Microsoft Word - Modelarea nitrificarii apelor uzate.doc

Management

Modelarea nitrificrii apelor uzate

Apa eliminat dintr-un proces tehnologic menajer sau industrial se numete ap rezidual sau uzat. Compoziia ei diferfoarte mult de cea iniial, deoarece, n timpul desfurrii procesului tehnologic, n ap se acumuleaz diferite substane, acizi, baze, sruri, ioni, compui organici, deeuri celulozice etc. Impurificatorii chimici agresivi acumulai n ap produc corodarea instalaiilor, iar substanele care stabilizeaz soluiile coloidale mpiedic dedurizarea ei. De aceea, apa rezidual este supus epurrii. Epurarea reprezint ansamblul msurilor i procedeelor prin care se reduce cantitatea de impuriti de natur mineral, chimic i bacteriologic coninut n apele uzate pn la limite stabilite de standarde, astfel nct aceste ape s nu duneze efluenilor n care se evacueaz i s nu pericliteze folosirea apelor acestora.Epurarea biologic este realizat cu ajutorul microorganismelor, care ndeprteaz substanele organice

n care, n funcie de concentraia impuritilor coninnd azot, nitrificarea trebuie s fie urmat de cele mai multe ori de procesul de ndeprtare a acestora prin denitrificare. Unul dintre procesele prin care se poate produce este cel cu nmol activ, n care reacia de nitrificare este efectuat de un grup de bacterii autotrofe, denumite bacterii nitrificatoare (nitrifiante). Instalaiile de epurare biologic cu nmol activ pot fi folosite pentru nitrificare dac n bazinul de aerare sunt meninute condiii adecvate pentru reinerea i acumularea bacteriilor nitrifiante. Concentraia acestor bacterii depinde de viteza lor de cretere specific i de viteza cu care sunt ndeprtate din sistem prin apa epurat (wash-out) i prin nmolul excedentar.Deci instalaiile trebuie s fie proiectate i exploatate n aa fel nct, prin oxidarea biologic a ionului amoniu, s se obin o mbuntire semnificativ a calitii efluentului.Reacia global a oxidrii ionului de amoniu la ion

+-azotat, cu ajutorul microorganismelor din ap i sol, este:

din ap utilizndu-le ca hran, respectiv drept surs de carbon. O parte din materiile organice folosite de

NH4 - NO2 NO3

microorganisme servesc la producerea energiei necesare

cu urmtoarea stoechiometrie:

+ + 1,5O 2H+ + H O + NO -

micrii i desfurrii altor reacii consumatoare deenergie,legatedesintezamaterieivii,adicde reproducerea microorganismelor.

NH4 2

-NO2 + 0,5O2

22 -NO3

n apele uzate, menajere sau evacuate de la cresctoriile de animale, se gsesc substane organice i combinaii anorganice ale azotului, n principal, sruri deamoniu, ca form primar. Unele ape uzate industriale, cumsunt cele evacuate de uzinele cocsochimice, pot conine cantiti mari de substane organice cu azot sau combinaii

Bacteriile autotrofe care produc nitrificarea sunt aerobe. Cele dou trepte ale reaciei globale sunt realizate de bacterii diferite: Nitrozomonas pentru prima treapt iNitrobacter pentru a doua. Caracteristica lor este creterealent.Pentru determinarea vitezei de cretere a bacteriilor

+--

anorganice ale acestuia, NH4 , NO2 , NO3 .

2Amoniacul, srurile de amoniu, dar mai ales ionul azotit, NO -, sunt toxice att pentru macroorganismele

nitrifiante n nmolul activ alimentat cu ap menajer,Agenia pentru protecia mediului din SUA (EPA) propune urmtoarea ecuaie:

acvatice i mamiferele tinere, ct i pentru om. De aceea, se urmrete transformarea ionilor de amoniu i de azotii n

= 0,47

0,098(T-15)

x N/(10

0,051T-1,158

+N) x

ioni azotat. Aceasta se produce prin oxidarea azotului la-

x [1 0,833(7,2 pH)] x OD/(1,3+OD)0

forma de valen superioar, NO3 , ionul de amoniu+

n care T reprezint temperatura n

C, N concentraia de

consumnd oxigen dizolvat n ap. Teoretic, oxidarea NH4-

amoniac, iar OD concentraia de oxigen dizolvat din sistem.

