Tehnologii de depoluare a mediului

Tehnologii de depoluare a mediului

Bibliografie obligatorie

1.Morar Roman, Muntean I., CuglesanI., Almasan I.,Tehnologiide depoluare a mediului, ed. Dacia, Cluj-Napoca, 2004

2.Muntean Ioan, Tehnici de depoluare a mediului : indrumar, Ed. Universitas, Petrosani, 2004

3. Radulescu Hortensia, Poluare si tehnici de depoluare a mediului, Ed. Eurobit, Timisoara, 2001

Lazaroiu, Gheorghe, Solutii moderne de depoluare a aerului, ed. AGIR, Bucuresti, 2006

Candea-muntean, Victor, Epurarea apelor uzate, ed. Oscar Print, Bucuresti, 2001

Gheorghe Neag, Ana Culic, Gerard Verraes, Soluri si ape poluate. Tehnici de depoluare, Ed. Dacia, Cluj-Napoca, 2001,

7. Coman Mirela, Indrumar de laborator : tehnologii de depoluare a solurilor, Risoprint, Cluj-Napoca, 2006

8. Voiculescu Anca Rovena, Dumitru Mihail, Toti Mihai, Decontaminarea solurilor poluate cu compusi organici, Ed Sitech, Craiova, 2006

Definitii

Mediu ambiant -reprezinta totalitatea factorilor fizici, chimici, biologici si meteorologici dintr-un loc dat care este in contact direct cu un organism viu

Ecosistemul -este un component al biosferei alcatuit dintr-un organism viu (biocenoza) si unul ne-viu (biotop) care se afla intr-o actiune permanenta

Poluarea-reprezinta introducerea in mediu a unor substanta toxice sau nocive care pot rupe echilibrul ecologic si care dauneaza sanatatii omului si ecosistemelor.

Contaminarea chimica -orice modificare calitativ-cantitativa a componentei chimice naturale a mediului

Poluarea chimica -orice contaminare chimica care duce la abatarea factorilor fizici ai mediului de la comportamentul si rolul lor natural cu rezultate finale de afectare a ecosistemelor pana la om

Cauze:-naturale
-antropice

Clasificarea

poluare fizica

Zgomot

Particule materiale

Radiatii

poluare chimica

Gaze din industrie

Metale grele

Pesticide

Compusi organici etc.

poluare biologica

Viusi

Bacterii

Fungi etc.

Clasificarea surselor de poluare

Dupa origine

Natuale

antropice

Dupa forma

Punctuale

Liniare

De suprafata

De volum (emisii in trei directii)

Dupa inaltime

Joase (h<50m)

Medii (50-100 m)

Inalte (h>150m)

Dupa mobilitate

fixe

mobile

Dupa regimul de functionare

Continue (emisie constanta)

Intermediare

Instantanee

Dupa compozitie

Compusi cu sulf, COV, radioactivitte etc

Poluant -orice compus care prezinta pericol pentru mediu

Clasificare

Poluanti anorganici

gaze (CO, NOx, SO2, O3, Cl2 etc)

Baze (hidroxizi alcalini)

Acizi (acizi minerali)

Saruri (sulfati, azotati, fosfati)

Pulberi minerale (SiO2, azbest, etc)

Poluanti organici

Solventi organici

Hidrocarburi petroliere

Pesticide

PCB, Dioxine, PAH etc

Proprietatile de baza ale poluantilor anorganici

Speciere in faza apoasa

Hidrofilicitate

Reactivitate cu factorii de mediu

Sorbtie-desobtie pe faza solida

Speciere in faza apoasa
- Speciere reprezinta forma sub care se gaseste un element intr-un punct dat in timp si spatiu.
- Depinde de starea de oxidare si de pH.
Ex As: in mediu cu deficit de O2 si pH=2.9 apare ca specie neutra de arsenit (AsOH)3 (As III), in medii bine oxigenate si la pH>3 apare ca arsenat H2AsO4^- si HAsO4^2- (As V)

Hidrofilicitate - reprezinta proprietatea unor compusi anorganici de a se dizolva in solutii apoase

Reactivitatea

Reactii de hidroliza

Pb (aq)₂ +H₂O =Pb(OH)₂ (aq) + H⁺ (aq)

Reactii de oxido-reducere (redox)

10KMnO₄ + 5H₂SO₄ + 10FeSO₄ = 5K₂SO₄ + 10MnSO₄ + 5Fe₂O₃ + 5H₂O

Mn⁷⁺ + 5e^- = Mn²⁺  1

Fe²⁺ -1e^- = Fe³⁺ 5

Complexare cu formare de complecsi solubili

AgCl + 2 NH₄OH = [Ag(NH₃ )₂]Cl +2H₂O

Precipitare si coagulare
Pb (aq) +HCl = PbCl + H2O

Reactii fotochimice
O₂+h = O+ O (fotodegradare)
2O₂+2O +M = 2O₃ + M^*
O₃ +h = O₂ + O
O₃ +O = 2O₂
Reactia globala
2O₃ + h = 3O₂
Sortie-desorbtie pe materiale solide

Proprietatile de baza ale contaminantilor organici

In conditii naturale (t=25 grade, p= 1 atm.) contaminantii organici pot fi gazosi, lichizi si solizi)

Persistenta ridicata in mediu (tr-mare)

Hidrofobicitate

Lipofilicitate

Bioacumulare in tesuturi

Biomagnificare (bioamplificare) in alimente

Transferul acestor poluanti se poate realiza prin:

Evaporare

Solubilizare

Voltilizare

Sorbtie-desorbtie

Transformari abiotice

Transformarile fizico chimice a poluantilor datorate conditiilor de mediu (t, pH, cataliza etc)

Hidroliza

RX + H₂O = R-OH + HX

Reactii redox

CH₂O (aq) + O2 (g) = CO₂ (g) + H₂O (l)

Reactii fotochimice

CCl₂F₂ + hv = CClF₂^* + Cl^-

Cl^- + O₃ = ClO^* +O₂

ClO^* +O* = Cl* + O₂

Global O₃ + O* = 2O₂

Trasformari biotice

Microorganismele dein sol si apa pot afecta distributia, mobilitatea si concentratia poluantilor prin procese de biodebradare.

Biodegradarea este deci ruperea compusilor organici prin activitatea microbiana.

Unii poluanti au viata scurta in mediu deoarece servesc ca si hrana pentru microorganisme. Acesti poluanti se numesc poluanti biodegradabili (hidrocarburi petroliere)

Pentru alti poluanti efectul microorganismelor este limitat din diverse motive (nr. Mic de microorganisme de degradare, structuri ale poluantilor rezistente le microbi, conditii de mediu adverse) (poluanti organici persistenti)

Etapele premergatoare aplicarii tehnologiilor de depoluare.

Actiunea de depoluare a unui factor de mediu este precedata de etape premergatoare care analizeaza situl poluat in integritate sa

Sit-latinescul situs-asezare, pozitie

In domeniul protectiei mediului: sit-un spatiu unitar situat intr-un sector geografic limitat, afectat de poluare.

Depoluare unui sit se face secvential urmand o serie de etape>

Etapele depoluarii unui sit

Diagnosticul poluarii (grad mai mare sau mai mic de precizie) functie de specificul situatiei analizate

Evaluarea riscului pe care poluarea investigata o reprezinta pentru persoanele de pe sit, pentru riverani si pentru mediu

Alegerea unei filiere adecvate de depoluare (se face pe criterii tehnice si economice) =studiu de fezabilitate=

Intocmirea bilantului depoluarii (ilustreaza efectele depoluarii si permite aprecierea riscului rezidual)

Nota: cea mai evoluata si performant metodologie de abordare a siturilor contaminate.

Permite ierarhizarea in functie de gravitatea poluarii, trecerea la masuri de reabilitare in conditii tehnico-economice avantajoase

Demersul secvential al depol. unui sit

Diagnosticul poluarii

Obiective si continut

In stabilirea diagnosticului poluarii o etapa importanta o constituie stabilirea obiectivului acestui studiu precum si a etapelor ce trebuie urmarite in realizarea lui.

