Epurarea biologica a apelor uzate

Epurarea biologica a apelor uzate

1. Aspecte generale

Epurarea biologica este o treapta superioara a procesului de epurare a apelor uzate orasenesti si se mai numeste si epurare secundara.

In conformitate cu legislatia Comunitatii Europene privind protectia mediului cu precadere a apelor, este obligatorie aplicarea acestui procedeu de epurare pentru a asigura o calitate superioara procesului de epurare. In prezent in marea majoritate a tarilor europene s-a trecut la etapa de epurare tertiara, numita si epurare avansata, care urmeaza etapei secundare de epurare biologica. Treapta de epurare tertiara inca nu se aplica in Romania, dar in viitorul mai indepartat va trebui ca si Romania sa introduca in mod obligatoriu aceasta etapa de epurare a apelor care asigura calitati net superioare apelor uzate epurate.

Epurarea biologica este procesul tehnologic prin care impuritatile de natura organica din apele uzate sunt transformate de catre o cultura de microorganisme in produsi de degradare mult mai inofensivi, respectiv, CO , saruri minerale etc.

Din punct de vedere teoretic, procesul de epurare biologica aeroba are loc dupa urmatoarea schema:

Figura 3.61. Schema generala a metabolismului in epurarea aeroba.

Produsele de natura organica din apele uzate sunt adsorbite si concentrate la suprafata biomasei, unde sub actiunea enzimelor eliberate de celulele microorganismelor, substantele organice sunt descompuse in componente mai mici si care pot patrunde in celula microorganismelor unde sunt metabolizate. Prin metabolizare se obtin produsi de descompunere, cum sunt: CO , H O, energie, dar si noi microorganisme prin inmultire.

Spre exemplu procesele de epurare biologica in conditii aerobe, conduc la oxidarea completa a substantelor organice, pana la CO si H O, cu eliberare de energie. In cazul glucozei oxidarea produsa de microorganisme se desfasoara conform reactiei :

oxidare

C H O CO + H O + 680 Kcal.

Rolul principal in epurarea biologica este detinut de catre bacterii. Aceste microorganisme care consuma substante organice, din apele uzate pot trai si se pot inmulti in prezenta sau in absenta oxigenului, deci procesele pot fi aerobe si anaerobe. De regula procesele aerobe sunt specifice procesului de epurare a apelor de substante organice, in timp ce procesele anaerobe sunt specifice prelucrarii namolurilor rezultate in statiile de epurare si au ca rezultat obtinerea in principal a biogazului.

In stransa asociere cu bacteriile in aceste procese aerobe intervin si protozoare (ciliate si flagelate), metazoare (rotiferi si nematode) si ciuperci sau fungi. Aceste asociatii de microorganisme se numesc biocenoze.

2. Metabolismul bacterian

Epurarea biologica se realizeaza ca urmare a metabolismului bacterian, care 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, dar si pentru alte activitati secundare (mobilitate, luminiscenta). In urma acestor procese, substantele din apele uzate, respectiv elementele nutritive, sunt transformate in constituenti celulari, energie si produse de uzura.

Din punct de vedere energetic procesele metabolice se pot imparti in doua grupe mari:

procese de dezasimilatie ( exoterme) prin care se elibereaza energie in urma degradarii substantelor organice din apele uzate;

procese de asimilatie (endoterme) in care se sintetizeaza componenti celulari.

Aceste doua procese sunt strans interconectate, astfel incat prin degradarea substantelor din mediu se asigura pe langa energie si substante chimice sau procursori ai acestora, necesari pentru sinteza elementelor din celulele microorganismelor. In ansamblu diferitele reactii biochimice ale metabolismului indeplinesc patru functii esentiale pentru viata celulei si anume:

producerea componentilor chimici folositi pentru realizarea constituentilor celulari;

elaborarea de energie si stocarea acesteia sub diferite forme;

activarea unor elemente de constructie a celulei pe baza energiei stocate;

formarea de material biologic nou prin utilizarea substantelor chimice produse prin descompunerea substantelor organice.

O caracteristica distinctiva a activitatii metabolice bacteriene este intensitatea exceptionala a proceselor celulare in comparatie cu activitatile omoloage ale organismelor superioare. Aceasta caracteristica se datoreaza faptului ca celulele microbiene au un raport deosebit de mare intre suprafata de contact cu exteriorul si greutatea lor. Ca urmare schimbul de substante intre celule si mediu este foarte intens. Acest fapt asigura o viteza extrem de mare de consum al materialelor organice si in acelasi timp o viteza mare de crestere a bacteriilor.

