C a p i t o l u l 6

PROCESE UNITARE PENTRU TRATAREA NĂMOLURILOR PROVENITE DIN EFLUENŢII LICHIZI INDUSTRIALI

6.1. Formarea şi caracteristicile nămolurilor Epurarea apelor uzate, în vederea evacuării în receptorii naturali sau a recirculării, conduce la reţinerea şi formarea unor cantităţi importante de nămoluri ce înglobează atât impurităţile conţinute în apele brute, cât şi cele formate în procesele de epurare.

Schemele tehnologice aplicate pentru epurarea apelor uzate industriale şi orăşeneşti, din care rezultă nămoluri se pot grupa în două mari categorii: cele privind epurarea mecano-chimică şi cele privind epurarea mecano - biologică. În fig. 6.1 şi 6.2 se prezintă principalele surse de nămol în cadrul schemelor de epurare menţionate.

Utilizare

Utilizare Depozitare Compostare Haldă

Nămol

Depozitare Igienizare Deshidratare Uscare termică

Incinerare

Fermentare aerobăFermentare

anaerobă

Emisar Nisip

Apă uzată

Decantare secundară

Decantare primară Epurare

biologicăPretratare

Fig.6.1.Surse de nămol din staţia de epurare mecano-biologică

Apă pt. irigaţii

79

Din punct de vedere fizic, nămolurile provenite din epurarea apelor uzate se consideră sisteme coloidale complexe, cu compoziţii eterogene, conţinând particule coloidale ( d < 1 µ ), particule dispersate (d = 1 - 100 µ ), agregate, material în suspensie etc., având un aspect gelatinos şi conţinând foarte multă apă. Din punct de vedere tehnologic, nămolurile se consideră ca fază finală a epurării apelor, în care sunt înglobate produse ale activităţii metabolice, materii prime, produşi intermediari şi produse finite ale activităţii industriale. Recirculare

Emisar

Cenuşe

Reutilizare

Utilizare

Eventual nămol

Nămol de precipitare

Reactivi de coagulare

Haldă

Incinerare

Deshidratare

Chemo fixare

Extragere săruri sau metale

Prelucrare

Eventual epurare avansată

Decantare Coagulare

Apă uzată

Pretratare

Fig. 6.2 Surse de nămol din staţia de epurare mecano - chimică

Utilizare

Principalele tipuri de nămol ce se formează în procesele de epurare a apelor uzate sunt: - nămol primar, rezultat din treapta de epurare mecanică;

- nămol secundar, rezultat din treapta de epurare biologică; - nămol mixt, rezultat din amestecul de nămol primar şi după decantarea

secundară, obţinut prin introducerea nămolului activ în exces în treapta mecanică de epurare;

- nămol de precipitare, rezultat din epurarea fizico-chimică a apei prin adaos de agenţi de neutralizare, precipitare, coagulare - floculare.

După stadiul lor de prelucrare în cadrul gospodăriei de nămol, se pot clasifica:

- nămol stabilizat (aerob sau anaerob); - nămol deshidratat (natural sau artificial); - nămol igienizat (prin pasteurizare, tratare chimică sau compostare);

- nămol fixat, rezultat prin solidificare în scopul imobilizării compuşilor toxici;

- cenuşă, rezultată din incinerarea nămolului;

80

Clasificarea nămolurilor după compoziţia conduce la luarea în considerare a două mari categorii: - nămoluri cu compoziţie predominant organică, ce conţin peste 50%

substanţe volatile în substanţa uscată şi care, de regulă, provin din epurarea mecano-biologică;

- nămoluri cu compoziţie predominant anorganică, ce conţin peste 50% din substanţa uscată şi care de regulă, provin din epurarea fizico-chimică.

6.2. Caracteristicile fizico-chimice ale nămolurilor

Pentru caracterizarea nămolurilor se apelează la:

- indicatori generali (umiditate, greutate specifică, pH, raport mineral volatil, putere calorică etc.);

- indicatori specifici (substanţe fertilizante, detergenţi, metale, uleiuri şi grăsimi etc.) în funcţie de provenienţa apei uzate industriale.

Datorită naturii complexe a nămolurilor, indicatorii generali şi specifici se completează cu alţi parametri ce caracterizează modul de comportare a nămolurilor la anumite procese de prelucrare (fermentabilitate, filtrabilitate, compresibilitate, flotabilitate). Principalele caracteristici fizico-chimice ale nămolurilor care prezintă interes în tehnologia de prelucrare şi evacuare sunt analizate în cele ce urmează. Umiditatea sau conţinutul de apă

Aceasta variază în limite foarte largi, în funcţie de natura nămolului (mineral sau organic), de treapta de epurare din care provine (primar, secundar, de precipitare etc.). Astfel materialele grosiere reţinute pe grătare şi site au umiditate de 60%, nămolul primar proaspăt 95-97%, nămolul activ în exces 98-99,5% şi nămolul de precipitare 92-95% (tabelul nr.6.1.) În practica prelucrării nămolului este important a cunoaşte modul de legare a apei şi energia necesară pentru îndepărtare. Greutatea specifică a nămolului

Aceasta depinde de greutatea specifică a substanţelor solide pe care le conţine, de umiditatea lor şi de provenienţa nămolului în cadrul staţiei: nămolul primar brut are o greutate specifică de 1,004-1,010 t/m3, nămolul activ excedentar are valori mai mici, în jur de 1,001 t/m3, iar după îngroşare 1,003 t/m3.

Mineral şi volatil în substanţă uscată

Acesta este un criteriu de clasificare a nămolurilor ( nămol organic în care M / V < 1 şi nămol anorganic în care M / V > 1 ) şi un criteriu de selecţie a procedeelor de prelucrare, întrucât un nămolul organic este putrescibil şi se are în vedere mai întâi stabilizarea sa mai ales pe cale biologică (fermentare anaerobă,

81

stabilizare aerobă), pe când nămolul anorganic se prelucrează prin procedee fizico-chimice (solidificare, extracţie de componente utile etc.).

Tabelul 6.1. Caracteristicile de filtrabilitate ale unor nămoluri industriale

Provenienţa nămolului

Umiditate

iniţială %

Rezistenţa specifică convenţională la filtrare 1016 cm/g

Coeficient de compresi-

bilitate s

Nămolul primar, Filatura Baloteşti 86,0 1180 0,60 Nămol de precipitare de la Tăbăcăria minerală Rm.Vâlcea

88,7-90,9 20-25 0,75

Nămol primar brut, CCH Oneşti 95,8-90,6 310-375 0,60 Nămol primar de la prelucrarea carboniferă Petrila

85,0-92,0 300-1200 0,80

Nămol de precipitare, "Rulmentul" Bârlad

95,6-96,7 86-188 0,7-0,9

Nămol de precipitare C.Ch. Valea Călugărească

93,1-94,4 20-30 0,60

Nămol de precipitare "Dero" Ploieşti

98,1 11,2 1,16

Nămol primar (bere, spirt, drojdie) Bragadiru

97,1-98,6 5910-6000 0,6-1,3

Nămol biologic în exces CCH Piatra Neamţ

98,5-98,7 2953-4394 1,1

Nămol primar brut ISCIP Căzăneşti

94,7-97,2 674-704 -

Nămol biologic în exces, crescătorii de porci 97-99 5000-700 0,9-1,2 Nămol biologic în exces (aerare prelungită), Industria lânii Constanţa

97,8-98,2

1761-1960

0,9

Rezistenţa specifică la filtrare şi compresibilitate

Aceşti parametrii reprezintă unii dintre cei mai importanţi parametri pentru deshidratarea nămolurilor şi instrumente de apreciere a condiţionării nămolurilor. Rezistenţa specifică la filtrare se caracterizează cu relaţia:

cη

APb2r2

⋅⋅⋅⋅

= (6.1)

în care: r - rezistenţa specifică la filtrare, în cm/g; P - diferenţa de presiune aplicată, în dyn/cm2; A - suprafaţa de filtrare, în cm2; η - vâscozitate dinamică a filtratului (la temperatura probei), în g/cm s; b - panta dreptei din reprezentarea grafică a raportului t/v → v, în s/cm6; c - concentraţia de solide în turbă, în g/cm3.