Consta:

Analiza caracteristicilor sitului studiat, sursele de poluare ale sitului, identificarea si caracterizarea poluantilor, caracterizarea conditiilor fizico-chimice si hidrogeologice ale sitului

Localizarea si evidentierea acelor concentratii ale polunatilor in mediu care depsesc conc. naturale

Diagnosticare poluarii

Faza I-anchet documentara (date legate de poluarea sitului de-a lungul timpului)

Faza II-studiul de teren (prelevarea probelor, analiza acestora, prelucrarea si interpretarea rezultatelor)

Rezultatele obtinute-evaluare riscului

Ancheta documentara

Scop: defineste conditiile optime de securitate pentru etapele urmatoare, determina tipul si caracteristicile sitului si a surselor de poluare.

Realizare

Studierea documentelor existente

- hotarari, norme metodologice, fise de securitate etc. referitoare la substantele utilizate pe sit

- documente cartografice (localizare geografica sit, implantre cladiri, retele, zone de depozitare deseuri, localizare rezervoare, zone asfaltte, zone verzi, desene, scheme de functionre instaltii etc.

-documente diverse (fotogrfii, rapoarte deaccidente, liste mterii prime, auxiliare, etc

Discutii cu personalul de pe sit,

Vizitarea sitului

Studiul de teren

Obiectiv- certificarea poluarii de pe sit si cuantificarea acesteia (tipul poluantilor, nivelul concentratiilor din mediu, suprafetele si volumul de teren afectat, distanta de migrare a poluantilor etc.

Etape:

- masuratori directe pe sit

- prelevare de probe

- analiza probelor in laborator

- prezentarea si interpretarea rezultatelor

Masuratori directe pe sit

Sunt rapide si ieftine. Ofera rezultate immediate

Au grad redus de precizie si dau rezultate globale semicantitative.

Exemple: ph, t, umiditate, conductivitate, concentratii (analizoare, cromatografe portabile, cartuse colorimetrice)

Determinaarea caracteristicilor hidrodinamice ale panzei freatice (variatii nivel hidrostatic, sens curgere, debit, viteza, permeabilitate strat acvifer)

Campania de prelevare a probelor

Obiectiv- detelierea si completarea informatiilor obtinute in ancheta documentara

Etape:

Intocmirea planului de prelevare

Efectuarea prelevarii

Conservarea probelor prelevate

Analiza de laborator

Etapa ce oglindeste in mod realist gradul de poluare a mediului respectiv, rezultatele obtinute fiind esentiale in evaluarea riscului si in alegere filierei adecvate de depoluare

Prezentare si interpretare rezultatelor

Etapa de sistematizare a rezultatelor, si care prezinta prezenta, tipul nivelul si repartitia poluantilor intr-un sit.

Realizarea hartilor de poluare, grafice cu evolutia in timp, tabele cu tipul si concentratia poluantilor gositi in diversi factori de mediu (apa, aer, sol, plante etc)

Repartitia poluantilor in jurul unei fabrici

Uzina>1200 mg/kg

Zona I >800 mg/kg

Zona II>400 mg/kg

Zona III> 200 mg/kg

Sol natural=100 mg/kg

Evaluarea riscului

Riscul desemneaza un poericol potential previzibil dupa legi statice. Evaluarea riscului-presupune calculul probabilitatii pentru o populatie sau un ecosistem de a primi o anume doza de poluant sau de a fi in contact cu el.

Scop:

Ierarhizarea siturilor poluate in functie de risc in vederea stabilirii prioritatilor de depoluare

Fundamentarea masurilor de reabilitare a unui sit

Pentru un sit evaluarea riscului se bazeaza pe coordonare a trei factori:

Sursa de pericol data de poluarea sitului (natura pol, cantitatea, caracteristici, toxicitate, ecotoxicitate)

Caile de transport sau dispersie (apa, aer, sol)

Tinta

Alegerea filierei de depoluare

Este destul de dificila datorita numarului mare de tehnici de depoluare. Propunerile de depolure se fac in functie de limitele tehnice si financiare proprii fiecarui caz in parte.

Pe plan mondial s-au elaborat programe speciale de calculator care permit o analiza multicriteriala a alegerii

RAAS (remedial Actiaon ssessment System )-evaluare dupa eficienta depoluarii si cost

CARTS (Computer Aided response Technologies Selector) evaluare tehnica a diferitelor alternative de depoluare

In practica alegerea filierea se face tinand cont de diminuarea poluantului si de investitie

Criterii tehnice

Sa fie adecvata cazului tratat

Tipul poluarii

Caracteristicile poluantilor

Concentratiile poluantilor

Suprafat sitului poluat, configurati, caile de acces

Caracteristicile sitului poluat

Activitatile care se desfasoara pe sit

Amenajarea ulterioara asitului

Sa fie disponibila pe piata

Sa fie avantajoasa dpdv al costului

Matricea lui Kinzelbach

-(Gheorghe Neag, Depoluarea Soluri lor si apelor subterane, Ed. Casa carti de stiinta, Cluj-Napoca, 1997, p118-119)

Criterii economice

Studiu comparativ a mai multor tehnologii de depoluare

Costurile depind

Nivelul impus concentratiei poluantilor dupa incheierea depoluarii

Precizia fazei de diagnosticare a poluarii

Operatia de depoluare propriu-zisa

Fazele de urmarire si control al poluarii

Durata operatiei de depoluare

Elemente luate in calcul:

Instalare pe sit a echipamentelor necesare depoluarii

Materiale consumabile

Energia si fluide de lucru

Cheltuieli de salarizare

Amortismente aferente echipamentelor

Lucrari de diagnostic

Urmarirea si controlul depoluarii

Realizarea bilantului final

Reamanajarea sitului

Influenta gradului de investigatie a unui sit asupra costului depoluarii

Tehnologii de depoluare a aerului.

Instalatiile industriale din domeniul prelucrarii minereurilor, materialelor de constructii, industriei chimice, industria energetica sunt surse de poluare cu:

Praf

Cenusa

Gaze de ardere

Compusi organici volatili

Procedee de depoluare a aerului.

Sedimentarea.

Centrifugarea.

Filtrarea.

Epurarea prin procedee umede.

Absorbtia.

Denoxarea prin reactii de reducere.

Electrofiltrele

Sedimentarea

Este o metoda de depoluare care se bazeaza pe greutate proprie a particulelor materiale.

Asupra unei particule aflate in repaus actioneza trei forte: forta de greutate, forta de rezistenta a aerului si forta ascensionala

Deoarece _p >>> _a rezulta ca in cazul sedimentari Fr=Fg

Pentru o particula de diametru d viteza de sedimentare este data de expesia:

W=1/18 (d² _p g/ _m

In realitate particulele se afla in suspensie cu aerul care se deplaseaza cu o viteza v astfel ca viteza de sedimentare a unei particule este direct proportionala cu viteza de deplasare a aerului inaltimea si lungimea camerei de sedimentare confom relatiei:

W=vH/L

Daca se considera o camera de sedimentare de inaltime H si lungime L conditia ca o particula sa sedimenteze este ca traiectoria acesteia sa se situeze sub diagonala camerei:

Inlocuind expresia vitezei de sedimentare W se poate afla diametrul particulei care sedimenteaza daca se cunsc celelalte marimi

W=1/18 (d² _p g/ _m)=vH/L

d²=(18 _mv H/ _p g L)

In felul acesta se poate estima care este diametrul particulelor ce pot fi retinute intr-o camera de sedimentare.

Centrifugarea

Are o eficienta mai mare decat sedimentarea datorita faptului ca forta centrifuga imprima particulei viteze de sedimentare mai mari de 3-4 ordine de marime fata de sedimentare in camp gravitational.

Daca consideram o particula ce se misca in camp centrifugal asupra acesteia actioneaza urmatoarele forte

v_p = R (viteza periferica)
F_cp=m R
F_cf=ma_cf

Viteza de sedimentare in camp centrifugal:

W_cp= w ( R / g)

Unde: -W_cp-viteza de sedimentare in camp centrifugal

- w - viteza de sedimentare in camp gravitational

- - viteza unghiulara

- R - raza de rotatie

- g - acceleratia gravitationala

Separarea prin centrifugare se realizeaza in cicloane a caror randament de separare este de 90%

In cazul cicloanelor viteza de sedimentare se calculeaza cu relatia

W_cp=1/18 (d² _pV_p²/R)

Filtrarea

Este un procedeu care se bazeaza pe marimea particulelor materiale. Principiul consta in trecerea aerului care contine particulele prin materiale poroase de o anumita porozitate.