Luate in ansamblu bacteriile isi pot realiza metabolismul utilizand practic numeroase si diferite surse de substante nutritive incepand de la azotul molecular, bioxidul de carbon, sulf si terminand cu cele mai complexe substante organice. Aproape orice substanta din mediu, organica si chiar anorganica, din care se poate obtine energie este accesibila metabolismului bacterian.

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. Deci in mediile uzuale de cultura a microorganismelor trebuie sa se gaseasca in primul rand surse de: C, H, O, N, P, S; cantitati mici de K, Mg, Mn, Na, Ca, Fe, Cl^-, SO₄^-, PO₄^-3 si cantitati foarte mici de Zn, Co, Mo asa numitele oligoelemente indispensabile activitatii metabolismului bacterian

3. Procesele de dezasimilatie

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

Faza I este faza degradarii macromoleculelor de origine organica datorita enzimelor, cand acestea sunt descompuse pana la nivelul unor unitati de constructie, adica compusi chimici ce pot fi transferati prin membrana celulelor in interiorul celulelor microorganismelor. Astfel proteinele sunt descompuse pana la nivelul aminoacizilor, grasimile la nivelul glicerinei si a acizilor grasi, iar glucidele la nivelul de hexoze si pentoze. 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.

Faza II este faza transformarilor esentiale prin degradare. Moleculele rezultate din degradarea efectuata in prima faza sunt transformate mai departe in alti produsi, cu formare de CO₂ si H₂O cu eliberare de energie.

Faza III faza de eliberare a energiei se desfasoara pe doua cai. O prima cale, cea a descompunerii integrale a substantelor nutritive la nivelul de CO₂ si H₂O cu o degajare mare de energie si cea de a doua cale prin care substantele nutritive sunt descompuse numai partial, formandu-se o multime de produsi intermediari, numiti produsi de fermentatie.

Procesele de degradare din cadrul proceselor de dezasimilatie sunt din punct de vedere chimic reactii de oxidoreducere.

Procesele de asimilatie

Asimilatia este procesul prin care materialul nutritiv de natura exogena, din exteriorul celulei este incorporat in substanta proprie a unei celule, respectiv a unui organism. Asimilarea se realizeaza printr-o serie de reactii biochimice.

Asimilare din punct de vedere biologic reprezinta un proces de biosinteza in care unii compusi chimici sunt modificati si transformati in proteine, acizi nucleici, etc. Acest proces de asimilatie de sinteza macromoleculara este posibil datorita unor enzime specifice si a prezentei in celulele microorganismului viu a unui material genetic purtator de informatie ereditara care joaca rolul de model sau tipar in biosinteza.

Aceste procese biologice sunt influentate de urmatorii factori:

temperatura mediului, respectiv al apei uzate. Exista o temperatura optima. La temperaturi scazute sau foarte ridicate scade activitatea celulelor;

PH-ul apei. Daca este mult diferit de cel neutru procesele sunt mult mai lente;

prezenta unor elemente toxice, cianuri, agenti oxidanti puternic, oxizi ai de metalelor grele Mg, Ag, Cu, radiatii, ultrasunete, etc. influenteaza negativ procesul de epurare biologica

concentratia excesiva a apei in substante nutritive poate duce la inactivitatea enzimelor ce realizeaza prima procesare a substantelor organice.

5. Biodegradabilitatea si tratabilitatea

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 biologic.

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

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 microorganismelor namolului activ.

Apele uzate industriale cu continut de substante organice, de cele mai multe ori de sinteza, trebuie analizate cu atentie pentru ca pot sa contina si substante toxice pentru microorganisme.

Prin biodegradabilitate se poate intelege procesele fizico-chimice si biochimice prin care o substanta este transformata de catre microorganisme in mediu si conditii naturale sau in mediu si conditii artificiale, in asa fel incat isi pierde identitatea, deci 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;

totala.

Prin degradarea primara se intelege biodegradarea unui compus chimic 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 (mineralizare).

Biodegradarea acceptabila este fenomenul ce are o succesiune de transformari ce conduce in masura minim necesara pentru indepartarea unor proprietati specifice ne dorite ale substantei in cauza (spre exemplu: spumare, coloarea, mirosul, sau o anumita toxicitate etc.).

