Tehnici si tehnologii de epurare a apelor uzate

Tehnici si tehnologii de epurare a apelor uzate

1 Notiuni generale despre epurarea apelor uzate

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

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

Procesele de epurare sunt de natura fizico-mecanica, chimica si biologica. In urma aplicarii acestor procese rezulta ca principale produse urmatoarele:

apele epurate care sunt evacuate in receptor sau pot fi valorificate pentru irigatii sau alte folosinte;

namoluri care sunt indepartate din stati si valorificate;

Epurarea apelor uzate cuprinde urmatoarele doua grupe de operatii successive:

retinerea si/sau transformarea substantelor nocive in produsi nenocivi;

prelucrarea substantelor rezultate din prima operatie sub diverse forme.

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

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

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

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

2 Epurarea mecanica

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

In treapta de epurare mecanica se retin suspensiile grosiere si cele fine. Pentru retinerea lor se utilizeaza gratarele, sitele, separatoarele de grasimi, deznisipatoarele si decantoarele.

1 Gratarele

Gratarele retin si murdariile plutitoare aflate in suspensie in apele uzate. Materialele retinute pe gratare sunt evacuate ca atare pentru a fi depozitate in gropi sau incinerate. In unele cazuri pot fi maruntite prin taiere la dmensiunea de 0,5-0,1 mm in dezintegratoare mecanice. Dezintegratoarele se insttaleaza direct in canalul de acces al apelor uzate brute, in asa fel incat suspensiile dezintegrate pot trece prin gratare si pot fi

evacuate in acelasi timp cu retinerile.

Dupa marimea interspatiilor, gratarele pot fi clasificate astfel

-gratare rare, cu interspatii de 40-50 mm. Barele sunt inclinate la 1/3, iar viteza de curgere a apei prin gratare se mentine la 60-100 cm/s,pentru a evita depunerile; materiile retinute pe gratarele rare se ridica la 2-3 l/persoana si an. Curatirea gratarelor poate fi manuala, dar este preferabila cea mecanizata.

-gratare dese, cu interspatii de 20 mm sau chiar mai mici. Se intrebuinteaza in cazul in care statiile poseda instalatii mai sensibile,care pot fi dereglate sau infundate cu corpurile plutitoare. Inclinarea barelor gratarelor dese este mult mai mica decat a celor rare. Cantitatea de materii retinute este mult mai mare, 5-10 l/persoana si an, si necesita neaparat un dispozitiv de curatire mecanizat, care sa fie pus in functiune de pierderea de presiune a apei la trecerea prin gratare.

Deci, in general,curatirea gratarelor se poate realiza manual sau mecanica. Curatirea manuala se foloseste in cazul instalatiilor mai mici,cu cantitati reduse de materii retinute. Se efectueaya cu grebla de mina, de pe o platforma situata deasupra nivelul maxim al apei. Curatirea menanica se utilizeaza cand cantitatile de materii rettinute sunt atit de mari incit necesita curatirea frecventa a gratarelor sau chiar continua. Tipurile de gratare cu curatire mecanica diferita in functie de dimensiunile canalului si nivelul apei. De exemplu, pentru canale de adincime mai mica,pana la 1 m, se utilizeaza gratarul curb, cu grebla de curatire rotativa, iar pentru adancimi mai mari ale apei se folosesc gratare drepte, cu greble de curatire cu miscare de tranlatie.

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

Taierea si faramitarea materialelor retinute pe gratare se poate efectua cu innstalatii asezate in curentul apei sau in afara sa. Instalatiile montane in curentul apei prezinta avanaje de ordin igienico-sanitar.

Maruntirea materialului in curentul apei se realizeaza cu echipamente de tipul griductor sau cominutor. La dbite mici si mjlocii, aceasta se monteaza astfel incat intreg curentul de apa trece prin instalatia de maruntit, antrenand astfel corpurile mari care trebuie farimitate. Pentru debite mici, utilajele de maruntit in curent se monteaza insotite de gratare cu bare orizontale. In acest caz, retinerile de pe gratare sunt culese d

rotativa, cu ax de rotatie vertical si transportate lateral spre utilajul pentru maruntirea materialului aseyat sub nivelul apei.