Materiale granulare

Epurare gaze cu temperatura ridicat

Suprafete filtrante poroase (saci sau strat fibros) de natura ceramica sau poliester

Epurare gaze cu temperatura scazuta

Epurarea prin procedee umede

Combima mecnismul separarii in camp centrifugal cu retinerea prin impact. Particulele separate prin centrifugare sunt supuse impactului cu un film de lichid (apa) descendent). Coliziunea picaturilor de apa cu particulele transportate de gaz umezirea acestora si marirea vitezei de depunere.

Avantaje: se realizeaza in mod cotinuu

-creste randamentul de separare

Modelul lui Calver

A fost elaborat pentru studiul eficientei de colectare a particulelor prin coleziunea cu picaturile de lichid si se bazeaza pe calculul ecuatiilor de miscare a particulelor si a picaturilor. Pentru simplificare s-au folosit ecuatii empirice rezultand formula:

= (e/d_f)²

Unde: -eficienta de colectare

e- distanta traiectoriei limita a particulei fata de picatura

d_f-diametrul picaturii

Rotociclonul N
-este folosit pentru epurarea gazelor

Zona 1-sedimenteaza fractiunile mai grele

Zona 2-in sectiunea ingustata se introduce apa pulverizata pentru coliziunea cu particulele. Cele doua zone curbate intensifica amestecarea aerului cu apa si permite o epurare mai avansata.

Particulele separate se elimina in portiunea a 2.

Absorbtia (chemosorbtia)

Este procesul prin care unii componenti dintr-un gaz se dizolva intr-un lichid.

Dizolvarea gazului intr-un lichid este caracterizata de concentratia de echilibru si depinde de presiune si temperatura.

Fractia molara a gazului dizolvat in functie de presiune este dat de legea lui Henry:

=H · x

Unde p-presiunea gazului

H-constant lui Henry

X-fractia molara a gazului dizolvat in lichid

Coloane de absortie

Debitul de gaz absorbit in coloaba este dat de relatia:

Q=G (C1 -C2)=L (X2-X1) unde

C1 este concentratia componentului din faza gazoasa la intrare in coloana

C2- conc la iesirea din coloana

X2 - conc comp absorbit in faza lichida

Solutii absorbante

Pentru SO₂

Amoniacul, hidroxidul de sodiu, hidroxidul de calciu, carbonatul de calciu

Ca(OH)₂ + SO₂ = CaSO₃ + H₂O

Ca(OH)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2H₂O

Ca(OH)₂ + 2HF = CaF₂ + 2H₂O

Ca(OH)₂ + H₂ SO₄ = CaSO₄ + 2H₂O

Pentru NO_x

Solutii alcaline de NaOH sau CaO si CaCO₃

2NaOH + 2NO_x = 2NaNO₃ + H₂O

Denoxarea prin reactii de reducere

Este o operatie de ce implica trasformarea unor poluanti periculosi in compusi mai putin periculosi prin rectii de reducere catalitica

Ex: reducerea catalitica a oxizilor de azot cu amoniac sau cu uree
4NH₃ +6NO = 5 N₂ + 6H₂O

8 NH₃ + 6 NO₂= 7N₂ + 12 H₂O

Ureea (NH₂)CO=NH₃ + HNCO (acid izocianic)

Catalizatori: TiO₂, V₂O₅

Separarea prin electrofiltre

Principiul de separare se bazeaza pe actiunea campului electric intens asupra particulelor. Particulele se incarca cu sarcina electrica negativa datorita unor electrozi "emisivi" si se depun pe electrozii legati la pamant. Mecanismul precipitarii particulelor are loc prin combinarea actiunilor campului electric, curgerii gazului si a particulelor

Tehnologii industriale de epurarea a aerului.

Camera de sedimentare.

Cicloane si multicicloane.

Scrubere.

Separatoare cu tub Venturi.

Filtre cu saci.

Coloane de adsorbtie.

Coloane de reactie.

Instalatii de epurare a aerului.

Camera de sedimentare

Este utilizata pentru separarea particulelor cu dimensiunea cuprinsa intre 200-250 microni

Se foloseste la instalatiile de desprafuire a aerului din industria metalurgica

Dimensiunile camerei sunt stabilite in functie de volumul de gaz ce trebuie epurat, dimensiunea si densitatea particulei, densitatea si vascozitatea gazului

Viteza de deplasare a gazului in camera de sedimentare este:

V=Q/h.l

Eficienta de separare este de 40-70%

Cicloane si multicicloane

Se folosesc pentru epurarea gazelor in camp centrifugal.

Dimensiunile ciclonului sunt alese

Empiric. Cresterea gradului de retinere

Se face prin reducerea partii cilindrice=

Creste forta centrifuga

Industrie=bateri de cicloane

Diametru=150-200 mm

Debite=100-350 mc/h

Miscarea de rotatia a aerului incarcat cu particule se realizeaza pe o traiectorie spiralataDescendenta. Particulele sunt aruncate datorita fortei centrifuge spre peretii ciclonului si

Se deplaseaza spre partea inferioara a conului unde sunt evacuate. In partea centrala

a ciclonului se formeaza un vartej ascendent in care sunt antrenate particulele fine ce

Parasesc ciclonul impreuna cu aerul.

Scrubere

Aerul intra pe la partea inferioara a scrubarului La partea superioara este pulverizata apa.

Sectiunea circulata a scrubrului ii imprima aerului o miscare circulara iar particulele suntaruncate spre perete. Datorita coliziunii cu picaturile de apa injectate la partea superioaraAre loc o crestere a eficientei de separare.

Separatoare cu tub Venturii

Sunt instalatii de epurare a gazelor in camp centrifugal prin procedee umede. Tubul Venturi este atasat la intrarea in separtor iar umezirea se face in zona ingustata a tubului Venturi. Aceasta favorizeza o umezire intensa a particulelor solide care apoi sunt supuse actiunii fortei centrifuge din corpul cilindric. Au avantajul ca sunt ieftine dar datorita pierderii de presiune din timpul transportului necesita ventilatoare de putere mare.

1-pompa alimentare apa

2- ajutal Venturi

3- separator centrifugal

4- evacuare namol

5- iesire gaze epurate

Utilizarea scruberelor cu tub venturi se folosesc la epurarea gazelor in metalurgie la instalatia Avenmounth pentru separarea Pb, Cd, Zn.

Desulfurarea gazelor de ardere de la termocentrale-scruber cu tub Venturi

Injectia solutiei amoniacale se face in tubul Venturi

SO2 + NH3 + H2O = NH4HSO3

SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4)2 SO3

SO2 + 2NH3 + H2O + ½ O2 = (NH4)2 SO4

Sulfiti si sulfati rezultati sunt evacuati

Filtre cu saci

Se utilizeaza pentru separarea particulelor materiale prin trecerea aerului prin materiale filtrante. Sacii filtranti au diametrul de 200-300 mm si lungimea de 5-10 m. Sensul de curgere a gazelor prin materialul filtrant poate fi din exterior spre interior sau invers. Pentru inlaturarea particulelor depuse pe saci se folosesc doua metode:

Prin purjare cu un jet puternic de aer

Mecanic prin scuturare

Schema filtru cu saci

Coloane de absorbtie pentru dioxidul de sulf

Se folosesc pentru desulfurarea gazelor provenite de la termocentrale. Principiul consta in absorbtia SO₂ in solutii de var stins, hidroxid de marneziu sau calcar.In gazele de ardere se afla si cenusa care reactioneaza cu solutia adsorbanta rezultand silicatul de calciu. Din aceasta cauza gazele sunt filtrate inainte pentru eliminarea cenusii.

Coloane de reactie pentru denoxare

Se folosesc la denoxarea gazelor de la termocentrale. Ea este amplasata dupa scrubere si instalatia de desulfurare deoarece in prezenta cenusii amoniacul reactioneaza cu SO₃= sulfatul de amoniu un produs coroziv.

