PROIECTAREA PROCESULUI DE TRATARE A APEI

CERINTELE BENEFICIARULUI PRIVIND STATIA DE TRATARE APA POTABILA SUPLAC PENTRU 4.000M3/ZI CAPACITATE

Varianta originala a acestui document a fost prezentata in Raportul II, sub numele DP-TD-001, in ianuarie 2009 pentru o capacitate a statiei de tratare apa de 6.000 m3/zi.

Documentul Petrom: Minuta intalnirii: MOM 20090224#1 din 24 ianuarie 2009 solicita ca:

'ECOIND sa prevada un al 5-lea scenariu: in loc de 2.000m3/zi apa potabila, fara apa potabila folosita la producerea aburului'

Prezentul Memoriu, facut in concordanta cu cele de mai sus, prezinta o noua varianta pentru statia de tratare apa, pentru o capacitate de 4.000 m3/zi, avand ca scop in special redimensionarea statiei de tratare pastrand acelasi proces de tratare ca in varianta precedenta. Toate datele prezentate in documentul precedent DP-TD-001, ca de exemplu descrierea lucrarilor existente sau alte detalii trebuie sa fie reconsiderate tinand cont de urmatoarele recalculatii.

Productia maxima ceruta de apa potabila:

- pentru utilitatile Petrom: 2.400 m3/zi

- pentru comunitatea Suplac: 1.600 m3/zi

Productia totala: 4.000 m3/zi

STATIA NOUA DE TRATARE APA CU O CAPACITATE DE 4.000M3/ZI APA POTABILA

Date de baza pentru proiectare

Date de baza pentru proiectarea hidraulica:

Proiectarea hidraulica trebuie sa asigure maximum de flexibilitate in functionare.

Ipoteze asumate:

Debitele maxime de apa potabila cerute pentru Petrom si comunitatea Suplac sunt:

- Pentru utilitatile Petrom: Q _d,P = 2.400 m /zi

- Pentru comunitatea Suplac: Q _d,S = 1.600 m /zi

Total:   Q _d,Total = 4.000 m³/zi

Coeficientii de variatie zilnici considerati:

- Pentru consumatorii Petrom: K_zi,P = 1.00

- Pentru consumatorii Suplac:  K_zi,S = 1.20

Coeficientii de variatie orari considerati:

- Pentru consumatorii Petrom:  K_o,P = 2.00

- Pentru consumatorii Suplac:  K_o,S = 1.40

Stocare de apa potabila propusa:

- Pentru combaterea incendiilor:

o            Rezerva apa de incendiu pentru Suplac*: 500m3 (reumplere in 20 ore)

o            Rezerva apa Petrom (rezervor existent)*: 1.000m3 (reumplere in 12 ore; sau reumplere in 6 ore cu diminuarea consumatorilor comunali sau tehnologici)

- Pentru compensarea diurna:  1.000 m3

* NOTA:

volumul de stocare de 500m3 este considerat pentru dimensionarea lucrarilor statiei de tratare in absenta oricaror date specifice referitoare la apa de incendiu necesara comunitatii Suplac

- rezervorul existent de 1.000m3 apartinand Petrom este situat langa statia de tratare si este alimentat in prezent direct de la statia de tratare existenta.

Debite de proiectare:

Debite maxime de apa potabila:

Q _{max, ora Petrom}: K _o,P x Q _d,P / 24 = 2.0 x 2.400 / 24 = 200 m³/h

Q _{max, ora Suplacu}: K _o,S x Q _d,S / 24 = 1.4 x 1.600 / 24 = 94 m³/h

Debitul maxim rezultat 294m3/h va fi furnizat de statia de tratare apa si de rezervoarele de stocare apa potabila.

Ca o regula, debitul de apa tratata va fi constant in timpul zilei si rezervoarele de apa vor fi alimentate inafara orelor de varf. Admitem ca:

- Debitul mediu de apa =  4.000/24 = 167 m3/h

- Volumul de stocare pentru compensare = 1.000 m3

- Perioada de consum maxim =  1.000 / (294 - 167) ~ 7,5 h/zi

- Perioada de consum minim =   24 - 7,5 = 16,5 h/zi

Refacerea rezervei de apa de incendiu va necesita:

- Refacerea rezerveri Petrom va fi facuta ca urmare a deciziei Petrom in 6 sau 12 ore:

o            1.000 m3 / 6 h = 167 m3 / h, sau

o            1.000 m3 / 12 h = 84 m3 / h.

- Refacerea rezervei de apa de incendiu Suplac va dura 20 ore:

o            500 m3 / 20 m3 =  20 m3 / h

Bazat pe evaluarile de mai sus, urmatoarele valori se vor considera pentru dimensionarea statiei de tratare apa:

- Debitul mediu de apa tratata:   4.000 / 24 = 167 m3/h

- Debitul mediu de apa decantata:  1,05 x 167 = 175 m3/h

- Debitul mediu de apa bruta:

o            daca turbiditatea este 42 NTU 1,06 x 167 = 177 m3/h (4.248 m3/zi)

o            daca turbiditatea este 160 NTU 1,08 x 167 = 180 m3/h (4.320 m3/zi)

o            daca turbiditatea este > 1.000 NTU 1,16 x 167 = 194 m3/h (4.656 m3/zi)

Pentru a se asigura maximum de flexibilitate in functionare se considera ca pentru unele perioade statia de tratare ar putea functiona la un debit cu 50% mai mare decat debitul mediu; in timpul acestor perioade, estimate la maximum 10ore/zi (~40% din 24 ore) se considera ca nu se va face nici o spalare de filtre. Acest tip de functionare va evita cat de mult posibil perioadele cu turbiditate ridicata a raului. Va rezulta:

- Debitul maxim de apa tratata:  1,5 x 167 = 250 m3/h

- Debitul maxim de apa decantata:  1,03 x 250 = 258 m3/h

- Debitul maxim de apa bruta: 

o            daca turbiditatea este 42 NTU: 1,065 x 250 = 266 m3/h

o            daca turbiditatea este 160 NTU: 1,08 x 250 = 270 m3/h

Datele de proiectare privind calitatea apei brute:

Datele relevante privind apa bruta rezultate din campania de analize din 2008, sunt prezentate mai jos. Acesti parametrii vor fi luati in calcul pentru dimensionarea noului proces. Valorile medii vor servi la calculul cheltuielilor de operare anuale. Turbiditatea maxima si suspensiile solide provin din probele instantanee prelevate in timpul debitelor mari din iunie si iulie 2008. Toti ceilalti parametrii au fost masurati pe probe prelevate in conditii normale, in zile fara precipitatii.

Toti ceilalti parametrii de calitate masurati, dar care nu sunt prezentati in tabel, se incadreaza in limitele standard prevazute in Legea 458/2002 si 311/2005 sau a Directivei Europene 98/83 CE si de aceea nu se vor lua in consideratie la proiectarea instalatiei.

In timpul debitelor mari din iunie si iulie 2008, apa bruta a avut turbiditati si concentratii de suspensii ridicate. Analizele de decantare a acestor ape, folosind o doza de 0.2 mg/l polielectrolit anionic, au demonstrat posibilitatea coborarii turbiditatii pana la maximum 160 NTU. Astfel, o pre-decantare a apei brute pe timpul perioadelor cu varfuri mari de turbiditate s-a dovedit ca necesara pentru filiera de tratare modernizata.

Criterii de performanta

Standarde pentru calitatea apei tratate:

Apa potabila se va incadra in limitele impuse de legislatia romana, Legea N^o 458/2002 si 311/2005.

Namolul si apa uzata

Namolul deshidratat va avea un grad de sicitate de minim 20% inainte de a fi transportat la depozitul permanent autorizat.

Apa uzata rezultata din procesele de tratare (apa de la spalarea filtrelor, supernatantul, ape provenite din goliri si deversari) va fi pompata si tratata la Statia de epurare industriala vecina; aceste ape nu vor fi amestecate cu apa uzata menajera.

Apa uzata de la laborator va fi neutralizata la pH 7, dezinfectata si stocata intr-un fosa septica ecologica impreuna cu apele menajere; aceste ape vor fi colectate periodic si transportate pentru a fi epurate la Statia de epurare municipala Suplac.

