit, fie în scopul prelucrării preliminare a acestora înaintea epurării lor în treapta biologică, fie ca procedeu de epurare finală, dacă în conformitate cu condițiile sanitare locale se impune numai separarea suspensiilor din apele uzate.

40


După direcția de mișcare a apei uzate în decantoare, acestea se împart în două grupe:-decantoare orizontale

-decantoare verticale.O variantă a decantoarelor orizontale sunt decantoarele radiale.În decantoarele orizontale apele uzate circulă aproape orizontal; în cele verticale

apa circulă de jos în sus, iar în cele radiale apa se deplasează de la centru spre periferie, cu aproximativ aceeași înclinare față de orizontală ca și la decantoarele orizontale.

După amplasarea lor în stația de epurare se deosebesc: decantoare primare, amplasate în instalațiile de epurare biologică, și care au drept scop să rețină materiile în suspensie din apele brute; decantoarele secundare, amplasate după instalații de epurare biologică care au drept scop să rețină așa-numitele nămoluri biologică rezultate în urma epurării în instalațiile biologice.

După modul de curățire al depunerilor, se deosebesc: decantoare cu curățire manuală decantoare cu curățire mecanică.

Randamentul sedimentării particulelor floculante depinde numeroși factori, cum ar fi:- timpul de decantare,

- încărcarea superficială- viteza de sedimentare- accesul sau evacuarea cât mai mult uniformă a apei din decantor.

Pentru proiectarea decantoarelor sunt necesare studii în ceea ce privește viteza de sedimentare sau de ridicare la suprafața materiilor în suspensie exprimată global prin încărcarea superficială sau hidraulică, în m3/m2*h. Conform STAS/1-89, mărimea acestei încărcări de suprafață variază în funcție de concentrația inițială a materiilor în suspensie din apă uzată și eficiența decantoarelor.

În scopul măririi eficienței de reducere a suspensiilor în decantorul primar se folosesc următoarele soluții tehnologice: creșterea duratei de decantare; adăugarea unor substanțe în suspensie care sedimentează ușor; aerarea preliminară a apelor uzate care contribuie la formarea flocoanelor prin intensificarea numărului de contacte a particulelor floculente.

Ansamblul bazinelor de decantare trebuie să prevadă cel puțin două compartimente în funțiune cu dispozitive de separare; un canal de ocolire va asigura scoaterea din funcțiune a fiecărei unități de decantare.

La alegerea dimensiunilor decantorului s-a avut în vedere ca la suprafața apei în bazinele largi se pot forma valuri datorită vântului, vor influența eficiența procesului de decantare. Decantoarele sunt de obicei construcții descoperite.

Tab. 5 Încărcarea supeficială funcție de adâncimea decantoruluiÎncărcarea superficială

[m3/m2h]

Adâncimi medii ale decantorului [m]

2,0 2,5 3,0

1,00 2,00 2,50 3,001,40 1,60 1,80 2,251,70 1,25 1,40 1,75

41


Tab. 6. Încărcarea superficială (viteza de sedimentare) la decantoarele primareEficiența reducerii

suspensiilor în decantor, %

Încărcarea superficială, [m3/m2h] pentru concentrațiile:

<200 mg/dm3 200-300 mg/dm3 >300 mg/dm3

40-45 2,3 2,7 3,045-50 1,8 2,3 2,650-55 1,2 1,5 1,955-60 0,7 1,1 1,5

Încărcarea cu substațe în suspensie, exprimată în substanță uscată, nu constituie pentru decantoarele primare un parametru important privind dimensionarea acestora, deoarece, cu excepția deversorului peste care se evacuează apele decantate, acestea nu influențează eficiența lor. Acest indicator privind încărcarea cu substanțe solide în suspensie trebuie urmărit în ceea ce privește obținerea unei constante cât mai mari a nămolului, obiectiv care ese favorabil din punct de vedere al exploatării. Această cerință poate fi realizată numai prin mărirea timpului de decantare, însă la decantoarele primare, poate duce la scăderea eficienței secundare, se admite o concentrației a nămolurilor de 205-3,0 ori mai mare decât conxcentrația amestecului de apă- nămol intrat în decantor. [Dima, 1998].