Linii tehnologice de epurarea a gazelor industriale

Sunt folosite la epurarea gazelor provenite de la termocentrale, uzine metalurgice, fabrici de ciment, materiale de constructii, fabrici de mobila etc.

Gazele contin:

Particule de cenusa si praf

Vapori de apa

SO₂, SO₃

NO_x

CO si CO₂

Acizi, baze, saruri etc.

Compusi organici

Instalatia de desprafuire a aerului din uzine de preparare a minereurilor

In procesul de preparare a minereurilor rezulta particule de praf cu d=10^-7 si 10^-3 m

Epurarea se face in doua trepte:

Eliminarea particulelor de 100 microni in cicloane

Eliminarea particulelor sub 50 microni in filtre cu saci sau separator centrifugal cu tub venturi (scruber)

In cazul gazelor bogate in oxizi de sulf si de azot instalatia mai prevede si instalatii de desulfurare si de denoxare a gazelor de ardere

In cazul in care gazele au o temperatura peste 400 grade C instalatia necesita o treapta de racire.

Instalatia de desprafuire a aerului din uzine de preparare a minereurilor

Epurarea gazelor de la termocentrale cu ajutorul electrofiltrelor

Epurarea gazelor din instalatii de preparare a cimentului pe cale uscata

La baza procesul de fabricare a cimentului sta obtinerea clincherului prin descompunerea materiilor prime (inclusiv decarbonatarea calcarului) pana la oxizii de calciu, siliciu, fier si aluminiu si mineralizarea acestora sub forma de clincher. Acesta este apoi amestecat cu ipsosul rezultand cimentul

Proces tehnologic cu o succesiune de operatii

Omogenizare (amestecare)

Macinare in mori si uscare utilizand gaze pentru uscare si transportul materialului macinat

Preincalzirea materialului in cicloane

Calcinare in cuptor rotativ

Transportul materialului de la o operatie la alta are loc pneumatic. Dupa fiecare operatie aerul rezultat trebuie epurat.

Instalatie epurare gaze-preparare ciment

Tehnologii biologice de depoluare a aerului.

Biotehnologiile - subcategorie a chimiei verzi, includ procese biologice prin care se modifica structurile moleculare ale substantelor organice sub actiunea microorganismelor care genereaza enzime.

Biodegradare-totalitate proceselor fizico-chimice si biologice prin care o substanta este transformata de catre un organism=distrugerea produsului respectiv.

Trei tipuri de biodegradre:

Functionala-biodegradare partiala in care substantele isi pierd cele mai importanta caracteristici

Primara-transformare a substantei dpdv al stucturii chimice

Finala-transformarea compusului organic in substante simple (CO2, H2O)

Rolul microorganismelor in procesele biologice de epurare mediului:

Detoxificare-anihilare caracterului toxic al unei substante prin transformarea intr-un compus netoxic sau cu toxicitate scazuta

Valorificare -ingrasaminte din deseuri

Crearea de surse de hrana (biomasa) din poluantii vizati (transformarea hidrocarburilor in surse de hrana pentru animale

Activitatea de biodegradare consta intr-o alterare urmat de incorporare compusului alterat intr-o celula unde are lor transformarea. Substanta alterata constituie substratul metabolismului bacterian si va furniza carbonul si energia necesara cresterii celulei.

Procesele de biodegradare sunt catalizate de enzimele produse de microorganisme (bacterii, mucegaiuri, drojdii etc.)

Enzimele sunt substante de natura proteica prezente in celulele vii care accelereaza (catalizeaza) procese de reactie.

Clasificare:

Oxidoreductaze (reactii oxido-reducere)

Transferaze (transfer donor-acceptor)

Hidrolaze (reactii de hidroliza)

Liaze (aditie sau eliminare grupari functionale)

Izomeraze (reactii de izomerizare)

Ligaze (sintetaze) controleaza legaturile C-C

Procese biologice de epurare

Epurarea biologica a aerului se realizeaza in instalatii de biodegradare in care microorganismele asigura degradarea compusilor organici prin reactii chimice. Dupa tipul microorg. Implicat in proces si dupa conditiile in care u loc biodegradarile = procese aerobe sau anaerobe

Procese aerobe.

Microorganismele- Au nevoie de oxigen pe care il iau din din apa in care acesta se afla dizolvat. In urma biodegradarii rezulta CO2, apa si nitrati.

Instalatiile bazate pe procese aerobe sunt prevazute cu dispozitive de introducere a oxigenului in incinta de degradare.

Microorganismele care sunt implicate in proces sunt utilizare fie in varianta imobilizt pe un suport (biofiltre) fie sub forma de agragate in suspensie (namol activ).

Procese anaerobe

-se desfasoara in absenta oxigenului iar in urma biodegradari rezulta CO2 si metan. Epurarea are loc intr-o incinta ermetica in absenta oxigenului. Participa microrg. -hidrolizante, fermentative, acetogene, metanogene.

Microorganismele care sunt implicate in proces sunt utilizare fie in varianta imobilizt pe un suport solid fie sub forma de agragate in suspensie.

Metoda e folosita in special la tratarea apelor si solurilor.

Epurarea biologica a aerului.

Este o metoda care s-a dezvoltat in ultimii 20 de ani si este folosita la epurarea aerului incarct cu COV, H₂S etc

Conditii impuse pentru o tehnologie bio

Sigura si usor de manipulat

Competitiva DPDV al investitiei

Costuri scazute de operare

Costuri scazute de intretinere

Zgomot scazut

Sa nu produca CO

Sa nu necesite temperaturi inalte de exploatare

Sa nu utilizaza combustibili pt. functionare

Prietenoase pentru mediu

Toleranta in schimbarile de proces tehnologic

Exista trei utilaje folosite la epurarea biologica a aerului

Biofiltrele

Bioscruberele

Biotrickling - Biofiltre cu percolare

Toate aceste tehnologii pot trata debite scazute sau ridicate (1000-100.000 m³/h) si depind de aplicatie si de tipul de poluant care se urmareste a se reduce

Eficacitatea tehnologiilor de bio-epurare

Eficacitatea diferitelor procese de bio-epurare pentru

diferite industrii

Bio-filtrul

Este cea mai veche dintre tehnicile biologice de depoluare a aerului.

Biofiltrele sunt reactoare care epureza aerul cu ajutorul unui strat poros ce contine microorganisme. La contactul aerului contaminat cu aceste culturi, COV sunt degradati si eliminati

Principiul de functionare consta in trecerea aerului printr-un filtru pe care este imobilizat un bio-film (biomasa).

Pentru dezvoltarea microorganismelor, patul cu biomasa (compost, turba, scoarta de copac, sol sau materiale inerte) trebuie alimentat cu nutrienti si umezit pentru a evita compactarea

Eficacitatea unui biofiltru se estimeaza prin bilantul masic in regim dinamic al aerului poluat si cel curat.

Cele mai eficace bio-filtre pot trata de la 3000 la 214.000 m³/h cu o eficacitate de epurare de 94-99%

Biofiltrele

Substratul asigura suportul structural si nutrimenti elementari pentru microorganisme. Structura lui poroasa asigura o arie adecvata, la o pierdere de presiune rezonabila a gazului. Pe masura ce gazele reziduale sunt trecute prin reactor, poluantii se difuzeaza in biofilm. Poluantii sunt apoi descompusi printr-un proces aerobic natural de biodegradare.

Biofiltrele sunt economice cand sunt aplicate unor fluxuri de gaze cu concentrare joasa (< 1000ppm), bogate in oxigen.

Eficiente de distrugere mai mari de 90 % pot fi obtinute pentru substante organice solubile in apa cu alcoolul, aldehidele si aminele.

Anorganicele solubile in apa, ca H2S si NH3, pot, de asemenea, suferi descompuneri aerobe.

 

Aerul poluat parcurge biofiltru in sens descendent si concentratiaa poluantului scade datorita imobilizarii.

Poluantul aflat in faza gazosaa patrunde in biofilm prin difuzie.

La interfata gaz biofilm se realizeaza un echilibru intre cele boua faze.

Poluantul patrunde in biofilm unde este degradat.

Daca poluantul traverseaza tot biofilmul ajunge in volumul de sorbtie.

Aerul poluat parcurge biofiltru in sens descendent si concentratiaa poluantului scade datorita imobilizarii.