Lucrarile propuse

Priza de apa bruta si conducta de transport a apei brute

Constructii existente : reparatii, inlocuire capace metalice

Pompe, conducte, si vane* :  inlocuire

Caminul de vane  constructie noua

Cladire de exploatare noua*: dispecerat, camera electrica, magazie

Protectie impotriva inundatiilor: lucrari de umplutura pentru platforma

Sistem de spalare a chesonului : inlocuire

Sistem de amorsare pompe :  inlocuire

Alimentarea cu energie electrica* : tablou electric de joasa tensiune nou

Imprejmuire :  gard si poarta noi

Sistem de securitate :  sistem nou

Conducta de apa bruta*: inlocuirea conductei, goliri si dispozitiv de aerisire

Instalatii de tratare

Dupa constructia si punerea in functiune a noilor instalatii, instalatiile de tratare si retelele existente vor fi abandonate si demolate, cu exceptia statiei de pompare si   rezervoarelor de stocare apa potabila 2 x 500 m . Cladirea existenta a filtrelor va fi reabilitata si transformata pentru a putea instala in ea functiunile de exploatare si laboratoarele.

Constructii noi pe filiera noua tratare:

Camera de intrare a apei brute: acces apa bruta si distributie

Pre-tratare:  bazin de floculare, bazin de pre-decantare

Pre-tratare:  bazin de pre-oxidare, camera de distributie

Etapa de decantare* : coagulare+floculare+decantare lamelara

Etapa de filtrare* : filtre rapide cu nisip

Sistemul de spalare filtre* : pompe de spalare si suflante

Reactivi*:  cladirea chimica si echipamente

Dezinfectia apei* : bazine de contact cu clorul

Sistemul de clorare: cladire noua si echipamente noi

Rezervoare de apa tratata : 1 rezervor de stocare nou de 1,000 m

Rezervoare existente 2 x 500 m inlocuire echipamente

Statia de pompare*: statie noua pentru apa potabila si de serviciu

Statia de pompare*: statia de pompare existenta - re-echipare

Utilitati* :  unitate noua : apa de serviciu, aer comprimat, etc

Incalzire, ventialtie, centrala termica si instalatii noi

Apa uzata de proces* : rezervoare tampon si statie de pompare

Tratarea namolului* : ingrosator de namol si paturi de uscare

Retele* :  retele interne noi

Cladirea de exploatare: functiuni de exploatare, laboratoare noi

Statia trafo*: refolosire

Distributie de joasa tensiune: sistem nou

Altele:  sistematizare pe verticala, drumuri, gard si poarta

*NOTA : lucrari redimensionate pentru o capacitate de 4.000m3/zi

pentru utilitati Petrom : 2.400 m3/zi

pentru comunitatea Suplac : 1.600 m3/zi

Productia totala de apa : 4.000 m3/zi

Descrierea procesului de tratare si instalatiilor

Acest capitol se refera la descrierea procesului si dimensionarea noii filiere de tratare.

Noua conceptie prevede toate lucrarile si instalatiile noi necesare precum si reabilitarile si transformarile unor instalatii si structuri existente descrise anterior. Principala constrangere reprezentata de executia lucrarilor si instalatiilor noi fara a deranja instalatiile de tratare existente si suprafata foarte mica de teren liber disponibil, necesita urmatoarele:

amplasarea lucrarilor in mod foarte compact

executia si punerea in functiune a instaltiilor in etape succesive

achizitia sau concesiunea de catre Petrom a suprafetei de teren suplimentare necesare (aproximativ 0,4 hectare)

Aspecte generale privind conceptia procesului

Din punct de vedere tehnic, caracteristicile dominante ale conceptiei procesului sunt:

Adaptarea filierei la capacitatea de tratare a statiei de tratare Suplac

Dispunera constructiilor si instalatiilor noi este extrem de compacta, permitand beneficiarului economii remarcabile de capital

Procesul este capabil sa realizeze conformarea atat la normele romanesti cat si la cele Europene privind apa potabila

monitorizarea on-line a apei a fost analizata in detaliu si s-a prevazut instrumentatie suficienta pentru a asigura ca toti parametrii care au un impact asupra exploatarii optimale a statiei au fost monitorizati cu precizie si in timp util astfel incat instalatia sa reactioneze rapid si automat la schimbarea parametrilor; aceasta configuratie va permite instalatiei sa reactioneze la majoritatea poluarilor accidentale a apei brute (turbiditate mare, mangan, concentartii de fier)

Procesul a fost proiectat sa furnizeze in orice moment cantitatea de apa pentru PETROM si comunitate la calitatea corespunzatoare

Sistemul de control propus de proiect este complet automat conceput prin utilizarea normelor de conceptie internationale; aceste trasaturi vor permite operatorului ca din momentul receptiei sa exploateze statia cu minimum de personal

Instalatia proiectata este extrem de robusta si rezistenta la deteriorarile datorate caracteristicilor apei brute; proiectarea a doua linii de tratare va garanta ca orice avarie nu va pune in pericol capacitatea totala de productie

Conceptia este facuta cu respectarea normelor de mediu si securitatea muncii

Conceptia hidraulica

Priza de apa din raul Barcau

Apa bruta aspirata din priza de apa din Barcau, se va pompa prin intermediul a 2 pompe montate in paralel (alte 2 pompe vor fi montate in stand-by), in conducta noua principala de refulare catre statia de tratare.

Se va construi un camin noi de vane pentru a permite pompelor sa lucreze in paralel.

Amorsarea si re-amorsarea conductei de aspiratie (daca este necesar), va fi posibila prin intermediul unei vane manuale de amorsare care va permite volumului de apa necesar sa fie transferat de la conducta principala catre caminele pompelor.

Conducta de refulare cu o lungime totala de 1.359 m (intre caminul de vane de la aspiratie si punctul de distributie - camera de intrare la statia de tratare) este prevazuta cu 2 vane de golire montate in camine din beton amplasate in cele mai joase puncte ale profilului vertical si un dispozitiv de de aerisire montat in punctul cel mai inalt, amplasat de asemenea in camine din beton.

Nivelul apei (sistem de referinta Marea Baltica):

Raul Barcau si cheson:  158,47

Camera de admisie la statia de tratare: 170,65

Statia de tratare - hidraulica liniei apei:

Linia de tratare a apei va fi in totalitate gravitationala.

Camera de intrare primeste debitul de apa bruta si asigura o linistire a vitezei apei inaintea distributiei acesteia spre linia de tratare. Particulele mari de nisip se vor decanta pe fundul acestui prim bazin care este prevazut cu un sistem de purjare manuala. Trei stavile actionate electric vor permite distributia apei brute catre tratare, in functie de urmatorii parametrii ai apei brute detectati de catre traductori on-line (turbiditate) sau analizati in laborator (mangan si concentratii de fier). Stavilele vor fi inchise si deschise automat sau manual, dupa urmatoarele principii:

Turbiditatea sub 160 NTU si concentratia de mangan sub 50 µg/l va necesita numai decantarea apei brute; numai prima stavila va fi deschisa

Turbiditatea sub 160 NTU si concentratia de mangan peste 50 µg/l va necesita pre-oxidare si decantare; a 2-a si a 4-a stavila vor fi deschise; a 4-a stavila este montata intre bazinul de pre-oxidare si compartimentul de distributie situat in partea aval a camerei de intrare

Turbiditatea mare, peste 160 NTU si concentratii de mangan peste 50 µg/l va necesita pre-decantare si pre-oxidare; stavilele 3 si 4 vor fi deschise

Datorita perioadei reduse de functionare a pre-decantarii, aceasta treapta a fost conceputa cu un singur pre-decantor. Treapta de pre-decantare, necesita dupa perioada de oprire cel putin doua ore pana sa fie operationala (umplerea bazinului de floculare si a celui de pre-decantare). Activarea pre-decantarii se poate face automat pe baza unei valori predefinite a turbiditatii.

Treapta de decantare a fost prevazuta cu doua linii paralele, fiecare continand bazinele de coagulare + floculare + decantare, care lucreaza la o viteza de decantare moderata. Acest lucru va facilita oprirea unei linii fara alterarea calitatii apei decantate. Izolarea fiecarei linii de decantare se va face prin utilizarea unor robinete manuale (in amonte) si unor stavilelor plane (in aval).

S-au prevazut patru filtre de nisip amplasate in paralel. Aceasta configuratie permite o exploatare normala, cu spalarea fiecarui filtru cel putin odata pe zi. Oprirea totala a unui filtru pentru activitati de intretinere sau dezinfectie va fi posibila pentru o durata de 8 ore, fara a altera calitatea apei filtrate.

S-au prevazut doua bazine de contact cu clorul amplasate in paralel si doua bazin intermediare de apa potabila, care vor permite oprirea unei linii de bazine pentru activitati de verificare si intretinere. Aceste bazine vor fi alimentate gravitational din conducta de apa filtrata. Oprirea fiecararei linii in parte se va face prin intermediul batadourilor.