2 Deznisipatoarele

Sunt dispozitive destinate eliminarii impuritatilor de natura nisipurilor (particule mai mari de 0,2 mm). Un deynisipator este un bazin in care,prin relativa stationare a apei, are loc depunerea gravitationala a nisipuilui.

Dupa directia principala a curentului de curgere, deynisipitoarele pot fi oriyontale-in cele mai dese cayuri-sau verticale.

Deznisipitoarele oriyontale constau, de obicei, din doua sau mai multe canale inguste si relativputin adinci,in care apa circula cu viteza medie de circa 0,30 m/s (0,20- 0,40 m/s), avind timpul de stationare de 0,5- 1 min.

Deznisipitoarele verticale sunt cilindrice, apa miscindu-se de jos in sus cu o viteza de circa 0,02- 0,05 m/s, depnerile adunindu-se jos,intr-o basa tronconica.

Un dispoyitiv frecvent folosit, mai ales in industri, este separatorul de tip hidrociclon, alimentat tangential cu apa la o oarecare resiune. Corpul hidrocicloonului este inclinat, astfel incat nisipul se evacueaza pprin aval, iar apa, prin amonte. Reglajul iesirii nsipului se face cu ajutorulunei diafragme.

Cantitatile de nisip retinute in deznisipatoare sunt foarte variabile, in functie de tipul canalizarii, gradul de acoperire a suprafetelor,tipul imbracamintilor rutiere,gradul de urbanizare etc.Literatura indica cifre intre 0,0037 si 0,036 m³ nisip/1000m³ apa pentru canaliyarea in sistem unitar si intre 0,0057 si 0,036 m³ nisip/1000 m³ apa pentru canaliyarea in sistem diviyor. Normativulromanesc de proiectare P. 28- 64 indica 0,2 l/om si zi la o greutate volumetrica a nisipului de 1,5 t/ m³

Curatirea de nisip a deynisipatoarelorse poate face fie manual, la instalatiile mici, fie hidraulic sau mecanic la debite mari. Echipamentele mecanice mecanice de deznisipare se monteaya in cazurile in care: debitul este mare, cantitatile de nisip sunt mari sau deynisipatorul este construit aninc sub teren, si inlaturarea manuala este dificila.

Evacuarea manuala se realizeaza dupa scoaterea din functiune a compartimentului respectiv. La dimensionarea deznisipatorului cu curatire manuala trebuie sa se prevada un spatiu pentru retinerea nisipului depus intre doua evacuari. Intervalul intre doua curatari este in general de 30 de zile.

Evacuarea mecanica a nisipului se oate realiza prin diferite dispozitive, printre care:

-dispozitive cu racleti si snec

-dispozitive cu racleti, grapa de nisip si pompa fixa sau hidroelevator pentru evacuarea nisipului

-dispozitiv cu pompe mobile

3 Separatoare de grasimi

Separatoarele de grasimi sau bazinele flotoare au ca scop indepartarea din apele uzate a uleiurilor, grasimilor si, in general, a tuturor substantelor mai usoare decat apa, care se ridica la suprafata acesteia, in zonele linistite si cu vitezeorizontale mici ale apei. Separatoarele de grasimi sunt amplasate dupa deznisipatoare, daca reteaua de canalizare a fost construita in sistem unitar si dupa gratare, cand reteaua a fost construita in sistem divizor si din schema lipseste deznisipatorul.

Flotarea este folosita drept treapta suplimentara de epurare inaintea epurarii biologice. Pentru epurarea apelor uzate industriale, flotarea este utilizata in numeroase cazuri, de exemplu, pentru apele provrnite din industria petroliera, miniera, alimentara, in special cand apele uzate industriale trebuie sa fie tratate biologic, fie separat, fie impreuna cu apele uzate orasenesti.