Poluantul aflat in faza gazosaa patrunde in biofilm prin difuzie.

La interfata gaz biofilm se realizeaza un echilibru intre cele boua faze.

Poluantul patrunde in biofilm unde este degradat.

Daca poluantul traverseaza tot biofilmul ajunge in volumul de sorbtie.

Biofilm

Viteza de degradare a poluantului in biofiltru este data de relatia:

v=v_mS/(k_m+s)

unde:

v-viteza de degradare

v_m-viteza maxima de reactie

S-concentratia in faza gazoasa a pol

s- concentratia substratului (microorg)

k_mconstanta lui Michaelis-Menten

K_m-concentratia substratului pentru care viteza de reactie este ˝ din viteza maxima

Elaborarea unui model de biofiltru presupune 10 ipoteze

Fiecare subdiviziune sunt ideal omogene

Fazele gazoase si lichida (biofilmul) sunt in echilibru la interfata

Biofilmul este considert o suprafata plana

Transportul in interiorul fazei lichide (biofilm+ volum de sorbtie) se face prin difuzie

Coeficientul de transport masic intre subdiviziuni are aceasi valoare

Nu apare nici o limitare a concentratiei de oxigen din biofiltru

Volumul de sorbtie este egal cu continutul de apa l suportului minul biofilmul

In biofilm are loc o crestere a biomasei si coeficientii cinetici ai reactiilor raman constanti

Biomasa este uniform si omogen distribuita in biofilm

Evaluarea unui biofiltru se face in functie de patru parametri

Procentul de eliminare a poluantului

(%)=[(ci-ce)/ci]x100

Unde ci-conc polunt la intrare in biofiltru

ce-conc poluant la iesire din biofiltru

Incarcarea volumetrica a filtrului

D=G/vol pat biofilm  G-debit

Incarcarea cu poluant

d_p=(Gxci)/vol pat biofilm

Capacitatea de eliminare a poluantului degradat

Q_e= [G(ci-ce)]/vol pat biofilm

Biofiltrul cu pat mobil tip TBAB (Trickle Bed Air Biofiltre)

Este un biofiltru utilizat la epurarea aerului cu concentratii ridicate de COV (stiren, toluen, hexan MEK)

Utilizeaza doua biofiltre.

Pentru evitarea acumularii de biomasa se utilizeazaa nutrienti care cresc capacitatea de epurre a biofiltrului.

Ca si nutrienti se pot folosii saruri de amoniu de tip NH-N sau nitrati de tipul NO₃-N.

Eficacitatea de separare abiofiltrului este de 99% la o concentratie de 250 ppm COV.

In general biofiltrele se utilizeaza la epurarea aerului cu un continut de 2 g/m³ aer.

Utilizare Bio-filtre

Bio-scruberul

Functioneaza similar ca si biofiltrul cu deosebirea ca mediile biologice artificiale sunt inchise si nu deschise ca la biofiltru

Procesul de depoluare implica o spay-ere sau o recirculare a solutiei de nutrienti peste mediul artificial activ iar aerul este impins de jos in sus peste mediul activ.

Mediul artificial este colonizat cu micro-organisme si favorizeaza transferul poluantilor din aer in apa care imbibeaza "patul" unde are loc oxidarea poluantului

Factorul major care creste eficacitatea bio-scruberului include solubilitatea comnponentilor gazosi la interfata gaz-lichid

Este eficace pentru compusi hidrofilici (metanol, acetona )

Bio-scruberul

Se clasifica in doua categorii in functie de tipul micro-organismului folosit

Autotrofe-pentru H₂S si compusi anorganici (NH₃)

Heterotrofe- pentru COV

Autotrofele oxideaza sulfurile la sulfati sau la compusi elementali

Heterotrofele- transforma COV dar au si efect asupra H₂S

Sistemele pot fi combinate in sisteme binare

Conditii tehnice de folosire

Incarcare -40 - 100 cm²/s (depinde de concentratia contaminantului)

Timpul de contact 10 - 15 s/ etapa

Eficienta de epurare

H₂S 97 - 99%

VOC 70 - 85%

Schema unui sistem cu Bio-scruber

[1] air compressor; [2a, 2b] flow meters; [3] flow divider; [4] valve; [5] air filter; [6] dilution line; [7] condenser; [8] toluene saturator; [9] gas sample port; [10] mixer; [11] gas sample port; [12] pH electrode; [13] biomass drain; [14] NaOH supplement; [15]: re-circulation of support material; [16] nutrients; [17] thermal dome; [18] gas sample port

Biotrickling - Biofiltre cu percolare

Este o tehnologie intermediara intre bio-filtru si bio-scruber

Principiul consta in fortarea aerului de patrunde printr-un pat de material inert care contine un biofilm microbian

Lichidul cu nutrieti este continuu spreat si recirculat faciltand controlul procesului prin monitorizarea conditiilor de temperatura si a apei.

La fel ca la biofiltru absorbtia si biodegradarea poluantilor sunt combinate intr-o coloana si poate fi utilizat pentru epurarea gazelor cu solubilitate scazuta

Schema Filtru Biotrickling

Cel mai utilizat la bioepurarea apelor

Captarea si stocarea carbonului (CCS)

Este o metoda de reducere a cotributiei emisiilor de CO₂ provenit de la industriile producatoare de combustibili fosili si se bazeaza pe captarea CO₂ si stocarea lui sub diferite forme.

Tehnica reduce cu aproximativ 80-90% emisiile de CO₂ din industriile de extractie si prelucrare a combustibililor fosili

CCS

Tehnica necesita trei etape:

Captare

Transport

Stocare

Reutilizare

Captarea CO₂

patru metodologii

Separarea in coloane de absorbtie (absorbtie prin reactii chimice)

Separare pre-combustie

Separare post combustie

"combustie in oxigen (oxy-fuel combustion)

Separarea in coloane de absorbtie (absorbtie prin reactii chimice)

Separarea in coloane de absorbtie (flue gas separation) este o metoda de captare a CO₂ care se bazeaza pe absorbtia acestuia in solutii chimice si are ca rezultat formarea de compusi legati chimic. Gazul trece printr-o coloana ce contine o solutie absorbanta unde este retinut. Dupa aceasta solutia absorbanta este trecuta printr-un regenerator unde este incalzita la 100-120sC. La 100 de grade se evapora apa si se reface solutia absorbanta si CO₂. Aceasta este apoi captat. Solutia absorbanta este apoi racita la 40-65sC si refolosita. Cea mai folosita este este monoetanol amina

C₂H₄OHNH₂ +H₂O +CO₂ ↔ C₂H₄OHNH₃⁺ +HCO₃^-

Separarea pre-combustie

Se bazeaza pe procesul de gazeificare a combustibilului rezultand gazul de sinteza (CO+H₂)

Acesta reactioneaza cu apa formand CO₂ si H_2, CO₂ este capturat, iar H₂ rezultat este apoi folosit ca si combustibil la o turbina de electricitate.

CH₄ + 1/2O₂ = CO +2H₂

CO +H₂O =CO₂ + H₂

CH₄ + O₂ =CO₂ + 2H₂O

Separarea post-combustie

Se bazeaza pe captarea CO₂ dupa procesul de combustie a combustibililor fosili. Este foarte aplicata in industrie

Combustibil (HC)+aer=CO₂ +H₂O+NO₂

Pentru a creste randamentul se practica combustia in prezenta oxigenului (oxy-fuel combustion)

Pentru a limita temperatura flacarii pe durata procesului de combustie, gazul este racit, recirculat si injectat in camera de combustie. Vaporii de apa rezultati sunt apoi condensati iar CO₂ este apoi captat si transportat spre depozitare.

Dezavantajul acestei metode consta in consumul de energie consumat pentru separarea oxigenului din aer.

O metoda alternativa care este inca in faza de cercetare este metoda chemical looping combustion (CLC).

Aceasta metoda utilizeaza un oxid metalic pentru a produce oxigenul necesar combustiei. Oxidul metalic reactioneaza cu combustibilul (solid, lichid sau gaz) intrul "pat de fluidizare" producand particule solide de metal si un amestec de CO2 si vapori de apa. Apa este apoi condensat iar CO₂ este captat.