82

Pentru determinarea experimentale a rezistenţei specifice la filtrare se măsoară volumele de filtrat scurse la anumite intervale de timp într-o instalaţie specială de laborator, prin filtrare la diferenţă de presiune negativă sau pozitivă.

În tabelul 6.1. se prezintă valori ale rezistenţei specifice la filtrare şi coeficientul d compresibilitate pentru unele nămoluri rezultate din epurarea apelor uzate industriale. Puterea calorică a nămolului

Aceasta variază în funcţie de conţinutul în substanţă organică. Orientativ, putându-se determina cu relaţia: (6.2) 44,4SVPCn ⋅=în care: PCn - puterea calorică netă; SV - conţinutul în substanţe volatile.

Puterea calorică se determină experimental, utilizând o bombă calorimetrică. În tabelul 6.2 se indică valorile orientative ale puterii calorice calculate la diferite concentraţii de materii organice.

Tabelul 6.2. Valori orientative ale puterii calorice a nămolurilor la

diferite concentraţii de materii organice, în solide uscate Materii organice

în solide totale uscate ( % )

Putere calorică ( Kcal/kg )

Nămol primar Nămol activ în exces 100 6650 5650 90 5850 5050 80 5100 4450 70 4300 3850 60 3600 3300 50 2800 2650 40 2150 2050 30 1400 1500

Metale grele şi nutrienţi

Conţinutul de nutrienţi (K,P,N) prezintă o importanţă deosebită atunci când se are în vedere valorificarea nămolului ca îngrăşământ agricol sau agent de condiţionare a solului. De asemenea, utilizarea agricolă a nămolului este condiţionată de prezenţa şi cantitatea metalelor grele care prezintă grad ridicat de toxicitate. Dacă nămolul menajer conţine cantităţi reduse de metale grele, în general sub limitele admisibile, nămolul rezultat din epurarea în comun a apelor orăşeneşti cu cele industriale conduce, în funcţie de profilul industriei, la creşterea concentraţiei de metale grele în nămol. Prezenţa şi concentraţia metalelor în nămolurile industriale depinde de profilul şi procesul tehnologic al industriei.

83

6.2.1. Caracteristici biologice şi bacteriologice Nămolurile proaspete (primare şi secundare) prezintă caracteristici

biologice şi bacteriologice asemănătoare cu cele ale apei supuse epurării, cu menţiunea că diminuarea lor în fază apoasă se traduce cu o concentrare în faza solidă.

Diferitele procedee de prelucrare a nămolului, conduc şi la diminuarea potenţialului microbiologic al nămolului şi în mod deosebit al potenţialului patogen. În cadrul unor procedee de prelucrare se creează condiţii de dezvoltare a microorganismelor capabile să transforme unele substanţe prezente din nămol în substanţe utile sau neutre în raport cu mediul înconjurător. Astfel, în bazinul de fermentare anaerobă se dezvoltă microorganisme capabile de mineralizarea materiilor organice care realizează şi o reducere relativă a potenţialului patogen. În procesul de compostare, prin procese biochimice complexe se produce o humificare a materiei organice, iar datorită temperaturii se produce şi o dezinfecţie a nămolului. Nămolurile rezultate din epurarea unor ape uzate industriale cu potenţial patogen ridicat (ferme de animale, tăbăcării, abatoare etc) trebuie prelucrate în mod corespunzător. Unele categorii de ape uzate ce nu prezintă un mediu prielnic de viaţă pentru microorganisme (pH acid, prezenţa unor metale toxice etc) conduc la formarea de nămoluri fără potenţial patogen.

6.3. Procese şi procedee de prelucrare a nămolului

Tabelul 6.3

Procedee de prelucrare a nămolului Tip de nămol

Îngroşare Omoge-nizare

Fermentare Igienizare

Dishidratare Uscare Oxidare totală

Evacuare finală

PRIMAR SECUNDAR DE LA TRATARE CHIMICĂ

Gravita- ţională Flotare Centrifu-gare

Fermentare anaerobă Fermentare aerobă Stabilizare chimică Tratare termică Compostare

Chimică Termică Îngheţare Cu material inert

Platforma pt. uscarea nămolului Filtru presă Vacuum filtru Centrifugă Filtru bandă Concentrator rotativ Lagună

Vetre etajate rotative Atomi- zare Uscare solară

Incine-rare Oxid. umedă Piroliză

Îngrăşămînt agricol Depozitare Materiale construcţii Agent de condiţionare a solului Evacuare în subteran sau în mediu marin

Condiţionare

84

Procesele de prelucrare a nămolurilor sunt multiple şi variate, în funcţie de provenienţa şi caracteristicile lor, dar şi în funcţie de modul final de evacuare. Clasificarea proceselor de prelucrare se poate face după diferite criterii, cum ar fi reducerea umidităţii, mineralizarea componentei organice etc.

În tabelul 6.3. se prezintă o grupare a procedeelor de prelucrare sugerând posibilitatea alegerii unei scheme tehnologice convenabile fiecărui tip de nămol şi condiţiilor specifice locale.

6.3.1. Îngroşarea nămolului

Această metodă constituie cea mai simplă şi larg răspândită metodă de concentrare a nămolului, având drept rezultat reducerea şi ameliorarea rezistenţei specifice la filtrare. Îngroşarea se poate realiza prin decantare, flotare sau centrifugare, gradul de îngroşare depinzând de mai multe variabile, dintre care mai importante sunt: tipul de nămol, concentraţia iniţială a solidelor, temperatură, utilizarea agenţilor chimici, durata de îngroşare etc.

Prin îngroşare, volumul nămolului se poate reduce de circa 20 de ori faţă de volumul iniţial, dar îngroşarea este eficientă tehnico-economic până la o concentraţie de solide de 8-10%. Îngroşarea gravitaţională se realizează în instalaţii convenţionale de tipul decantoarelor circulare, având radierul cu pantă spre centru, dotate cu echipamente mecanice de amestec lent, pentru a favoriza dirijarea nămolului spre centru, de unde se extrage, apa separată evacuându-se pe la partea superioară. Timpul mediu de reţinere a solidelor în îngroşător este de 0,5-2 zile. Se utilizează în mod frecvent îngroşătoare cu funcţionare continuă, instalaţiile calculându-se la o încărcare hidraulică de 0,6-1,2 m3/m2 h. Încărcarea cu solide este de 1,5-6,0 kg/m2h, în funcţie de caracteristicile nămolului (tabelul 6.4.)

