Descrierea instalatiei tehnologice si a procesului tehnologic din statia de epurare

Descrierea instalatiei tehnologice si a procesului tehnologic din statia de epurare

1. Introducere

Proveniența apelor uzate

Apele uzate provin din incarcarea apei din natura cu materiale si substante care ii modifica indicatorii de calitate, o polueaza.

Apa se incarca cu materii poluante, devenind uzata prin utilizarea ei de catre om, in cele mai diverse scopuri practice si prin contactul apelor meteorice (ploaie, zapada) cu produse ale activitatii umane, care se gasesc in aer si pe sol.

In primul caz, intrucat domeniile de folosire a apei imbraca cele mai diverse forme (apa potabila, alimentarea cu apa a industriei, alimentarea cu apa a agriculturii, piscicultura, scopuri urbanistice si de agrement), posibilitatile de poluare a acesteia sunt foarte mari.

Cantitatile cele mai mari de ape uzate provin din unitatile industriale. Astfel, pentru obtinerea unei tone de hartie rezulta circa 100-200 m³ ape uzate; pentru o tona de cauciuc, 150 m³; pentru prelucrarea unei tone de fructe rezulta circa 10-20 m³ apa uzata. Dar si apa uzata care provine din consumul casnic (apa menajera) este in cantitate destul de mare. Astfel, s-a inregistrat pentru un cartier neindustrializat din Bucuresti, un debit de consum de circa 0,35 m³/locuitor-zi.

In al doilea caz, apele meterorice dizolva in timpul ploii diverse gaze toxice din aer (oxizi de sulf, azot, amoniac etc.) sau se incarca cu pulberi ce contin oxizi metalici, gudroane sau alte substante. Apele de ploaie sau cele rezultate din topirea zapezilor se pot impurifica in timpul siroirii lor la suprafata solului, ca urmare a contactului cu diversele produse ale activitatii umane (deseuri menajere, industriale, ingrasaminte, pesticide etc.).

Influența asupra mediului inconjurator

Intre apele uzate si mediul inconjurator in care acestea sunt deversate se stabileste o relatie bilaterala; prin impuritatile pe care le contin, apele uzate actioneaza asupra mediului inconjurator, de cele mai multe ori in sens negativ, iar acesta, la randul sau, contribuie la inlaturarea poluantilor din apa (autoepurare).

Receptorii folositi in mod obisnuit pentru evacuarea apelor uzate colectate prin retele de canalizare sunt cursurile de apa de suprafata, lacurile sau marea (pentru activitatile de pe litoral) si, mai rar - straiele permeabile subterane adanci si solul pentru irigatii si infiltratii.

Apele de suprafata sunt supuse unei impurificari proprii (autogene), provenite prin descompunerea plantelor si animalelor moarte existente sau aduse in mod natural, precum si impurificarii datorita apelor uzate.

Epurarea apelor uzate reprezinta ansamblul de masuri si procedee prin care impuritatile de natura chimica (minerala si organica) sau bacteriologica continute in apele uzate sunt reduse sub anumite limite, astfel incat aceste ape sa nu mai dauneze receptorului in care se evacueaza si sa nu mai pericliteze folosirea apelor acestuia.

Procesele de epurare sunt, in mare masura, asemanatoare cu cele care au loc in timpul autoepurarii, numai ca sunt dirijate de catre om si se desfasoara cu o viteza mult mai mare. Instalatiile de epurare sunt realizate tocmai in scopul intensificarii si favorizarii proceselor care se desfasoara in decursul autoepurarii.

Procesele de epurare sunt de natura fizico-chimica, chimica si biologica, in urma aplicarii acestor procese rezulta ca principale produse: apele epurate (efluentul epurat) - care sunt evacuate in receptor sau pot fi valorificate in irigatii sau alte folosinte -; namoluri - care sunt indepartate om statie si valorificate.

Epurarea apelor uzate cuprinde, deci, urmatoarele doua mari grupe de operatii succesive:

retinerea si/sau transformarea substantelor nocive in produsi nenocivi,

prelucrarea substantelor rezultate sub diverse forme (namoluri, emulsii, spume etc.) din prima operatie.

Procedeele de epurare a apelor uzate, denumite dupa procesele pe care se bazeaza, sunt:

procedee mecanice - in care procesele de epurare sunt de natura fizica;

procedee chimice - in care procedeele de epurare sunt de natura fizico-chimica;

procedee biologice - in care procesele de epurare sunt atat de natura fizica cat si biochimica.

Valorificarea sau tratarea in continuare a produselor obtinute la epurare se face utilizand, in mare, aceleasi procedee mecanice, fizico-chimice si biologice, in acest sens, se poate da ca cel mai bun exemplu tratarea namolului provenit din statiile de epurare orasenesti, care se poate realiza prin: deshidratare, fermentare anaeroba, stabilizare aeroba, conditionare chimica, incinerare etc.

Stația de Epurare Constanța Sud se afla amplasata in limita de sud a orașului Constanța, in dreapta liniei CF București - Mangalia, la Km. 228 + 600 și in apropiere de poarta nr. 6 a portului Constanța.

Fig. 1 - Vedere din satelit a Stației de Epurare Constanța Sud (https://earth.google.com/)

Stația de Epurare Constanța Sud are rolul de a recepționa și epura apele menajere, industriale și parțial pluviale de pe cea mai mare parte a teritoriului orașului.

Debitul maxim de apa uzata ce intra in stație in condiții normale de exploatare este de Q = 3200l/s, dar pe timp de ploaie poate ajunge pana la 6400 l/s (2Q).

Teritoriul de pe care sunt colectate apele uzate cuprinde:

zona industriala a orașului;

Km. 4-5, Viile Noi și zona B-dul Aurel Vlaicu;

microsectorul E20 și bazinul de canalizare al SP Lapușneanu;

bazinul de canalizare al Spo.

Sistemul de canalizare este un sistem mixt fiind alcatuit din colectoare unitare (U2,U3,U6,U11) in zona industriala și de S-V a orașului, iar in zonele de locuit din Tomis Nord, Centru și Peninsula este alcatuit in sistem divizor.

Caracterul apelor uzate este preponderent menajer deoarece in ultimii ani a scazut mult activitatea industriala (inainte compoziția apelor uzate era de: 60% ape industriale și 40% ape menajere).

Schema tehnologica cuprinde urmatoarele obiective pe linia apei și linia namolului:

Linia apei:

camin deversor cu stavila

distribuitor

gratare rare și fine

deznisipator

separator de grasimi

decantoare primare

bazin de aerare cu namol activ

decantoare secundare

stație de pompare namol primar

stație de pompare namol activ și in exces

Linia namolului:

Evacuarea și tratarea namolului tezultat este asigurata prin gospodaria de namol a stației, compusa din urmatoarele obiective:

rezervor de namol in amestec (V = 1000 m³ )

rezervor de amestec namol ingroșat (V = 300 m³)

stația de pompare namol ingroșat

centrala termica

digestoarele de namol (metantancurile) in numar de 4 cu V = 4000 m³ fiecare

rezervoarele de biogaz (3) cu V = 1000 m³ fiecare

rezervoare de omogenizare namol fermentat (V = 2 x 500m³)

hala de condiționare chimica a namolului cu centrifugele de ingroșare (3 +1) și centrifugele de deshidratare namol (2)

stație de preparare polielectrolit pentru ingroșarea și deshidratarea namolului

halda temporara de depozitare namol deshidratat.

2 Treapta mecanica

Metodele de epurare mecanica asigura eliminarea din apele uzate a corpurilor mari vehiculate de acestea, a impuritatilor care se depun si a celor care plutesc sau pot fi aduse in stare de plutire. Metoda este larg folosita ca epurare prealabila sau ca epurare unica (finala), in functie de gradul de epurare necesar, dupa cum trebuie sa fie urmata sau nu de alte trepte de epurare.

1. Distribuitor cu stavile

Distribuitorul (Fig.2) este primul obiect al stației de epurare. Este asamblat la capatul terminus al colectorului de aport care face legatura intre caminul deversor și stația de epurare.

Acest obiect este dimensionat pentru un debit al stației de 9,6 m³/s și are rolul de a distribui uniform debitul total pe doua fire de distribuție ( FIR I și FIR II) pentru un debit de 3,2m³/s sau 6,4m³/s in timpul ploii.

Fiecare deschidere a distribuitorului este prevazuta cu cate o stavila. In timpul funcționarii, stavilele vor sta in poziție ridicata pentru a permite trecerea apei spre gratarele rare și pentru a se evita variația rapida a nivelului apei in canale.

Fig. 2 - Distribuitor cu stavile (foto Nanu Cerasela)

Ansamblu gratare

Pe fiecare linie in aval de distribuitor se afla cate un gratar plan rar. Gratarele rare (Fig. 3) sunt proiectate pentru a prelua o cantitate maxima de apa de aproximativ 2m³/s fiecare. Intervalul dintre barele gratarului este de 25 mm, ceea ce inseamna ca orice este mai mare decat diametrul lui nu va trece de gratar. Aceasta materie se va acumula in fața gratarului pana cand diferența dintre nivelele apei de dinaintea și dupa gratar este de aproximativ 30-75 mm. Apoi grebla pornește automat și curața barele. Materia greblata cade intr-un transportor elicoidal și este presata și transportata intr-un container mobil cu o capacitate de aproximativ 3-4 m³.

Fig. 3 - Gratar rar (foto Nanu Cerasela)

In aval de gratarele rare se afla cate doua gratare fine plane (Fig. 4). Gratarele fine sunt proiectate pentru a prelua o cantitate maxima de apa de aproximativ 1 m³/s fiecare. Intervalul dintre bare este de 10 mm, iar principiul de lucru este același ca la gratarele rare.

Gratarele retin corpurile grosiere plutitoare aflate in suspensie in apele uzate (carpe, hartii, cutii, fibre, etc.). Materialele retinute pe gratare sunt evacuate ca atare, pentru a fi depozitate in gropi sau incinerate. In unele cazuri pot fi maruntite prin taiere la dimensiunea de 0, 5-1, 5 mm in dezintegratoare mecanice. Dezintegratoarele se instaleaza direct in canalul de acces al apelor uzate brute, in asa fel incat suspesiile dezintegrate pot trece prin gratare si pot fi evacuate in acelasi timp cu corpurile retinute.

Fig. 4 - Gratare fine (foto Nanu Cerasela)

Dupa marimea gratarelor si gradul de mecanizare adoptat pentru statia de epurare, retinerile de pe gratare pot fi transportate mecanic, hidraulic sau manual, sortate in vederea recuperarii materialelor feroase, faramitate si reintroduse in apa, respectiv compostate, incinerate sau ingropate.

Taierea si faramitarea materialelor retinute pe gratare se poate efectua cu instalatii asezate in curentul apei sau in afara sa. Instalatiile montate in curentul apei prezinta avantaje de ordin igienic-sanitar.

3. Deznisipatoare

Deznisipatoarele (Fig.5) trebuie sa retina prin sedimentare particulele mai mari in diametru de 0, 2 mm si in acelasi timp, trebuie sa se evite depunerea materialelor organice, pentru a nu se produce fermentarea lor.

Fig. 5 - Deznisipator (foto Nanu Cerasela)

^{Cele patru canale ale fiecarei linii sunt echipate cu o pompa submersibila fiecare, care este montata sub podul deznisipator cu acționare automata. Pompele sunt proiectate pentru a transporta particulele intr-un rezervor de liniștire, in vreme ce apa revine in canal. Un transportor elicoidal depune solidele intr-un container la fiecare capat al deznisipatorului.}

Dupa directia principala a curentului de curgere, deznisipatoarele pot fi orizontale - in cele mai dese cazuri - sau verticale.