Dimensionarea decantoruluia). Debit de calcul: QC=0,285 [m3/s]

QV=0,620 [m3/s]b). Grad de epurare: GE=70%c). Viteza apei în decantor

Va=10 mm/s=0,01m/sd). Timpul de sedimentare

ts=1,5÷2,5 h ts=2 he). Volumul spațiilor de decantare

f). Ariile transversale și orizontale

- aria transversală:

Va=0,15 m/s; viteza apei în decantor

- aria orizontală:

Vs=1,5 m/h=0,0004166 m/sg). Încărcarea hidraulică

Α=1,5 (coeficient ce ține cont de regimul de curgere și de gradul de epurare)h). Lungimea decantorului

42

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediuluii). Înălțimea totală a decantorului

H=HS+HU+Hd

HS=0,2 m; (înălțimea de siguranță a decantorului primar)Hu- înălțimea utilă a zonei de sedimentare

Hd=0,45m; ( înălțimea depunerilor în decantor și se adoptă între 0,2 și 0,6 m.).

j). Lățimea decantorului

Dacă lățimea decantorului este mai mare decât valorile standardizate (3-5 m), se recurge la compartimentarea bazinelor de sedimentare. Se adoptă lățimea unui compartiment b1=3,5 m.k). Număr de compartimente

5.3. Dimensionarea utilajelor din cadrul treptei biologice de epurare

(bazin cu nămol activ)

Epurarea biologică reprezintă cea mai importantă treaptă de epurare a apelor uzate. Epurarea biologică reprezintă procesul prin care substanțele organice (dizolvate), compușii anorganici solubili și solidele coloidale (nesedimentabile) sunt transformate de către cultura de microorganisme în produși de degradare inofensivi (CO2, H2O, N2, NO3, SO4

2-,NH3, alți produși) și masă celulară nouă.Ca rezultat în epurarea biologică se elimină 75-95% din CBO5 (materia organică) și

solide coloidale în suspensie rămase după epurarea mecanică.Tot prin epurarea biologică se mai pot realiza:

eliminarea azotului și fosforului (nutrienți), în special pentru ape provenind din agricultură eliminarea compușilor organici toxici (într-o măsură mai mică) pentru ape industriale, fiind necesară uneori preepurarea prin metode chimice (acești compuși sunt toxici pentru cultura de microorganisme)

Rolul principal în epurarea biologică îl au microorganismele, în special bacteriile.Factorii care înfluențează procesul de epurare biologică sunt:

temperatura; pH-ul; cantitatea de aer furnizată (doar în cazul proceselor aerobe); caracteristicile apei uzate: încărcarea organică și încărcarea hidraulică.

TemperaturaAceasta afectează procesele de epurare biologică artificială mult mai puțin decât pe

cele naturale (de autopurificare). Temperatura apelor uzate care intră în stația de epurare este dependentă de:

43

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediului temperatura originală a apelor uzate; cantitatea (aportul) de apă de infiltrație în sistemul de canalizare; cantitatea de apă caldă sau rece (de la centralele termice sau apa de ploaie) deversată în canalizare.

Temperatura afectează cel mai mult transferul materiei organice către biomasa mai mult chiar decât descompunerea de către aceasta. De obicei temperatura variază cu 10-20°C (mai scăzută în timpul iernii).

pH-ul mediului de culturăAcest factor este un factor cheie pentru dezvoltarea microorganismelor. Marea

majoritate a bacteriilor nu pot tolera nivele ale pH-ului mai mare de 9,5 sau mai mici de 4,0; pH-ul optim este cuprins între 6,5-7,5.

Epurarea biologică aerobă necesită oxigen atât pentru apele uzate, cât și pentru biomasă. La temperatura normală a coeficientului de descompunere a compușilor organici este de 3 ori mai mare în condiții aerobe față de condițiile anaerobe.