S-a prevazut un bazin de stocare pentru apa filtrata pentru alimentarea pompelor de spalare a filtrelor si a pompelor de apa de serviciu; acest bazin se va alimenta de la conducta de apa filtrata prin intermediul unei vane automate de tip inchis/deschis, care functioneaza in functie de variatia nivelului apei filtrate din acest bazin.

Apa potabila va fi pompata din la bazinele de stocare intermediare situate sub filtrele de nisip, folosind o pompa cu viteza variabila. O a doua pompa se va monta pentru stand-by.

O vana cu actionare electrica dublata de o vana de reducere a presiunii vor permite devierea unei parti a debitului catre rezervoarele de stocare a apei: un rezervor nou de 1.000m³ si cele doua rezervoare existente de 500 m³. Transferul apei catre rezervoare se va face in orele din afara varfurilor de consum, in special noaptea.

Apa potabila stocata in rezervoare va fi pompata catre consumatori in timpul orelor de varf. Apa potabila se va pompa catre consumatori din cele trei rezervoare de stocare printr-o pompa cu viteza variabila montata in statia de pompare existenta. Se va monta de asemenea o a doua pompa in stand-by. Cele trei rezervoare vor fi prevazute cu vane actionate electric montate pe conductele de plecare, pentru a permite o exploatare flexibila.

Functionarea pompelor de apa potabila montate in statia de pompare noua si cea existenta, va fi posibila atat in succesiune cat si in paralel, in functie de cerinta consumatorilor; astfel, se poate distribui catre consumatori un debit orar de apa potabila de la 100 pana la 500 m³/h.

Apa pentru incendiu, care in prezent este pompata intr-un rezervorul metalic exterior, se va pompa si in configuratia viitoare a statiei de tratare, prin intermediul a doua pompe (una in serviciu si alta in stand-by) care vor fi amplasate in aceeasi statie de pompare existenta. Aceste pompe pot utiliza apa dintr-un rezervor sau din toate cele trei rezervoare de stocare; la conceperea noului sistem hidraulic s-a considerat posibilitatea creerii de catre operator a unei rezerve intangibile de incendiu intr-unul din aceste rezervoare.

Statia de tratare - hidraulica liniei namolului:

Namolul rezultat de la trapta de pre-decantare va fi intotdeauna pompat catre ingrosatorul de namol.

Namolul rezultat numai de la treapta de decantare, atunci cand treapta de pre-decantare este oprita, se va pompa catre ingrosatorul de namol sau direct catre paturile de namol, in functie de cantitatea de namol. La turbiditati scazute ale apei brute < 20 NTU, namolul poate fi pompat direct catre paturile de namol. In aceste perioade, ingrosatorul va fi oprit si curatat.

Namolul ingrosat va fi pompat catre paturile de namol.

Apa uzata provenita de la spalarea filtrelor si supernatantul de la ingrosatorul de namol vor fi trimise gravitational catre rezervorul tampon si apoi pompata catre Statia de epurare a apei uzate industriale a Petrom, din apropiere.

Supernatantul si apele drenate de la paturile de namol vor curge gravitational catre un al doilea sistem de colectare si pompare situat la nivelul cel mai de jos al amplasamentului statiei de tratere. Toate celelalte ape uzate de la procese sau deversarile din bazinele statiei de tratare vor fi trimise gravitational catre acest ultim rezervor tampon. Aceste ape uzate se vor pompa printr-o conducta separata catre Statia de epurare Petrom.

Aceste ape uzate nu vor fi contaminate cu cele provenite de la laborator sau de la instalatiile sanitare. Volumul lor este sub 5 - 7% din apele uzate, astfel ca tratarea acestora din urma nu va fi perturbata. Efecte favorabile de racire si decantare pot fi induse prin amestecul acestor ape in statia de epurare.

Tratarea separata a apelor uzate provenite de la statia de tratare pentru apa potabila ar fi oneroasa atat din punct de vedere al investitiei cat si din punct de vedere al exploatarii si ar necesita o suprafata suplimentara importanta de teren.

Dimensionarea procesului - linia apei

Urmatorii parametrii identificati pentru apa bruta, care au o concentratie peste limitele standardului necesita o atentie speciala si instalatii dedicate de tratare.

Turbiditatea: turbiditatea apei brute va fi eliminata in procesul de tratare:

Pre-decantarea precedata de procesul de floculare, pentru turbiditati cuprinse intre   160 la 1.000 ..2.000 NTU, cu 84 - 95% eficienta

Decantarea precedata de procese de coagulare si floculare va reduce turbiditatea la < 5 NTU

Filtrarea pe nisip va reduce turbiditatea reziduala < 1 NTU

Materiile Organice Naturale (NOM): vor fi eliminate in procesul de tratare - pre-decantare, decantare si filtrare pe nisip. pH-ul de coagulare va fi reglat intre 5,5 si 6,5 pentru a permite atat materiilor organice dizolvate cat si ionilor de aluminiu (de la coagulant) sa precipite.

Manganul dizolvat: va fi eliminat prin decantare si filtrare pe nisip, precedate de pre-oxidarea cu permanganat de potasiu, la valori ale pH-ului > 7

Fierul dizolvat: rarele varfuri de concentratie ale fierului ionic vor fi de asemenea eliminate prin aceleasi procedee ca si la manganul dizolvat : decantarea si filtarea pe nisip, precedate de pre-oxidarea cu permanganat de potasiu

Pesticidele: posibila contaminare a apei brute cu pesticidele utilizate in timpul lucrarilor agricole de primavara poate fi indepartata prin adsorbtia pe carbune activ pudra si decantare + filtrare pe nisip

Parametrii bacteriologici: dezinfectia finala cu clor cu un timp de contact mai mare de 30 minute, va asigura o dezinfectie eficienta a apei filtrate; testele de laborator arata ca trihalometanii (THM) formati prin reactia clorului cu materiile organice reziduale vor fi sub limita standard pentru apa potabila, de 100 µg/l.

Noul proces de tratare - Schema Bloc pentru linia apei

Treapta de pre-tratare

Treapta de pre-tratare va avea un rol de protectie pentru instalatiile de tratare din aval in timpul perioadelor cu turbiditati mari si va securiza capacitatea proiectata a decantoarelor. Turbiditatea mare este in general asociata cu concentratii mari de fier si mangan, in principal in stare de suspensie.

Analizele facute pe probele de apa bruta cu turbiditati intre 1.315 si 2.370 NTU arata o capacitate buna de decantare a suspensiilor solide in special dupa procesul de floculare, folosind o doza de 0,2 mg/l de polielectrolit anionic. S-a obtinut in general reducerea turbiditatii pana sub 160 NTU. A fost identificata o medie de 1,5 mg de suspensii solide corespunzator la 1 NTU (unitatea de turbiditate nephelometrica), care permite predimensionarea instalatiei de tratare a namolului.

In timpul perioadelor cu turbiditati > 1.000 NTU, operatorul are fie optiunea de reducere a debitului de apa bruta fie sa opreasca complet pentru cateva ore pomparea apei brute si sa reporneasca dupa ce se diminueaza varful de turbiditate. Rezervoarele de apa potabila trebuie sa fie umplute de indata ce valorile masurate ale turbiditatii depasesc o valoare predefinita si prognoza meteorologicai sau operatiile programate la acumularea din amonte indica o tendinta de crestere a turbiditatii.

Pre-decantarea apei brute

Principiul pre-decantarii

Pre-decantarea este necesara pentru a face fata celor cateva varfuri de turbiditate care apar in fiecare an, atunci cand valorile cresc peste 160 NTU, de obicei abrupt pana la 1.000 - 2.000 NTU. Pre-decantorul va fi un bazin circular dotat cu pod raclor.

Se admite ca in timpul varfurilor de turbiditate, statia de tratare va fi alimentata cu un debit constat, de maxim 194m3/h.

Aceasta forma permite un control perfect al extractiei namolului prin intermediul podului raclor si o pompa centrifugala pentru extractia namolului.

De la camera de intrare, apa bruta este condusa la un bazin de floculare unde se va injecta o doza de 0,2 mg/l polielectrolit anionic.

Sistemul de analiza on-line amplasat la camera de intrare permite pornirea automata sau manuala prin actionare la distanta, a echipamentelor pre-decantorului deindata ce creste turbiditatea, dupa cum s-a explicat anterior.

Extragerea namolului prin intermediul pompelor centrifuge submersibile asigura o monitorizare buna a debitului extras. Traductorul de nivel pentru namol permite un control exact a functionarii pompei si deci a concentratiei de namol de la fundul pre-decantorului.