"Deznisipatoarele orizontale constau - de obicei - din doua sau mai multe canale inguste si relativ putin adanci, in care apa circula cu viteza medie de circa 0,30 m/s (0,20-0,40 m/s), avand timpul de stationare de 0,5-1 min.

Deznisipatoarele verticale sunt cilindrice, apa miscandu-se de jos in sus cu o viteza de circa 0,02-0,05 m/s, depunerile adunandu-se jos, intr-o basa tron-conica.

Cantitatile de nisip retinute in deznisipatoare sunt foarte variabile, fiind in functie de tipul canalizarii, gradul de acoperire al suprafetelor, tipul imbraca-mintilor rutiere, gradul de urbanizare etc. Literatura indica cifre intre 0,0037 si 0,075 m³ nisip /1000 m³ apa pentru canalizarea in sistem unitar si intre 0,0057 si 0,036 m³ nisip /1000 m³ apa pentru sistemul divizor. Normativul romanesc pentru proiectare indica 0,21/om si zi la o greutate volumetrica a nisipului de 1,5 t/m³." (Dr. Ing. Theodor Ognean).

Deznisipatoarele sunt indispensabile unei statii de epurare, in conditiile in care exista un sistem de canalizare unitar, deoarece nisipul este adus in special de apele de ploaie. Nisipul nu trebuie sa ajunga in treptele avansate ale statiei de epurare, pentru a nu aparea inconveniente cum ar fi:

- deteriorarea instalatiilor de pompare;

- dificultati in functionarea decantoarelor;

- reducerea capacitatii utile a rezervoarelor de fermentare a namolurilor si stanjenirea circulatiei namolurilor.

4. Separatorul de grasimi (fig.6) pentru fiecare linie consta in principal din doua bazine aeratoare, cu scopul de a permite grasimii și altor materiale, sa pluteasca. Odata ce o cantitate suficienta de material plutitor se acumuleaza in bazin, el poate fi trimis in puțul colector de grasimi prin creșterea nivelului de apa. De aceea, panourile de control al circulației trebuiesc inchise incet, pana cand apare o mica circulație pentru lamelele crestate. Puțul colector poate fi golit cu ajutorul a doua pompe submersibile, prevazute, intr-un camion. Apa din puțul colector poate fi pompata inapoi, manual, in intrarea deznisipatorului.

Fig. 6 - Separator de grasimi ( foto Nanu Cerasela)

Procedeele de retinere sunt in functie de natura grasimilor, respectiv:

- grasimi libere, care au tendinta de a se ridica la suprafata apei;

-grasimi sau sapunuri, aflate in dispersie coloidala sau sub forma de emulsii, care in mod normal nu au tendinta de a se ridica la suprafata;

-gudroane care au tendinta de a se depune.

Pentru grasimile din prima grupa, procedeul se bazeaza pe micsorarea vitezei de curgere a apei, grasimile separandu-se la suprafata, intr-un spatiu amenajat in acest scop. Bazinele sunt, in general, de forma dreptunghiulara. Evacuarea grasimilor se face manual, iar apa iese prin sifonare.

Pentru grasimile din grupa a doua, bazinele sunt formate din trei compartimente, in bazinul central se face insuflarea cu aer si separarea grasimilor, care sunt dirijate spre un jgheab colector. Apa se evacueaza in compartimentele laterale (fig. 7).

Fig. 7 Separator de grasimi (V.Rojanschi, 1997)

Principalii parametri de proiectare pentru separatoarele de grasimi sunt:

timpul de stationare: 5-10 min;

cantitatea de aer: 0,2-0,8 m³ aer/m³ apa;

adancimea apei: 1,20-2,75 m.

Un dispozitiv interesant pentru separarea grasimilor este acela care combina insuflarea de aer cu vacuumul intretinut la suprafata apei printr-o pompa de vacuum, in acest scop se foloseste un bazin acoperit etans. Apa care trebuie epurata se preaereaza si se introduce la semiinaltimea bazinului. Bulele de aer care se formeaza se ridica la suprafata, antrenand cu ele materiile flotante si cele decantabile usor. Stratul de spuma care se formeaza este colectat de o lama care il conduce spre gura de evacuare. Materiile decantabile se depun pe fund, de unde sunt raclate si evacuate pe la fundul bazinului.

Uleiurile, grasimile si alte substante mai usoare decat apa se indeparteaza in separatoarele de grasimi, ca urmare a fenomenului de flotare. Pentru o buna exploatare si intretinere a acestor obiecte din statiile de epurare se aplica urmatoarele operatii:

se indeparteaza continuu materialele colectate la suprafata lichidului in separator (spuma);

se verifica permanent daca dispozitivele de colectare si evacuare nu antreneaza si cantitati mari de apa;

se curata zilnic cu ajutorul jetului de apa si al periei toate partile accesibile ale separatorului si, in special, dispozitivele de colectare a spumei;

se supravegheaza instalatia de distributie a aerului in scopul obtinerii unei distributii cat mai bune a acestuia;

se supravegheaza instalatia de adaos de clor gazos si se verifica daca se introduc cantitatile in conformitate cu proiectul;

se scoate din circuit din timp in timp separatorul pentru curatirea si spalarea peretilor, radierului;

se urmareste, in mod special iarna, mentinerea in perfecta stare de curatenie a muchiilor deversoare si a jgheaburilor de colectare a grasimilor.

5. Decantoare primare

Ultimul pas al tratarii mecanice sunt decantoarele primare (fig.8), unde materia organica suspendata este așezata sau plutește, depinzand de greutatea sa specifica. Prin aceasta aproape 25% din influentul BODS și aproape 50% din conținutul TSS pot fi eliminate. Bazinele sunt echipate cu poduri racloare care muta namolul dezvoltat in conductele de descarcare namol aferente in centrul bazinelor. Conductele de descarcare namol sunt fiecare echipate cu vane cu motor electric pentru a putea face posibila scoaterea independenta a namolului. Prin deschiderea vanelor, namolul este oprit sa pluteasca in interiorul caminului de namol din locul de unde poate fi trimis pe linia namolului.

Fig.8 - Decantor primar (foto Nanu Cerasela)

Calitatea namolului scos este masurata de traducatoarele de turbiditate. Scoaterea namolului primar poate fi integral controlata prin sistemul SCADA plasat in interiorul cladirii administrative.

Dupa directia de curgere a apei, decantoarele se impart in: orizontale si verticale.

Dupa locul pe care il ocupa in schema de epurare, acestea se impart in: primare (inaintea treptei biologice) si secundare (dupa treapta biologica).

Dupa forma in plan_, decantoarele pot fi: dreptunghiulare (mai rar patrate) si circulare.

In mod uzual, la noi au capatat denumirea de "decantoare orizontale' decantoarele cu circulatie orizontala a apei si avand forma dreptunghiulara; de asemenea, se denumesc "decantoare radiale' decantoarele cu circulatie orizontala a apei, dar avand forma circulara.

Din punct de vedere al prelucrarii namolului retinut in decantoare, acestea se pot imparti in decantoare fara spatiu de fermentare (fermentarea se face in constructii separate), sau decantoare cu etaj (Imhoff sau Emscher), care cuprind si spatiile de fermentare.

Decantoarele orizontale. Sunt bazine dreptunghiulare, in care apa circula cu o viteza medie orizontala de 5-20 mm/s, avand si o componenta verticala de 0,05-0,5 mm/s, timpul de stationare variind intre 1,5 si 2 h.

Colectarea depunerilor la palnia din capul amonte se face de cateva ori pe zi, pentru a impiedica fermentarea lor, folosindu-se mijloace hidraulice sau me­canice.

Pentru echiparea decantoarelor orizontale (longitudinale) primare I.S.L.G.C. a proiectat (Proiect M 1285) raclorul DLP, in mai multe tipodimensiuni, in functie de latimea podului, care este cuprinsa intre 3 si 9 m. Astfel DLP-7 se refera la raclorul cu latimea de 7 m. Puterea de antrenare depinde de tipul raclorului si este cuprinsa intre 0,32 si 0,5 kW.

Decantoarele verticale. Sunt bazine cu sectiune circulara, mai rar patrata, in care apele circula de jos in sus cu o viteza ascensionala de circa 0,7 mm/s. Apa patrunde in decantor printr-un tub central, prevazut la partea inferioara cu un deflector pentru o repartitie cat mai uniforma si iese lateral la partea superioara peste un deversor circular.

Timpul obisnuit de stationare este de 1,5 h. Indepartarea depunerilor se face hidraulic, printr-un tub vertical pe baza diferentei de presiune de circa 1,5-2,0 m H₂O.

Decantoarele radiale. Sunt in prezent cele mai folosite pentru instalatiile mari. Sunt bazine cilindrice, cu adancimea apei de 3-4 m, care se dimensioneaza pe baza timpului de stationare (1,5-2 h) si a incarcarii superficiale (v. STAS 4162-82). Ele reprezinta un dispozitiv foarte rational, in care apa circula radial de la centru spre periferie, avand progresiv viteze din ce in ce mai mici; pe masura ce scad si dimensiunile particulelor care urmeaza a se depune .

Curatirea depunerilor se face printr-un pod raclor rulant, cu razuitoare de fund, care conduce namolul spre basa centrala, de unde este evacuat prin pompare. Miscarea podului este continua sau intermitenta. Mecanismul de comanda a raclorului poate fi central sau periferic.

Decantoarele verticale se folosesc in locul celor orizontale in terenuri cu nivel scazut al apelor subterane.

Decantoarele orizontale folosesc, in conditii optime, suprafata teritoriului statiei, dar adancimea relativ redusa impune suprafete mai mari construite. Deversorul are o lungime nu prea mare, ceea ce conduce, uneori, la antrenarea suspensiilor in efluent.

Decantoarele radiale prezinta numeroase avantaje, si anume:

constructia este economica datorita inaltimii relativ reduse, formei circulare si grosimii reduse a peretilor;

deversorul are o lungime mare;

circulatia apei e mult mai uniforma si utilizeaza intreaga suprafata a bazinului;

permite montarea mai ușoara unui dispozitiv de colectare a spumei, actionat de acelasi dispozitiv ca si raclorul.

Inconvenientul principal al decantoarelor radiale consta in forma circulara a bazinului, care conduce la suprafete de teren nefolosite in cadrul statiei, deoarece implica spatii moarte intre bazine.

Decantoarele verticale - fiind mai adanci ca celelalte decantoare - sunt dezavantajoase din punct de vedere constructiv, dar au avantajul unei exploatari mai facile (curatirea hidraulica).

Pentru corecta functionare si exploatare a decantoarelor, acestea trebuie echipate cu instalatii corespunzatoare pentru:

-distributia egala a debitului total intre bazinele de decantare admisia si distributia uniforma a circulatiei apei in decantor;

evacuarea uniforma a apei decantate;

colectarea si evacuarea continua a spumei de pe suprafata apei din decantor;

colectarea si evacuarea, preferabil continua, a namolului depus pe rundul decantorului;

golirea periodica si punerea la uscat a instalatiei pentru revizie si reparatii.

6. Retinerea suspensiilor prin sedimentare

Sedimentarea este procesul de separare din apele uzate a particulelor solide prin depunere gravitationala. Ca urmare a separarii prin sedimentare a suspensiilor, se formeaza doua straturi: unul limpede, lipsit de suspensii sau cu suspensii cat mai putine, numit si decantat (deasupra) si altul de suspensii ingrosate (dedesubt), numit, de multe ori, namol.

In epurarea apelor uzate, in anumite situatii, poate fi mai importanta fie functia de limpezire, fie cea de ingrosare. In raport cu aceasta, utilajul in care se realizeza sedimentarea se poate numi generic: clarificator (limpezitor), decantor sau ingrosator.