Chiar dacă apele uzate sunt saturate cu oxigen la intrarea în stația de epurare, consumul acestuia de bacterii este atât de mare încât oxigenul este consumat în câteva ore. În procesele biologice oxigenul este furnizat mereu în exces față de necesar.

Încărcarea organică și hidraulicăÎncărcarea organică este cel mai adecvat criteriu pentru domensionarea instalațiilor

de epurarea biologică; se bazează pe cantitatea de compuși organici biodegradabili exprimați prin CBO5 [kg CBO/m3 volum].

Necesarul minim de compuși biodegradabili și nutrienți pentru a avea loc epurarea biologică, este de: - CBO5: N:P=150:5:1 (ape uzate);

- CBO5:N:P=90:5:1 (nămoluri);Încărcarea hidraulică se exprimă ca [m3 ape uzate/m3 volum bazin].Ipotezele considerate în proiect pentru treapta biologică sunt:

1. bazinul de nămol activ este asimilat ca un bazin de amestecare perfectă în care se consideră că în orice punct de bazin concentrația substratului, cât și a nămolului activ este egală cu cea la ieșirea din bazin;2. epurarea biologică se realizează în ansamblul format din bazinul de nămol activ și decantorul secundar;3. procesul biologic de degradare a materiei organice care are loc numai în bazinul de nămol activ, în decantorul secundar se realizează separarea flocoanelor biologice de apa epurată și recircularea unei părți a nămolului activ în bazinul de nămol activ.4. în decantorul secundar, nămolul activ trebuie menținut în stare proaspătă prin evacuarea excesului și recircularea unei părți de nămol activ în bazinul de nămol activ în conformitate cu raportul de recirculare.5. principalele caracteristici ale nămolului activ ce sunt avute în vedere în proiect în treapta biologică sunt:

indicele volumetric a nămolului IVN; încărcarea organică a nămolului ION; materiile totale în suspensie MTS;

5.3.1 Bazinul cu nămol activ

44


Epurarea biologică cu nămol activ a apelor uzate în bazine de epurare constituie, în prezent, procedeul cel mai utilizat în stațiile de epurare ale marilor centre urbane. Această extindere a procedeului este justificată de următoarele avantaje, în comparație cu filtrele biologice: realizarea unei eficiențe de epurare mai ridicate, atât iarna, cât și vara, sunt lipsite de mirosul neplăcut și de prezența muștelor Psychoda, suprafețele specifice sunt mai reduse, permite o mai ușoară adaptare a procesului tehnologic din stația de epurare la modificări de durată ale caracteristicilor apelor uzate.

Marele inconvenient al acestui procedeu este de ordine energetic, pentru că necesită un consum specific de energie mai ridicat, această energie fiind absorbită de utilajele care furnizează oxigenul necesar proceselor aerobe. În această direcție privind neajunsurile bazinelor de aerare cu nămol activ, se poate menționa și aspectul legat de complexitatea exploatării, la care se adaugă sensibilitatea sporită a procesului la variațiile caracteristicilor fizică-chimice ale apelor uzate.

Din punct de vedere constructiv, un bazin de aerare se prezintă sub forma unui bazin rectangular din beton armat, unde epurarea biologică are loc în prezența unui amestec de nămol activ și apă uzată. Pentru asigurarea unui contact intim și continuu a celor doi componenți ai amestecului, se impune o agitare permanentă a acestora cu ajutorul aerului care asigură în același timp, și oxigenul necesar coloniilor de microorganisme aerobe existente în compoziția de nămol activ, sub formă de flocoane. În afară de agitarea și aerarea amestecului, în bazin se urmărește a se menține o concentrație cvasiconstantă a nămolului activ, ca urmare recirculării unei anumite părți din nămolul sedimentat în decantorul secundar.