Apa pre-decantata este colectata pe un deversor circular si trimisa la bazinul de pre-oxidare.

Principiul de dimensionare:

Concentratia suspensiilor solide:

in apa bruta: Cr

in apa pre-decantata: Cp si

in namolul decantat: Cs

Debitele:

debit intrare: Qr,

debit iesire: Qp si

debit subteran namol: Qs

Viteza la oglinda va fi: Qr / suprafata decantorului

Raportul Cs/Cr depinde de timpul de retentie in zona de decantare, precum si de Qs.

Viteza de sedimentare a particulelor depinde de diametrul acestora. De fapt acesta este parametrul principal pentru proiectare.

Analizele de pre-decantare facute cu polielectrolit pentru a reduce turbiditatea la 160NTU, demonstreaza necesitatea unui timp de retentie de 2 ore. Dimensionarea pre-decantorului a fost facuta pe urmatoarele baze :

Volumul = Qr x timp de retentie = 194 m³/h x 2 ore = 388 m³

Pentru un pre-decantor cu diametrul de 12,5 m (120 m²), rezulta o adancime medie a apei de 3.35 m.

Viteza rezultata la oglinda va fi in acest caz 1,62m/h < 2 m/h.

Considerand legea lui Stokes pentru sedimentarea particulelor, rezulta ca la viteza la oglinda de 2 m/h, particulele de nisip > 30 microni se vor sedimenta :

Unde: d = diametrul particulelor in suspensie; V_t = viteza finala asa cum este definita de legea lui Stokes; μ = vascozitatea absoluta a apei brute (depinzand puternic de temperatura); g = acceleratia gravitationala; ρ = densitatea particulelor in suspensie si a apei brute.

Estimarea performantelor pre-decantarii:

In timpul varfurilor de turbiditate (perioadele de pre-decantare), relatia intre turbiditate si continutul de suspensii solide demonstrat de testele de sedimentare este :

1 mg/l SS = 0,66 x valoarea turbiditatii, sau 1 NTU => 1,5 mg/l

Pentru 1.000 NTU media zilnica a turbiditatii, apa de intrare are o concentratie medie de   1.000 NTU x 1,5 mg/l 1,5 g/l 1,5 kg/m³

- I = Qr x Cr = 194 x 1,5 = 291 kg/h 6.984 kg/zi

iar incarcarea masica pe radier :

- G = I / S = 6.984 : 120 = 58,20 kg/m²/zi

Concentratia reziduala a suspensiilor in apa pre-decantata va fi de 160 NTU, conform incercarilor de laborator

Relatia lui Kynch permite calculul concentratiei de namol pre-decantat Cs:

Hr x Cr = Hs x Cs

Unde:

Hr : inaltimea totala de sedimentare (3,35 m)

Hs: inaltimea namolului extras (0,30 m)

Cr: 1,5 g/l la 1.000 NTU si 3,0 g/l la 2.000 NTU

Asadar concentratia namolului produs de pre-decantor in timpul perioadelor cu turbiditati mari intre 1.000 si 2.000 NTU, va fi : Cs 15 - 30 g/l

Bazinul de pre-oxidare

Manganul dizolvat trebuie indepartat pentru a putea obtine concentratii sub 50 µg/l (limita standard pentru apa potabila). Continutul de mangan al apei brute este in majoritatea timpului peste limitele standardului, cu varfuri temporare identificate (2008) pana la   0.36 mg/l, care sunt de 7 ori mai mari decat valorile standard.

Fierul dizolvat trebuie tratat pentru a obtine concentratii sub 200 µg/l (limita standard pentru apa potabila). Continutul de fier ionic in apa bruta, asa cum a fost el identificat in analizele facute, este in majoritatea timpului sub limitele standard, cu cateva varfuri ale concentratiei intre 269 si 322 µg/l. In mod normal, fierul redus poate fi oxidat de oxigenul dizolvat continut sau introdus artificial in apa bruta. Continutul de oxigen dizolvat in apa bruta de la Suplac este foarte scazut si lucrari speciale de aerare cu cascada sau de injectie de aer vor fi oneroase ; asadar aceasta reactie nu este posibila. Din aceasta cauza cele doua tipuri de ioni vor reactiona cu un agent oxidant, care in cazul procesului de tratare ales pentru Suplac va fi permanganatul de potasiu.

In cazul tratarii manganului, reactia utila este cea de reducere a permanganatului de potasiu (KMnO₄) rezultand dioxid de magneziu insolubil, care va fi apoi eliminat in treapta de coagulare-floculare-decantare. Ph-ul optim este > 7.

Inaintea treptei de pre-oxidare trebuie dozata soda caustica atunci cand pH-ul apei brute este pH < 7.2 (valoarea aleasa ca securizanta pentru procesul de tratare de la Suplac).

Precipitarea manganului solubil este descrisa de urmatoarea ecuatie chimica :

3 Mn²⁺ + 2 MnO₄^- + 6 H₂O 5 MnO_{2 +} 4 H₃O^-

1.92 mg KMnO₄ va fi folosit teoretic pentru a precipita 1 mg de mangan

Precipitarea fierului solubil este descrisa de urmatoarea ecuatie chimica:

3 Fe²⁺ + MnO₄^- + 2 H₂O + 5 OH^- 3Fe(OH)₃(s) + MnO₂

0.94 mg KMnO₄ va fi folosit teoretic pentru a precipita 1 mg de fier.

Doza maxima (teoretic) de KMnO₄ este de:

0.36 mg/l Mn²⁺ x 1.92 + 0.322 mg/l Fe²⁺ x 0.94 = 0.99 mg KMnO₄/l

Rezultatele testelor de tratare indica faptul ca doze de KMnO₄ de 0.35 mg/l pana la 1 mg/l reduc concentratia de mangan sub limitele standard. Procesul este proiectat pentru eliminarea totala a acestor doi poluanti.

Procesul de coagulare si reglarea pH-ului apei brute

Coagulantul recomandat pentru procesul de tratare de la Suplac va fi sulfatul de aluminiu granule (disponibil pe piata romaneasca de reactivi), care are urmatoarele caracteristici generale :

Standardul de conformare: STAS 342/1980

Granule: 0.5 - 3 mm

Continutul minim de Al₂O₃ : 17 + 2 %

Aciditate libera: 0,2

Aprobare sanitara:  pentru tratarea apei potabile

Coagularea chimica este facuta cu saruri de metale trivalente, ca sulfatul de aluminium Al₂(SO₄)₃ x nH₂O, unde n = 14.18; sarcina electrica a particulelor coloidale este neutralizata, ceea ce permite aglomerarea si sedimentarea lor.

Odata destabilizate, particulele se aglomereaza in momentul in care vin din nou in contact una cu cealalta. Asadar gradul de aglomerare a particulelor depinde de probabilitatea si eficienta de contactului dintre particule.

Aceste contacte sunt cauzate de diferenta de viteze a particulelor, aceasta diferenta rezultand din :

Miscarea Browniana a particulelor; aceasta implica asa numita floculare pericinetica (flocularea ideala observata la apa care nu a suferit o agitatie mecanica)

Deplasarea partiala a fluidului (agitatia mecanica, agitatie datorata diferentei de presiune, etc.) ; aceasta implica asa numita floculare ortocinetica

Amestecul reactivului cu apa bruta trebuie sa fie facut rapid, cu un timp de contact de 1 - 2 minute, asigurand un gradient hidraulic (G) de 200 pana la 1000 s^{-1. In general sunt alese agitatoarele suspendate verticale. Din punct de vedere mecanic:}

G = K √¯P/V gradient de viteza, in s^-1

P = energia real disipata de agitator (in m³kg/s³)

K = constanta (de exemplu: 23,6 la 0 ⁰C; 27,6 la 10 ⁰C si 31,5 la 20 ⁰C)

V = volumul ocupat de fluid (in m³)

Sulfatul de aluminiu reactioneaza cu alcalinitatea apei brute si scade pH-ul natural al apei. Trebuie asigurat un pH optim de coagulare pentru a evita formarea aluminiului ionic solubil. In cazul tratarii de la Suplac, pH-ul va fi coborat pana la 5.5.6.5, prin dozare de acid sulfuric sau clorhidric, daca e necesar, inaintea treptei de coagulare. In cazul concentratiilor mari de materii organice in apa bruta, sunt necesare valori scazute ale pH-ului.

Treapta de coagulare, floculare si decantare

Decantarea este treapta de tratare cheie si influenteaza direct durata si eficienta procesului de filtrare din aval.