Tabelul 6.4 Încărcarea şi concentraţia în solide la îngroşătoare gravitaţionale

Tipul de nămol

Încărcarea în solide kg/m2h

Concentraţia de solide în îngroşat

% Nămol primar 4-6 8-10 Nămol activ 1-1,2 2,5-3,0 Peliculă biologică 1,5-2,0 7-9 Nămol primar + activ 1,0-2,0 5-8 Nămol primar + peliculă biologică

2,0-2,4 7-9

Îngroşarea prin flotare se aplică pentru suspensii care au tendinţa de flotare şi sunt rezistente la compactare prin îngroşare gravitaţională.

Procesul de flotare cu aer se poate realiza prin: flotarea cu aer dispersat, flotare cu aer dizolvat sub presiune, flotare cu aer la presiune negativă şi flotare

85

biologică. Cel mai larg utilizat este procesul de flotare cu aer dizolvat sub presiune, care prin destindere la presiunea apropiată de cea atmosferică elimină bule fine (d ≈ 80 µ), care se ataşează sau se înglobează în flocoanele de nămol şi le ridică la suprafaţă. Pentru asigurarea unei concentraţii convenabile de materii în suspensie la alimentare, se practică recircularea unei fracţiuni de efluent.

Principalii parametri ce influenţează procesul de îngroşare prin flotare sunt: presiunea, raportul de recirculare, concentraţia de solide la alimentare, durata de retenţie, raportul aer / solide, tipul şi calitatea nămolului, încărcarea hidraulică în solide, utilizarea agenţilor chimici. Îngroşarea prin centrifugare se aplică în general pentru nămolul activ în exces, atunci când nu se dispune de spaţiu pentru alte instalaţii mai puţin compacte. Utilizând centrifuga cu transportor elicoidal se poate atinge o concentrare de solide de circa 4% şi un grad de reţinere a solidelor de 90%, la îngroşarea nămolului activ cu adaos de floculanţi. Ţinând seama de viteza de rotaţie mare a echipamentului (6000 rot/min), consumul de floculanţi este mai mare datorită fragilităţii şi ruperii flocoanelor, deci costurile de exploatare sunt mai mari decât în cazul altor procedee. În tabelul 6.5. se prezintă date comparative asupra diferitelor procedee de îngroşare a nămolului. Tabelul 6.5.

Date comparative între diferite procedee de îngroşare a nămolului

Tehnologia Conţinut de substanţă

uscată obţinută (%)

Consum de energie, kWh/m3

nămol

Caracteristici

Îngroşare gravitaţională

4 - 6 0,1 - 0,3 Simplă: costuri scăzute de exploatare; necesită spaţiu mare, costuri de construcţii ridicate; nu este afectată de solidele prezente în nămol

Îngroşare prin centrifugare

5 0,7 - 2,5 Convenabil pentru nămoluri biologice (fără substanţe abrazive); spaţiu redus şi cost de construcţie scăzut

Îngroşare prin flotare

4 - 6 0,3 - 0,6 Spaţiu redus; costuri de construcţie mici; tehnologie sofisticată; costuri de exploatare ridicate

6.3.2. Fermentarea nămolului

Fermentarea nămolului, în vederea unei prelucrări ulterioare sau a depozitării se poate realiza prin procedee anaerobe sau aerobe - primele fiind cel mai des folosite. În procesul de fermentare, materialul organic este mineralizat, iar structura coloidală a nămolului se modifică. Nămolul fermentat poate fi mai uşor deshidratat, cu cheltuieli mai mici decât în cazul nămolului brut.

86

Fermentarea anaerobă a nămolului Cinetica fermentării anaerobe se desfăşoară sub influenţa a două grupe

principale de bacterii: - facultativ anaerobe, acido-producătoare, care transformă substanţele

organice complexe (hidraţi de carbon, proteine, grăsimi)în substanţe organice mai simple (acizi organici, alcooli, cetone etc) cu ajutorul enzimelor extracelulare;

- anaerobe, metano-producătoare, care utilizează ca hrană moleculele mai simple de substanţe organice şi cu ajutorul enzimelor intracelulare sunt transformate în compuşi simpli: apă, bioxid de carbon şi metan.

Viteza de reacţie globală este dată de faza cea mai lentă, cea de gazeificare, datorită vitezei de multiplicare redusă a bacteriilor şi de marea sensibilitate la condiţiile de mediu. Aşa cum este cunoscut, din procesul de fermentare anaerobă rezultă gazul de fermentare combustibil (biogaz) utilizat ca sursă neconvenţională de energie.

Factorii care influenţează procesul de fermentare se pot grupa în două categorii:

- caracteristicile fizico-chimice ale nămolului supus fermentării: concentraţia substanţelor solide , raportul mineral / volatil, raportul dintre componenta organică şi elemente nutritive, prezenţa unor substanţe toxice sau inhibitoare etc;

- concepţia şi condiţiile de exploatare ale instalaţiilor de fermentare: temperatura, sistemul de alimentare şi evacuare, sistemul de încălzire, de recirculare, de omogenizare, timpul de fermentare, încărcarea organică etc.

În afara acestor factori legaţi de calitatea materialului şi parametrii instalaţiilor, mai sunt o serie de factori la nivelul celulei, legaţi de echipamentul enzimatic, mult mai dificil de sesizat şi dirijat, necesitând metode de investigare deosebit de complexe.

Se vor analiza câţiva dintre factorii de influenţă asupra procesului, ce pot fi dirijaţi în sensul dorit.

Concentraţia substanţelor solide din nămol trebuie să fie astfel aleasă încât să asigure apa fiziologică necesară bacteriilor. Se recomandă concentraţii de 5-10% materii solide. Concentraţii mai ridicate ale materialului, peste 12% creează dificultăţi la pompare şi omogenizare.

Componenta organică a fazei solide prezintă, de asemenea, importanţă în procesul de mineralizare şi în producţia gazului. Se apreciază că o reducere minimă de 50% a componentei organice asigură o stabilitate relativă a nămolului. Compoziţia gazului nu este influenţată de gradul de descompunere al materiei organice, ci de componentele organice.

Principalele grupe de substanţe organice prezente în componenta volatilă, cu implicaţie asupra cantităţii şi compoziţiei gazului de fermentare sunt: hidraţii de carbon, proteinele şi grăsimile. În tabelul 6.6. se prezintă producţia specifică şi compoziţia gazului la cele trei grupe de substanţe organice.

87

Tabelul 6.6. Producţia şi compoziţia gazului pe principalele grupe de substanţe organice din nămol

Grupa Producţia de gaz, cm3/g substanţă

Compoziţia gazului %

Hidraţi de carbon 790 50 CH4+50 CO2 Grăsimi 1250 68 CH4+32 CO2 Proteine 704 71 CH4+29 CO2

Cercetări efectuate arată că fermentarea anaerobă se poate aplica pentru

majoritatea substanţelor organice, excepţie făcând lignina şi uleiurile minerale.