Biodegradarea totala conduce la transformarea substantelor respective in oxizi ai elementelor ce o compun.

Din punct de vedere al protectiei mediului biodegrabilitatea trebuie apreciata numai sub aspectul efectului asupra mediului, respectiv numai in ceea ce priveste indepartarea efectelor nocive a substantelor asupra mediului inconjurator.

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

Tratabilitatea apelor uzate poate fi apreciata prin indicatorul gradului de indepartare a substantelor organice totale din apa sau prin indepartarea substantelor asimilabile, in acelasi timp, concentratia materiilor aflate in suspensie da indicatii asupra cresterii volumului biomasei din statiile de epurare.

Pot fi considerate ca ape tratabile biologic, in sensul definitiei anterioare, apele uzate care in timpul trecerii prin instalatiile de epurare, corect dimensionate, permite indepartarea substantelor organice totale (C.C.O.) in procente de 60-90 %, iar a substantelor asimilabile (C.B.O.₅) in procente de 80-98 %.

Epurarea biologica artificiala

Principial epurarea biologica naturala se face in emisari dupa deversarea apelor uzate, iar epurarea biologica artificiala se realizeaza in doua moduri si anume:

in bazine de epurare artificiala cu namol activ;

in filtre biologice care sunt fie filtre biologice propriu zise, fie ca sunt campuri de filtrare si irigare .

In perioada actuala se preconizeaza o extindere semnificativa a procedeului de epurare biologica cu namol activ pentru ca este un procedeu care depinde intr-o masura mai mica de conditiile climaterice si mai ales pentru faptul ca procedeul poate fi controlat si urmarit. De fapt actuala legislatie europeana obliga toate orasele sa dispuna de treapta biologica de epurare.

Epurarea biologica artificiala, spre deosebire de epurarea biologica naturala, este urmata, in mod obligatoriu, de o decantare secundara unde se retin elementele biologice din filtrele biologice si o cantitate insemnata de namol.

7. Epurarea biologica cu namol activ

Epurarea biologica se realizeaza in bazine cu namol activ in care se produce o aerare artificiala, prin introducerea de aer printr-un sistem de conducte. Sunt constructii in care epurarea biologica aerata a apei are loc in prezenta unui amestec de namol si apa uzata, accelerarea procesului se realizeaza prin introducerea unei cantitati de namol activ, numit astfel intrucat contine microorganisme ce prelucreaza substantele organice din apa si prin insuflarea de aer ce contine oxigen pentru a sustine procesele de oxidare.

Bazinele de epurare biologica utilizand namolul de la bazinele de decantare, numit si namol activ pentru ca el contine cantitati insemnate de microorganisme si materii organice, sunt de o forma alungita, asemenea unor canale longitudinale, in care procesul de epurare avanseaza pe masura ce apele din bazin se apropie de zona de evacuare.

Epurarea este activata pe de o parte de catre aerul introdus fortat in apa bazinului, pe de alta parte de catre agitatia permanenta a apei ce asigura o omogenizare a lichidului din bazin si in mod deosebit de catre namolul introdus suplimentar. Namolul introdus in acest bazin provine din decantorul secundar, intrucat doar o mica parte din namol este introdus in bazin, restul namolului, numit namol in exces este trimis la fermentare impreuna cu namolul din decantoarele primare.

Procesul tehnologic de epurare in bazine cu namol activ are avantajul ca poate fi reglat in functie de cantitatea apei uzate, temperatura precum si in functie de incarcarea apei cu substante organice. Forma clasica a unui bazin pentru epurare este prezentata in figura 3.62.

Figura 3.62. Schema de principiu a unui bazin pentru epurare biologica cu namol activ.

Procesul de epurare biologica a fost studiat de multi specialisti, sau facut modele matematice pentru studiul evolutiei consumului biochimic de oxigen CBO care de fapt caracterizeaza procesul de epurare biologica. Epurarea apei intr-un bazin cu namol activ se datoreaza in primul rand bioabsortiei, proces care se produce la contactul substantei organice cu namolul activ si care actioneaza pe o perioada relativ scurta. In al doilea rand, namolul activ asimileaza substantele organice, datorita microorganismelor, in prezenta oxigenului si prin adsorbtia compusilor organici prin membranele celulare in interiorul celulelor se creeaza noi celule.

Procesul de epurare biologica cu namol activ poate fi exprimat grafic in functie de timp si in functie de cantitatea de namol activ.