Pentru procesul de tratare proiectat la Suplac, s-a propus tipul de decantoare lamelare, precedate de coagulare si floculare cu agitatie electro-mecanica. Folosirea modulelor lamelare asigura o viteza la oglida mult mai mare decat la decantoarele clasice.

Bazinele de coagulare (bazine de amestec)

Pentru fiecare linie de decantare s-a prevazut un bazin de amestec rapid cu agitatoare electro-mecanice, pentru a asigura eficienta amestecului solutiei de Al₂(SO₄)₃ cu apa bruta.

*Acest gradient este caracteristic pentru agitarea in bazinele de amestec cu volum mare si timp de retentie de 1 - 2 minute, comparativ cu amestecul in conducta sau de tip jet mix   in conducte cu volum mic si timp scurt de amestec, cu valori mult mai mari ale G.

Bazine de floculare

Flocularea este conceputa sa genereze particule mari care se vor sedimenta usor. Scopul este de a mari probabilitatea ciocnirilor interne a particulelor mici formate in timpul treptei de coagulare astfel incat sa se genereze flocoane mai mari.

Introducerea unui aditiv de tip polielectrolit in bazinul de floculare grabeste aglomerarea flocoanelor si deci imbunatateste viteza de sedimentare. Datorita configuratiei geometrice specifice, polielectrolitul poate sa se uneasca cu micro flocoanele obtinute la coagulare pentru a genera flocoane mari.

Turbiditatea apei decantate va fi sub 5 NTU.

Reprezentarea schematica a flocularii cu polielectrolit

Atunci cand apa bruta contine materii coloidale, folosirea polielectrolitului este esentiala pentru accelerarea procesului de sedimentare. In aceasta faza se va injecta polimer anionic.

Fiecare compartiment de floculare este dotat cu un agitator vertical suspendat. Acest agitator este echipat cu variator manual de viteza. Valoarea G va fi optimizata in timpul exploatarii.

Extragerea materiilor flotante

Cand apa se satureaza cu aer dizolvat inainte de intrarea in decantoare este foarte probabil ca flocoanele produse in timpul treptei anterioare, sa pluteasca la intrarea in decantor. Spuma astfel formata se va indeparta prin actionarea unei vane cu manson. Un jgheab de colectare comun pentru cele doua linii este conectat la o conducta de avacuare prin intermediul unei vane automate cu manson. Spuma extrasa va fi directionata catre bazinul tampon de apa uzata de la spalarea filtrelor.

Decantoarele

In timpul procesului de decantare, sunt extrase din apa particulele formate in timpul treptelor de coagulare si floculare.

Dimensionarea decantoarelor s-a facut pornind de la un tip de module lamelare foarte cunoscute, cu performante demonstrate, fabricate de GEA 2H Water Technologies GmbH (fosta companie Munters), proiectate special pentru apa potabila : profile FS41.50 TUBEdek si accesoriile de montaj.

Acest tip de module de 1 m inaltime si inclinare a lamelelor de 60⁰, asigura o suprafata de sedimentare de 11 m2 pentru un m2 de decantor. Datele tehnice sunt disponibile in Volumul II 2-T al proiectului.

In etapa de realizare, daca se va alege un alt tip de lamele cu caracteristici fizice si hidraulice diferite, va fi necesara reproiectarea geometriei decantorului.

Zona de sedimentare se va echipa cu module, care sunt prefabricate din elemente inclinate (60°) cu profil poligonal.

Apa foculata se distribuie sub module printr-o deschidere care are trasatura distinctiva de a fi desfasurata pe toata latimea zonei de sedimentare. Apa circula in sus prin profile in sens opus (contra-curent) fata de flocoanele care sunt depozitate pe placi si aluneca in jos sub efectul gravitatiei.

Decantor lamelar - montaj module lamelare

Modul de aranjare a profilelor prismatice

Viteza Hazen   (v_H), care este de asemenea pragul limita de captare a solidelor, este egala cu raportul dintre debitul de apa si suprafata desfasurata a decantorului.

Distanta de cadere a flocoanelor, redusa cat de mult posibil, asociata cu inclinarea placilor pe care cad flocoanele, este suficienta pentru a le sedimenta intr-o zona in care acestea se vor concentra.

Utilizarea combinata a vitezei mari la oglinda asociata cu profilele inclinate (60°) permite o autocuratire continua. La nivelul profilelor nu exista nici o acumulare de flocoane.  

Diagrama de autocuratare a placilor

Ox este paralela cu inclinarea profilelor

Oy este perpendiculara pe profile

Oz este perpendiculara pe planul xOy

Ow este directionata pe verticala

Este posibil ca pe termen lung, sa se depuna un strat subtire de namol pe tuburi, fara ca aceasta sa influenteze sedimentarea. Se recomanda curatarea de cateva ori pe an, pentru a mentine suprafata tuburilor complet neteda, pentru a asigura alunecarea corecta a flocoanelor. Curatarea tuburilor se va face dupa scaderea nivelului apei, prin folosirea unui sistem de conducte de golire partiala care previne antrenarea namolului ; pentru curatarea modulelor se foloseste apa sub presiune.

Namolul in exces se va extrage prin pompare din partea de jos a decantoarelor unde este concentrat si se trimite la ingrosatorul de namol sau direct catre paturile de uscare, in functie de productia previzionata de namol pe zi.

Conducta de transport a fost dimensionata sa asigure o viteza a namolului > 0.7 m/s pentru evitarea colmatarii. Cum namolul in exces este concentrat la cca 6 - 7 g/l, fiecare secventa de pompare a namolului se va continua cu o cantitate mica de apa de pe fundul decantorului (cativa metri cubi pe zi), pentru a asigura spalarea conductei de transport.

Concentratia namolului in conducta de transport se masoara in permanenta. Atunci cand concentratia de namol scade sub o valoare pre-definita insemnand ca soseste apa de spalare, pompa se va opri automat.

Apa decantata se colecteaza la suprafata decantorului lamelar prin jgheaburile longitudinale (2 pentru fiecare decator) si apoi este evacuata in canalul colector din aval.

Jgheaburile sunt montate astfel incat sa garanteze un debit omogen pe suprafata structurii. Fiecare jgheab in parte are la iesire o stavila plana de izolare.

Filtrele rapide cu nisip

Filtrarea este treapta a doua si finala de tratare pentru indepartarea suspensiilor solide. Filtrele sunt proiectate sa produca apa cu turbiditate sub 1 NTU.

Apa decantata din canalul colector al decantorului este transferata prin trei racorduri la canalul de distributie al filtrelor.

S-au propus patru filtre de nisip amplasate intr-o constructie noua din beton armat.

Planseul filtrelor si sistemul de drenaj de sub planseu

Planseul filtrelor este alcatuit din dale de beton prefabricate. Fiecare dala este echipata cu crepine din polipropilena, in medie cam 38 de crepine pe metru patrat.

Concrete slab equipped with nozzles.

Slabs and beams of filter floor.

Dalele sunt prinse cu buloane de grinzile din beton paralele (calareti) dupa cum se arata in schema de mai jos. Grinzile contin orificii care permit aerului si apei de spalare sa circule sub intreaga suprafata a planseului filtrant.

Crepinele sunt fabricate din polipropilena si sunt proiectate sa previna patrunderea nisipului si sa creeze o pierdere de sarcina adecvata pentru spalarea cu aer si apa din timpul fazei de spalare.

Ele au prevazut si un orificiu lateral pentru intrarea aerului.

Crepinele sunt acoperite cu un strat de pietris care sa faciliteze difuzia apei in timpul spalarii nisipului.

Caracteristicile filtrelor cu nisip

Caracteristicile filtrelor propuse sunt urmatoarele:

Caracteristicile hidraulice ale filtrelor

Mediul filtrant

Straturile folosite ca mediu filtrant, de la baza catre suprafata sunt:

Sistemul de spalare

Spalarea filtrelor se va declansa in mod automat pe baza timpului de functionare presatbilit sau masurarii pierderii de sarcina prin mediul filtrant. Se vor face masuratori continue ale nivelului apei in filtru si a presiunii in conducta de iesire a apei filtrate. Deasemeni va fi disponibila si comanda manuala a secventelor de spalare a filtrului.

Fazele de spalare vor fi dupa cum urmeaza:

Faza 1: afanarea nisipului cu aer

Se injecteaza aer in sus pentru a expanda si afana stratul de nisip care s-a compactat in timpul ciclului de filtrare. Viteza de spalare cu aer va fi de 50 Nm³/m²/h si procesul va dura aproximativ 1 minut.