Particulele metalica sunt apoi introduse intr-un alt reactor unde reactioneaza cu aerul reformand oxidul metalic care apoi se foloseste pentru combustie. Tehnica este foarte avantajoasa dar are un consum de energie destul de ridicat. Prezinta avantajul ca metalul folosit pentru combustie poate fi recirculat in process

Alte metode de captare a CO₂

Metode chimice in care CO₂ este transformat in compusi chimici stabili.

Utilizarea de baze puternice (LiOH)

2 LiOH(s) + 2 H2O(g) → 2 LiOH.H2O(s)

2 LiOH.H2O(s) + CO2(g) → Li2CO3(s) + 3 H2O(g)

2 LiOH(s) + CO2(g) → Li2CO3(s) + H2O(g)

Utilizarea oxidului de calciu cu formare de carbonat de calciu

Utilizarea de hidroxisilicati de magneziu si fier (serpentine) (Mg, Fe)₃ Si₂ O₅ (OH)₄

Site moleculare, carbune activ

Separatoare cu membrane polimerice

Transportul CO₂

Dupa captare=transport.

Se face prin conducte.

In 2008 in USA existau 5800 Km de conducte destinate transportului de CO₂ After capture, the CO2 must be transported to suitable storage sites. This is done by pipeline, which is generally the cheapest form of transport.

Cu cisterne. Metoda utilizata pentru utilizarea CO₂ in alte scopuri industriale (reutilizare)

Stocarea si sechestrarea CO₂

Exista mai multe metode de stocare si sechestrare de CO₂

Stocarea geologica

Sechestrarea in ocean la mare adancime

Stocarea sub forma de minerale

Metode alternative

Captarea de catre microalge

Utilizarea unor fertilizatori oceanici (Fe) care duc la proliferarea planctonului si care este capabil se stocheze o mare cantitate de CO₂ din aer

Copaci sintetici

Stocarea geologica

Geo-sechestrare implica injectarea directa a CO₂ in general in forma supercritica direct in formatiunile geologice subterane (campuri petroliere, exploatatii de gaz metan, mine de carbuni, saline.

Conditii: perioada de pastrare de ordinul sutelor sau miilor de ani

Cost de sechestrare transport si captare scazut

Risc scazut de accidente

Impact pe mediu scazut

Stocarea sa nu fie in contradictie cu normele internationale

Sechestrarea in puturi petroliere

CO₂ este adesea injectat in campurile de petrol saracite pentru a crste randamentul de extractie. In USA aproximativ 30-50 milioade tone sunt injectate annual in acest fel. Dezavantajele acestei tehnici deriva din distributia geografica a acestor campuri petroliere si capacitatea lor limitata.

Sechestrarea in minele de carbune

Prezinta avantajul ca CO₂ se poate adsorbii pe suprafata carbunelui si poate fi pastyrat perioada lungi de timp. Dezavantajul consta in faptul ca pe suprafata carbunelui poate fi adsorbit metan ceea ce duce la scaderea capacitatii de stocare a carbunelui.

Sechestrarea in saline

Salionele acvifere au fost utilizate pentru a stoca diferite chimicale.

Principalul avantaj al acestora il reprezinta volumul mare de stocare si raspandirea acestora.

Principalul dezavantaj il constituie marimea relativ mica comparativ cu zacamintele de petrol sau carbune precum si incertitudinile legate de structura acestuia.

IPCC estimeaza ca CO₂ poate fi pastrat milioane de ani si ca poate fi retinut peste 99% din CO₂ injectat peste 1000 de ani.

Obs:

In 2009 it was reported that scientists had mapped 6,000 square miles of rock formations in the U.S. that could be used to store 500 years worth of U.S. carbon dioxide emissions.

Stocarea sub forma de minerale

Este o metoda de sechestrare a CO₂ si se bazeaza pe reactia unor oxizi minerali cu CO₂ formand carbonati.

Necesita energie pentru agrabii reactia de carbonatare

Teoretic 22% din mineralele de pa pamant pot forma carbonati

Metode de reducere a CO₂ din atmosfera

Copaci sintetici care sa captureze CO₂ si plin de NaOH sa formeze Na₂CO₃ .(Lackner prof la Columbia).

Obs. NaOH cantitati uriase si chimicale corozive deci periculoase.

Marele ecran: P.Crutzen (Nobel stratul Ozon) pentru racire de urgenta a climei terestre prin imprastiere in atm. a H₂S care se transforma in Na₂SO₄ si care in particulele microscopice va reflecta radiatia solara si deci temperatura globala va scadea (asemenea eruptiiilor vulcanice).

Ingrasaminte oceanice: fier sau ureea.

Fitoplancton milioane de plante microscopice in prezenta fierului consuma un plus de 30.000 tone CO2. Cand mor , carbonul este coborat pe fundul oceanelor. (pentru fiecare atom de fier se absorbe suplimentar intre 10.000-100.000 de atomi de carbon).

Obs.Cresterea excesiva a fitoplanconului are consecinte grave asupra vietii acvatice. La degradare consuma oxigen dizolvat in apa.

Tehnologii de depoluare a apelor.
Tehnici fizico-chimice de depoluare a apelor

Tehnicile fizico-chimice de depoluare a apelor constau in eliminarea poluantilor solizi, lichizi sau gazosi din apa si se bazeaza pe actiunea fortelor gravitationale, centrifuge sau pe proprietatile chimice ale poluantilor.

Procedee fizice:

sedimentare,

centrifugare,

filtrarea, ultrafiltrarea,

distilarea,

flotatia si spumarea

Procedee chimice:

adsorbtia

oxidarea,

coagularea si flocularea,

schimb ionic, (dedurizarea, demineralizarea),

neutralizarea.

Procedee fizice de epurare a apelor

Sedimentarea -este procesul de separare a particulelor solide aflate in suspensie intr-un fluid sub actiunea fortei gravitationale Miscarea particulelor in bazinul de sedimentare depinde de:

Viteza fluidului

Dimensiunea si densitatea particulei

Suprafata bazinului

Debitul de alimentare

Viteza de sedimentare

Pentru a avea loc sedimentarea fluidul trebuie sa se miste cu o viteza cat mai mic sau sa fie in repaus.

Asupra particulei actionezaa trei forte:

Forta gravitationala F_g= _pVg

Forta ascensionala F_a = _m Vg

Forta de rezistenta a fluidului F_r =C_r S _m(w²/2)

Unde: V-volumul particulei = (¶d³/6) [m³]

S-sectiunea transversala a poarticulei = (¶d² /4) [m²]

w-viteza de sedimentare a particulei [m/s]

C_r-coeficient de rezistenta ce depinde de criteriul Reynolds

Daca se ia in considerare starea de echilibru
F_r=F_g-F_a prin inlocuirea relatiilor = viteza de sedimentare
w=[4( _{p m})gd/3C_{r m}]^1/2
Daca se ia in calcul regimul de curgere si se tine cont de valoarea numarului lui Reynolds si se inlocuieste C_r viteza de sedimentare
w=g( _{p m})d²/18
Pentru dimensionarea bazinelor de decantare trebuie luat in considerare o serie de aspecte:
-particule nu au forma sferica
-particulele nu se misca liber in fluid ci se stanjenesc in miscarea lor
- in timpul sedimentrii se formeaza o zona de apa limpezita la partea superioara, iar concentratia particulelor creste cu adancimea =se modifica vascozitatea fluidului
-unele particule se pot aglomera formand agregate cu dimensiuni mai mari si cu dimensiuni de sedimentare mai mari.

Centrifugarea

Este un procedeu eficient de accelerare a separari particulelor solide aflate in suspensie intr-un lichid. Particulele din suspensie aflate in miscare de rotatie sunt supuse unei forte centrifuge astfel incat:

F_c =m R

Unde: m-masa particulei [kg]

- viteza unghiulara

R-raza de curbura a traiectoriei [m]

Viteza de separare in camp centrifugal depinde de viteza de sedimentare in camp gravitational si de factorul de separare al particulei k dat de raportul dintre forta centrifuga si forta de greutate

_sc=w_gk unde k=4n²R n-turatia (rot/sec)

_sc=2g( _{p m} )d²n²R/9

Filtrarea

Sau separarea lichid-solid este procedeul de trecere a fluidului printr-un strat poros ce retine particulele solide.