Figura 3.63. Curba teoretica de dezvoltare a namolului in procesul de epurare biologica.

Faza I. Este faza de adsorbtie a materiilor organice de catre celule;

Faza II. Este faza dezvoltarii lente in care activitatea bacteriilor devine preponderenta in directia transformarii substratului de materii organice asimilate in noi celule vii.

Faza III. Este faza autooxidarii, in care masa de namol incepe sa se diminueze deoarece substantele organice sunt utilizate cu precadere pentru consumul energetic al celulelor. In aceasta faza reducerea CBO este foarte mica deoarece materia organica este complet oxidata.

Procesul evolutiv al namolului din bazinul de epurare biologica poate fi exprimat matematic pe cele doua faze de baza, astfel:

In formula de mai sus avem urmatoarele notatii:

a - fractia de CBO indepartata si care este sintetizata in namol intr-un

anumit moment;

y- valoarea lui CBO indepartat

S - concentratia in namol

In formula de mai sus avem urmatoarele notatii:

S₀- concentratia initiala a namolului;

L₀- concentratia totala de materii organice masurata prin CBO.

S- concentratia in namol la timpul t;

Procesul este definit si de urmatoarele relatii:

As = S - So cresterea concentratiei de namol;

L - CBO valoarea corespunzatoare pentru oxigenului ramas;

Y₁-CBO indepartat prin bioabsorbtie;

y-y₁- CBO indepartat prin asimilare pentru respiratie si sinteza;

Studiul dezvoltarii cantitative a namolului, se poate realiza pornind de la fazele prezentate in figura 7.70. Astfel in prima faza Faza I (a b) avem o dezvoltare intensa a namolului:

prin integrare se ajunge la forma :

sau in functie de CBO indepartat (y) si daca presupunem ca nu a existat nici o cantitate indepartata de namol avem:

In formula de mai sus avem urmatoarea notatie:

k₁ este viteza de dezvoltare a namolului.

Faza II este faza dezvoltarii lente (b-c). In aceasta faza se presupune ca descresterea concentratiei de CBO incepe sa limiteze dezvoltarea namolului. Faza II este definita prin viteza de descrestere a CBO prin relatia

sau dupa integrare relatiei:

,

in care: - este viteza de indepartare a CBO.

8. Construirea si functionarea instalatiilor de epurare cu namol

activ

De la bun inceput trebuie sa precizam ca aceasta faza a epurarii biologice cu namol activ este influentata si de altfel nu poate functiona performant fara existenta decantorului primar in care se sedimenteaza cantitatea cea mai mare de namol si care este instalat in fata bazinului de epurare biologica precum si fara decantorul secundar ce precede bazinul de epurare si unde trebuie sa se sedimenteze rezultatul procesului de epurare biologica. Ambele decantoare au ca produs namolul care intr-o mare masura se utilizeaza la epurarea biologica, intrucat contin substante organice si bacterii si de aceea se mai numeste si namol activ. In figura 3.64. este prezentata chema tipica a unei instalatii de epurare biologica cu namol activ.

Fig.3.64. Schema de principiu a unei instalatii de epurare

biologica cu namol activ

Bazinele de epurare biologica cu namol, din punct de vedere al modului de introducere a aerului in interiorul apei uzate se impart in doua mari grupe:

cu aerare pneumatica;

cu aerare mecanica;

Ambele variante trebuie sa indeplineasca 3 functii esentiale:

a.      sa transfere cat mai intens apei uzate si flocoanelor existente oxigenul necesar ca procesul de epurare sa se desfasoare in conditii aerobe.

b.     Sa mijloceasca circulatia flocoanelor in apa uzata si sa creeze un contact cat mai intens intre flocoane si apa.

c.      Sa impiedice flocoanele sa se sedimenteze pe radierul bazinelor unde ar putea sa intre in fermentatie anaeroba si sa prejudicieze calitatea procesului de epurare biologica.

In cazul bazinelor cu aerare pneumatica oxigenul necesar se introduce o data cu aerul atmosferic. Astfel se introduce aer comprimat printr-o serie de conducte subacvatice prevazute cu duze, sau placi poroase. Oxigenul poate patrunde in apa uzata si din atmosfera la suprafata de contact a apei din bazin cu atmosfera.

In figura 3.65. este prezentat un bazin de aerare ce utilizeaza un sistem de conducte subacvatice ce dispun de placi poroase prin care aerul rste evacuat in bazin sub forma de bule fine.