Faza 2: spalare combinata cu aer si apa

Acesta este un proces de spalare cu injectie simultana de aer si apa. In timpul acestei faze, fortele taietoare, combinate cu frecarea dintre granule, indeparteaza particulele care au aderat pe granulele mediului filtrant. Viteza aerului este aceeasi ca si in faza 1, adica 50 Nm³/m²/h, iar viteza apei de spalare este de 8 m³/m²/h. Procesul dureaza aproximativ 8 minute.

Faza 3: spalarea finala (clatirea cu apa)

Se injecteaza numai apa la o viteza de 25 m³/m²/h. Faza de limpezire este destinata sa indeparteze orice materii in suspensie provenite din stratul filtrant in timpul fazei de spalare. Limpezirea dureaza aproximativ 7 minute.

Cantitatea de apa/spalare: 35,68 m³ - pe un filtru

Cantitatea de namol produs: 7,9 kg/zi - pe un filtru (maximum)

Concentratia de namol: 0,22 kg/m³ - pe filtru (medie)

Caracteristicile pompelor de spalare:

Pompele sunt dimensionate pentru debitul maxim necesar, adica 25 m³/m²/hr in timpul fazei de limpezire.

Caracteristicile Suflantei:

Suflantele sunt dimensionate la debitul maxim necesar, adica 50 Nm³/m²/hr.

Apa uzata de la spalarea filtrelor se colecteaza printr-un canal colector din beton (acelasi pentru toate filtrele) si apoi este descarcata gravitational in rezervorul tampon de apa uzata amplasat in afara cladirii filtrelor.

Dezinfectia apei

Pentru dezinfectie se va folosi clorul gazos; clorul gazos este solubil in apa (7160 mg/l la 20°C si la presiunea atmosferica), si hidrolizeaza repede formand acid hipocloros :

Cl₂ + H₂O HOCl + H⁺ + Cl^-

Hidroliza este completa la valorile normale de pH si concentratiilor intalnite la tratarea si epurarea apelor. Viteza de disociere de la acid hipocloros la ioni de hipoclorit este suficient de rapida astfel incat echilibrul se mentine chiar daca consumul este continuu. Daca in apa care contine clor liber se pune un agent reducator, reziduul neconsumat se redistribuie intre HOCl si OCl^-.

Actiunea bactericida a clorului rezulta din puterea sa mare de oxidare a structurii chimice a celulelor bacteriene, distrugand procesul enzimatic necesar existentei. Rata de inactivare microbiana depinde de concentratia si forma clorului rezidual disponibil, de pH, temperatura apei si timpul de contact.

Acidul hipocloros este dezinfectantul de baza. Ionii de hipoclorit sunt intrucatva mai putin eficienti, deci, puterea clorului rezidual liber descreste pe masura ce pH-ul creste.

Apa filtrata se colecteaza printr-o conducta colectoare care se descarca gravitational la intrarea in bazinele de contact cu clorul. La capatul acestei conducte, o vana de control lucrand in sistem on/off descarca automat apa filtrata in bazinul de apa filtrata situat sub filtre. Apa filtrata neclorata este folosita pentru spalarea filtrelor si pentru alimentarea instalatiei de apa de serviciu.

De la conducta de colectare a apei filtrate apa patrunde in cele doua compartimente ale bazinului de contact cu clorul.

Injectia de clor (sub forma de apa clorata) va fi controlata prin masurarea clorului rezidual si a debitului de apa. Sistemul automat de dozare si control regleaza alimentarea cu clor a apei pentru mentinerea constanta a dozei prestabilite pentru toate debitele. Dispozitivul de alimentare cu clor este sensibil la semnalele care vin   atat de la debitmetru cat si de la analizorul de clor rezidual. Astfel, debitul masurat este primul regulator al alimentarii iar masurarea clorului rezidual definitiveaza dozarea. La instalatiile mici, reglarea dozarii numai in functie de debitul apei poate fi suficienta aplicandu-se astfel o doza constanta, fara a mai masura concentratia clorului rezidual. Acest tip de reglare poate fi satisfacatoare atunci cand cerinta de clor si debitul sunt cvasi-constante si exista permanent un operator care sa faca ajustari cand este nevoie.

Injectia de apa clorata se va face in compartimentul de distributie aflat amonte de compartimentele bazinului de contact cu clorul.

Fiecare compartiment al prevazut cu pereti sicana, asigurand o curgere in sistem piston a apei tratate astfel incat sa nu existe nici o posibilitate de scurtcircuit.

Trapele de acces sunt etanse la praf si permit accesul aerului spre rezervor si in acelasi timp previn orice poluare externa a apei tratate.

La iesirea din bazinul de contact, apa tratata trece in canalul de reactie cu soda caustica. Un sistem de masura on-line amplasat in aval asigura masurarea urmatorilor parametri :

Turbiditate

pH

Clor rezidual

Amoniul din apa filtrata, desi va avea concentratii naturale reduse, sub limitele standard, va reactiona cu clorul (ca o prima cerinta de reactie a clorului) si astfel va consuma o parte a clorului injectat. Hidrogenul sulfurat, daca exista, la fel ca si materiile organice, reactioneaza de asemenea cu clorul. pH-ul si temperatura apei filtrate joaca deasemeni un rol important in eficienta dezinfectarii, cu cat valorile pH-ului sunt mai scazute cu atat este mai favorabila formarea celor mai active categorii de clor.

Dozele de Cl₂ se vor aplica intre 3,3 mg/l (pentru amoniu < 0,1 mg/l) si 7 mg/l (pentru amoniu < 0,3 mg/l), tinand cont de caracteristicile apei filtrate, asa cum am mentionat inainte, pentru a obtine o concentratie de clor rezidual Cl₂ de cel putin 0,5 mg/l.

Da   tele de proiectare pentru desinfectia cu clor la capacitate nominala sunt:

Concentratia de clor rezidual liber la iesirea din bazinele de contact va fi de cel putin 0,50 mg/l.

Noua cladire de clor se va construi langa bazinele de contact; ea va fi compusa din urmatoarele incaperi :

Camera de stocare a clorului, pentru depozitarea recipientilor de 50 kg. Aceasta camera va include un bazin de neutralizare a clorului in caz de defectiune la un recipient de stocare

Camera de extractie a clorului

Camera clorometrelor

Un sistem de ventilatie dublu asigura controlul temperaturii si evacuarea aerului viciat in cazul in care se defecteaza un recipient de clor.

In exploatare vor fi conectate doua grupe de recipienti prin intermediul unui dispozitiv automat de comutare : 2 x 4 recipienti de clor de 50 kg (4 in serviciu si 4 in stand-by) vor asigura volumul de clor necesar fara a fi nevoie de evaporator.

Configuratia sistemului de clor (principiu)

Echilibrul calco-carbonic al apei

Asa cum s-a aratat anterior, pH-ul de coagulare este intre 5,5 si 6,5 ceea ce confera apei un caracter agresiv. De aceea, ultima treapta de tratare, inaintea pomparii apei potabile catre consumatori, va fi aceea de echilibrare calco-carbonica ; o apa echilibrata chimic nu va produce nici corodarea materialelor cu care intra in contact si nici nu va produce incrustatii de carbonat de calciu.

Pentru echilibrare se va doza soda caustica (NaOH) sub forma de solutie comerciala cu concentratia de 48%, cu doze de 54 la 83 mg/l. pH-ul corespunzator apei tratate va fi intre 7,5 si 8,4.

NaOH se va injecta in canalul colector din aval de bazinul de contact cu clorul.

Reglarea injectiei de NaOH se va face in functie de debitul masurat al apei tratate pe conducta de conexiune dintre canalul de reactie cu NaOH si intratrea in bazinelor de apa tratata situate sub filtre.

Bazinele de apa de sub filtrele cu nisip

Pentru a putea alimenta pompele de spalare si de apa de serviciu pentru prepararea reactivilor sau apa motrice pentru extractia clorului, s-a prevazut un bazin de apa care va colecta apa filtrata, inainte de bazinele de contact cu clorul.

Pentru asigurarea unei capacitati tampon de apa tratata necesara operarii corespunzatoare a pompelor de apa potabila, s-a prevazut un bazin cu doua compartimente paralele, amplasat sub filtrele de nisip. Aceste bazine pot fi izolate in amonte cu batardouri pentru a permite inchiderea si golirea succesiva necesara activitatilor de curatare si intretinere.

Statia noua de pompare

Noua statie de pompare se va construi langa cladirea filtrelor si va contine urmatoarele echipamente de pompare precum si instalatia hidraulica adecvata si vanele pentru functionare automata.