Separatoarele de grasimi pot utiliza pentru indepartarea impuritatilor fie flotarea naturala, fie flotarea cu aer. Flotarea naturala se realizeaza in bazine obisnuite, in care, din cauza vitezelor mici cu care se deplaseaza apa, particulele usoare se ridica la suprafata. Flotarea cu aer poate fi de joasa presiune sau sub presiune: in ultimul caz, bulele de aer introduse in apa adera la materialul in suspensie si ajuta la deplasarea la suprafata lichidului particulelor solide sau coloidale aflate in masa acsteia.

Procedeele de flotare sunt utilizate si pentru indepartarea din apa a particulelor mai grele decat acesta. Procedeele de retinere in functie de natura grasimilor, respectiv:

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

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

gudroane care au tendinta de a se depune.

Pentu grasimile din prima grupa, procedeul se bazeaza pe micsorarea

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

Pentru grasimile din grupa a doua, bazinele sunt formate din trei compartimente. In bazinul centrl se face insuflarea cu aer si separarea grasimilor, care sunt dirijate spre un jgheab colector. Apa se evacueaza in compartimentele laterale.(fig.1)

Principalii parametrii de proiectare pentru separatoarele de grasimi sunt:

timpul de stationare: 5-10 minute;

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

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

Un dispozitiv interesant pentru separarea grasimilor este acela care

combina insuflarea de aer cu vacuumul intretinut la suprafata apei printr-o pompa de vacuum. In acest scop se foloseste un bazin acoperit etans. Apa care trebuie epurata se preaereaza si se introduce la semiinaltimea bazinului. Bulele de aer care se formaeza se ridica la suprafata, antrenand cu ele materiile flotante si cele decantabile usor.

Sratul de spuma care se formeaza este colectatde o lama care il conduce spre gura de evacuare. Materiile decantabile se depun pe fundul bazinului, de unde sunt reclate si evacuate in decantor printr-un tub central,prevazut la partea inferioara cu un deflector pentru o reparatie cat mai uniforma si iese lateral la partea superioara peste un deversor circular. Timpul obisnuit de stationare este de 1 h. Indepartarea depunerilor se face hidraulic printr-un tub vertical pe baza diferentei de presiune.

3 Epurarea chimica

Este mai cunoscuta sub numele de epurare mecanico-chimica, deoarece este precedata, in cele mai multe cazuri , de instalatiile de epurare mecanica, prezentate anterior.

Epurarea mecanico-chimica se realizeaza intr-un ansamblu de constructii care cuprinde:

- constructii pentru prepararea, dozarea si introducerea reactivilor de coagulare in apa de tratat;

- instalatii de amestec reactivi;

- decantoare.

In cadrul epurarii mecanico-chimice se folosesc reactivi pentru indepartarea prin coagulare si floculare a materialelor fin dispersate si a celor coloidale.

O suspensie coloidala este formata din particule extreme de mici, care poseda la suprafata o anumita incarcare electrica. Aceste incarcari electrice induc o forta de respingere intre particulele vecine, ceea ce explica marea stabilitate a acestor suspensii. Daca, printr-un mijloc oarecare ca, de pilda, modificarea pH-ului sau introducerea unui colloid de sarcina electrica contrara, se reuseste sa se anuleze sau sa se reduca partial sarcinile electrice contrara, se reuseste sa se anuleze sau sa se reduca partial sarcinile electrice ale particulelor din apa de epurat, aceste particule se aglomereaza si formeaza precipitate relative voluminoase capabile sa decanteze rapid. Efectul este inca mai rapid, daca se introduce si o agitare a lichidului. Alegerea coagulatului optim pentru o anumita apa trebuie epurata se determina pe baza cercetarilor de laborator.

Agentii de precipitare cel mai larg folosit pentru efluentii urbani sunt sulfatul feros si clorura ferica. Dozele uzuale de coagulanti folositi sunt de circa 35 g/ m³ apa pentru clorura ferica, si circa 55 g/ m³ apa pentru sulfatul feros, putand varia de la caz la caz. Sulfatul feros actioneaza la un pH cuprins intr 6-7 clorura ferica dimpotriva, la un pH alcalin.