la NO3

prin intermediul bacteriilor specifice, deci

Coeficientul de randament celular, Y, definit ca

4fenomenul de nitrificare, necesit 4,5mg oxigen/mg azot din NH +, valoare considerabil mai mare dect ceanecesitat din oxidarea C biodegradabil; n cazul evacurii n ru a unui efluent epurat biologic, dar nenitrificat n mod corespunztor, acest proces poate avea importan pentru bilanul de oxigen din apa receptorului.Nitrificarea se aplic n principal pentru dou tipuri de ape uzate: menajere, n care, n funcie de emisar, este sau nu necesar ndeprtarea azotului format, i industriale,

mas de microorganisme produs de unitatea de mas deazot din NH3 oxidat, este foarte mic i greu de determinat. Valorile existente n literatur se nscriu ntre 0,03 i 0,15 g/g, pentru Nitrozomonas, i ntre 0,02 i 0,084 g/g, pentru Nitrobacter.Concentraia bacteriilor nitrifiante existente ntr-un bazin de aerare cu nmol activ va depinde att de condiiile de mediu (pH optim ntre 7,5 i 8,3, temperatur, oxigen dizolvat 1,5 2,5 mg/l etc. ) ct i de vrsta nmolului.

Economia 1/2004 87

Management

Valorile optime ale PH-ului sunt ntre 7,5 i 8,3, iar ale oxigenului dizolvat 1,5 2,5 mg/l.Prezena substanelor toxice (ionii metalelor grele, unele amine, fenol, deoarece bacteriile sunt sensibile laaciunea acestora, mai ales la nivelul azotitului, cianuri,sulfocianuri etc.) influeneaz eficiena procesului de nitrificare.

Sisteme de epurare

Pentru majoritatea apelor uzate oreneti, dar mai ales pentru apele uzate industriale, care pe lng substane

organice conin i substane cu azot oxidabil, nitrificarea este efectuat n mod curent, n instalaii avnd biomasa n suspensie (sistem cu nmol activ), conform schemelor care permit ndeprtarea concomitent a impuritilor organice.Sistemele de epurare cu nmol activ care permit obinerea apei nitrificate sunt: sisteme ntr-o singur faz, n care nitrificarea i ndeprtarea substanelor organice sunt realizate n acelai bazin de aerare; sisteme n dou faze, n care cele dou procese sunt realizate n bazine distincte.

a)aer

1C+N

2Apnitrificat

Nmol primar

Nmol recirculat

Nmol excedentar

b)

aer1C 2

aer N

2Apnitrificat

Nmol primar

Nmol recirculat

Nmol excedentar

Nmol recirculat

Nmol excedentar

Figura 1 Sisteme de epurare biologic cu nitrificarea) sistem ntr-o faz; b) sistem n dou faze: 1. decantor primar; C bazin pentru ndeprtarea substanelor organice; N bazin pentru nitrificare; 2. decantor secundar

Sistemul de epurare ntr-o singur faz reprezint o modificare a procesului cu nmol activ convenional. Epurarea se realizeaz prin creterea timpului de retenie celular () la o valoare mai mare dect valoarea minim a acestuia pentru bacteriile heterotrofe consumatoare de carbon organic din sistem. n instalaiile ntr-o singur faz, ndeprtarea carbonului i oxidarea amoniacului se petrec simultan n acelai utilaj. Viteza de cretere general a microorganismelor este determinat de cinetica creterii bacteriilor nitrifiante.Sistemul de instalaii n dou faze permite o protecie mai mare a bacteriilor nitrifiante dect sistemul ntr-o singur faz, deoarece unele substane organice,toxice pentru aceste microorganisme, pot fi degradate nprima instalaie de aerare sau absorbite de nmolul activ.

Din aceste motive, pentru unele ape industriale uzate, de exemplu pentru apele evacuate din operaia de cocsificare a crbunelui cu un coninut mare de amoniac, de cteva sute de mg/l, se propune folosirea acestui sistem, care este mai rezistent la oscilaiile cantitative i calitative ale apei uzate.Costurile cerute de construirea i exploatarea acestor instalaii, ca i producia de nmol excedentar, sunt maimari dect pentru sistemul ntr-o singur faz.

Modelarea procesului de nitrificare

Pentru modelarea nitrificrii apelor uzate s-au impus modele cinetice, bazate pe creterea bacterian i pe bilanul de materiale din utilaj. La scrierea lor s-a avut n vedere faptul c, n instalaia cu nmol activ, n care se

88Economia 1/2004