Statia de pompare existenta si bazinele de stocare

Pentru furnizarea apei potabile catre consumatori si pentru rezervorul de apa de incendiu, aceasta statie de pompare se va re-echipa cu pompe noi iar instalatia hidraulica va fi inlocuita. Pompele vor fi alimentate din rezervoarele de stocare de apa potabila 2 x 500 m³ existente si din rezervorul nou 1 x 1.000 m³. Se va rezerva suprafata necesara pe care in viitor se va mai construi un al doilea rezervor de 1.000 m³.

Dimensionarea procesului - linia de tratare a namolului

Namolul este compus in principal din suspensiile solide provenite din apa bruta, captate in fazele de pre-decantare si decantare. O mica parte de namol rezulta din procesele fizico-chimice : pre-oxidare si coagulare-floculare si de asemenea din dozarea carbunelui activ pudra in cazurile deosebite de poluare.

Modurile de sedimentare a apei brute :

Pentru turbiditati ale apei brute < 160 NTU: numai faza de decantare ; in general, in timpul perioadelor uscate si fara descarcari provenite de la barajul din amonte, turbiditatea este mult mai mica de 160 NTU, asa cum s-a remarcat in timpul campaniei de analize din 2008 ; turbiditatea medie calculata este 42 NTU

Pentru turbiditatea apei brute >> 160 NTU: pre-decantare + decantare; in general acest mod este adoptat in timpul debitelor mari pe raul Barcau provenite din precipitatii sau din descarcari controlate de la barajul din amonte, cand turbiditatea creste rapid de la valori mai mici de 160 NTU la valori care ajung la 2.000 NTU ; o turbiditate medie zilnica pentru o astfel de perioada a fost estimata la 1.000 NTU.

Analizele de decantare de laborator pe probe prelevate din raul Barcau in timpul inundatiilor din vara 2008, la care s-au folosit doze de polielectrolit anionic de 0,2 mg/l, arata ca dupa 2 ore de decantare a apei brute cu turbiditate de ~ 2.000 NTU, aceasta a scazut la valori maxime de 160 NTU. Pe de alta parte, datele inregistrate ale turbiditatii in zile normale indica maxime de 159 NTU. Valoarea de 160 NTU a fost astfel stabilita pentru dimensionarea decantoarelor. Turbiditatile peste aceasta valoare vor fi retinute in treapta de pre-decantare.

Namolul de la decantare si pre-decantare va fi ingrosat in ingrosatorul de namol prevazut cu pod raclor. Barele verticale ale podului vor asigura agitarea usoara a apei si indepartarea apei interstitiale si pungilor de aer. Capacitatea de ingrosare a unui astfel de tip de namol este mai buna daca concentratiile de materii organice si hidroxizi au valori scazute.

Namolul de la treapta de pre-decantare provine in special de la suspensiile grele aduse de debitele mari; acest namol este caracterizat prin continutul scazut de materii organice si lipsa hidroxizilor ceeace ii confera o capacitate buna de ingrosare si deshidratare. Timpul de retentie al apei in pre-decantor este de 2 ore la debitul orar maxim. Namolul din pre-decantor va avea o concentratie de minim 15 g/l, fara stocarea namolului. Aceasta concentratie se va apropia de 30 g/l daca namolul se va stoca in pre-decantor pe cel putin 12 ore sau daca turbiditatea apei brute este de 2.000 NTU ; practic, pre-decantorul poate stoca namolul in prima zi de turbiditati ridicate, imbunatatind concentratia acestuia. Concentratia namolului de la pre-decantare se stabileste la 15 g/l. Cantitatea proiectata maxima de namol de la treapta de pre-tratare va fi de 5.866 kgSU/zi, in zilele cu turbiditatea medie de 1.000 NTU. Ingrosarea namolurilor amestecate provenite de la pre-decantare si decantare va fi mai buna daca namolul de la pre-decantare prevaleaza. In ipoteza de proiectare cu turbiditatea zilnica apei brute de 1.000 NTU concentratia namolului ingrosat va fi de cel putin 50 g/l. Aceasta valoare se va considera pentru calculele ulterioare la tratarea namolului.

Namolul provenit numai de la decantoare va avea concentratii maxime intre 6 si 7 g/l pentru turbiditatile apei brute sub 160 NTU. Ingrosarea namolului care provine de la decantarea apei brute cu turbiditate mai mare de 40 (cel putin 60 mg/l suspensii solide), folosind doze de polielectrolit de 0,5 la 1 mg/l de namol si un timp de retentie a namolului > 3 ore, va da concentratii ale namolului ingrosat de 20 - 40 g/l. In acest caz, s-a ales pentru calcul concentratia de namol de 20 g/l pentru turbiditati medii si 30 g/l pentru turbiditati mari ale apei brute.

Ca ipoteza de proiectare, cantitatea de namol va fi considerata 238kgSU/zi pentru o turbiditate medie a apei de 42 NTU si 1.082 kg SU/zi pentru o turbiditate de 160 NTU.

Noul proces de tratare - Schema Bloc pentru Linia de namol

Ingrosarea namolului

Ingrosarea gravitationala este procesul cel mai simplu prima faza a tratarii namolului si necesita un aport redus de energie. Namolul se sedimenteaza la baza ingrosatorului de namol sub efectul gravitatiei.

Ingrosarea namolului este ajutata de sistemul de bare verticale al podului raclor. Acesta ajuta in special la indepartarea apei interstitiale din namol. Supernatantul este evacuat prin deversare peste un deversorul periferic amplasat pe circumferinta ingrosatorului.

Raclorul transfera namolul de pe fund spre centrul structurii de unde este indepartat prin pompare catre sistemul de deshidratare.

Alimentarea ingrosatorului cu namol este intermitenta. Extragerea namolului dureaza intre 3 si 10 ore zilnic depinzand de cantitatea de namol ingrosat. Stocarea temporara a namolului in ingrosator ajuta la marirea concentratiei si uniformizeaza alimentarea paturilor de uscare.

Adaugarea de polielectrolit (0,5 - 2 mg/l) imbunatateste semnificativ ingrosarea datorita capturarii mai bune a suspensiei, pana la de la 2 la 4 ori, creste sarcina specifica pe radier si permite o extragere ulterioara constanta a namolului.

Ingrosatorul este dotat cu urmatoarele echipamente:

Un pod raclor cu sistem de bare verticale

Un difuzor cilindric pentru accesul namolului

Deshidratarea namolului

Cantitatea medie zilnica de namol calculata si cea posibila in viitor, mai redusa, dupa punerea in functiune a barajului din amonte, va necesita un proces de deshidratare simplu necostisitor. S-a ales deshidratarea pe paturi de namol. Paturile de namol sunt o combinatie de ingrosare statica, un filtru de namol care lucreaza la presiunea atmosferica si un sistem de uscare care functioneaza prin convectie la temperatura ambianta si la expunerea la soare.

Pentru statia de tratare de la Suplac, namolul provenit de la decantoare si bazinele de pre-tratare, dupa treapta de ingrosare, se va pompa catre paturile de namol care vor fi umplute succesiv ; in prima faza, se va construi un singur pat de uscare pana la eliberarea suprafetei necesare de constrctie. Alte doua paturi se vor construi dupa ce noua statie de tratare va fi complet operationala si dupa ce terenul necesar va fi eliberat prin demolarea vechilor structuri.

Paturile de uscare vor lucra alternativ in faze de umplere si uscare a namolului.

La turbiditati foarte mici ale apei brute, volumul mic de namol produs de procesul de decantare poate fi trimis direct catre paturile de uscare.

La turbiditati mari, cu sau fara faza de pre-decantare, namolul provenit de la ambele trepte, pre-decantare si decantare, se va ingrosa in ingrosatorul de namol si apoi se va pompa catre paturile de namol.

Un pat de namol este alcatuit dintr-o structura de retentie din beton armat de 120 m² (8 x 15 m), prevazuta la partea inferioara cu o conducta de drenaj perforata, acoperita cu un filtru din material granular si un strat superior drenant de 20 cm. Adancimea utila a depozitului de namol va fi de 1,50 m.

Namolul ingrosat provenit din ingrosator va fi pompat si distribuit prin intermediul vanelor manuale catre fiecare pat de uscare care va lucra in cicluri de cate 10 saptamani. Dozarea de polielectrolit va imbunatatii decantarea si separarea supernatantului care trebuie evacuat gradual prin coborarea stavilei de descarcare ; apa infiltrata este evacuata prin deschiderea vanei drenului. Aceste ape reziduale sunt evacuate gravitational catre bazinul de ape uzate prevazut cu pompe si apoi pompate catre statia de epurare.