In unele situatii, flocularea si precipitarea sunt mult ingreunate de variatiile pH-ului, de temperature scazuta a apei sau faptul ca flocoanele rezultate sunt foarte usoare si se depun greu. In asemenea cazuri , un bun factor de activare a flocularii este silicea activa care, in sine, nu este un floculant, ci un element care ajuta la neutralizarea sarcinilor electrice si obtinerea unui precipitat mai compact.

Alte substante care pot active flocularea mai sunt si bentonitele, taninul, unele argile etc.

Tratarea cu coagulati presupune o buna stapanire si cunoastere a debitelor tratate. De asemenea, in functie de coagulant, este necesar un anumit pH al apei ce se epureaza.

1 Decantoare

Decantoarele sunt instalatiile in care se sedimenteaza cea mai mare parte a substantelelor in suspensie din apele uzate. Dupa directia de curgere a apei, decntoarele se impart in: orizontale si verticale. Dupa forma in plan, decantoarele pot fi: dreptunghiulare si circulare.

In mod usual, la noi au scapat denumirea de ,,decantoare orizontale", decantoarele cu circulatie orizontala a apei si avand forma drepunghiulara; de asemenea, se denumesc ,,decantoare radiale" decantoarele cu circulatie orizontala a apei, avand forma circulara.

Din punct de vedere al prelucrarii namolului retinut in decantoare, acestea se pot impartii in decantoare fara spatiu de fermentare sau decantoare cu etaj, care cuprind spatiile de fermentare.

Dupa locul pe care il ocupa in schema de epurare, acestea se impart in: decantoare primare si decantoare secundare.

Decantoarele orizontale- sunt bazine dreptunhiulare, in care apa circula cu o viteza medie orizontala de 5-20 mm/ s, timpul de stationare variind intre 1,5-2 h.

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

Decantoarele verticale- sunt bazine cu o sectiune circulara, mai rar patrata, in care apele circula de jos in sus cu viteza ascensionala de circa 0 mm/ s.

In cazul epurarii cu namol active un rol important revine bazinelor de aerare ce formeaza si intretin namolul activ.

Bazinele de aerare sunt constructii a caror forma in plan poate fi radiala, dreptunghiulara sau patrata. In cazul statiilor de mari dimensiuni se folosesc, de regula bazinele dreptunghiulare sau patrate, intrucat in aceste situatii se realizeaza economie de teren construibil.

Apa uzata, decantata primar, este transferata in bazinul de aerare in conformitate cu schema de epurare adoptata in cadrul statiei.

Bazinelede aerare pot fi cu aerare pneumatica sau mecanica. Atat aerarea mecanica cat si cea pneumatica trebuie sa indeplineasca urmatoarele functiuni de baza:

sa asigure un transfer cat mai intes al oxigenului din aer in apa uzata si sa contribuie astfel la realizarea in jurul floconului si in interiorul acestuia a onditiilor aerobe;

sa realizeze un amestec cat mai bun intre apa uzata si namolul activ;

sa impiedice flocoanele namolului active sa se depuna pe radierul bazinului unde, in absenta oxigenului acestea ar intra in fermentare anaeroba.

Bazinele de aerare pneumatica-se caracterizeaza prin introducerea de

bule de aer in apa. Acestea sunt, tinand seama de marimea lor, de trei categorii: bule fine, mijlocii si mari.

Bulele fine sunt otinute prin distributi aerului prin difuzori porosi sau membrane cu orificii foarte fine. Bulele mijlocii rezulta din distributia aerului prin conducte prevazute cu orificii al caror diametru este cuprins intre 1 si 5 mm, fiind asezate la distante mai mici de 5 mm unele de altele. Bulele mari sunt rezultatul distributiei aerului prin conducte sau placi gaurite, cu deschiderea gaurii de peste 5 mm.

La bazinele de aerare mecanica- aplica un procedeu ethnic prin care se pune in contact apa uzata, namolul active si aerul atmisferic in urma unor amestecari mecanice intense.

Dupa felul in care se introduce aerul in continutul