Componenta minerală , în special sărurile de azot şi fosfor prezintă importanţă în fermentarea anaerobă. Sunt stabilite anumite rapoarte optime între carbon organic, azot şi fosfor, o producţie bună de gaz obţinându-se la raportul Corg / Norg = 13 – 14. O serie de cationi ( Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH+) produc inhibarea fermentării anaerobe la concentraţii peste 10 g/l. Sărurile de sodiu sunt relativ toxice faţă de bacteriile metanice, astfel că în cazul de neutralizare a nămolului supus fermentării este indicat să se evite hidroxidul de sodiu. Influenţa substanţelor toxice ca: nichel, crom (tri- şi hexavalent), zinc, cupru, plumb etc.au efect de inhibare şi dereglare a procesului de fermentare anaerobă. Limitele de inhibare şi dereglare a procesului sunt uneori controversate, influenţa toxică a metalelor fiind strâns corelată cu prezenţa sulfurilor care produc, cu ionii metalici, complexe netoxice pentru bacterii.

În tabelul 6.7 se indică limitele de concentraţii pentru unele substanţe cu efecte toxice în procesul de fermentare.

Tabelul 6.7.

Limitele de concentraţie pentru unele substanţe cu influenţă asupra procesului de fermentare

Substanţa Concentraţia mg/l

Substanţa Concentraţia mg/l

Sulfuri 200 Calciu 2000- 6000 Metale grele solubile

1 Magneziu 1200-3500

Sodiu 5000-8000 Amoniu 1700-4000 Potasiu 4000-10000 Amoniu liber 150

O altă categorie de substanţe cu caracter inhibitor sau toxic sunt şi unele substanţe organice, în concentraţie mare, cum ar fi alcool metilic, etilic, propilic, izoamilic, benzen, toluen, peste 1 g/l; alcooli superiori peste 0,1 - 0,2 g/l; substanţe tensioactive peste 20 mg/l ,nămol. De asemenea pesticidele, în special cele organo-clorurate, produc dereglări în procesul de fermentare.

88

Influenţa pH-ului . Fermentarea anaerobă se desfăşoară în condiţii optime la pH = 6,8 - 7,6, interval în care producţia şi compoziţia gazului sunt normale. Modificarea pH-ului apare la modificarea calităţii nămolului de alimentare sau la exploatarea incorectă a instalaţiei Influenţa temperaturii. În general, fermentarea anaerobă se poate realiza într-un interval larg de temperatură, între 4 şi 600C, cu aclimatizarea microorganismelor în anumite zone de temperatură. Viteza de mineralizare este influenţată de temperatură, în sensul creşterii duratei de mineralizare cu scăderea temperaturii.

Din punct de vedere termic, procesele de fermentare anaerobă se pot clasifica în trei categorii:

- fermentare criofilă (fără încălzire) la temperatura mediului ambiant; - fermentare mezofilă (32-350C); - fermentare termofilă (≈550C). În practică este larg aplicată fermentarea mezofilă. Fermentarea termofilă, deşi prezintă unele avantaje, ca reducerea duratei

de fermentare şi deci a volumului instalaţiilor, este totuşi rar utilizată, întrucât implică consumuri suplimentare de energie calorică (mai ales în perioada de iarnă) şi formează cruste şi spume în bazine.

Microorganismele care participă la procesul de fermentare şi, îndeosebi, cele metanice, sunt foarte sensibile la variaţii de temperatură chiar de 2-30C, intervalul de temperatură şi menţinerea ei într-un regim constant reprezentând factori importanţi ai procesului. Încălzirea rezervoarelor de fermentare la temperaturile proiectate se face, în principal, cu schimbătoare de căldură exterioare, care asigură şi o omogenizare a nămolului, precum şi o preîncălzire a nămolului brut.

Amestecul - recircularea – inoculare are ca scop principal amestecul nămolului fermentat de la baza rezervorului de fermentare cu cel de la suprafaţă, prin aceasta obţinându-se o mai rapidă degradare a substanţei organice, respectiv o mai rapidă terminare a fermentării.

Cercetări recente asupra mecanismelor de degradare şi conversie a materiei organice din nămol au pus în evidenţă căi de stimulare a procesului de fermentare prin factori exogeni. Astfel, adaosuri de medii nutritive pentru bacterii, adaosuri de vitamine şi alţi factori de creştere au condus la sporirea producţiei de gaz de fermentare cu 10-15%

Fermentarea aerobă a nămolului

Acest proces constă, ca şi fermentarea anaerobă, dintr-un proces de degradare biochimică a compuşilor organici uşor degradabili.

Fermentarea aerobă se realizează în practică prin aerarea separată a nămolului (primar, secundar sau amestec) în bazine deschise. Echipamentul de aerare este acelaşi ca şi pentru bazinele de nămol activ. Fermentarea aerobă a nămolului se recomandă mai ales pentru prelucrarea nămolului activ în exces,

89

când nu există treaptă de decantare primară, sau când nămolul primar nu se pretează la fermentare anaerobă. Avantajele procedeului sunt:

- exploatare simplă; - lipsa mirosurilor neplăcute; - igienizarea nămolului (reducerea numărului de germeni patogeni) şi

reducerea cantităţii de grăsimi. Dintre dezavantaje se semnalează, ca mai importante, consumul de

energie pentru utilajele de aerare proprii, comparativ cu fermentarea anaerobă care produce şi gaz de fermentare.

Un nămol se consideră fermentat aerob când componenţa organică s-a redus cu 20-25%, cantitatea de grăsimi a ajuns la maximum 6,5 % (faţă de substanţa uscată), activitatea enzimatică este practic nulă, iar testul de fermentabilitate este negativ.

Instalaţiile de fermentare aerobă se dimensionează, de regulă, pentru durata de retenţie de 8-15 zile, în funcţie de caracteristicile nămolului, în care se include şi o perioadă de aclimatizare la condiţiile aerobe (nămol primar).

Comparând cele două sisteme de stabilizare biologică a nămolului organic, apare net avantajos procedeul de stabilizare anaerobă, mai ales sub aspectul energetic. În tabelul 6.8. se dau date comparative ale celor două procedee.

Tabelul 6.8

Date comparative privind fermentarea anaerobă şi aerobă Metoda Perioada

de retenţie

zile

Consum de energie KWh/m3 nămol

Caracteristici

Fermentare aerobă

8 - 15 5 - 10 Simplă; cost scăzut de investiţie; consum mare de energie

Fermentare anaerobă

15 - 20 0,2 - 0,6 Cost de exploatare ridicat; cost de investiţie ridicat; consum mic de energie; producţie de gaz (sursă de energie)

6.3.3. Condiţionarea nămolului Aducerea nămolurilor primare, secundare sau stabilizate în categoria

nămolurilor uşor filtrabile se realizează, în principal, prin condiţionare chimică sau termică. Se pot obţine, teoretic, rezultate satisfăcătoare şi prin adaos de material inert (zgură, cenuşă, rumeguş etc.), dar acest procedeu prezintă dezavantajul de a creşte considerabil volumul de nămol ce trebuie prelucrat în continuare.

Condiţionarea chimică

Condiţionarea nămolului cu reactivi chimici este o metodă de modificare a structurii sale, cu consecinţă asupra caracteristicilor de filtrare. Agenţii de condiţionare chimică a nămolului se pot grupa în trei categorii:

90

- minerali: sulfat de aluminiu, clorhidrat de aluminiu, clorură ferică, sulfat feros , oxid de calciu, extracte acide din deşeuri;

- organici: polimeri sintetici (anioni, cationi sau neionici), produşi de policondensare sau polimeri naturali;

- micşti: amestec de polimeri sintetici cu săruri minerale sau amestec de coagulanţi minerali.