Pentru determinarea eficienței proceselor de epurare biologică în bazinele de aerare, trebuie cunoscută cinetica proceselor care au loc (cinetica biologică este o știință relativ nouă care nu este încă pe deplin elaborată). Cinetica reacțiilor se referă la studiul dinamicii proceselor în organismele vii, începând cu celula individuală și sfârșind cu interacțiunile populațiilor de organisme complexe.

În bazinul cu nămol activ cinetica reacțiilor se referă la cinetica consumării substratului sau a producerii produsului de biosinteză.

Modelarea matematică a proceselor de creștere ale populațiilor de celule este cunoscută sub diferite forme, dintre care cea mai utilizată este reacția propusă de Monod (1942), care exprimă legătura ce există între viteza de creștere specifică (constanta vitezei de creștere bacteriană) și concentrația substratului. În calculele estimative, viteza de creștere a materialului celular se consideră, k=0,5÷0,75 [grame material celular/grame CBO5 eliminate].

Pentru apele uzate concentrații mari în CBO5, viteza reducerii materiilor organice raportată la unitatea celulară va rămâne constantă până la o anumită limită de concentrație a substratului după care, pentru valori ale acestuia mai reduse, viteza variază numai în funcție de concentrația materiilor organice și va fi descrescătoare.

Apele uzate intră în bazinul de nămol activ apoi intră în decantorul secundar de unde o parte din nămol este eliminat în exces sau este recirculat.

Dimenionarea BNA1. Concentrația de CBO5 la intrarea în bazin= CBO5 din decantorul primar

CCBO5=90,16 (mgO2/l)2. Debitul de calcul al instalației de epurare biologică

45


QC=Qzi,max=0,285 m3/s3. Eficiența epurării biologice

4. Încărcarea organică a BNA

K=5 (coeficient influențat de temperatură)K T°C5 10-206 20-307 30-40

[kg CBO5/m*zi]

5. Încărcarea organică în nămol activ

(kg CBO5/kg NA zi)CN-concentrația nămolului;

6. Volumul bazinului cu nămol activ

m3

7. Calculul debitului de nămol activ recirculat

r- raportul de recirculare

IVN= 130÷140 cm3/G (indicele volumic al nămolului; volumul nămolului pe care îl ocupă nămolul activ după o sedimentare de 30 min, iar pentru un nămol de calitate acest indiceare valori între 50 și 200 cm3/g).CN- concentrația nămolului activ

CR=8 kg/m3; (concentrația nămolului recirculat)

46


8. Timpul deaerarea). fără recirculare nămol

b). cu recirculare nămol

9. Calculul debitului de nămol în exces

LSB= cantitatea de CBO5 ce urmează a fi prelucrată biologic; (kg/zi).

(kg/zi).

10. Calculul necesarului de oxygen

a= 0,5 (kg O2/kg CBO5 consumat)[kg/zi]; (cantitatea de CBO5

adusă de apa uzată).b=0,15÷0,17 b=0,15 [kg O2/kg CBO5*zi]; (cantitatea de O2 consumată de

microorganismele din BNA timp de o zi).

[kg/zi]; (cantitatea totală de nămol activ din BNA

exprimată prin fracția volatilă).

c,=3,4 [kg O2/kg CBO5]; (coeficientul respirației substratului ăn procesele de nitrificare).CNi/CNf=2,75/0,41 [mg/l]; (concentrația azotului total la intrare, respectiv ieșire din BNA).

[kgO2/zi]

11. Capacitatea de oxigenare

[kg/zi]

Co=1000; (necesarul de O2 în treapta biologică).α=0,9; (raportul de eficiență al transferului de O2 în apa epurată).COS=11,3 [mg/l]; (concentrația la saturație a O2 în condiții standard).CSA=7,4 [mg/l] la t=20°C; (concentrația la saturație a O2 în amestec apă uzata+ nămol activ).CB=1,5÷2 [mg/l] CB=1,75 [mg/l]; (concentrația efectivăa O2 în amestec apă uzată+ nămol activ).