Fig.3.65. Bazin de aerare cu bule fine pentru epurarea biologica

distribuitor de aer; 2 - racord; 3 - robinet; 4 - conducta flexibila;

- aerator ;  6 - conducta de legatura; 7 - inel de prindere;

8 - cablu flexibil de ridicare.

( A - numar de aeratoare; R distantele dintre aeratoare de pe un tub; B-

numarul de tuburi de aerare; L - lungimea tubului )

In cazul bazinelor cu aerare mecanica patrunderea oxigenului se poate realiza pe urmatoarele cai:

circulatia intensa a apei uzate la suprafata pentru un contact intens cu aerul

impingerea aerului in apa uzata prin tuburi de aspiratie

agitatia intensa a apei cand apa este aruncata de agitatori in aer si se produc multi stropi, crescand astfel contactul cu aerul.

Aerarea pneumatica se caracterizeaza prin introducerea de bule de aer in apa. In functie de marimea bulelor avem 3 categorii de aeratoare:

Cu bule fine <1,5 mm

Cu bule mijlocii 1,5< <3 mm

Cu bule mari <12 mm

Introducerea aerului in interiorul masei de apa uzata se face prin conducte, iar eliminarea aerului in apa se face prin intermediul unor difuzoare poroase fine, prin duze cu orificii mici sau prin placi poroase.

Dimensiunea bulelor depinde de presiunea aerului si de dimensiunea orificiului. Cele mai utilizate sisteme in perioada actuala sunt cele cu conducte si eliminarea aerului prin difuzoare poroase, sau prin conducte gaurite.

In figurile 3.66., 3.67. si 3.68 sunt prezentate trei modalitati de distribuire a aerului comprimat in bazin: cu difuzor poros tubular, cu placi poroase si cu difuzoare poroase.

Fig.3.66. Difuzor poros tubular

Fig.3.67. Bazin de aerare cu placi poroase

Fig.3.68. Difuzoare poroase de tip disc amplasate pe tuburi

Important de retinut este faptul ca introducerea apei in bazin trebuie sa imprime apei o miscare in spirala a apei de la intrarea spre iesirea apei din bazin.

Acest curent de apa cu bule de aer in forma de spirala ce se realizeaza in apa asigura antrenarea tuturor particulelor din apa si astfel se impiedica formarea de depuneri de namol pe fundul bazinelor. Se recomanda la constructia bazinelor rotunjirea colturilor de la fundul bazinului si de la partea superioara, pentru a dirija circulatia apei in spirala. In figura 3.69 este prezentat un astfel de bazin, precum si modul de introducere a aerului pentru a se putea forma spirala amestecului aer plus apa.

Figura 3.69. Bazine cu aerare pneumatica

a. cu placa poroasa; b. cu conducte cu orificii.

Viteza de circulatie a apei pe sectiunea transversala a bazinului este cuprinsa intre 0,30- 0,50 m / s. Debitul de aer insuflat trebuie sa fie de peste 1m³ aer / minut . m³ apa. De regula din 15 in 15 m in bazine sunt montate deflectoare de apa, respectiv pereti cu o anumita inclinatie care realizeaza amestecarea apei din centru spiralei cu apa de la periferia spiralei.

In cazul aerarii mecanice se realizeaza o agitatie puternica a apei din bazin, ceea ce face sa se produca o amestecare intensa intre apa, namol si aerul atmosferic. Dupa modul in care se realizeaza absorbtia aerului, sistemele de aerare mecanica sunt de urmatoarele tipuri:

aeratoare mecanice cu aspiratie;

aeratoare mecanice cu rotor;

aeratoare mecanice cu palete sau perii.

In figura 3.70. este prezentat principiul de functionare a unui bazin de aerare cu palete.

Aeratoarele mecanice cu palete sau perii au aparut in 1916 in Anglia, cand s-a trecut la epurarea biologica. Sunt de fapt rotoare cu palete care amesteca apa cu aerul si namolul si dirijeaza apa spre zona de evacuare (fig. 3.71).

Figura 3.70. Bazin cu aerare mecanica cu palete

Fig.3.71. Bazin de aerare cu perie

1- grup de antrenare; 2 - perie ( palete)

3- ecran; 4 - bazin de aerare

Bazinele cu aerare mecanica cu aspiratie (fig. 3.72.)sunt mai rar folosite. Aceste aeratoare sunt de fapt tuburi verticale prin care este aspirat aerul odata cu apa, prin efectul tuburilor "Venturi", iar amestecul apa + aer este impins spre fundul bazinului.