Prin sedimentare se indeparteaza atat suspensiile (particulele) de natura organica, cat si cele anorganice. Totodata, se pot separa si coloizii, daca in prealabil au fost tratati cu agenti coagulanti pentru destabilizare.

Procesul de separare prin sedimentare poate fi considerat ca se desfasoara in coformitate cu patru tipuri, numite: tip I, tip II, sedimentare in masa (franata) si tasare.

Sedimentarea tip L. Tipul I de sedimentare se refera la separarea particulelor ce nu se asociaza (floculeaza) si care se afla intr-o suspensie diluata, intrucat particulele in caderea lor libera prin fluid nu se grupeaza, sedimentarea se cheama si discreta. Fiecare particula are drumul sau propriu, nestanjenindu-si in deplasare vecinii, in aceste conditii, sedimentarea depinde numai de proprietatile fluidului si de caracteristicile particulelor. Sedimentarea materialelor grele inerte (cum sunt particulele de nisip) poate constitui un exemplu de astfel de sedimentare.

O particula discreta pusa intr-un lichid linistit, daca are greutatea specifica mai mare decat a acestuia, se va deplasa de sus in jos prin lichid, in timpul deplasarii, asupra ei actioneaza doua forte: una de greutate datorita atractiei gravitationale si alta de frecare, datorita miscarii ei prin lichid. La inceputul miscarii, particula va cadea accelerat, datorita greutatii, dar treptat, forta de greutate va fi echilibrata de forta de frecare, moment in care particula incepe sa cada cu viteza uniforma (fig. 9).

Fig. 9 - Forțele care acționeaza asupra particulei (V.Rojanschi, 1997)

Viteza de cadere a particulei depinde de proprietatile lichidului si de caracteristicile particulei. Astfel, ea este cu atat mai ridicata cu cat diferenta dintre densitatea particulei si a lichidului este mai mare si cu cat diametrul particulei creste. Cu cat fluidul are o vascozitate mai mare, particula cade mai greu, deci are o viteza de cadere mai mica.

Particulele discrete sedimenteaza cu viteza constanta, cu conditia ca temperatura apei sa nu se modifice. Cunoasterea acestei viteze este esentiala pentru construirea unui bazin de sedimentare (decantor).

Sedimentarea tip II. In situatia in care particulele din suspensie au tendinta sa se asocieze unele cu altele (sa floculeze) procesul de separare difera de cel discutat anterior, in acest caz, particulele mai grele, avand viteze de sedi­mentare mai mari, ajung din urma si se unesc cu cele mai mici, formand flocoane mai mari cu viteza de depunere crescuta. Probabilitatea contactului intre particule creste pe masura ce adancimea stratului de apa este mai mare. Ca rezultat, indepartarea materiilor in suspensie depinde nu numai de incarcarea hidraulica de suprafata, dar si de adancimea stratului de apa.

Intrucat abordarea matematica a acestui tip de sedimentare este dificila, pentru necesitatile de proiectare se face apel la determinari experimentale. Metoda standard prevede, in acest sens, studierea procesului de sedimentare intr-o coloana prevazuta cu stuturi pentru recoltarea probelor. Probele se prevaleaza la intervale de timp adecvate de la diferite adancimi. Se determina concentratia suspensiilor in aceste probe si cu rezultatele obtinute se calculeaza procentajul suspensiilor indepartate.

Sedimentarea in masa (franata), in cazul unei suspensii concentrate ale carei particule se asociaza, sedimentarea se deosebeste mult de cea a particulelor discrete, in aceasta situatie, particulele sunt apropiate unele de altele, se unesc in cadere, se stanjenesc, se deplaseaza de sus in jos "in masa'. La randul sau, lichidul are o deplasare de jos in sus printre particulele asociate, ceea ce franeaza sedimentarea, motiv pentru care aceasta sedimentare mai are si denumirea generica de "franata'.

Fig. 10 - Reprezentarea schematica a sedimentarii

"in masa" (franata) (V.Rojanchi, 1997)

In figura de mai sus (fig.10), intr-o coloana cilindrica in s-a introdus o suspensie de o concentratie anumita. Fenomenele care au loc in coloana sunt reprezentate schematic.

Initial, coloana contine suspensia care are o concentratie uniforma. Imediat dupa ce incepe sedimentarea se formeaza la o adancime un plan de separare, deasupra caruia exista o zona limpede, iar dedesubt o zona cu suspensie a carei concentratie tinde sa creasca pe masura ce planul de separatie se deplaseaza de sus in jos. Determinarile experimentale au dovedit ca zona de suspensie este formata, la randul ei, din trei subzone:

subzona  concentratiei uniforme, imediat sub planul de separare;

subzona de tranzitie;

subzona de tasare.

Tasarea namolului

Daca se realizeaza decantarea in mod discontinuu (deci nu se mai introduce suspensie in cilindru), planul de separatie se deplaseaza tot mai mult spre baza cilindrului. Toate cele trei subzone din zona de suspensie se unesc, ramanand in final doar cele doua zone distincte: cea de lichid limpezit si cea de namol tasat. Tasarea suspensiei la fundul bazinului este extrem de lenta, deoarece lichidul care este dislocat trebuie sa se scurga printr-un spatiu poros in continua reducere. Porozitatea sedimentului depus este minima in portiunea cea mai de jos a stratului de suspensie, datorita compresiunii ce rezulta din greutatea particulelor suportate deasupra si deoarece timpul de tasare al acestei portiuni inferioare este maxim.

7. Schema tehnologica a statiei de epurare Constanta Sud

3. Treapta chimica

Treapta de epurare chimica are un rol bine determinat in procesul tehnologic, prin care se indeparteaza o parte din continutul impurificator al apelor reziduale. Epurarea chimica prin coagulare - floculare conduce la o reducere a continutului de substante organice exprimate in CBO₅ de cca. 20 -30 % permitand evitarea incarcarii excesive a namolului activ cu substanta organica. Procesul de coagulare - floculare consta in tratarea apelor reziduale cu reactivi chimici, in cazul de fata, sulfat feros clorurat si apa de var, care au proprietatea de a forma ioni comuni cu substanta organica existenta in apa si de a se aglomera in flocoane mari capabile sa decanteze sub forma de precipitat. Agentul principal in procesul de coagulare - floculare este ionul de Fe³⁺ care se obtine prin oxidarea sulfatului feros cu hipoclorit de sodiu. Laptele de var care se adauga odata cu sulfatul feros are rolul de accelera procesul de formare al flocoanelor si de decantare al precipitatului format.

Reactia de oxidare a FeSO₄ si de precipitare a Fe (OH) ₃ este urmatoarea:

2FeSO₄+3Ca (OH)₂+Cl₂=2Fe(OH)₃+2CaSO₄+CaCl₂

Dozarea se realizeaza cu pompele de dozare in bazinul de amestec in care se barboteaza aer. Amestecul apa - namol chimic este condus gravitational la decantorul primar echipat cu o camera centrala de reactie si pod raclor actionat electric. Namolul primar colectat de pe radierul decantorului este evacuat gravitational in statia de pompare a namolului chimic, de unde cu pompe este fie recirculat la bazinul de amestec, fie evacuat ca namol excedentar la ingrosatoarele de namol.

Indepartarea prin decantare a flocoanelor formate este necesara intrucat acestea ar putea impiedica desfasurarea proceselor de oxidare biochimica prin blocarea suprafetelor de schimb metabolic a biocenozei.

Datorita variatiilor mari de pH cu care intra in statia de epurare apele reziduale, se impune corectarea pH-ului in asa fel incat, dupa epurarea mecano-chimica, apele sa aiba un pH cuprins intre 6,5-8,5, domeniu in care degradarea biochimica sub actiunea microorganismelor din namolul activ este optima. Corectia pH-ului se face cu ajutorul H₂SO₄ 98% sau a NaOH 40% in bazinul de reglare a pH-ului, destinat acestui scop. Totodata prin corectia pH-ului se reduce si agresivitatea apelor reziduale asupra conductelor, constructiilor si uvrajelor.

Dupa epurarea mecano-chimica si corectia pH-ului apele pot fi introduse in treapta de epurare biologica unde are loc definitivarea procesului de epurare. Necesitatea introducerii treptei de epurare biologica este motivata datorita continutului mare de substanta organica din apele reziduale evacuate de pe platforma chimica care nu pot fi indepartate prin epurare chimica decat partial.

Epurarea chimica se bazeaza pe procedeele fizico-chimice care se produc in:

- bazinul de amestec;

- decantorul primar.

4. Treapta biologica

Epurarea biologica este procesul tehnologic prin care impuritatile organice din apele uzate sunt transformate de catre o cultura de microrganisme, in produsi de degradare inofensivi (CO₂, H₂O, alte produse) si in masa celulara - noua (biomasa). Cultura de microorganisme poate fi dispersata in volumul de reactie al instalatiilor de epurare sau poate fi fixata pe un suport inert. In primul caz, cultura se cheama, generic, namol activ'', iar epurarea se numeste biologica cu namol activ. In al doilea caz, cultura se dezvolta in film (pelicula) biologic, iar epurarea se realizeaza, in constructii cu filtre biologice, cu biodiscuri etc. Namolul activ fiind un material in suspensie, trebuie separat de efluentul epurat prin: sedimentare, flotatie, filtrare, centrifugare etc. Cea mai aplicata metoda este separarea gravitationala (sedimentarea). In cazul filmului biologic nu se pune problema separarii acestuia de apa epurata, intrucat este fixat pe un suport. Cu toate acestea, ca urmare a cresterii biologice, se desprind des portiuni din filmul biologic care trebuie inlaturate din apa epurata, prin sedimentare.

Rolul principal in epurarea biologica este detinut de bacterii. Aceste microorganisme care consuma substantele organice din apele uzate pot trai in prezenta sau in absenta oxigenului (obligat aerobe, facultativ aerobe si obligat anaerobe). In functie, deci, de necesarul de oxigen, procesul de epurare poate fi: aerob sau anaerob. Procesul aerob se utilizeaza cu prioritate la indepartarea poluantilor din apele uzate, pe cand cel anaerob la prelucrarea namolurilor.

In stransa asociere cu bacteriile, in procesele aerobe traiesc protozoare (ciliate, flagelate), metazoare (rotiferi, nematode) si ciuperci sau fungi. Aceste asociatii de microorganisme se numesc biocenoze. Desi biocenozele sunt formate aproximativ din aceleasi microorganisme, au totusi un caracter specific pentru fiecare proces de epurare.

4.1. Metabolismul bacterian

Epurarea biologica se realizeaza ca urmare a metabolismului bacterian. Metabolismul bacterian reprezinta totalitatea proceselor implicate in activitatea biologica a unei celule, prin intermediul carora energia si elementele nutritive sunt preluate din mediul inconjurator si utilizate pentru biosinteza si crestere, ca si pentru alte activitatii fiziologice secundare (mobilitate, luminescenta, etc.). In urma acestor procese, substantele din mediu (elementele nutritive) sunt transformate in constituenti celulari, energie si produse de uzura.

Elemente generale

Dupa cum procesele metabolice sunt insotite de consum sau eliberare de energie, ele sunt de doua tipuri:

procese de dezasimilatie (exoterme), prin care se elibereaza energie in urma degradarii substantelor din mediu; ele corespund catabolismului;

procese de asimilatie (endoterme), in care se sintetizeaza componenti celulari; ele corespund anabolismului.

Aceste doua procese sunt strans interconectate, astfel incat prin degradarea substantelor din mediu se asigura pe langa energie si blocurile de constructie chimica sau precursorii acestora, necesari sintezei componentilor celulari.