47


(coeficientul de transfer a O2 în apa uzată și la temperatura de lucru=20°C).

P=760 mmHg.

[kg/zi];

12. Dimensionarea sistemului de aerare pneumatic- Dimensionarea bulelor de aer: -fine (<0,3 mm)

- mijlocii (0,3÷3 mm)- mari (>3 mm)

- Se calculează capacitatea de oxigenare orară:

[kg/zi];

- Debitul de aer necesar pentru aerarea BNA:

[m3/h];

- Calculul suprafeței plăcilor poroase:

[m2];

Iaer=1 [m3/m2*min] * 60= 60 [m3/m2*h]; (intensitatea aerării).

13. Dimensionarea BNA:- Înălțimea bazinului: [m];

HS=25 cm; (ănplțimea de siguranță).- Lățimea bazinului: - Lungimea bazinului:

5.3.2 Decantorul secundar

Particularitatea regimului de functionare a decantorului consta in aceea ca viteza de circulatie a apelor variaza de la o valoare maxima in centrul decantorului pna la o viteza minima in dreptul jgheabului colector.

Din punct de vedere constructiv, decantoarele radiale se prezinta sub forma unor bazine de beton avand forma circulara in plan, in care apa uzata intra prin conducte (intrarea pe la partea inferioara) sau prin canale (intrarea pe la partea superioara).

In decantoarele secundare se retine membrana biologica sau flocoanele de namol activ evacuate odata cu efluientul din filtrele biologice, respectiv din bazinele de aerare. Rezulta ca decantorul secundar constituie o parte componenta de baza a treptei de epurare biologica.

Decantoarele secundare frecvent folosite, sunt de tip longitudinal si radial, echipate cu dispozitive adecvate pentru colectarea si evacuarea namolului in mod continuu sau cu intermitenta, intervalul de timp dintre doua evacuari de namol sa nu fie mai mare de 4 ore. Avand in vedere ca acest namol prezinta un continut mare de apa,

48

Se adoptă dispersia cu bule fine și plăci poriase.

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediuluievacuarea lui se face prin sifonare, sau prin pompare podul raclor este echipat cu conducte de suctiune care dirijeaza namolul spre o rigola pentru evacuarea lui in exterior.

Alegerea tipului de decantor,a numarului si marimea decantoarelor se face pe considerente tehnice- economice, cu respectarea prevederilor din STAS 4162/2- 89 „decantoare secundare”.

Decantorul secundar radialParticularitatea regimului de functionare a decantorului consta in aceea ca viteza

de circulatie a apelor de le o valoare maxima in centrul decantorului pana la o valoare minima in dreptul jgheabului periferic colector.

Din punctul de vedere constructiv, decantoarele radiale se prezinta sub forma unor bazine de beton avand forma circulara in plan, in care apa uzata intra prin conducte (intrarea pe la partea inferioara) sau prin canale (intrarea pe la partea superioara).

5.4 Tratarea nămolurilorEpurarea apelor uzate, în vederea evacuării în receptorii naturali sau recircularea

lor, conduce la reținerea și formarea unor cantități importante de nămolur ce înglobează atât materiile poluante din apele brutw, cât și cele formate în procesele de epurare. O statie de epurare poate fi considerata eficienta nu numai daca efluectul se incadreaza in limitele impuse de calitatea receptorului, ci si daca namolurile rezultate au fost tratate eficient de bine in vederea valorificarii lor finale, fara a afecta calitatea factorilor de mediu din zona respectiva.

La baza tuturor procedeelor de tratare a namolurilor stau doua procese tehnologice si anume: stabilizarea prin fermentare (anaeroba sau aeroba) si eliminarea apei din namol (deshidratarea).

Procedeele de prelucrarea conduc la obtinerea urmatoarelor tipuri de namoluri:- namol stabilizat (aerob sau anaerob);- namol deshidratat (natural sau artificial);- namol igienizat (prin pasteurizare, tratare chimica sau compostare);- namol fixat, rezultat prin solidificare in scopul imobilizarii compusilor

toxici;- cenusa, rezultata din incinerarea namolurilor.