Bazine cu aeratoare mecanice cu rotor sunt destul de mult utilizate. Exista foarte multe tipuri de aeratoare cu rotoare care se grupeaza in doua categorii:

cu tub central sub rotor

fara tub central

Procedeul fara tub central de aerare se utilizeaza la bazine cu adancime de regula sub 3m. Rotorul este format dintr-un disc cu palete asezat la o distanta de pana la - 15 cm de nivelul apei.

Acest sistem de aerare este compus din grupul de actionare motor electric si reductor si rotorul cu palete (fig. 3.73).

In cazul bazinelor de marea adancime este necesar plasarea rotorului aproape de fundul bazinului din doua motive: in primul rand pentru a trimite oxigenul sub forme bule de aer cat mai adanc in masa de apa si in al doilea rand pentru ca apa sa antreneze sedimentele de pe fundul bazinului. In figura 3.74. este prezentata o astfel de instalatie de aerare plasata la adancime.

Fig. 3.74. Bazin de aerarea echipat cu aerator mecanic de suprafata

1- axul rotorului; 2 - motor de antrenare; 3 - rotor cu palete.

Fig. 3.75.Aerator mecanic de mare adancime

1 - palnie pentru absorbtia aerului; 2 - tub pentru adsorbtia

aerului; 3 - motorul pentru antrenarea rotorului; 4 - bazinul

de aerare.

Pentru cazul bazinelor de adancime medie se poate utiliza sistemul cu aerator de medie adancime. In figura 3.76. este prezentat un astfel de sistem.

Fig.3.76. Aerator axial de medie adancime

motor electric; 2- difuzor cu palete pentru

directionare; 3 - paletele rotorului axial.

Elementele ce caracterizeaza acest proces de introducere a oxigenului, respectiv a aerului in apa sunt urmatorii:

Eficienta de aerare in kg O₂/KWh;

Capacitatea de oxigenare O₂ / zi;

Puterea la arborele de antrenare;

Capacitatea specifica de oxigenare kg O₂ / m³ bazin h.

In vederea proiectarii bazinelor de aerare cu namol activ este necesar sa se stabileasca o serie de parametrii de proiectare. Acesti parametrii sunt:

debitul de apa uzata;

cantitatea de namol recirculat;

necesarul de oxigen;

incarcarea organica a apei din bazin si a namolului;

durata procesului de aerare.  

Astfel se calculeaza:

incarcarea organica a bazinului de apa:

in care β este gradul de epurare.

incarcarea organica a namolului

concentratia in materii solide si suspensii din bazin si namol.

procentul de namol recirculat

C - concentratia in materii solide a apei din bazin.

- indicele namolului [100-150ml/g]

namol in exces

oxigenul necesar

in care:

β - gradul de epurare a treptei biologice

Co - cantitatea de CBO intrata in bazin pe 1 zi.

P΄mg - cantitate de substante uscate din bazin intrate intr-o zi.

volumul bazinului de tratare cu namol activ:

in care:

C - cantitatea totala de CBO intrat in bazin timp de 1 zi in kg.

- incarcarea organica a bazinului in kg CBO /m³·bazin·zi.

Pornind de la tipul clasic al bazinului de aerare s-au dezvoltat multe variante constructive de regula pentru debite mici. Sunt variante mult mai simple si mai usor de realizat si sunt destinate unor zone mai izolate, aceste statii de epurare deservind fie hoteluri, fie mici comunitati. In figura 3.77. este prezentata in sectiune un bazin de aerare de tip INKA.

Pentru scaderea costurilor instalatiilor de epurare de mici dimensiuni s-a trecut la realizarea unor instalatii care indeplinesc mai multe roluri, respectiv: aerare, oxidarea biologica si decantare. Instalatia dispune de mai multe zone de lucru, astfel avem:

zona centrala foarte activa;

zona secundara de reactie;

zona de decantare a namolului.

Introducerea apei brute se face axial pe la partea inferioara, rotorul central realizeaza o buna amestecare a apei cu aerul insuflat sub presiune in zona respectiva. In continuare amestecul apa plus aer este trimis spre zona secundara de reactie unde se vor continua procesele de oxidare aeroba a substantelor organice.