Trecerea fazei lichide prin pori materilului filtrant are loc datorit unei diferente de presiune ce pare intre cele doua fete ale suprafetei filtrante.

∆p=p₁-p₂

Debitul de lichid care trece intr-o secunda printr-un por al unui filtru este:

V=Sw

Unde S-suprafata porului=¶r²

w-viteza de curgere in regim laminar

w=∆p(4r²/32 y) unde -vscozitatea, y grosime por

Astfel debitul de lichid ce trece printr-un por este:

V=∆p¶r⁴/8 y

Ultrafiltrea

Este un procedeu de separare solid-lichid ce se realizeaza cu ajutorul unei membrane si se produce datorita unui gradient de presiune. Este un proces de separare al macromoleculelor care se separa in functie de greutateaa lor moleculara. Produsul ce traverseaza membrana (fluid+ molecule mici -ultrafiltrat) cel retinut -retenat.

Debitul de filtrare printr-o membrana:

Q=A∆pŁ/h

Unde- A-suprafata filtranta [m²]

Ł-permeabilitatea membranei [kg/m²h]

h-grosimea membranei [m]

Q-debitul de filtrare

Diferenta fata de filtrare este c directia de curgere a suspensiei supuse ultrafiltrari este tangentil la suprafata membranei. Metoda este folosita la separarea uleiurilor emulsionate.

Factorul de retinere al membranei este:

R=1-(C_u-C_i) unde C_u- concentrati in ultrafiltrat

C_i- concentratia initiala

Schema de principiu al unui ultrafiltru

Distilarea

Este un proces de separare bazat pe diferenta de volatilitate a componentilor suspensiei

Are doua etape

Aducere in stare de vapori a compusilor de separat

Condensarea compusilor

Se realizeaza in coloane de distilare

Se aplica pentru indepartarea compusilor organici volatili

Distilare fractionata

Flotatia

Este un prodes de seprare cre se bazeaza pe actiune fortei ascensionale (Arhimedice) asupra particulelor. In general particulele materiale au densitate mai mare decat apa si deci se depun. Prin atasarea la particula unei bule de aer, ansamblu format are densitatea adecvata pentru a pute fi separat. Bulele de aer se formeaza prin agitare mecanica sau alimentre cu aer comprimat. Particulele ridicate la suprfata apei intraa in spuma formata de catre un rectiv spumant si sunt indepartate. Spuma formata se elimin cu a racleta razuitoare. Pentru a se lega de bulele de aer, particulele din suspensie trebuie sa aiba caracter hidrofob.

Asupra unei particule actioneaza trei forte:forta de greutate, forta Arhimedica si forta de flotatie. Pentru o buna separare este necesar ca:

(F_A+F_f)/F_g>1

Acest procedeu este utilizat la separarea metalelor grele, grasimilor si a produselor petroliere.

Schema de principiu

Procedee chimice de depoluare a apelor

Adsorbtia este un procedeu de fixare a unei substante pe un strat aflat in imediata vecinatate unui corp solid. Daca se realizeaza prin legaturi van der wals-adsorbtie fizica, daca intervin legaturi chimice-desorbtie chimica.

Este un proces ce depinde de tempertura si de presiunea partiala a adsorbentului.

Concentratia de substanta adsorbita depinde de relatia:

M=aCⁿ  m-cant adsorbita, Cⁿ conc initiala in faza apoasa

Se utilizeaza: carbunele activ, silicagelul, pamanturile decolorate, site moleculare, fibre de bumbac

Oxidarea

Este procesul prin care unii compusi toxici pot fi trnsformati in compusi netoxici ce pot fi eliminati apoi prin filtrare sau adsorbtie.

Se utilizeaz agenti de oxidare (Cl, ozonul, permanganatul de potasiu. Se folosesc la oxidare cianurilor, NH3, H2S, Azotati, subst. organice, Metale.

Cl₂ +H₂O=HOCl+HCl

HClO =H⁺ +ClO^-

ClO^- +CN^-=Cl^-+CNO^-

2CNO^-+3ClO^-+H₂O=N₂+2HCO₃^- +3Cl^-

Coagularea si flocularea

Coagularea este un proces fizico-chimic prin care particulele minerale foarte fine (10^-6m)si particulele coloidale (10^-9m) sunt eleiminate din apa ca urmare a tratarii cu reactivi chimici adecvati. Coagularea are loc in mai multe etape:

-Destabilizarea sistemului coloidal prin tratare cu ioni metalici incarcati cu sarcina opusa si formarea hidroxocomplecsilor care difuzeaza la suprafata particulelor

Neutralizare sarcinilor particulelor coloidale prin interactiunea acestora cu agentii activi ai coagularii

Eliminarea prin sedimentare sau filtrare a agregatelor formate.

In practica se folosesc saruri de fier si de aluminiu

Al(SO₄)₃ +3Ca(HCO₃)₂ =3CaSO₄ + 2Al(OH)₃ + 6CO₂

Fe SO₄ +Ca(HCO₃)₂ =Fe(HCO₃)₂ + CaSO₄

Fe(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ =Fe(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂

Hidroxizi formati se incarca cu sarcini poz sau neg in functie de pH si adsorb ionii de Al sau Fe.

Prin adaugarea in apa a unor compusi anorganici (silica, bentonita sau organici (amidon) se favorizeaza sedimentarea mai rapida.

Epurare prin schimb ionic

Se bazeaza pe rectiile care au loc intre ionii din apa si schimbatori de ioni. In functie de valenta ionilor din apa schimbatorii de ioni se clasifica in cationiti si anioniti. Reactia de schimb este reversibila si se relizeaza dupa mecanismele:

R-C₁ +C₂= R-C₂+C₁

R-A₂+A₁=R-A₁+A₂

Potentialul de schimb ionic depinde de valenta ionului dupa cum urmeaza:

C³⁺ >C²⁺>C¹⁺

A^3->A^2->A^1-

Pentru ionii cu aceasi valenta potentialul de schimb depinde de numarul atomic:

H⁺<Na⁺<K⁺

Mg²⁺<Ca²⁺<Ba²⁺

Regenerarea schimbatorului de ioni se face cu acizi pentru cationi sau cu baze pentru anioni

R-Ca +HCl=R-H +CaCl₂

R-Cl +NaOH=R-OH + NaCl

Procesul este utilizat pentru dedurizre si demineralizare apei

Dedurizarea apei

R-Na + Ca²⁺ =R₂Ca + 2Na⁺

R₂Ca + NaCl=2R-Na + CaCl₂

Demineralizarea apei

Eliminare cationi

2R-H + Ca(HCO2)2 =R2Ca + 2 H2CO3

2R-H + CaCl2 =R2Ca + 2HCl

Eliminare anioni

R-OH +H2CO3 =R2CO3 + 2 H2O

R-OH + HCl =R-Cl + H2O

Neutralizarea

Este procesul de neutralizare a pH-ului unor ape uzate industrial prin tratrea cestora cu sulutii acide sau bazice in functie de Ph-ul apei uzate

Apele acide-apa de var Ca(OH)₂, soda caustica, carbonti cu caracter bazic

Apele bazice-acizi minerali sau CO₂

Tehnologii de depoluare a apelor. Utilaje pentru epurarea apelor uzate.

Decantoare,

gratare si site,

centrifuge,

hidrocicloane,

filtre,

coloane de adsorbtie,

module de ultrafiltrare,

camere de reactie pt. coagulare

Reactoare pt. oxidare

Schimbatori de ioni

Decantoarele

Sunt utilaje de separae solid-lichid care se bazeaza pe actiunea fortei gravitationale. Au un regim de functionare continuu, apa uzata se alimenteaza la partea superioara iar materialul sedimentat se elimina la partea inferioara a utilajului. In functie de directia si sensul de miscare a suspensiei in decantor

- decantoare orizontale

- decantoare verticale.

Decantoarele orizontale

Sunt constuctii din beton iar suspensia poate curge longitudinal sau radial.