Reactivii anorganici cei mai des utilizaţi pentru condiţionarea nămolului sunt clorura ferică şi varul, fiecare având un câmp de acţiune propriu. Sulfatul feros este mai economic, dar are o acţiune corosivă. Sărurile de aluminiu, în special clorhidratul de aluminiu, sunt eficiente, mai puţin corosive, dar costul este mai ridicat.

Dintre polimerii organici, cei cationici se pot utiliza singuri, iar cei anionici şi neionici, în asociere cu alţi coagulanţi minerali. În general, dozele de polimeri organici sunt mult mai reduse decât la cei minerali, dar costul este încă ridicat. Alegerea coagulantului şi doza optimă se fac pe baza încercărilor experimentale de laborator, întrucât alegerea depinde de provenienţa nămolului, compoziţia sa chimică, gradul de dispersie, tehnologia de deshidratare ce urmează a se aplica etc.

Pentru fiecare tip de nămol şi pentru fiecare coagulant, floculant sau amestec, se stabileşte doza optimă pe cale experimentală.

Condiţionarea termică

Acest mod de condiţionare se realizează la temperaturi de 100-2000C, presiuni de 1-2,5 atm şi durate de încălzire până la 60 min, depinzând de tipul şi caracteristicile nămolului şi de procesul utilizat. Părţile principale ale unei instalaţii de condiţionare termică sunt: reactorul, în care se realizează tratarea nămolului la temperaturi menţionate mai sus; schimbătorul de căldură, în care nămolul proaspăt este preîncălzit de nămolul tratat; boilerul pentru prepararea aburului necesar ridicării temperaturii în reactor şi decantorul de nămol tratat.

Avantajele principale ale condiţionării termice sunt: lipsa mirosurilor neplăcute în timpul condiţionării, condiţionare fără adaos de substanţe chimice şi sterilizarea nămolului.

Alte procedee de condiţionare

Condiţionarea prin îngheţare produce un efect similar cu condiţionarea termică. La temperaturi scăzute, structura nămolului se modifică, iar la dezgheţare cedează cu uşurinţă apa.

Condiţionarea cu material inert trebuie analizată pentru anumite tipuri de nămol şi surse de materiale inerte locale, fie pentru creşterea puterii calorice a nămolului (în cazul incinerării), fie pentru valorificarea nămolului (agricolă, ameliorarea solului, redare în circuitul agricol).

91

6.3.4. Deshidratarea nămolului

În scopul prelucrării avansate sau eliminării finale, apare necesitatea reducerii conţinutului de apă din nămol pentru diminuarea costurilor şi volumelor de manipulat.

În cazul staţiilor mici de epurare (debite mici de nămol), deshidratarea se poate realiza prin procedee naturale (platforme pentru uscarea nămolurilor sau iazurilor de nămol) în cazul în care se dispune de spaţiu şi sunt asigurate condiţiile de protecţie ale mediului înconjurător (protecţia apelor subterane, aşezărilor umane, aerului etc).

Metodele mecanice de deshidratare sunt larg aplicate pentru diferite tipuri de nămol (nămol brut, fermentat, de precipitare etc). Pentru a obţine o separare eficientă a fazelor se impune condiţionarea prealabilă a nămolului.

Deshidratarea naturală pe platforme de uscare a nămolului este larg utilizată, având în vedere simplitatea construcţiei şi costul redus de exploatare.

Platformele de uscare sunt suprafeţe de teren îndiguite în care se depozitează nămolul. Dimensiunile platformelor de uscare sunt alese în funcţie de metoda adoptată pentru evacuarea nămolului deshidratat. Când evacuarea nămolului se face manual, lăţimea patului nu trebuie să depăşească 4 m; evacuarea cu mijloace mecanizate permite o lăţime de până la 20 m. Lungimea platformelor de uscare este determinată, în principal, de panta terenului şi nu trebuie să depăşească 50 m. Platformele pot fi aşezate pe un strat de bază permeabil sau impermeabil. Stratul de drenaj permeabil se execută din zgură, pietriş sau piatră spartă cu o grosime de 0,2-0,3 m (stratul de susţinere), peste care se aşează un strat de nisip sau pietriş mai fin, cu o grosime de 0,2 - 0,6 m. În stratul de susţinere se îngroapă tuburile de drenaj pentru colectarea apei drenate.

Similitudinea dintre drenarea apei pe platforme şi filtrabilitatea nămolului a permis stabilirea unor relaţii pentru determinarea duratei de drenare a apei, relaţii ce s-au verificat cu datele experimentale

( ) (

( ))

fl

fliin2

d W100P172,8WWW100ρhRηt

−⋅⋅−⋅−⋅⋅⋅⋅

= (6.3)

unde: td - timpul de drenaj, în zile ; η - vâscozitatea dinamică a nămolului, în g/cm s; h - înălţimea stratului de nămol, în cm; ρn - densitatea nămolului, în g/cm3; R - r 10-10 , rezistenţa specifică convenţională la filtrare a nămolului, în cm/g; P - diferenţa de presiune, în g/cm2; Wi - umiditate iniţială, în %; Wfl - umiditatea la sfârşitul drenării, în %.

92

Grosimea stratului de nămol ce se trimite pe paturi depinde de caracteristicile materialului şi de climatul zonei respective. În general, o înălţime de circa 0,20 m este recomandabilă pentru o climă temperată.

Determinarea duratei de deshidratare a nămolului pe platformele de uscare presupune cunoaşterea proprietăţilor fizico-chimice ale nămolului şi regimului climatic al zonei respective. În general, în climat temperat, durata de deshidratare este cuprinsă între 40 şi 100 zile, ceea ce înseamnă că, în total, se poate conta pe o grosime de nămol ce se răspândeşte pe platformă de 1,5 - 2,0 m pe an, respectiv o productivitate de 80 - 100 kg substanţă uscată/m2an. Deshidratarea mecanică pe vacuum-filtre este procedeul tehnic cel mai larg utilizat în prezent pentru drenajul artificial al apei. Forma constructivă a vacuum-filtrelor poate fi diferită (cu disc, taler sau tambur), vacuum-filtrele cu tambur fiind cele mai utilizate pentru deshidratarea nămolurilor provenite din epurarea apelor uzate. Pentru determinarea suprafeţei de filtrare necesară se utilizează relaţia:

( )

t

int L16

W100ρQ10S⋅

−⋅⋅⋅= (6.4)

în care : St - suprafaţa de filtrare necesară, în m2; Q - debitul de nămol, în m3/zi; ρn - densitatea nămolului, în gr/cm3; Wi - umiditatea iniţială a nămolului, în%; Lt - productivitatea (încărcarea) vacuum-filtrului, în kg/m2h.

Productivitatea vacuum-filtrului se poate stabili pe baza determinărilor de laborator - rezistenţa specifică la filtrare şi coeficientul de compresibilitate - sau pe baza încercărilor pe instalaţii pilot.

( ) (

( ))

fi

fif

WWMRηW100W100ρmPK0,25L

−⋅⋅⋅−⋅−⋅⋅⋅

⋅⋅= (6.5)

în care: L - productivitatea, în kg substanţă uscată/m2h; P - presiunea de lucru, în mmHg; R= r 10-10 - rezistenţa specifică convenţională la filtrare a nămolului, în cm/g; η - vâscozitatea filtratului, în c.p.; m - fracţiunea de imersare, în %; M - durata de rotaţie a tamburului, în min; K - factor de corecţie (0,75); ρf - densitatea filtratului, în g/cm3; Wi - umiditatea iniţială a nămolului, în %; Wf - umiditatea finală a nămolului, în %.