In ansamblu, diferitele reactii biochimice ale metabolismului indeplinesc patru functii esentiale pentru viata celulei, si anume:

producerea subunitatilor folosite pentru constructia constituentilor celulari, pornind de la substantele nutritive;

eliberarea de energie si stocarea acesteia sub diverse forme;

activarea subunitatilor de constructie pe baza energiei stocate;

formarea de nou material celular prin utilizarea substantelor. Aceste aspecte sunt reprezentate schematic in fig.11.

Fig. 11 - Reprezentarea schematica a procesului de metabolism (V.Rojanschi, 1997)

Reactiile biochimice metabolice sunt conditionate de prezenta in mediul natural sau in mediile de cultura artificiale a tuturor materialelor necesare pentru sinteza constituentilor celulari si pentru obtinerea energiei. Asadar, in mediile uzuale de cultura trebuie sa se gaseasca, in primul rand, surse de C, H, O, N, P, S - apoi in cantitati mai mici - surse de K, Mg, Mn, Na, Ca, Fe, Cl^-, SO₄^2- , PO₄^3- si, in sfarsit, in concentratii infime Zn, Co, Mo, asa-numitele oligoelemente, indispen­sabile activitatii metabolismului bacterian.

Procesele de dezasimilatie

Energia necesara reactiilor de biosinteza a constituentilor celulari se obtine in procesul de dezasimilatie. Eliberarea de energie se realizeaza in trei faze distincte.

In prima faza a degradarii, macromoleculele de origine biologica sunt descompuse la unitatile lor de constructie: proteinele la aminoacizi, grasimile la glicerina si acizi grasi, iar glucidele la hexoze, pentoze etc. in aceasta faza se elibereaza mai putin de 1% din energia totala a macromoleculelor. Aceasta energie se pierde in mare parte sub forma de caldura.

In faza a doua, moleculele rezultate din degradarea efectuata in faza precedenta sunt transformate mai departe in alti produsi, cu formare de CO₂ si H₂O. Se elibereaza in aceasta faza circa o treime din intreaga energie continuta in substantele nutritive.

Cea de-a treia faza a procesului de eliberare a energiei se realizeaza pe doua cai:

o cale prin care substantele nutritive sunt descompuse integral la CO₂ si H₂O si in care se elibereaza o cantitate mare de energie;

o a doua cale, prin care substantele nutritive sunt descompuse numai partial, formandu-se o multime de produsi intermediari (numiti produsi de fermentatie); eliberarea de energie in acest caz este mult mai slaba.

Toate procesele de degradare (de dezasimilatie) au loc in urma unor reactii de oxidoreducere.

Procesele de asimilatie

Asimilatia este procesul prin care materialul nutritiv de natura exogena (din exteriorul celulei), de fapt produsii simpli derivati din el in procesul de dezasimilatie sunt incorporati in substanta proprie a unui organism, incorporarea se realizeaza printr-o serie de reactii biochimice, in conformitate cu informatiile inscrise in codul genetic al fiecarei specii.

Asimilatia reprezinta, din punct de vedere biologic, elaborarea prin biosin­teza a unui compus asemanator cu o structura data si care este caracteristica respectivului organism.  Asimilatia se realizeaza prin asamblarea unui numar mic de blocuri de constructie (produsi simpli ai procesului de dezasimilatie), repre­zentate de aminoacizi si baze nucleice - comune tuturor fiintelor vii - in macro­moleculele cu caracter specific (proteine, acizi nucleici etc.). Acest proces de asimilatie, de sinteza a macromoleculelor, este posibil datorita unor enzime specifice si datorita prezentei in celula vie a materialului genetic - purtator al informatiei ereditare - care joaca rolul de model sau de tipar in biosinteza.

Reactiile implicate in metabolismul celular sunt coordonate de un mare numar de sisteme enzimatice, care catalizeaza toate transformarile ce au loc in procesele de dezasimilatie si asimilatie. Natura, cantitatea si activitatea acestor enzime sunt reglate in asa fel incat sa asigure celulelor bacteriene un echilibru stabil sub raportul conservarii caracterelor specifice, dar in acelasi timp, suficient de suplu si de dinamic pentru a le permite o adaptare continua la conditiile schimbatoare ale mediului.

Fiecare enzima are o temperatura optima de activitate; sub aceasta tempe­ratura, reactia se desfasoara incet; peste aceasta, poate aparea inactivitatea termica a enzimei, datorita degradarii structurii proteice a acesteia.

Mediul prea acid sau prea bazic (de fapt pH-ul) poate inactiva reactiile catalizate de enzime.

Enzimele mai pot fi inactivate si de urmatorii factori: agitare mecanica violenta, ultrasunete, radiatii, metale grele (Fe, Mg, Ag, Cu), cianuri, agenti oxidanti etc.

Totodata, concentratiile prea mari de substante nutritive prezente in mediul de crestere conduc la inactivarea enzimelor.

4. Cresterea si multiplicarea celulara

"Cresterea unui microorganism se realizeaza prin depunerea uni, bi si tridimensionala de substanta noua, ceea ce determina marirea unui individ (celula) in sensul celor trei dimensiuni.

Cresterea unei celule nu se face la infinit, ci se intrerupe la un moment dat, cand se produce diviziunea si are loc multiplicarea. Initial, s-a crezut ca incetarea cresterii ar fi rezultatul unor factori interni, controlati genetic, iar diviziunea ar fi rezultatul unor modificari ale raportului dintre masa citoplasmei si aceea a substantei nucleului.

Se admite azi, ca activitatea normala a unei celule este conditionata de existenta unui anumit raport intre volumul celulei care il consuma si suprafata ei, prin care se face adsorbtia substantelor nutritive si eliminarea produsilor de degradare (de uzura). Atunci cand disproportia suprafata-volum atinge un punct critic, raportul lor adevarat se restabileste prin diviziunea celulei ajunsa la limita ei de crestere." (V.Rojanschi, 1997).

Intrucat in procesul de epurare biologica cresterea si multiplicarea bacteriilor sunt de importanta deosebita, in continuare sunt prezentate aspecte legate de aceasta.

"In cazul in care conditiile de mediu sunt optime, cresterea bacteriana este un proces rapid; celula se multiplica in doua, procesul decurgand in continuare logaritmic, cele doua celule formate simultan crescand pana la o noua diviziune. Timpul unei generatii, adica perioada necesara pentru ca o populatie bacteriana sa-si dubleze numarul de indivizi poate fi pentru multe bacterii implicate in epurarea apelor destul de scurt, de 15-20 min. S-a calculat ca in 48 de ore o celula ar putea da nastere la 2¹⁴⁴ celule cu o greutate de 2·10²⁸t, deci de 4000 de ori mai mare decat greutatea

pamantului, in realitate, cresterea microorganismelor este restransa in mod considerabil de unii factori principali: scaderea pana la epuizare a substantelor nutritive necesare sintezei, acumularea in mediu a produsilor de metabolism toxici, schimbarile de pH etc." (V.Rojanschi).

Daca intr-un volum limitat de solutie nutritiva se introduc cateva bacterii cu capacitate de multiplicare (inocul), iar cultura este mentinuta in conditii constante, cresterea bacteriilor va urma aceeasi cale pentru toate tipurile de bacterii, reprezentata prin asa-numita curba de crestere (fig. 12).

Fig.12 - Curba de creștere a microorganismelor

In conditii experimentale procesul este bine cunoscut si evolueaza intr-o serie de faze succesive.

Faza de latenta (de lag) este cuprinsa intre momentul introducerii celulelor in mediu (insamantare) si momentul in care ele incep sa se multiplice. Aceasta faza apare ca o perioada de adaptare la conditiile noi de cultura, in care bacteriile viabile din inocul isi acumuleaza in celula metabolitii esentiali si sistemele enzimatice necesare cresterii, in cazul in care aceste componente biochimice le lipseau datorita conditiilor de viata anterioare insamantarii.

Faza de multiplicare sau de crestere logaritmica este caracterizata prin aceea ca dupa o scurta perioada (circa 2h) de accelerare a ritmului de crestere, in care multiplicarea se produce cu o viteza progresiv marita, acest ritm devine constant si caracteristic, pentru un organism dat, in anumite conditii de cultura, durata unei generatii find minima.

In conditii ideale de crestere si multiplicare, cantitatea de materie vie creste in functie de timp dupa o progresie geometrica, adica se multiplica cu un factor constant la fiecare unitate de timp. Desi tipic pentru bacterii, capacitatea de crestere exponentiala se manifesta ca atare numai o scurta perioada de timp, atat in natura cat si in conditii artificiale de laborator. Dupa un timp relativ scurt, tendinta de multiplicare scade progresiv, datorita epuizarii substantelor nutritive din mediu si a acumularii in el a produselor de dezasimilatie in concentratii cu efect inhibitor.

Faza stationara urmeaza unei scurte perioade (de circa 2h) in care multiplicarea nu se mai produce in progresie geometrica, ci intr-un ritm care scade progresiv, in aceasta faza, numarul celulelor viabile este maxim si ramane constant o perioada de timp care dureaza de la cateva ore la cateva zile, in functie de sensibilitatea bacteriilor la conditiile defavorabile de mediu.

Faza de declin corespunde unei scaderi progresive a numarului celulelor viabile, mergand pana la absenta lor in cultura. La un moment dat, numarul bacteriilor viabile scade in progresie geometrica in raport cu timpul, datorita mortii unui numar foarte mare de celule. Uneori, celulele viabile pot persista cateva luni, multiplicandu-se lent, pe seama substantelor nutritive eliberate ca urmare a distrugerii celulelor moarte.

Spre deosebire de organsimele superioare, la care abolirea pentru o perioada relativ scurta a functiilor biologice si a capacitatii de reproducere a celulelor componente determina fenomene de degradare cu caracter ireversibil, care detremina moartea, la bacterii activitatile biologice pot fi partial sau total suspendate pentru perioade foarte indelungate, fara ca aceasta sa provoace moartea celulelor.

4.3. Epurarea biologica aeroba

Procesul de epurare aeroba are loc astfel (fig.13): substantele organice din apele uzate sunt absorbite si concentrate la suprafata biomasei; aici, prin activitatea enzimelor eliberate de celula (exoenzimele), substantele organice sunt descompuse in unitati mai mici, care patrund in celula microorganismelor, unde sunt metabolizate: prin metabolizare se obtin produsi de descompunere (CO₂, H₂O etc.), energie si material celular nou.

Procesele in mediu aerob conduc la oxidarea completa a substantelor organice, pana la CO₂ si H₂O, eliberandu-se astfel importante cantitati de energie.

Epurarea biologica aeroba se poate realiza atat in bazine cu namol activ (bazine de aerare, iazuri biologice) cat si in bazine cu film biologic (filtre biologice, biodiscuri,etc.).

Fig. 13 - Schema generala de metabolism in epurarea aeroba (V.Rojanschi,1997)

4.3.1. Biodegradabilitate si tratabilitate

Pentru ca impuritatile continute intr-o apa uzata sa poata fi indepartate prin epurare biologica, acestea trebuie sa fie biodegradabile. Apa uzata care contine impuritati biodegradabile este tratabila bilogic.

Biodegradabilitatea unei substante este, deci, calitatea acesteia de a fi degradata prin procedee de oxidare biologica (biooxidare).

Apele uzate menajere contin suficiente cantitati de substante nutritive (glucide, proteine, lipide si derivati ai acestora), factori de crestere, saruri minerale, pentru a constitui un mediu adecvat dezvoltarii si multiplicarii microorgansimelor namolului activ si filmelor biologice.

Apele uzate industriale cu continut de substante organice, de cele mai multe ori de sinteza, trebuie abordate cu multa atentie din acest punct de vedere; ele contin, de cele mai multe ori, substante ce nu se degradeaza biologic, mai mult, chiar toxice pentru cultura de microorganisme.