Prin fermentare anaeroba are loc o mineralizare a substantelor organice inofensive fata de mediu, la care se adauga si gaz de fermentatie care este un gaz combustibil usor de valorificat. La statiile mici de epurare, se recomanda inlocuirea fermentarii anaerobe cu fermentarea aeroba, cu respectarea anumitor conditii tehnice.

Formarea si caracteristicile namolurilor.Principalele tipuri de namol ce se formeaza in procesele de epurare a apelor uzate

sunt: - namol primar rezultat din treapta mecanica de epurare;- - namol secundar, rezultat din treapa de epurare biologica (namol activ recirculat,

namol activ in exces, pelicula biologica);- - namol de precipitare, rezultat din epurarea fizico-chimica a apei uzate prin adaos de

agenti de neutralizare, precipitare, coagulare-floculare.

In functie de compozitia chimica, namolurile pot fi:

49


- namoluri cu compozitie predominant anorganica, care contin peste 50% substante minerale ( in substanta uscata);

- namoluri cu compozitie predominant organica, care contin peste 50% substante volatile (in substanta uscata).

Prin fermentare anaeroba se intelege procesul de dragadare biologica a substantelor organice, avand la baza activitatea bacteriilor metalice. In urma acestui proces are loc o reducere de volum a namolului, ca urmare a bioconversiei substantelor organice in gaze si apa.

5.5. Fise tehnice

Fisa tehnica nr. 1Denumire utilaj: decantor primar.Domeniul de utilizare: este utilizat in epurarea apelor uzate, inainte ca acestea sa

treaca in treapta de epurare biologica; acesta retine particulele floculante, nateriile solide in suspensie. Cel mai des folosit este decantorul orizontal (existand si decantoare verticale sau o alta varianta a celor orizontale mai sunt si decantoarele radiale).

Descriere: decantorul primar este prevazut cu doua coompartimente cu dispozitive de separare, un canal de ocolire, camere de repartitie asezate in fata decantorului dotate cu stavile si orificii cu ajutorul carora se regleaza debitul si nivelurile de apa in fiecare compartiment.

Functionare: pentru a asigura o buna functionare a decantoarelor si o eficienta ridicata in ceea ce priveste retinerea suspensiilor din apa, trebuie ca accesul si evacuarea apei sa se faca cat mai uniform. Distributia apei prin dispersia firelor de curent in decantoare trebuie realizata pe toata inaltimea utila, precum si pe toata latimea ori perimetrul distribuitorului. Pentru a asigura o evacuare cat mai uniforma, trebuie ca rigolele si deversoarele sa fie perfect orizontale.

Dimensiuni: - lunigime: L=- latime: B=- inaltime: H=- numar de compartimente: n=

Fisa tehnica nr. 2Denumire utilaj: decantor secundarDomeniul de utilizare: acesta retine membrana biologica evacuata odata cu

efluentul din bazinul de namol activ.Descriere: din punct de vedere constructiv, decantoarele secundare frecvent utilizate

sunt de tip longitudinal si radial, echipate cu dispozitive adecvate pentru colectarea namolului.

Decantorul secundar proiectat este de tip radial, caracterizat prin forma circulara in plan si prin directia de curgere a apei.

Functionare: decatorul este echipat cu dispozitive adecvate pentru colectarea si evacuarea namolului in mod continuu sau cu intermitenta, cu conditia ca intervalul de timp dintre doua evacuari de namol sa nu fie mai mare de 4 ore.

50


Evacuarea namoluli se face prin sifonare sau pompare podul raclor este echipat cu conducte de sectiun, care dirijeaza namolul spre o rigola pentru evacuarea lui in exterior.