Productivitatea vacuum-filtrelor la deshidratarea nămolurilor provenite din epurarea apelor variază în limite largi: 5 - 10 kg /m2 h pentru nămol activ

93

proaspăt şi fermentat, 20 - 25 kg / m2 h pentru nămol amestecat fermentat şi circa 30 kg / m2 h pentru nămolul primar fermentat.

Deshidratarea nămolurilor pe vacuum-filtre prezintă avantajul funcţionării continue (spre deosebire de filtrele presă) şi a capacităţii mari d filtrare. Dintre avantaje se pot semnala degradarea relativ rapidă a pânzelor filtrante, umiditatea destul de ridicată a turtei (70-80% şi consum de energie mai mare decât al filtrelor presă. Deshidratarea mecanică pe filtre presă

Caracteristica principală a acestor utilaje este concentrarea unei mari suprafeţe de filtrare într-un echipament de dimensiuni reduse. Filtrele presă pot fi adaptate pentru o gamă largă de suspensii. Există multe variante constructive de filtre presă, deosebirile principale constând în forma şi modul de funcţionare a elementelor filtrante. În aceste instalaţii, nămolul îngroşat sau condiţionat este pompat cu pompe speciale în camerele filtrului presă. După umplerea camerelor se face deshidratarea prin creşterea presiunii, în final rămânând în cameră o turtă cu umiditate redusă, chiar sub 40%. Consumul de energie electrică este de circa 3 kWh/m3nămol. Durata de deshidratare a nămolurilor pe filtre de presă se calculează pe baza a două componente esenţiale şi anume tipul de deshidratare propriu-zisă sau timpul de presare şi durata de încărcare şi descărcare a filtrului sau timpul auxiliar. Timpul auxiliar poate fi egal cu timpul de presare în cazul filtrelor presă cu încărcare şi descărcare manuală sau mai redus. 10-15 min, la instalaţiile moderne. Timpul de presare propriu-zis se poate determina pe baza caracteristicilor nămolului şi a parametrilor constructivi ai instalaţiei.

( ) (( )

)i

4fifn

2

p W100P10WWW100ρdRη1,42t

−⋅⋅−⋅−⋅⋅⋅⋅⋅

= (6.6)

unde: tp - timpul de presare, în h; η - vâscozitatea filtratului, în c.p.; R = r 10-10 - rezistenţa specifică convenţională la filtrare a nămolului, în cm/g; d - distanţa dintre plăci, în cm; P - presiunea de lucru, în at; Wi - umiditatea iniţială a nămolului, în %; Wf - umiditatea finală a nămolului, în %; ρn - densitatea nămolului, în g/cm3.

Ţesăturile filtrante, la filtrele de presă, pot fi naturale sau artificiale, iar alegerea condiţiile de exploatare ale instalaţiei de trebuie să se facă în funcţie de tipul de nămol, timpul de deshidratare propriu-zisă pentru filtrare şi condiţiile impuse filtratului. Timpul de deshidratare pentru nămolurile rezultate din epurarea

94

apelor uzate variază între 1 şi 6 h, depinzând de caracteristicile nămolului, gradul de condiţionare, presiunea de lucru, etc.

În tabelul 6.10 se prezintă date asupra duratei de presare pentru diferite tipuri de nămol.

Principalele avantaje ale filtrelor - presă sunt capacitatea mare de filtrare, consum redus de energie, umiditatea scăzută a turtelor. Dintre dezavantaje se semnalează consum mare de material filtrant, consum ridicat de reactivi pentru condiţionare, consum mare de manoperă.

Tabelul 6.10 Timpul de presare a unor nămoluri industriale

Tipul de nămol Umiditatea iniţială,

%

Rezistenţa specifică la filtrare x 1010

cm/g

Timpul de presare (tp), h

Presiunea de lucru,

at Celuloză şi hârtie 97-98 11-55 1,8 7-8 Vâscoza 95-96 25-35 0,6 3-5 Preparaţii de cărbune 67

59 20 7-9

2,1 1,6

7 7

Deshidratarea mecanică prin centrifugare

Utilizarea centrifugelor pentru deshidratarea nămolului rezultat din epurarea apelor uzate şi-a lărgit aplicabilitatea în ultimii ani, prin realizarea de utilaje cu performanţe ridicate şi eficienţa bună de deshidratare, mai ales datorită utilizării polimerilor organici ca agenţi de condiţionare.

Deshidratarea prin centrifugare poate fi definită ca o decantare accelerată sub influenţa unui câmp centrifugal, mai mare de două ori decât forţa gravitaţiei. Factorii care influenţează sedimentarea centrifugală sunt aceiaşi ca şi la sedimentarea convenţională.Deshidratarea centrifugală este influenţată şi de o serie de parametri ai echipamentului, parametri constructivi ce trebuie aleşi în funcţie de scopul urmărit.

Tendinţa actuală se manifestă către utilizarea centrifugelor cu rotor compact şi funcţionare continuă. Aceste echipamente se pot grupa în trei categorii, cu domenii specifice de aplicare:

- centrifuge cu rotor conic, care produc o bună deshidratare şi centrat limpede, dar neadecvate pentru solide fine;

- centrifuge cu rotor cilindric, care produc, în general, un centrat limpede; - centrifuge cu rotor cilindro-conic, care produc şi turte bine deshidratate

şi centrat limpede. Pentru realizarea unui grad înalt de recuperare a solidelor din nămol

(centrat limpede) se poate acţiona prin descreşterea debitului de alimentare, creşterea consistenţei nămolului, creşterea temperaturii şi creşterea dozei de coagulant. Creşterea gradului de deshidratare a nămolului se poate realiza prin scăderea debitului de alimentare sau creşterea temperaturii, chiar şi fără adaos de coagulanţi. În general, turte bine uscate dau centrat mai puţin limpede dacă nu se are în vedere o condiţionare corespunzătoare a nămolului.

Eficienţa procesului se exprimă prin eficienţa de îndepărtare a substanţelor din nămol şi se caracterizează cu relaţia:

95

( )( ) 100

SSSSSS

Ecti

cit ⋅−⋅−⋅

= (6.7)

în care: E - randamentul de recuperare, în %; St - conţinutul de solide în turtă, în %; Si - conţinutul de solide la alimente, în %; Sc - conţinutul de solide în centrat, în %.

Randamentul de recuperare atinge valori de peste 90%, iar umiditatea turtelor este variabilă în funcţie de provenienţa nămolului şi gradul de condiţionare. În tabelul 6.11 se indică performanţele obţinute la deshidratarea unor nămoluri din industria textilă pe centrifugă cilindro-conică, cu nămol condiţionat cu polielectroliţi organici.

Tabelul 6.11 Performanţe la deshidratarea prin centrifugare

Tipul de nămol Umiditatea iniţială,

%

Debit de alimentare,

m3/h

Grad de recuperare,

%

Concentraţia de solide în

turtă, % Nămol de precipitare chimică 94,4 3,5 95,0 25,2 Nămol biologic în exces 97,9 3,0 89,1 - Nămol primar brut 93,2 3,5 96,1 26,8

Deshidratarea mecanică pe filtru presă cu bandă

Acesta este un echipament construit şi introdus recent pentru deshidratarea nămolului. În general, se obţin performanţe bune, cu nămoluri având o concentraţie iniţială în solide de circa 4%.