Este interesant ca in legatura cu calitatea unei substante de a fi biodegradata, in domeniul protectiei apelor nu exista o definitie unica, acceptata de toti specialistii. Desi prin degradare biologica sau biodegradare se inteleg procesele fizico-chimice si biochimice prin care o substanta este transformata de catre organisme in mediu si in conditii naturale sau in mediu si in conditii artificaiale, in asa fel incat isi pierde identitatea, biodegradarea poate fi definita ca distrugerea compusilor chimici prin actiunea biologica a organismelor vii; in domeniul protectiei si epurarii apelor pot fi luate in considerare mai multe grade de degradare biologica: primara, partiala, acceptabila si totala.

Prin degradarea primara se intelege biodegradarea in masura minim necesara pentru a schimba identitatea compusului; biodegradarea partiala conduce la o succesiune de transformari in molecula substantei, fara ca aceasta sa fie complet transformata in compusi anorganici (mineralizata); in cazul biodegradarii acceptabile, succesiunea de transformari conduce in masura minim necesara la indepartarea unor proprietati specifice nedorite ale substantei in cauza (de exemplu capacitatea de spumare, de colorare sau toxicitatea fata de unele organisme acvatice); biodegradarea sau biooxidarea totala (mineralizarea, stabilizarea) conduce la transformarea substantei in oxizii elementelor ce o compun (si prin metabolizare in biomasa).

Tratabilitatea unei ape uzate reprezinta capacitatea acesteia de a-si micsora complexitatea si numarul componentilor organici, datorita actiunii microorganismelor prezente in instalatiile de epurare; in acelasi timp este necesar ca biomasa sa se dezvolte ca urmare a proceselor de asimilare. Apele uzate care contin compusi degradabili se numesc tratabile biologic.

Tratabilitatea apelor uzate poate fi exprimata prin indepartarea substantelor organice totale din apa sau prin indepartarea substantelor asimilabile; in acelasi timp, concentratia materiilor in suspensie da indicatii asupra cresterii biomasei.

Pot fi considerate ape tratabile biologic, apele uzate care in timpul trecerii prin instalatiile de epurare corect dimensionate permit indepartarea substantelor organice totale (CCO) in procente de 60-90%, iar a substantelor asimilabile (CBO₅) in procente de 80-98%.

4.3. Exprimarea cantitativa a continutului de impuritati din apele uzate

In general, pentru uzul curent al determinarilor cantitative de substante organice din apele naturale, apele uzate, efluentii epurati se folosesc urmatoarele metode: consumul chimic de oxigen (CCO), consumul biochimic de oxigen (CBO) si carbonul organic total (COT).

Consumul chimic de oxigen, CCO-ul, este un indicator care exprima in mod indirect continutul materialului organic al unei solutii (ape uzate), prin intermediul oxigenului echivalent necesar oxidarii chimice al acestuia.

Principiul determinarii consta in oxidarea substantelor organice din apa uzata cu un oxidant puternic (K₂Cr₂O₇, KMnO₄ in mediu acid, alti oxidanti) si exprimarea cantitatii de agent oxidant consumat in reactie prin intermediul oxigenului echivalent. Concentratia materialului organic se exprima, in acest fel, prin cantitatea de oxigen echivalenta oxidantului consumat (exmplu: mg O₂/l).

Conform metodei de determinare a CCO-ului, oxidarea se realizeaza cu bicromat de potasiu (K₂Cr₂O₇) in solutie acida (H₂SO₄) si la cald, ceea ce ar asigura o transformare totala a substantelor organice existente in apa uzata la CO₂ si H₂O.

Consumul biochimic de oxigen, CBO, este un indicator care exprima, in mod indirect, cantitatea de material organic existent in apa uzata prin intermediul oxigenului necesar oxidarii biochimice a acestuia.

Principiul metodei consta in punerea in contact, intr-un vas inchis ermetic, a solutiei de analizat cu o cantitate mica de suspensie de microorganisme (inocul sau insamantare) si determinarea consumului de oxigen in interiorul vasului intr-un interval fix de timp (perioada de incubare). CBO-ul evalueaza cantitatea de oxigen consumata de catre microorganismele introduse cu inoculul in reactile biochimice de transformare metabolica a impuritatilor. Concentratia impuritatilor se exprima prin cantitatea de oxigen consumata raportata la volumul solutiei (exemplu: mg/l O₂).

CBO-ul se poate determina prin metoda dilutiei (STAS 6560-82) si cu ajutorul aparatelor respirometrice (Hach, Sapromat etc.). In aceste cazuri, probele de analizat trebuie mult diluate pentru a se putea asigura oxigenul necesar reactiilor biochimice de catre oxigenul dizolvat existent in proba diluata. Dilutia se realizeaza cu o apa saturata in oxigen. Prin dilutie se modifica insa conditiile de mediu create microorganismelor in diverse flacoane puse la incubat si se obtin, din acest motiv, abateri importante ale consumului de oxigen de la o dilutie la alta, pentru aceeasi proba.

Consumul biochimic de oxigen rezulta din diferenta intre concentratiile oxigenului dizolvat in probele supuse testului la inceputul si la sfarsitul perioadei de incubare, tinandu-se seama de dilutia probei si de consumul de oxigen datorat apei de dilutie. Consumul biochimic de oxigen depinde de perioada de incubare. Determinarile experimentale au aratat ca dupa 5 zile de incubare se consuma circa 80-90% din substanta organica prezenta in apa uzata. Aceasta valoare a consumului biochimic la 5 zile (CBO₅) a fost retinuta si reprezinta, in mod conventional, parametrul cel mai folosit in aprecierea calitatii apelor de suprafata sau a continutului de impuritati organice biodegradabile in apele uzate.

Consumul biochimic de oxigen (CBO) este o insumare a oxigenului necesar urmatoarelor procese:

oxidarea carbonului si a hidrogenului din substantele organice folosite ca sursa de hrana de catre microorganismele aerobe (CBO-C);

oxidarea azotului din azotiti, amoniac si substante organice cu azot, care serveste ca sursa de hrana pentru bacterii specifice, de exemplu pentru Nitrosomonas si Nitrobacter (CBO-N);

oxidarea unor substante reducatoare (ioni ferosi, sulfiti, sulfuri etc.), care reactioneaza chimic cu oxigenul molecular dizolvat.

Pentru perioadele de incubare, in afara de cinci zile, mai exista un termen cu semnificatie, si anume valoarea consumului biochimic de oxigen la a douazecea zi de la incubare, respectiv CB0₂₀. Aceasta valoare este folosita in multe cazuri conventional pentru aprecierea CBO final; ea ar indica un consum de circa 98,9% al substantelor organice din apele uzate.

De o mare importanta in determinarea CBO-ului este insamantarea (inoculul). Problema insamantarii se pune atat calitativ cat si cantitativ. Astfel, daca se insamanteaza proba cu o cantitate prea mica de bacterii, cresterea acestora este mult incetinita si valoarea obtinuta pentru CBO este mai mica. Determinarile experimentale au aratat ca valori ale concentratiilor de bacterii superioare la 10 /ml nu au un efect semnificativ asupra determinarii. Bacteriile utilizate in cazul testului trebuie sa fie aclimatizate, deci apte sa metabolizeze impuritatile care se gasesc in apa uzata. Utilizarea bacteriilor neadaptate la impuritatile din apa uzata conduce la valori mici ale CBO-ului, deoarece este mult intarziata cresterea. Problema adaptarii bacteriilor se pune cu deosebita pregnanta in conditiile in care se analizeaza apele uzate industriale. Microorganisme adaptate pentru apele uzate industrial se pot obtine din: efluentul statiilor de epurare biologica; apa raului in aval, la o distanta relativ mica de gura de evacuare a efluentului industrial; efluentul unei instalatii de laborator cu namol activ, care prelucreaza apa uzata data.

Continutul total de carbon organic (COT) este alt indicator pentru impuritatile din apele uzate. Pentru realizarea acestei determinari sunt necesare insa tehnici analitice mai deosebite sau aparate speciale, in acest caz, impuritatile sunt exprimate tot cu ajutorul unui parametru global (COT), care ilustreaza continutul total in carbon a tuturor moleculelor organice aflate ca impuritati in apele uzate.

4.4. Epurarea biologica cu namol activ

Schema tipica a epurarii biologice aerobe cu namol activ este prezentata in fig.14. Influentul cu continutul de impuritati organice, dizolvate si/sau dispersate coloidal, este pus in contact intr-un bazin de aerare cu cultura mixta de micro­organisme - namol activ - care consuma impuritatile degradabile biologic din apa uzata. Apa epurata se separa apoi gravitational de namolul activ in decantorul secundar. O parte din namolul activ, separat in decantorul secundar, este re-circulata in bazinul de aerare, iar alta parte este evacuata ca namol in exces in decantorul primar in asa fel incat in bazinele de aerare se mentine o concentratie relativ constanta de namol activ; in bazinul de aerare cultura de microorganisme este mentinuta in conditii de aerare, printr-un aport permanent de aer sau oxigen.

Fig. 14 - Schema tipica a unei instalații de epurare biologica cu namol activ (V.Rojanschi,1997)

Eficienta treptei de epurare cu namol activ. Toate operatiile care se executa in cadrul exploatarii normale a unei trepte biologice urmaresc obtinerea unor eficiente de epurare cat mai ridicate. Eficienta de epurare depinde de toti parametrii procesului de epurare cu namol activ, cum ar fi:

concentratia impuritatilor in influentul bazinului de aerare C₀(CCO), C₀' (CB0₅);

debitul influentului Q ;

timpul de retentie hidraulica t;

incarcarea organica a namolului activ i_ON;

incarcarea organica a bazinului de aerare I_ob;

concentratia namolului activ in bazinul de aerare C_NR;

debitul namolului activ recirculat q ;

debitul namolului activ in exces Q_w;

concentratia namolului in debitul recirculat C_R;

oxigenul introdus in bazinele de aerare.

Intre toate aceste elemente, parametrul care influenteaza eficienta proce­sului de epurare biologica, in mod deosebit, este incarcarea organica a namolului activ. Aceasta intrucat incarcarea organica a namolului activ, i_ON, este o marime care inglobeaza influentele celor mai multi parametri ai procesului cu namol activ.

Se considera relatia de definitie a incarcarii organice i_ON

Se urmareste, in continuare, cum parametrii enumerati mai sus influen­teaza incarcarea:

cresterea debitului influent Q si concentratia influentului in impuritati C₀ sau C₀' maresc incarcarea organica;

cresterea volumului V scade incarcarea organica;

raportul Q/V care are semnificatia inversului timpului de retentie hidraulica contine, deci, influenta lui t asupra incarcarii;

marirea concentratiei C_N a namolului in bazinul de aerare scade incarcarea organica a namolului;

oxigenul introdus poate influenta incarcarea in modul urmator: lipsa de oxigen contribuie la umflarea namolului; un namol umflat nu sedimenteaza bine, deci se obtine o concentratie mica C_NR in debitul recirculat; reiese clar ca o cantitate de oxigen insuficienta in bazinele de aerare are ca efect o crestere a incarcarii.

Experienta a dovedit ca de cele mai multe ori cresterea incarcarii organice este asociata cu scaderea eficientei de epurare, iar scaderea acesteia cu cresterea eficientei (fig.15).

De fapt, influenta incarcarii organice poate fi stabilita cu atata siguranta doar pentru apele uzate menajere si orasenesti, in care ponderea apelor industriale este mica si care au o compozitie destul de asemanatoare.