Dimensionarea decantoarelor longitudinale se calculeaza cu relatia:

Q=v0lH unde v0-viteza orizontala a suspensiei

Lungimea decantoarelor se calculeaza cu relatia:

L=v0H/w , in cazul decantoarelor radiale

In camera de linistire a decantoarelor lonfitudinale se reduce viteza suspensiei la 0.6-1 m/s. Viteza de curgere in camera de sedimentare este de 200 ori < decat in camera de linistire.
La dimensionarea decantoarelor long. se ia in considerare debitul si viteza de curgere in decantor:
lH=Q/v₀ unde v₀ -viteza orizontala a suspensiei
L/H=v₀ /w W-viteza de sedimentare
Dimensionarea decantoarelor radiale se face in functie de debitul de epurare si dimensiunile particulelor dupa relatia:
D=[(4Q/¶v_R )+d² ]1/2 unde v_r-viteza radiala a suspensiei
D-diametrul bazinului
debitul de alimentare este dat de relatia:
Q=[v_r ¶(D²-d²)]/4
inaltimea decantorului:
H=4Qt/¶(D²-d²) t-timpul de stationare in decantor

Decantorele verticale

Sunt de forma paralelipipedica sau cilidrico-conica. Alimentarea decantorului se face cu un tub central coaxial care e prevazut la partea inferioar cu un difuzor tronconic ce diminieaza viteza suspensiei pana la 5x10^-3m/s. diametrul decantorului se calculeza tinand cont de debitul de alimentate si dimensiune particulelor dupa relatia:

D=[(4Q/¶w_exp)+d²]^1/2

Inaltimea decantorului

H=(Q/w_exp)^1/2

Schema de principiu a decantorului vertical

Centrifuge

Sunt utilaje de separare solid-lichid in care separarea se realizeaza in camp centrifugal. Dupa modul de functionare -discontinua sau continua, orizontale sau verticale.

Dupa constructie - tubulare

- cu transport elicoidal

- cu camere

- cu talere

Centrifuge tubulare

Centrifuga cu transport elicoidal

Hidrociclonul

Filtre, gratare si site

Coloane de adsorbtie

Camere de coagulare, floculare

Reactoare de oxidare

Schimb ionic

Metode biologice de depoluare (epurarea biologica)

Are rolul de a elimina substantele organice solide nesedimentabile (dizolvate sau coloidale) precum si stabilizarea materiilor organice din namoluri, reducerea nutrientilor pe baza de azot si fosfor

Este influentata de factori

Timp de contact, timp de traversare, T, pH, incarcare cu namol, nutrienti, conditii hidrodinamice etc

Intervin fenomene

Fizice (transfer de masa intre aer apa si biomasa, adsorbtie, desoirbtie produsi metabolici, sedimentare)

Chimice (hidroliza, hidratare, oxido-reducere, precipitare, coagulare, modificare pH)

Biochimice (respiratie endogena, cresterea biomasei, inhibare reactii enzimatice)

Hidraulice (regim curgere, incarcari hidraulice, viteze de sedimentare)

Procesele biologice pot fi separate dupa modul de utilizare a energiei

Procese de dezasimilatie-catabolism (consumatoare de materie organica si producatoare de energie

Procese de asimilatie-anabolism (sintetizarea unui material celular nou pe baza energiei produse prin catabolism

Parametri care influenteaza procesul biologic

Biodegradabilitatea-calitatea unei substante organice de a fi degradata prin mijloace organice intr-un anumit interval de timp.

Termeni folositi

Degradabilitatea biologica

Persistenta

Recalcitranta

Mineralizare

Degradabilitatea biologica-posibilitatea ca un material organic sa fie scimbat datorita actiunii microbiene in alt compus

Persitenta -proprietatea prin care o substanta chimica poate fi degradata numai daca sunt indeplinite o serie de conditii (T, pH, biomasa etc)

Recalcitranta- o substanta organica nu poate fi degradata in nici o conditie, rezistenta mare la biomasa

Mineralizarea -conversia completa a compusilor organici la CO₂ si apa

Procedee de epurare biologica

In regim natural

Cu namol activ, in regim continuu cu recirculare

Cu namol activ in regim discontinuu

Aeroba cu pelicula biologica

Anaeroba

Epurarea biologica in regim natural

Se desfasoara fara recirculare pe campuri de irigare si filtrare, filtre de nisip, campuri de infiltrare subterana, iazuri de stabilitate, iazuri biologice

Grad de epurare 95-99%

Dezavantaj -suprafete mari de teren ocupate

Epurarea aeroba cu namol activ in regim continuu cu recirculare

Namolul active - termen introdus de Arden si Locket

- constitue unitatea de baza a procesului. Contine toate speciile biologice care pot metaboliza o substanta organica pana la CO₂ si apa.

- poate fi definit prin flocoane produse in apa uzata datorate cresterii microorganismelor in prezenta oxigenului.

- contine:

Coloizii din apa

Produsi metabolici

Enzime

Fragmente celulare de bacterii moarte

Protozoare

Metazoare etc

Dimensiuni medii de 60-70 microni si maxim 140-290 microni

Viteza de sedimentare 0,30-0,36 mm/s

Epurarea aeroba cu namol activ in regim continuu cu recirculare -continuare

Presupune urmatoarele:

Realizarea contactului dintre namolul activ si apa uzata decantata in prezenta nutrientilor (azot, fosfor)

Omogenizarea si amestecarea continua a amestecului polifazic pentru reducerea gradientilor de concentratie si realizarea contactului dintre namolul activ si apa uzata pe o perioada mai indelungata pt mineralizarea mat. Org.

Separarea namolului activ de solutia apoasa si reintoarcerea unei parti din namol in bazinul de aerare

Extragerea namolului excedentar si indepartarea lui din sistem

Conditii:

Timp redus de contact intre biomasa si substrat

Concentratii mari de microorganisme

Contact perfect intre biomasa si substrat prin amestecare in regim turbulent la temperaturi variabile

Concentratii mici de O₂ dizolvat in mediul polifazic (sub 2 mg/l)

Capacitatea flocoanelor de namol activ de a se depune in decantorul secundar

Echilibru intre mineralizarea rapida a S.O. si timpul de formare a flocoanelor (dezvoltarea rapida a microorganismelor)

Variante de epurare

S-au dezvoltat 6 variante de epurare care difera prin modul cum vine in contact apa uzata cu namolul activ, modelul de curgere, cantitatea de namol care rezulta, incarcarea specifica a namolului, modelul de crestere biologica a microorganismelor

Variante:

Schema de epurare clasica, conventionala cu alimentare continua, de mica incarcare

Schema distributiei incarcarii organice din apa in mai multe puncte de-a lungul reactorului biologic

Schema distributiei in trepte a substratului din apa uzata si a namolului recirculat

Epurarea apei in doua trepte

Epurarea cu regenerarea namolului in procedeul de stabilizare prin contact

Epurarea cu aerare extinsa

In aceasta schema apa uzata decantata vine in contact direct cu namolul recirculat chiar din zona de admisie din reactorul biologic Amestecarea este continua, necesarul de aer este de 5-15 / aer/lapa, procentul de namol recirculat 25%, timp de epurare 4-8 ore

Schema de epurare clasica, conventionala cu alimentare continua, de mica incarcare

Schema distributiei incarcarii organice din apa in mai multe puncte de-a lungul reactorului biologic

Distributia apei are loc in mai multe puncte de-a lungul reactorului biologic

Se realizeaza o alimentare mai uniforma abiomasei, flocoanele de namol sunt mai uniform hranite

Se reduce volumul reactorului cu 25-30%

Incarcarea reactorului se face in trepte

Schema distributiei in trepte a substratului din apa uzata si a namolului recirculat

Permite o amestecare foarte buna a apei uzate si a namolului recirculat.

Se realizeaza un contact direct si o incarcare uniforma a bazinului cu materie organica

Prin distributia apei si a namolului la suprafata apei se asigura o aerare suplimentara si o distrugere a spumei.

Epurarea apei in doua trepte

Epurarea cu regenerarea namolului in procedeul de stabilizare prin contact

Este compusa dintr-o treapta de epurare biologica conventionala urmata de un bazin de oxidare a namolului activ

Namolul extras din decantorul secundar este introdus intr-un bazin de oxidare unde se pune in contact cu O₂ din aer si cu supernatantul extras din bazinele de fermentare

Creste eficienta procesului de degradare a mat.org. si sunt reduse dimensiunile instalatiei