3.5.4. Ape uzate de la procesul de tratare

Apele uzate provenite de la diversele procese de tratare si de la linia de tratare namol :

Spalarea filtrelor

Supernatant de la ingrosatorul de namol

Supernatant de la paturile de uscare namol

Apa infiltrata de la paturile de namol

Apele de prea-plin si de goliri de la bazine

Volumul zilnic al acestor ape depinde in principal de turbiditatea apei brute si de volumul de namol care trebuie tratat. Apele uzate care provin de la spalarea filtrelor sunt aproape constante : fiecare filtru trebuie sa fie spalat odata pe zi sau cel putin odata la doua zile (numai in perioade cu turbiditati si temperaturi foarte scazute). Apele uzate vor fi colectate de doua sisteme alcatuite dintr-o combinatie de bazin tampon si statie de pompare si vor fi trimise separat catre Statia de epurare Petrom pentru a putea fi epurate.

3.5.4.1. Bazinul tampon de apa uzata si statia de pompare

Statia de pompare apa uzata

Stocarea , prepararea si dozarea reactivilor

Pentru tratarea apei s-au facut mai multe simulari de proces cu date reprezentative de intrare pentru apa bruta rezultate din campania de analize din 2008.

Pentru tratarea namolului, dozele de polielectrolit necesare pentru ingrosarea si deshidratarea namolului rezulta din experienta in operarea statiilor de tratare.

Reactivii pentru tratare si clorul (pentru dezinfectie) precum si dozele lor caracteristice, asa cum rezulta din simularea procesului, sunt prezentate mai jos :

Instalatia de soda caustica

Soda caustica (NaOH) sub forma de solutie 48% se va livra cu cisterna la statia de tratare si se va depozita in doua rezervoare verticale de plastic de 5 m³, amplasate in cladirea reactivilor. Aceste rezervoare vor fi montate in cuve de protectie de plastic care vor asigura retinerea reactivului NaOH in caz de scurgeri accidentale. Este prevazuta o pompa speciala de descarcare a solutiei din cisterna. In afara cladirii de reactivi se va monta un dulap special pentru descarcarea reactivului. Acest dulap este in conditii normale inchis.

Dozarea de soda caustica se va face automat, pe baza masurii de pH ; debitul reactivului se va masura prin intermediul a doua debitmetre electromagnetice amplasate pe fiecare linie de dozare.

Instalatia de polielectrolit anionic

S-a propus o unitate automata de preparare pentru furnizarea solutiei de polielectrolit catre liniile de tratare a apei si namolului. Unitatea este prevazuta cu compartimente de preparare, maturare si distributie, dotate cu mixere.

Polielectrolitul este preparat sub forma de solutie 1 - 2 g/l iar apoi un sistem de dilutie secundara va scadea concentratia solutiei la maximum 0,5 g/l.

Acest echipament asigura prepararea continua a solutiei de polielectrolit cu control automat. Unitatea este dotata cu mixere, sistem de dozare a pudrei si injectie automata de apa pentru liniile de preparare si dilutie.

Polielectrolitul este livrat in saci de 25 kg si depozitat in cladirea rectivilor.

Unitatea de preparare polielectrolit lichid - principiu

Instalatia de permanganat de potasiu

Permanganatul de potasiu solid PA (produsul comercial) se va livra in saci de 25 kg (distribuitor : Chimopar Bucuresti sau similar). Cum consumul acestui reactiv va fi de maximum 6,5 kg/zi, solutia pentru injectie se va pregati manual, direct intr-un rezervor de stocare pentru o zi de 5 m³, prevazut cu mixer electromecanic. Umplerea periodica a acestui rezervor se va face cu apa filtrata (volumul necesar este masurat de un debitmetru cu contor) iar cantitatea corespunzatoare de permanganat va fi adaugata manual pentru a obtine concentratia pre-stabilita a solutiei pentru injectie (pentru dimensonare 5 g/l).

Instalatia de pudra de carbune activ (PAC)

Dozarea carbunelui activ pudra este necesara ocazional, in timpul varfurilor de poluare cu pesticide. Pudra de carbune activ se livreaza in saci de tip « big-bag », de 500 kg. Doi sau trei saci vor fi depozitati in interiorul depozitului special pentru PAC. Carbunele va fi injectat in doze maxime de 20 mg/l, ca suspensie cu o concentratie de 30 - 50 g/l.

Pudra de carbune activ cu greutatea specifica de 500 kg/m³ va fi extrasa din big-bag (sacul este asezat pe un support metalic special) si transferata cu ajutorul unui snec la rezervorul de preparare a suspensiei de carbune activ si apa din sistemul intern de apa de serviciu.

Suspensia se va pregati intr-o unitate de preparare automata prevazuta cu sistem de dozare a pudrei si mixere de pre dilutie si post dilutie. Injectia suspensiei se va face in bazinele de coagulare ; operatorul are posibilitatea de a injecta aceasta suspensie in bazinul de pre-oxidare, ceea ce va asigura un timp de contact mai lung intre carbunele activ si apa bruta.

Instalatia de acid sulfuric

Acidul sulfuric sub forma solutiei concentrate 96% va fi livrat cu cisterna si se va stoca in rezervor vertical de 5 m³, amplasat in cladirea de reactivi. Rezervorul de stocare se va monta intr-o cuva externa care va asigura retinerea acidului in caz de scurgeri accidentale. Este prevazuta o pompa speciala de descarcare a solutiei din cisterna. In afara cladirii de reactivi se va monta un dulap special pentru descarcarea reactivului. Acest dulap este in conditii normale inchis.

Dozarea acidului se va face automat ; debitul de acid se va masura prin intermediul a doua debitmetre electromagnetice montate cate unul pe fiecare linie de dozare.

Instalatia de sulfat de aluminiu

Sulfatul sub forma de granule (0,5 - 3 mm) se livreaza in saci de 50 kg si se depoziteaza in cladirea de reactivi. Sacii sunt descarcati intr-o palnie de alimentare de 200 litri de unde granulele vor fi transferate catre sistemul de alimentare a unitatii de preparare a solutiei.

Solutia pentru injectie se va pregati in unitatea automata de preparare prevazuta cu sistem de dozare a pulberii si mixer. Aceasta unitate pregateste solutia la concentratia ceruta dupa care o transfera intr-un rezervor cu capacitatea pentru o zi de consum de 5 m³ prevazut cu mixer vertical. Doua pompe dozatoare vor extrage solutia din rezervorul pentru consum si o vor injecta in cele doua bazine de coagulare.

Unitate de preparare solutie Al₂(SO₄)₃

Incalzirea si ventilatia cladirilor tehnologice

Criterii de proiectare

Conditii climatice

Iarna : -15 °C temperatura conventionala a aerului t_e

Vara: + 30 °C

Temperatura in interior

Iarna: Camera clorometrelor: +18 °C

Camera de stocare a recipientilor de clor: +15 °C

Camerele pentru personal si toaletele +21°C

Cladirile cu bazine de apa deschise: temperatura interioara si numarul de schimburi de aer se determina astfel incat sa se evite condensul (decantoare, filtre rapide cu nisip)

Vara: Fara control al temperaturii in afara incaperilor cu incalzire interioara: ventilatie care sa limiteze cresterea de temperatura cu mai mult de 10°C peste temperatura exterioara

Coeficientii globali de transmitere a caldurii (valoarea U) pentru camerele incalzite sunt :

Pereti exteriori:  2.5 W/m². °C

Acoperis: 1 W/m². °C

Ferestre : 3 W/m². °C

Pentru cladirile cu bazine de apa deschise - valoarea U se va calcula in corelare cu numarul de schimburi de aer si cantitatea de caldura, pentru evitarea condensului si pentru diminuarea consumului de energie.

Ventilatie

Debitele de aer pentru ventilatia incaperilor este prezentata in tabelul urmator :

Incalzirea

Pentru statia de tratare, incalzirea si apa calda vor fi asigurate de catre o centrala termica noua prevazuta cu doua cazane de 100 kW fiecare. Combustibilul va fi gazul de sonda furnizat de catre PETROM.

Incalzirea diverselor cladiri tehnologice se va face cu aeroterme cu apa calda.

Sunt prevazute panouri de inc alzire pentru camerele de personal si toalete.

Necesarul de caldura pentru cladirile tehnologice si administrative:

Cladirea decantoare si filtrelor  kW 80

Cladirea instalatiilor de clor  kW 9

Cladirea reactivilor kW 49

Cladirea administrativa kW 43

Total in statia de tratare  kW 181

Pentru cladirea noua de la priza Barcau, s-a prevazut incalzire electrica; puterea absorbita va fi de 2 kW.