Fig. 15 - Variația eficienței de epurare in funcție de incarcarea organica (V.Rojanschi,1997)

4.4.1. Parametrii procesului de epurare cu namol activ

Procesul de epurare biologica cu namol activ este caracterizat prin urma­torii parametri:

Raportul de recirculare a namolului activ r este raportul dintre debitul de namol recirculat q si debitul influent Q:

r = q/Q

Raportul de evacuare a namolului in exces (excedentar) w este raportul dintre debitul de evacuare a namolului activ excedentar Q_w si debitul influent instalatiei Q:

w = Q_w/Q

Atat raportul de recirculare r cat si cel de evacuare w sunt marimi adimensionale, care se exprima in procente.

Concentratia impuritatilor in influentul treptei de epurare biologica C₀ si efluentul acesteia C reprezinta cantitatea de CCO sau CBO₅ existenta intr-un volum dat de apa uzata sau epurata (exemplu: kg CCO sau CBO₅/m³ apa uzata).

Concentratia namolului activ in bazinul de aerare cn reprezinta cantitatea de namol activ exprimat ca substanta uscata (SU) sau volatila (SV) existenta intr-un volum dat de bazin de aerare (exemplu: kg SU sau SV/m³ bazin de aerare).

Concentratia namolului activ in sistemul de recirculare cak si in sistemul de evacuare reprezinta cantitatea de namol activ exprimat ca substanta uscata (SU) sau volatila (SV) existenta intr-un volum dat de suspensie recirculata sau evacuata (exemplu: kg SU/m³ suspensie).

Incarcarea organica a namolului activ i_ON, sau raportul hrana/micro­organisme este raportul dintre cantitatea totala de impuritati organice, exprimata sub forma de CCO sau CB0₅, influenta zilnic treptei de epurare si cantitatea totala de namol activ din bazinul de aerare. Incarcarea organica se calculeaza cu relatia:

I_ON = QC₀/VC_N,

in care F este volumul total al bazinului, incarcarea organica i_ON se exprima in kg CCO sau CBO₅ raportate la kilogramul de substanta uscata sau volatila si zi (kg/kg-zi).

Incarcarea organica a bazinului de aerare l_ob este raportul dintre canti­tatea de impuritati organice, exprimate sub forma de CCO si CBO₅, influenta zilnic treptei de epurare si volumul total al bazinelor de aerare. I_ob se calculeaza cu relatia:

I_0b = QC_O/V

Acest parametru se exprima in kg de CCO sau CBO₅ raportate la metru cub de volum de aerare si zi (kg/m³-zi).

Indicele de namol I_n numit si indicele Mohlman, reprezinta raportul dintre volumul de namol (V_n) depus, dupa o decantare de 30 min, dintr-o proba prelevata din bazinul de aerare si masa suspensiilor exprimate ca substanta uscata la 105 °C (C_n) existenta in acea proba:

/_n = V_n/C_n

Se exprima in ml/g.

Varsta namolului θ_n este considerata ca timpul mediu in care o particula de namol activ ramane sub aerare. Se determina acest timp, impartind la cantitatea de namol evacuata ca excedentar zilnic, cantitatea de namol care se gaseste in bazinul de aerare, conform relatiei:

Q_n =

Varsta namolului se exprima, in mod obisnuit, in zile.

Namolul in exces N_ex reprezinta namolul care trebuie eliminat din proces pentru a pastra in bazinele de aerare o concentratie a acestuia cat mai constanta. Acest namol excedentar reprezinta, de fapt, cantitativ materialul biologic care apare ca urmare a convertirii impuritatilor in biomasa. Cu cat apa uzata este mai concentrata, cu atat este mai mare cantitatea de namol care trebuie evacuata ca excedentar.

Necesarul de oxigen reprezinta cantitatea de oxigen ceruta pentru ca procesul sa se desfasoare in conditii optime. Oxigenul in proces este utilizat, pe de o parte, pentru oxidarea impuritatilor, iar pe de alta parte, pentru mentinerea viabilitatii microorganismelor (consumul de oxigen endogen). Necesarul de oxigen trebuie sa asigure cantitatea totala de oxigen ceruta de proces.

Timpul de retentie hidraulic t sau durata de stationare este raportul dintre volumul bazinelor de aerare V si debitul influent Q conform relatiei:

t = V/Q

Se exprima, in mod obisnuit, in ore.

4.4. Statia de pompare a namolului primar

Namolul primar este extras din rezervorul primar de namol al decantoarelor primare intr-o camera de colectare namol. De acolo namolul este pompat catre rezervorul de namol in amestec (V=1.000 m³).

Statia de pompare namol primar este echipata cu trei pompe de namol, care vor functiona in functie de timp; in plus ea este echipata cu o pompa submersibila.

Operarea statiei de pompare namol primar este semi-automata.

Namolul primar din cele 4 decantoare primare este descarcat prin 4 conducte intr-o camera colectare in spatele statiei de pompare namol primar. Fiecare din aceste 4 conducte poate fi izolata prin vane. Extractia namolului poate fi facuta separat pentru fiecare linie la intervale de timp stabilite. Aceste intervale de timp vor fi prestabilite de operatorii liniei de namol conform conditiilor actuale de incarcare a statiei.

Pentru extractia namolului din primul bazin de sedimentare vor fi deschise vanele de evacuare, iar namolul primar poate curge in camera de colectare prin gravitatie. Dupa deschiderea vanei de evacuare namol, pompele pre-selectate de namol primar (2 pompe) pot fi pornite, numai daca nivelul de namol din camerele de colectare este mai mare decat nivelul Max.1. Namolul primar va fi transferat in bazinul de amestec.

Determinarea evacuarii namolului dintr-un singur bazin de sedimentare pe parcursul unei perioade de evacuare presupune:

Fixarea unui anumit volum de namol, care trebuie descarcat pe parcursul unei perioade;

Fixarea unui anumit timp conform situatiei de incarcare a statiei si conform experientei de operare.

Dupa ce volumul pre-setat a fost evacuat sau dupa ce perioada de pre-setare a fost consumata, pompele de namol primar vor fi automat oprite.

4.4.3. Bazine de aerare cu namol activ

De la decantoarele primare apa este adusa la bazinele de aerare (cate unul pe fiecare linie) prin cate 2 canale dreptunghiulare deschise si este asigurata o distributie a apei uniforma repartizata pe toata latimea bazinelor de aerare.

Aerarea se face cu ajutorul a 5 suflante pe bazinul de aerare de pe linia 1 (suflanta nr.5 este rezerva pentru ambele linii) si respectiv 4 suflante pe bazinul de aerare de pe linia Ambele bazine de aerare sunt de asemenea prevazute cu cate 4 mixere care au rolul de a omogeniza namolul recirculat care vine de la decantoarele secundare si apa uzata, epurata mecanic, care vine de la decantoarele primare.

Namolul activ este adus in bazinele de aerare de la statia de pompare a namolului printr-o conducta de refulare din otel care debuseaza in partea amonte a bazinului, in 2 puncte situate langa cele 2 jgheaburi de distributie a apei.

In bazinele de aerare, bacteriile suspendate elimina materiile organice masurate ca BOD5 conform concentratiei lor si alimentarii lor cu oxigen. Concentratia de bacterii (numite TSSo) poate fi controlata prin cantitatea de namol de retur si namol in exces. Pentru a satisface nevoia de oxigen, o concentratie de oxigen de cel putin 1.0 mg/l ar trebui stabilita la mai mult de 5mg/l nu este considerata necesara. Astfel 4 suflante (2 dintre ele echipate cu convertizori de frecventa) pot fi operate independent pentru fiecare linie. Continutul de oxigen este masurat de 4 senzori de oxigen per bazin prin calcularea valorii medii a numarului necesar de suflante si frecventa lor este determinata automat.

Aparitia spumei in bazinul de aerare se datoreaza de regula unei cantitati mici de namol activ, dar adesea se datoreaza si proprietatilor speciale ale apelor uzate. Prezenta detergentilor si dejectiilor de la diferite industrii va conduce de asemenea probabil la aparitia spumei in bazinul de aerare. Pentru reducerea cantitatii de spuma trebuie luate urmatoarele masuri:

Cresterea cantitatii de namol activ prin cresterea debitului de namol recirculat (doar daca in decantoarele secundare se poate obtine o suficienta sedimentare);

Distrugerea mecanica a spumei prin utilizarea jetului de apa livrat de un furtun de presiune mare;

Reducerea debitului dejectiilor si detergentilor;

Utilizarea de substante antispumante biodegradabile.

Aparitia bacteriilor de fibra conduce la obtinerea unui volum marit, depuneri necorespunzatoare si ingrosarea namolului activ. Aceasta conduce la pierderi de namol in apa de iesire a decantoarelor secundare. Dezvoltarea bacteriilor de fibra poate fi redusa prin:

Traversarea decantoarelor primare cu o anume cantitate astfel conducand la cresterea greutatii namolului;

Folosirea de agenti de floculare care afecteaza formarea bacteriilor de fibra;

Optimizarea debitului de recirculare (cresterea vitezei podurilor, cresterea debitului, daca parametrii de sedimentare o permit);

Adaugarea de apa de la metantancuri in bazinul de aerare daca nu exista suficient azot.

4.4.4. Decantoare secundare

Decantoarele secundare fac parte integranta din treapta de epurare biologica; ele au drept scop sa retina namolul - materiile solide in suspensie, separabile prin decantare (pelicula biologica sau flocoanele de namol activ). Atat pelicula biologica separata din efluentul filtrelor biologice cat si namolul activ sunt materiale care intra in fermentare cu deosebita rapiditate. Din acest motiv, evacuarea namolului activ din decantoarele secundare trebuie realizata in mod continuu.

Decantoarele secundare, cele 4, sunt necesare pentru a separa bacteriile suspendate din efluent prin asezare. Ele sunt echipate cu grinzi de absorbtie si racloare pentru a colecta namolul asezat din caminul de namol, de unde ajunge in statia de pompare namol. Statiile de pompare namol sunt echipate fiecare cu 4 pompe de namol in retur care trimit namolul asezat inapoi in interiorul bazinului de aerare, care creste TSS in bazin. Concentratia normala de TSS (masurata la efluentul bazinelor de aerare ) ar trebui sa fie intre 1.5 si 5 g/l, depinzand de cantitatea de BOD5 de intrare si varsta namolului. Odata ce TSS ajunge la maximum, namolul in exces trebuie livrat pe linia namolului. Astfel, alte 3 pompe sunt instalate in statia de pompare namol.

Continutul de TSS al namolului in exces este dependent de caracteristicile "floculatie" si "asezare a bacteriilor", care sunt in general dependente de conditiile apei uzate. Incarcatura foarte mica de BOD5 (mai mica de 60% din valoarea proiectata ) poate influenta negativ proprietatile namolului, ca si caracteristicile neobisnuite ale influentului (de exemplu: cantitatea mare de detergenti, componente organice volatile sau alte substante inhibatoare) pot influenta mersul bun al statiei. In general trebuie sa se astepte ca namolul in exces poate fi disponibil doar in timpul verii, atunci cand valorile influentului sunt foarte probabil identice cu parametrii proiectati. In functie de proprietatile namolului, continutul de TSS va varia intre 5 si 15g/l.

Efluentul de la decantoarele secundare este dat printr-o conducta de descarcare in port. Continutul de TSS al efluentului este masurat de traducatoarele de turbiditate.

4.5. Statiile de pompare namol activ si in exces

Fiecare statie de popare namol activ si in exces contine 4 pompe pentru namol recirculat, 3 pompe pentru namol in exces si o pompa de drenaj. Cum pompele nu sunt echipate cu convertizori de frecventa, cantitatea debitului poate fi controlata doar local prin inchiderea partiala a stavilarului de la partea de descarcare a pompelor. Astfel reducerea debitului poate fi sub 40% din debitul nominal al pompei.