Dimensiuni:- diametrul=- inaltimea de apa: H=- volumul decantorului: V=- suprafata utila a decantorului:- volumul de namol: - retinerea solidelor in decantorul secundar:- inarcarea superficiala cu materii solide:

Fisa tehnica nr. 3Denumire utilaj: gratarDomaniul de utilizare: gratarul retine solidele mari din apa uzata care este

introdusa in statia de epurare.Descriere: gratarele sunt alcatuite din bare metalice. Dupa distanta dintre bare se

deosebesc gratare rare si gratare dese.Distanta dintre bare este variabila: pentru gratare rare se recomanda distante

cuprinse intre 2.5 si 5 cm ( chiar 8-10 cm); pentru gratarele dese deschiderea dintre bare variaza intre 1.5 si 2.5 cm. Distanta dintre barele gratarelor asezate in fata statiilor de pompare a apelor uzate brute variata intre 5-15 cm. Gratarele pot avea forme plane sau curbe. Grosimea barelor variaza intre 0.8-1.3 cm.

Inclinarea gratarelor fata de orizontala depinde de obicei de modul lor de curatare: gratarele curatite manual au inclinarea de 30-75 de grade; cele curatite mecanic au inclinarea de 45-90 grade. In prezent exista tendinta de a adopta gratarele cu curatire manuala cu inclinari de 30 grade cu mazim de 45 grade.

Functionare: exploatarea gratarelor consta in curatirea la timp a depunerilor, respectiv supravegherea si intretinerea mecanismelor in cazul gratarelor cu curatire mecanica.

Dimensiuni: - latimea barelor: s=- coeficientul de formare a barelor: β=- distanta dintre bare: b=- unghiul de inclinare: θ=- numarul de bare: n=

Cap. 6. Constructii si instalatii prevazute in cadrul statiei de epurare.

Cladirile importanta din statie necesare in principal exploatarii sunt: casa pompelor, camera venelor la bazinele de fermentare a namolului, constructii care adapostesc utilaje pentru filtrarea sau tratarea namolurilor, etc.

O statie de pompare din cadrul unei statii de epurare poate satisface cerintele: pentru admisia apei brute in statia de epurare, in vederea creierii unei diferente de nivel necesara procesului tehnologic pentru evacuarea apei epurate in emisar, atunci cand relieful nu asigura evacuarea gravitationala a acestei ape, pentru pomparea namolului din decantoarele primare la metantancuri, pentru namolul activat de recirculare sau in exces, pentru procesele de conditionare a namolului, etc.

51


Este necesara o instalatie pentru introducerea si producerea artificiala a aerului, care in cazul nostru este realizat cu ajutorul unui compresor. Avem si un schimbator de caldura care sa creasca temperatura in bazinul de fermentatie a namolului pentru a produce fermentarea namolului colectat din decantorul primar.

Statia de peurarea dispune si de o platforma pentru depozitatrea namolului care se fac cu sau fara stat drenat. Dranajul artificial se executa din zgura, piatra sparta, sau pitris peste care se aseaza nisip sau pietris fin. Transportul namolului se face prin tuburi de azbociment.

In anumite puncte ale statiei de epurare se instaleaza aparate de masura a debitelor, presiunii, temperaturii si vitezelor. Buna functionarea a paratelor de masurare a debitelor consta in calitatea lor de a nu orpi sau provoca depunerea nisipului sau a namolului, conditie indeplinita de canalele de strangulare care pot fi inregistrate si cu aparate de inregistrare continua a debitelor, actionate de flotoare sau dispozitive intr-un camin lateral canalului.