Fig. 3.77. Sectiune printr-un bazin de aerare tip INKA

1 - canal pentru introducerea aerului; 2 - conducte pentru

introducerea aerului in bazin; 3 - canal pentru aductiunea

apei uzate; 4 - conducte de aer cu orificii; 5 - ecran din

lemn pentru dirijarea circulatiei apei in bazin.

Din zona secundara apa este trimisa in zona de decantare. Acest circuit se repeta continuu, durata procesului poate fi reglat in functie de debitul de intrare a apei brute. Namolul depus pe fundul bazinului este evacuat printr-o conducta legata de o pompa pentru namol. In figura 3.78. este prezentata o sectiune printr-o astfel de instalatie monobloc.

Fig. 3.78. Instalatie de epurare biologica monobloc a apei uzate

1 - conducta insuflare aer; 2 - evacuare apa epurata; 3 - zona de

reactie primara; 4 - zona de reactie secundara; 5 - intrare apa bruta;

- conducta de evacuare a namolului in exces; 7 - zona de decantare.

In cazul bazinului de aerare cu "perie", sectiunea bazinului nu este simetrica ea trebuie sa asigure dirijarea apei spre a urma o spirala in bazin. In acest scop bazinul dispune si de un perete de ghidare a circulatiei apei. In figura 3.79. este prezenta sectiunea unui astfel de bazin.

Fig.3.79. Sectiune printr-un bazin de aerare cu "perie"

O alta varianta de statie monobloc de epurare biologica este prezentata in figura 3.80. Se remarca sistemul de aerare cu axa orizontala tip "perie" plasat in bazinul de aerare. Particularitatea acestui sistem consta in faptul ca exista doua bazine de epurare biologica, precum si un bazin decantor secundar.

Fig.3.80. Schema functionala a unei statii de epurarea biologica

Monobloc tip AS - NIKKOL pentru debite mici.

1 - intrarea apa; 2 - evacuare apa epurata; a - readmisie apa cu namol;

b - conducta recirculare namol; A - zona secundara aerata; E - zona de depunere namol; C - zona primara de epurare biologica; D - zona de decantare secundara .

Dupa aceasta operatie de tratare biologica apei uzate, apa cu suspensiile continute, trebuie sa treaca in decantoarele secundare unde se vor sedimenta materialele aflate in suspensie. Sedimentarea este o operatie importanta a acestei faze de epurare biologica. Din punct de vedere constructiv, aceste decantoare sunt asemanatoare cu decantoarele primare.

9. Constructia si functionarea decantoarelor secundare

Decantoarele secundare au un rol foarte important si anume de a retine membranele biologice rezultate din faza de epurare biologica, precum si flocoanele de namol ce sunt evacuate o data cu apa din bazinele de aerare pentru a nu ajunge in emisar.

Cele mai frecvente decantoare utilizate sunt cele orizontale si cele radiale. Namolul colectat in aceste decantoare se elimina in mod continuu sau discontinuu. Namolul evacuat contine foarte multa apa si este supus unor procese de dezhidratare ulterioara. Evacuarea namolului din decantoare se poate face prin sifonare sau prin pompare.

Alegerea tipului si a marimii decantorului secundar trebuie realizata in concordanta cu STAS 4162 / 89. Pentru dimensionare se porneste de la debitul maxim al apelor uzate la care se mai adaoga si un plus de volum corespunzator debitului de apa si namol care se recircula.

In formula de mai sus avem urmatoarele notatii:

Q_v este debitul de verificare;

Q_zi.max. este debitul zilnic maxim sau debitul de calcul Q_c in m³ / h;

Q_R este debitul corespunzator procentului de apa cu namol recirculat.

Suprafata orizontala totala a decantorului secundar se poate stabilii cu urmatoarea formula:

;

In care avem urmatoarele notatii:

U_Sv este incarcarea superficiala a apei uzate (viteza de sedimentare in m/h)

Cele mai utilizate decantoare secundare sunt cele radiale. In figura 3.81. este prezentat un astfel de decantor.

Fig. 3.81. Decantor secundar radial

1-camera de distributie; 2 - pod raclor; 3 - jgheab colector inelar pentru namol; 4 - jgheab colector inelar mobil pentru namol; 5 - conducta pentru namol; 6 - guri pentru aspiratie namol; 7 - tevi aspiratie namol; 8 - deversor apa decantata; 9 - rigola colectare apa; 10- palnie colectare namol; d_a - intrare apa; d_e-evacuare apa ; d_n - conducta namol activ.