Parametrii de exploatare care influenţează performanţele echipamentului sunt debitul de nămol, viteza bandei, presiunea şi debitul apei de spălare.

În tabelul 6.12 se prezintă performanţele filtrului presă cu bandă pentru diferite tipuri de nămol.

Tabelul 6.12 Performanţe la deshidratarea pe filtru presă cu bandă

Tipul de nămol

Concentraţie în solide la

alimentare %

Solide în turtă

%

Doză de condiţionare

kg/t

Nămol primar brut 3 - 10 25 - 14 0,6 - 4,5 Nămol activ proaspăt 0,5 - 4 12 - 32 1,0 - 6,0 Amestec de nămol primar+ activ în exces

3 - 6 20 - 35 0,6 - 5,0

Nămol fermentat aerob 1 - 8 12 - 30 0,8 - 5,0 Nămol fermentat anaerob 3 - 9 18 - 34 1,5 - 4,5 Nămol condiţionat termic 4 - 6 38 - 50 -

Pentru aprecieri comparative asupra celor patru tipuri de utilaje de deshidratare, se indică în fig.6.15 valorile medii ale concentraţiei în substanţă uscată în turtă pentru diferite tipuri de nămol.

96

Solide în turtă,% 0 10 20 30 40 50 60

100%P, O% AE

CENI VF FPB

FP

70%P, 30%AE

CENI VF FPB

FP

50%P, 50%AE

CENI VF

FPB

FP

30%P, 70%AE

CENI VF FPB

FP

0%P, 100%AE

CENI VF FPB

FP

Legendă: CENI - centrifugă P - nămol primar VF - vacuum filtru FP - filtru presă FPB - filtru presă cu bandă AE - nămol activ în exces

Fig.6.15. Umidităţi şi solide în nămol Comparând datele ce se pot obţine la deshidratarea mecanică a

nămolurilor pe cele patru tipuri de echipamente, se poate conclude: - deshidratarea prin centrifugare sau vacuum-filtru produce turte cu umiditate comparabilă;

97

- deshidratarea cu filtru presă cu bandă produce turte cu umiditate mai redusă; - deshidratarea nămolului primar fermentat se realizează cu eficienţă mai bună decât a celui fermentat provenit din amestecul nămolului primar şi în exces.

6.3.5. Uscarea

Reducerea avansată a umidităţii nămolului se poate realiza prin evaporarea forţată a apei, până la o umiditate de 10-15%, în instalaţii speciale şi cu aport de energie exterioară.

Principalele tipuri de instalaţii utilizate pentru uscarea termică a nămolului sunt: uscătoare cu vetre etajate, uscătoare rotative şi uscătoare prin atomizare. Pentru calcului necesarului de căldură ce trebuie furnizată sistemului trebuie să se ţină seama, în principal, de necesarul pentru evaporarea apei din nămol, preîncălzirea materialului, dezodorizarea gazelor rezultate etc. Întrucât randamentul termic al instalaţiilor nu depăşeşte, de regulă, 50%, s-a calculat că pentru uscarea unui nămol cu umiditate d circa 80%, până la umiditate de circa 10%, sunt necesare circa 4500 kcal/kg substanţă uscată. Pentru reducerea necesarului de căldură se recomandă deshidratarea prealabilă a nămolului, preîncălzirea aerului admis în sistem şi recuperarea căldurii reziduale. Deşi procedeul este costisitor şi puţin aplicat, are totuşi o serie de avantaje legate, mai ales, de valorificarea agricolă a nămolului: produce nămol steril, reduce considerabil volumul de materialului datorită îndepărtării apei, necesită suprafeţe de depozitare mici, este practic neinfluenţat de prezenţa substanţelor toxice sau inhibatoare.

Cercetări recente vizând utilizarea energiilor neconvenţionale în deshidratarea nămolului au pus în evidenţă posibilitatea utilizării energiei solare, mai ales pentru surse de nămol cu emisie intermitentă (de exemplu din industrializarea sfeclei de zahăr) şi zone cu insolaţie prelungită. Captatorii solari (realizaţi de ICPGA în colaborare cu Institutul Politehnic Cluj), de tip aer-aer, furnizează aer încălzit la temperatura de 75...85 0C, ce se trimite pe un uscător tip bandă (acoperit), pe care circulă nămolul în prealabil deshidratat (fig.3.16).

Experimentările efectuate pentru nămol de la fabricile de zahăr au condus la obţinerea unui materila uscat cu umiditate finală de 10-12%, alimenatrea bandei făcându-se cu nămol cu umiditatea de circa 60%. Materialul uscat poate fi omogenizat (sau granulat), însăcuit şi transportat în condiţii similare cu îngrăşămintele chimice minerale.

Pentru cantităţi mici de nămoluri cu conţinut de metale, pentru reintroducerea în circuitul economic, prinîntreprinderile de prelucrarea minereurilor, s-a utilizat tehnologia de uscare cu energie solară cu instalaţie de uscare cu platouri suprapuse. Aerul cald obţinut de la captatorii solari poate fi utilizat pentru uscarea nămolului şi pe platforme de uscarea nămolului închise şi cu ventilaţie forţată.

98

6.3.6. Incinerarea nămolului

Dacă nămolurile rezultate din epurarea unor ape uzate industriale conţin compuşi organici şi/sau anorganici toxici ce nu permit valorificarea agricolă, depozitarea pe sol sau aplicarea procedeelor de recuperare a substanţelor utile, se face apel la incinerare ca singura alternativă acceptabilă. În timpul incinerării compuşii organici sunt oxidaţi total, iar compuşii minerali sunt transformaţi în oxizi metalici ce se regăsesc în cenuşă.

Pentru incinerare se recomandă reducerea prealabilă a umidităţii nămolului brut şi evitarea stabilizării aerobe sau fermentării anaerobe, care diminuează puterea calorică a materialului supus incinerării.

Prelucrarea nămolului înainte de incinerare trebuie să conducă la autocombustie. Ţinând cont de un necesar de 2,6 MJ/kg pentru evaporare şi pierderi de energie de minimum 10%, se recomandă o umiditate a nămolului la alimentare de circa 50%. Dacă umiditatea este mai mare sau dacă temperatura de combustie trebuie să fie mai mare de 7500C, pentru a evita degajarea mirosurilor neplăcute apare necesitatea combustibilului suplimentar. Toate instalaţiile de incinerare trebuie echipate cu instalaţii de spălare sau filtrarea gazelor de ardere, până la obţinerea unui conţinut de suspensii (cenuşă) la evacuare de 150-200 g/m3. Incinerarea nămolului semiplastic, cu putere calorică mică şi conţinut ridicat de apă impune echipament special, pentru a menţine un raport adecvat suprafaţă/volum în timpul combustiei. În acest scop, pentru incinerarea nămolului se utilizează cuptoare rotative cilindrice, cu vetre multiple sau cu pat fluidizat. Cuptorul rotativ

Constă dintr-un cilindru căptuşit cu material refractar, cu axul puţin înclinat faţă de orizontală. Nămolul este injectat la capătul amonte şi, în timp ce este ars, este transportat la cealaltă extremitate prin mişcarea de rotaţie a cilindrului. Pentru a asigura o bună funcţionare a cuptorului este necesar să se mărunţească materialul, înainte de alimentare, pentru a obţine o suprafaţă suficient de mare şi a asigura o distribuţie uniformă a acestuia. Cuptorul cu pat fluidizat

Constă dintr-un cilindru vertical, echipat cu dispozitive de injectare a aerului la partea inferioară şi un suport pentru susţinerea stratului de nisip fin care este fluidizat cu ajutorul aerului insuflat. Nămolul se introduce la partea superioară. Instalaţia de incinerare cu strat fluidizat cuprinde următoarele faze: pregătirea nămolului (reţinerea corpurilor grosiere, mărunţirea sub 10 mm, deshidratarea mecanică) şi combustia propriu-zisă a materialului la o temperatură de 600....8000C. Apa din nămol se evaporă, în timp ce substanţa combustibilă se gazeifică şi arde cu adaos, uneori, de combustibil convenţional. Enrgia necesară unui astfel de proces este de circa 260 kWh/t material solid.