Statiile de pompare namol sunt echipate cu caldura pentru a asigura conditii de temperatura acceptabile in interior. Pentru a evita acumularea de gaze toxice in interiorul statiei, este livrat un sistem de ventilatie, care trebuie sa functioneze in interiorul statiei in timpul oricarei lucrari. De asemenea un senzor de metan monitorizeaza permanent concentratia de metan din interiorul statiei, declanseaza alarma odata ce este depasita o anumita limita.

4.6. Canale de aductiune a apei brute si pentru evacuarea apei epurate

Canalul de aductiune a apei brute are rolul de a transporta gravitational apa uzata ce intra in statia de epurare, astfel el face legatura intre deznisipatorul de la intrarea in statie si celelalte obiective ale statiei.

Canalul are sectiunea dreptunghiulara, este executat din beton armat si este dimensionat la debitul maxim de 2x1600 l/secunda pe fiecare linie. Canalul va trebui sa asigure permanent transportul apei uzate intrata in statia de epurare.

Canale pentru evacuarea apei epurate

Dupa epurare apa este evacuata la mare prin colectorul final.

Canalul de evacuare este constituit din 3 conducte metalice ( 2 cu diametrul de 800mm, conducte vechi si una noua cu diametrul de 1000mm) pana la nivelul platformei portului nou Constanta, dupa care se continua cu tuburi de beton armat cu diametrul de 1500mm.

Canalul este destinat evacuarii apei epurate si a apelor de ploaie dupa trecerea lor prin statia de epurare. In acest canal apa curge gravitational si sub presiune.

5. Gospodarirea de namol

5.1. Formarea si caracteristicile namolului

In statiile de epurare, ca urmare a diverselor procese tehnologice, se formeaza namoluri care concentreaza poluantii eliminati din apa. Aceste namoluri reprezinta un pericol deosebit pentru mediul inconjurator, iar costul prelucrarilor intervine cu o pondere mare in valoarea costurilor de investitie si exploatare a statiilor de epurare.

Tehnologia de prelucrare a namolurilor trebuie sa fie subordonata valorificarii si evacuarii finale, in caz contrar statia de epurare va fi compromisa prin nerealizarea integrala a scopului sau.

Pentru tratarea namolurilor, cu toate ca nu se pot stabili retete si tehnologii universal valabile, exista totusi o serie de procedee tehnice cu ajutorul carora se pot prelucra aceste produse rezultate in procesele de epurare.

Printre procedeele cele mai uzuale de prelucrare se enumera: ingrosarea, fermentarea, conditionarea, deshidratarea, uscarea, incinerarea etc.

Epurarea apelor uzate in vederea evacuarii in receptorii naturali sau recircularii conduce la retinerea si formarea unor cantitati importante de namoluri ce inglobeaza atat impuritatile continute in apele brute, cat si cele formate in procesele de epurare.

Schemele tehnologice aplicate pentru epurarea apelor uzate industriale, ca de altfel si pentru cele orasenesti din care rezulta namoluri, se pot grupa in doua mari categorii: cele privind epurarea mecano-chimica si cele privind epurarea mecano-biologica.

Namolurile rezultate din epurarea apelor uzate, indiferent de natura lor, sunt sisteme coloidale complexe cu compozitie eterogena.

Ele contin particule coloidale (diametru mai mic decat l (µm), particule in faza dispersa cu diametrul cuprins intre l si 100 (µm si agregate in suspensie cu aspect gelatinos ca si polimeri organici de origine biologica.

Definite din punct de vedere tehnologic, namolurile se considera ca faza finala a epurarii apelor, in care sunt inglobate produse ale activitatii metabolice si/sau materii prime, produsi intermediari si produse finite ale activitatii industriale.

Clasificarea namolurilor. Namolurile se pot clasifica dupa mai multe criterii.

Dupa provenienta apei uzate, exista:

namoluri de la epurarea apelor uzate orasenesti;

namoluri de la epurarea apelor industriale;

Dupa treapta de epurare, se disting:

- namol primar din decantoarele primare;

namol secundar din decantoarele secundare;

namol amestecat: namol activ in exces sau namol de la filtrele biologice, combinat cu namolul primar;

Dupa stadiul de prelucrare in cadrul gospodariei de namol, se mentioneaza:

-namol proaspat;

namol fermentat, stabilizat aerob, anaerob sau chimic;

Dupa compozitia chimica, se disting:

namoluri cu o compozitie predominant organica, ce contin peste 50% substante volatile in substanta uscata;

namoluri cu o compozitie predominant anorganica, ce contin peste 50% substante minerale in substanta uscata.

Cantitatile de namol. Cantitatile ce se retin in diferitele trepte de epurare sunt variabile de la o sursa la alta, in functie de caracteristicile fizico-chimice ale apei brute, de procedeul si de gradul de epurare impus.

Astfel, pentru apele uzate orasenesti, cantitatile de namol sunt cuprinse intre 65 si 90 g/om-zi.

In ceea ce priveste cantitatile specifice de namol provenit din apele uzate industriale, nu se pot indica valori medii, intrucat acestea depind de o serie de factori variabili de la o unitate la alta.

5.1.1. Caracteristicile fizico-chimice ale namolurilor

Caracteristicile fizico-chimice ale namo­lurilor depind de provenienta apei uzate si tehnologia de epurare. Pentru a caracteriza namolurile se apeleaza la indicatori generali (umiditate, greutate specifica, pH, raport mineral/volatil, putere calorica etc.) si la indicatori specifici (substante fertilizante, detergenti, metale, uleiuri, grasimi etc.).

Datorita naturii complexe a namolurilor, indicatorii generali si specifici se completeaza si cu alti parametri ce caracterizeaza modul de comportare a namo­lurilor'la anumite procese de prelucrare (fermentabilitate, rezistenta specifica la filtrare, compresibilitate etc.).

Principalele caracteristici fizico-chimice ale namolurilor, care prezinta interes in tehnologia de prelucrare si evacuare sunt prezentate in continuare.

Umiditatea namolurilor variaza in limite destul de largi, in functie de natura namolului, de treapta de epurare din care provine. Nisipul retinut in deznisipatoare are o umiditate de circa 60%, namolul primar proaspat 95-97%, namolul activ in exces 98-99,5%.

Greutatea specifica a namolului depinde de greutatea specifica a substan­telor solide pe care le contine, de umiditatea lor si de provenienta namolului din cadrul statiei: namolul primar brut are o greutate specifica de 1,004-1,014 t/m³, namolul activ in exces are valori in jur de 1,001 t/m³, iar dupa ingrosare 1,003 t/m³.

Mineral si volatil in substanta uscata este un criteriu de clasificare a namolurilor si un criteriu de selectie a procedeelor de prelucrare, intrucat un namol organic este putrescibil si se are in vedere mai intai stabilizarea sa, mai ales pe cale biologica (fermentarea anaeroba, stabilizarea aeroba), pe cand namolul anorganic se prelucreaza prin procedee fizico-chimice (solidificare, extractie de componente utile etc.).

Intrucat pentru inlaturarea apei cele mai folosite procedee sunt deshidratarea, uscarea si incinerarea, pentru caracterizarea namolurilor se utilizeaza anumiti parametri specifici ce intereseaza in mod deosebit aceste operatii, intre acestia, cei mai importanti sunt: rezistenta specifica la filtrare, compresibilitatea si puterea calorica.

Rezistenta specifica la filtrare este un parametru care indica posibilitatea eliminarii apei dintr-un namol prin filtrare. Cu cat rezistenta specifica la filtrare este mai mare, cu atat apa se indeparteaza mai greu.

In conformitate cu rezistenta specifica la filtrare, namolurile se impart in:

namoluri greu filtrabile, in categoria carora se incadreaza namolurile orasenesti brute si unele namoluri primare fermentate, cu durata scurta de fermentare;

namoluri cu filtrabilitate medie, care cuprind unele namoluri anorganice si unele namoluri primare fermentate cu durata de fermentare mare;

namoluri usor filtrabile, rezistenta specifica la filtrare mica, in categoria carora intra namolurile conditionate, namoluri provenite din epurarea mecano-chimica, namoluri fibroase etc.

Factorul de compresibilitate reprezinta dependenta dintre rezistenta specifica la filtrare si presiune. Rezistenta specifica la filtrare variaza cu presiunea aplicata filtrului.

Cu cat factorul de compresibilitate al unui namol este mai mare, cu atat variaza mai mult rezistenta specifica la filtrare a acestuia cu presiunea.

Factorul de compresibilitate exprima comportarea namolului in timpul filtrarii. Pentru calculul factorului de compresibilitate se determina rezistenta specifica la filtrare la mai multe presiuni.

Puterea calorica a namolului variaza in functie de continutul in substanta organica (substanta volatila).

Continutul in metale grele si nutrienti (K, P, N) prezinta o importanta deosebita, atunci cand se are in vedere valorificarea namolului ca ingrasamant agricol sau agent de conditionare a solului. Dar utilizarea agricola a namolurilor este conditionata, in primul rand, de continutul namolului in elemente toxice si, in special, in metale grele, care prezinta un grad ridicat de toxicitate.

Daca namolul menajer contine cantitati reduse de metale grele, in general sub limitele admisibile, namolurile rezultate din epurarea in comun a apelor orasenesti cu cele industriale conduc, in functie de profilul industriei, la cresterea concentratiei de metale grele in namol.

Prezenta si concentratia metalelor grele in namolurile industriale depind de profilul si procesul tehnologic al industriei.

5.1. Prelucrarea si evacuarea namolului

Clasificarea proceselor de tratare a namo­lurilor, avandu-se in vedere functia procesului si scopul urmarit se realizeaza conform tabelului 2:

Tabel 2 - Clasificarea proceselor de tratare a namolurilor (C.Negulescu,2006)

Din totalul proceselor de prelucrare enumerate, de cele mai multe ori, se combina doua sau mai multe, in functie de caracteristicile materialului si de aspectele economice.

5.1.3 Ingrosarea namolului

Ingrosarea namolului constituie cea mai simpla si larg raspandita metoda de concentrare a acestuia, avand drept rezultat reducerea volumului si ameliorarea rezistentei specifice la filtrare.

Gradul de ingrosare depinde de mai multe variabile, dintre care mai importante sunt: tipul de namol (primar, fermentat, activ etc.), concentratia initiala a solidelor, temperatura, utilizarea agentilor chimici, durata de ingrosare etc.

Prin ingrosare, volumul namolului se poate reduce de aproape 20 de ori fata de volumul initial, dar ingrosarea este eficienta tehnico-economic pana la o concentratie de solide de 8-10%.

Ingrosarea se poate realiza prin decantare-ingrosare gravitationala, flotare sau centrifugare. Cea mai aplicata metoda este ingrosarea gravitationala.

Ingrosatoarele gravitationale sunt instalatii de tipul decantoarelor circu­lare, avand radierul in panta spre centru, dotate cu echipamente mecanice de amestec lent pentru a favoriza dirijarea namolului spre centru, de unde se extrage. Apa separata se evacueaza la partea superioara.

Timpul de retinere a solidelor este de 0,5-2 zile.

Se utilizeaza, in mod frecvent, ingrosatoare cu functionare continua, cu adancime de circa 3m.

Instalatiile se calculeaza la o incarcare hidraulica de 0,6-1,2 m³/m²-h. incarcarea cu solide este de 1,5-6,0 kg/mh, in functie de caracteristicile namolului.

Exploatare si intretinere. Exploatarea si intretinerea ingrosatorului de namol sunt, in principiu, asemanatoare cu a decantoarelor secundare. Namolul trebuie evacuat in mod permanent, pentru ca altfel intra in fermentare anaerpba si se ridica la suprafata.

Ridicarea la suprafata este deranjamentul major, care poate aparea in timpul exploatarii ingrosatorului. Pentru remedierea acestuia, se mareste debitul de namol pompat din ingrosator.