1. Constructii si instalatii legate direct de procesul tehnologic de epurare a apelor uzate

Procesul de coagulare a suspensiilor din apa cuprinde 3 operatii distincte: prepararea si dozarea ; amestecul; reactia propriu-zisa.In prima etapa a procesului de coagulare -prepararea si dozarea coagulantilor-coagulantii sunt furnizati sub forma lichida sau solida.Uneori,sunt livrati sub forma de bulgari sau placi,este necesara transformarea lor in stare lichida sau solida.In acest scop se folosesc vase ,butoie,confectionate din materiale rezistente la coroziune,in care prepara solutii de coagulant cu concentratii cunoscute.Dozarea coagulantilor,care are ca scop trimiterea unor cantitati bine dozate de coagulant in apa uzata,sse poate face pe cale:uscata,folosind aparate de dozare;umeda,folosind pompe dozatoare.Transportul coagulantilor,de la magazie pana la instalatiile de dozare se poate face:-manual,pentru cantitati mici;-mecanic,pentru cantitati mari folosind:-benzi transportoare sau tuburi pneumatice,pentru coagulanti in pubele sau granule -conducte,care trebuie sa reziste la coroziune.Bazinele pentru amestec sunt de mai multe tipuri:-cu amestec gravitational,in care miscare apei se face printr-o serie de pereti inclinati sau perpendiculari pe directia de curgere a apei;-cu amestec pneumatic,in care aerul sub presiune este raspandit pe radierul bazinului,prin tuburi gaurite sau placi poroase;-cu amestec mecanic,in care amestecul este realizat de agitatoare mecanice cu palete.Reactia sau flocularea,realizata in bazine de reactieare scopul de a forma flocoane,care aglomereaza substantelle fine si coloidale,acestea se depun in decantoare.Flocularea se poate realiza in bazine:-de tip gravitational,sub forma unor camere cu pereti in sicana,perpendicular pe directia de curgere a apei,cu miscarea apei pe verticala sau pe orizontala;-de tip pneumatic,care folosesc pentru amestecul apei,palete cu ax vertical sau orizontal.

52

Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi", Iaşi,Facultatea de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului, Specializarea Ingineria Mediului-de tip pneumatic,care folosesc distributia aerului,placi poroase,sau tuburi gaurite,asezate pe radierul bazinului,de obicei langa un perete al bazinului,pentru a a produce un curent in spirala.Constructiile si instalatiile in care se realizeaza procele biochimice de epurare biologica alcatuiesc treapta secundara a statiei de epurare,avand drept scop final retinerea materiilor solide dizolvate si acelor organice (biodegradabile).Namolul produs in treapta biologica este retinut prin decantare,in decantoarele secundare.

2.Constructii si instalatii ,anexe ale statiei de epurare

Constructii si instalatii pentru tratarea namolurilor

Constructiile aferente fermentarii anaerobe a namolului,se pot diferentia din mai multe puncte de vedere.Astefel,dupa pozitia spatiului de fermentare fata de apa uzata deosebim:-comune cu apa uzata:-fose septice -decantoare cu etaj -iazuri de namol-separate de apa uzata:-rezervoare -bazine de fermentareFosele septice sunt constructii in care intr-un singur volum se produce simultan atat decantarea apei cat si fermentarea namolului rezultat din sedimentare.Efluientul poate fi evacuat in bazine de infiltratie existente in apropiere sau se poate vidanja cu ajutorul unor utilaje speciale si se transporta la cea mai apropiata staie de epurare.Namolul se evacueaza odata sau de doua ori pe an.Dupa fiecare evacuare se lasa in bazin o cantitate de namol”copt” ,adica un namol ce contine bacterii metanice necesare pentru fermentarea namolului proaspat ce urmeaza a fi mineralizat.

Cap. 7. Bibliografie

1. Mihai Dima, „Canalizari. Epurarea apelor uzate”, vol. II, Ed. Rotaprint,19982. Mihai Dima, „Proiectarea statiilor de epurare”, Ed. Rotaprint,19813. M. Neculescu, „Epurarea apelor uzate municipale”, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1978;4. Teodosiu Carmen, Suport curs „ Tehnologii, instalatii si echipamente pentru

epurarea apei”, Ed. Tehnica”,20005. Macoveanu Matei, Teodosiu Carmen,Duca Ghe., „Epurarea avansata a apelor

uzate continand compusi organici nebiodegradabili”, Ed. Gh. Asachi, Iasi,1987.

53


Schema Tehnologica

54

proiect tbe

Documents