Determinari si inregistrari. Pentru urmarirea 'modului de functionare a ingrosatoarelor gravitationale sunt necesare determinari referitoare la:

cantitatea totala de solide care intra si se indeparteaza din ingrosator. Aceasta determinare trebuie efectuata zilnic. Atunci cand se amesteca namolul primar cu cel secundar, trebuie analizate probele luate din amestecul celor doua namoluri;

volumul de namol introdus si inlaturat zilnic din bazinele de ingrosare. Aceste determinari sunt utile pentru a putea calcula eficienta ingrosarii, precum si incarcarea rezervoarelor de fermentare sau a instalatiilor de deshidratare;

debitul namolului este necesar pentru a calcula durata de stationare, de care depinde eficienta de ingrosare.

Totodata, trebuie masurate si inregistrate volumele si debitele de lichid separat sau recirculat in statia de epurare, precum si consumul de energie necesar agitatorului.

5.1.4. Ferentarea (stabilizarea) anaeroba

Namolurile cu compozitie preponderent organica (namoluri primare orasenesti, namoluri biologice etc.) prezinta inconvenientul de a constitui un material usor putrescibil, putand da nastere la mirosuri dezagreabile, de asemenea de a atrage insecte si rozatoare, constituind, totodata, un potential infectios.

In toate cazurile in care evacuarea finala a namolurilor comporta utilizare agricola, stocare temporara sau punere in depozit, este necesar ca namolul sa fie in prealabil stabilizat, astfel incat sa se evite inconvenientele aratate; problema stabilizarii nu se pune in cazurile in care namolul urmeaza a fi incinerat.

Procesul de stabilizare consta in degradarea controlata a materiilor organice mai putin stabilizate, astfel incat sa se obtina un produs final cu un raport mineral/organic modificat si in care materiile organice remanente sa fie mai stabile (cu degradare microbiana lenta). Stabilizarea namolului poate fi realizata fie prin procedee biochimice - fermentarea anaeroba sau stabilizarea 'aeroba - fie prin procedee fizice - tratarea termica, oxidarea umeda.

Exista, de asemenea, procedee pur chimice, care constau fie in oxidare cu clor, fie in aducerea namolului in asemenea conditii de pH incat procesele de biodegradare sa nu se poata produce.

Dintre procedeele enumerate, cel mai raspandit este fermentarea anaeroba.

In fig.16 este prezentata, schematic, circulatia namolurilor intr-o statie de epurare pentru realizarea fermentarii anaerobe.

Fig. 16 - Schema circulației namolurilor in stația de epurare (V.Rojanschi,1997)

5. Echipamentele gospodaririi de namol

5.1. Rezervorul de namol in amestec

Rezervorul de namol in amestec, V = 1000m , serveste la amestecarea namolului primar si in exces inainte ca namolul amestecat sa fie ingrosat mecanic cu centrifugele. Rezervorul este echipat cu 2 mixere si un dispozitiv de masurare a nivelului namolului, care deserveste la controlul pompelor si al centrifugelor de ingrosare. Timpul de retinere in bazinul de amestec proiectat este de 6 ore.

5. Centrifugele de ingrosare

Namolul brut amestecat este ingrosat prin intermediul centrifugelor. Un total de 5 centrifuge este instalat in cladirea de deshidratare. In conditii normale de operare 3 centrifuge sunt folosite pentru ingrosarea namolului primar, o centrifuga serveste la dehidratarea namolului fermentat si alta este unitate de rezerva pentru ambele operatii.

Fiecare centrifuga este alimentata prin intermediul unei pompe elicoidale excentrice.

Fiecare linie de ingrosare este echipata cu o pompa elicoidala excentrica, care serveste pentru transferarea namolului ingrosat la un rezervor de namol ingrosat in amestec (rezervor tampon).

Polielectrolitul este adaugat namolului inaintea ingrosarii pentru a imbunatatii coagularea namolului si rezultatele ingrosarii.

Continutul de solide uscate proiectat este de 6,9%.

5.3. Rezervorul de amestec namol ingrosat

Rezervorul de amestec namol ingrosat (V=300 m ) serveste ca un rezervor tampon intre centrifugele de ingrosare namol si digestoarele de namol. Este echipat cu doua mixere submersibile. Un aparat de masura a nivelului serveste pentru comanda functionarii pompelor de alimentare.

5.4. Statia de pompare namol ingrosat

Statia de pompare namol ingrosat este echipata cu trei pompe elicoidale excentrice (pompe de alimentare digestoare). Namolul ingrosat este pompat de la rezervorul de amestec la digestoarele de namol. In conditii normale de functionare doua din cele trei pompe sunt functionale, o pompa servind ca unitate de rezerva. Statia de pompare namol ingrosat este de asemenea echipata cu o mica pompa submersibila; pompele de alimentare a digestoarelor sunt comandate prin intermediul unui aparat de masura nivel din rezervorul de namol in amestec. O pompa este prevazuta la doua digestoare care sunt alimentate pe rand.

5.5. Incalzirea namolului

Inainte ca namolul ingrosat sa intre in digestoare el este incalzit pentru a se realiza temperatura optima a procesului de fermentare.

Mai intai el strabate o serie de doua schimbatoare de caldura namol / namol care sunt folosite pentru recuperarea caldurii din namolul fermentat. In acest timp digestorul este alimentat cu namol ingrosat in aceeasi cantitate cu cantitatea de namol fermentat cald care este extras gravitational din acelasi rezervor de fermentare. Acest debit de namol strabate partea calda a schimbatorului de caldura pentru recuperarea caldurii. Astfel, capacitatea calorica a namolului fermentat extras este folosita pentru a incalzi namolul brut ingrosat. Sunt instalate un numar de patru schimbatoare de caldura namol/namol.

Apoi, namolul ingrosat preincalzit strabate un schimbator de caldura namol/apa. Apa fierbinte pentru schimbatorul de caldura namol / apa este preparata la centrala termica. Sunt instalate 6 schimbatoare de caldura namol apa, patru in functiune si doua in rezerva.

Pompele de recirculare namol sunt instalate in cladirile de incalzire namol pentru a sporii intreaga capacitate de incalzire a schimbatoarelor namol / apa. Pompele recircula continutul digestoarelor prin schimbatoarele de caldura namol / apa pana cand este realizata in digestoare temperatura prestabilita. Functionarea este controlata de indicatoarele de temperatura.

5.6. Digestoarele de namol (metantancurile)

Sunt instalate 4 rezervoare de fermentare cu un volum V = 4000m fiecare. In rezervoarele de fermentare namolul ingrosat este fermentat in conditii anaerobe la o temperatura de proces T = 33 C. Timpul de retentie proiectat in rezervoarele de fermentare este de 16 zile.

Fiecare rezervor de fermentare este echipat cu un mixer cu elice verticala pentru intretinerea conditiilor de omogenizare din rezervorul de fermentare.

5.7. Rezervoarele de biogaz

Sunt prevazute 3 rezervoare de biogaz cu un volum V = 1000m fiecare. Biogazul produs este colectat din partea superioara a rezervoarelor de fermentare. El trece apoi printr-un filtru de impuritati inainte de a fi transferat la rezervaorele de stocare biogaz sau la centrala termica.

5.8. Rezervoarele de omogenizare namol fermentat

Dupa ce namolul fermentat a trecut prin schimbatoarele de caldura namol / namol pentru recuperarea caldurii el intra in rezervoarele de omogenizare namol fermentat ( V = 2 X 500 m ). Rezervoarele sunt umplute si golite pe rand. Tamponarea si omogenizarea namolului fermentat serveste la realizarea rezultatelor optime de deshidratare in centrifugele de deshidratare. Fiecare rezervor este echipat cu doua mixere submersibile si o masura de nivel pentru comanda functionarii.

Timpul de retentie proiectat in rezervoarele de omogenizare namol fermentat este de 24h.

5.9. Centrifugele de deshidratare

Namolul fermentat este deshidratat prin intermediul centrifugelor. Solidele uscate continute in namolul deshidratat este de 25% conform contractului.

Polielectrolitul este adaugat namolului inaintea deshidratarii pentru a imbunatatii coagularea namolului si de a realiza rezultate optime la deshidratare.

Namolul deshidratat este colectat de la centrifugele de deshidratare si transportat la halda de namol temporara prin intermediul benzilor transportoare.

5.10. Statia de preparare polielectrolit

In hala de conditionare chimica si de deshidratare a namolului sunt instalate doua statii de preparae polielectrolit. Una furnizeaza polielectrolit pentru ingrosarea namolului si cealalta furnizeaza polielectrolit pentru deshidratarea namolului.

6. Dezinfectia apelor uzate epurate

Procedeul de dezinfectie se aplica in acele situatii in care este necesar a asigura un grad sporit de protectie a emisarului (lacuri, zone costiere), unde o activitate de agrement, turistica, sportiva sau de conservare a biodiversitatii poate fi compromisa de riscul contaminarii biologice sau bacteriologice de la ape uzate neepurate in suficienta masura.

In general, in epurarea apelor uzate s-a preluat experienta indelungata de dezinfectie de la tratarea apelor de alimentare. Se va insista pe unele elemente specifice apelor uzate, in acest caz, specificul consta in natura periculoasa a unor impuritati prezente in apa (bacterii, virusuri, anumite categorii de substante organice).

Din acest punct de vedere este de remarcat interesul ce se manifesta in tarile avansate pentru inactivarea virusurilor ce pot fi prezente in concentratii semnificative in efluentul secundar al statiilor de epurare. Virusurile pot strabate tot procesul de epurare, pot persista in cursurile de apa si pot intra in prizele sistemelor de alimentare cu apa.

Din punct de vedere al inactivarii sunt raportate posibile eficiente in cazul epurarii primare sau secundare.

Astfel, in epurarea primara performantele posibile sunt de cel mult 3%, ceea ce este total insuficient.

In epurarea secundara, studii au dovedit posibile performante de la 9-96%. Totusi, aceasta eficienta este departe de aceea necesara unui efluent sigur.

Si in acest caz, ca si in epurarea tertiara, dezinfectia ca performanta este strict dependenta de performantele treptelor anterioare de epurare. Astfel, avand in vedere acest aspect, abilitatea unor tehnologi si apoi a operatorilor este de a concepe si exploata un flux tehnologic complex, in care fiecare procedeu sau instalatie de epurare isi aduce aportul la obtinerea unei eficiente finale, care in unele cazuri este necesar sa fie si de 99, 99%.

Eficienta procedeului de dezinfectie poate fi redusa prin interferenta unor alte impuritati sau parametri, ca de exemplu: substante organice clorurate, materii in suspensie, pH, amoniu etc.

De remarcat in treapta de dezinfectie este:

utilizarea clorului ca agent dezinfectant (fig.17);

clorinarea este insotita de o declorinare, posibil a se face cu carbune activ (fig.17.) sau cu SO₂;

utilizarea oxigenului ca alternativa pentru dezinfectie .

Ca observatii cu caracter general, pot fi retinute urmatoarele:

utilizarea larga a proceselor de epurare fizico-chimica dupa epurarea cu carbune activ;

utilizarea de reactivi chimici cu var, sulfat de aluminiu sau clorura ferica, practica bine cunoscuta in tratarea apelor de alimentare;

eficientele posibil a fi atinse sunt de 99,99%.

Ca elemente rezultate din practica exploatarii unor instalatii industriale, sunt de retinut urmatoarele valori:

doza de clor: 2-4 mg/1;

timp de contact: 30-40 min;

doza de SO₂ pentru declorinare: 112 din doza de clor;

doza de ozon: 3-10 mg/1;

timp de contact: 5-22 min.

Fig. 17 - Epurare pentru reducerea virusurilor utilizand procesee fizico-chimice (V.Rojanschi,1997)