99

Cuptorul cu vetre multiple Se compune, în esenţă, dintr-un cilindru vertical din oţel căptuşit cu

cărămidă refractară şi un ax central, care se roteşte cu 1 rotaţii/minut şi pe care se montează braţele de agitare. Părţile axului şi agitatorului din zona de combustie trebuie să fie confecţionate din materiale rezistente la temperaturi ridicate. În acest tip de instalaţie se crează trei zone de combustie: zona de uscare, zona de combustie şi zona de răcire. Nămolul este injectat la partea superioară şi este injectat la partea inferioară datorită braţelor de agitare, care aisgură şi repartizare pe vetre, pentru a se obţine o suprafaţă de contact cât mai mare. Aerul necesar combustiei este introdus la partea inferioară; aerul rece este preîncălzit în preîncălzitor, unde cenuşa caldă evacuată transferă căldură aerului. Alte tipuri de instalaţii

Pentru incinerarea nămolului sau altor reziduuri industraile apoase se mai utilizează instalaţii de oxidare umedă, instalaţii de piroliză, incinerare prin automatizare etc.

Este avantajos ca incinerarea nămolului să se realizeze împreună cu gunoaiele menajere şi alte reziduuri industriale, alegându-se tipul de instalaţie în corelaţie cu caracteristicile materialelor. La incinerarea în comun cu gunoaiele menajere, nămolul trebuie deshidratat până la o umiditate apropiată de a gunoiului şi adăugat în proporţie de 10-15% (faţă de gunoi); cele mai multe instalaţii de ardere sunt dotate cu echipamente pentru recuperarea căldurii.

100

C a p i t o l u l 7

EPURAREA APELOR UZATE PROVENITE DIN INDUSTRIE. STUDII DE CAZ

7.1. Principiile teoretice şi reacţii de baza ale procesului de epurare

Principiile teoretice şi reacţiile chimice care stau la baza procesului de

epurare sunt prezentate pe scurt în cele ce urmează. Asocierea celor trei faze de epurare, mecanică, chimică şi biologică a fost concepută în vederea obţinerii unui randament sporit de îndepărtare a impurităţilor existente în apele reziduale brute, pentru redarea lor în circuitul apelor de suprafaţa la parametrii avizaţi de normele în vigoare.

Astfel treapta de epurare mecanică a fost introdusă în procesul tehnologic în scopul reţinerii substanţelor grosiere care ar putea înfunda canalele conductelor şi bazinele existente sau care prin acţiunea abraziva ar avea efecte negative asupra uvrajelor.

Treapta de epurare chimică are un rol bine determinat în procesul tehnologic, prin care se îndepărtează o parte din conţinutul impurificator al apelor reziduale. Epurarea chimică prin coagulare - floculare conduce la o reducere a conţinutului de substanţe organice exprimate în CBO5 de cca. 20 -30 % permiţând evitarea încărcării excesive a nămolului activ cu substanţă organică. Procesul de coagulare - floculare constă în tratarea apelor reziduale cu reactivi chimici, în cazul de faţă, sulfat feros clorurat şi apă de var, care au proprietatea de a forma ioni comuni cu substanţa organica existentă în apă şi de a se aglomera în flocoane mari capabile să decanteze sub formă de precipitat. Agentul principal în procesul de coagulare - floculare este ionul de Fe3+ care se obţine prin oxidarea sulfatului feros cu hipoclorit de sodiu. Laptele de var care se adaugă odată cu sulfatul feros are rolul de accelera procesul de formare al flocoanelor şi de decantare al precipitatului format.

Reacţia de oxidare a FeSO4 şi de precipitare a Fe(OH)3 este următoarea: 2FeSO4+3Ca(OH)2+Cl2=2Fe(OH)3+2CaSO4+CaCl2 (7.1) Îndepărtarea prin decantare a flocoanelor formate este necesară întrucât

acestea ar putea împiedica desfăşurarea proceselor de oxidare biochimică prin blocarea suprafeţelor de schimb metabolic a biocenozei.

Datorită variaţiilor mari de pH cu care intră în staţia de epurare apele reziduale, se impune corectarea pH-ului în aşa fel încât, după epurarea mecano-chimică, apele să aibă un pH cuprins între 6,5-8,5, domeniu în care degradarea biochimică sub acţiunea microorganismelor din nămolul activ este optimă. Corecţia pH-ului se face cu ajutorul H2SO4 98% sau a NaOH 40% în bazinul de reglare a

101

pH-ului, destinat acestui scop. Totodată prin corecţia pH-ului se reduce şi agresivitatea apelor reziduale asupra conductelor, construcţiilor şi uvrajelor.

După epurarea mecano-chimică şi corecţia pH-ului apele pot fi introduse în treapta de epurare biologică unde are loc definitivarea procesului de epurare. Necesitatea introducerii treptei de epurare biologică este motivată datorită conţinutului mare de substanţa organică din apele reziduale evacuate de pe platforma chimică care nu pot fi îndepărtate prin epurare chimică decât parţial.

Epurarea biologică constă în degradarea compuşilor chimici organici sub acţiunea microorganismelor în prezenţa oxigenului dizolvat şi transformarea acestor produşi în substanţe nenocive.

În concepţia şi practica actuala, epurarea biologică a apelor uzate nu este o operaţie unică ci o combinaţie de operaţii intermediare care depind de caracteristicile apei şi de cerinţele evacuării în emisar.

Schematic procesele chimice de degradare a substanţelor organice se pot reprezenta astfel:

Material celular Celulă

bacteriană

CO2+substanţe organice simple

O2 Substanţă organică simplă

Oxidarea substanţei organice se face în trepte succesive, fiecare treapta fiind catalizată de enzime specifice şi constă în transferul molecular de hidrogen de la substanţă către un acceptor, până la ultimul acceptor de hidrogen. În cazul nostru, în condiţii aerobe, acceptorul este oxigenul.

Exprimate în formule chimice fenomenele care au loc în timpul formării şi distrugerii nămolului sunt următoarele:

CnHmOpNr nCO2 + m/2 H2O + r/2 N2 (7.2) În aceste reacţii se eliberează în principal CO2 şi H2O şi ca produs

secundar de reacţie, se formează un strat celular nou capabil sa degradeze alte molecule organice .

Schematic, procesul de epurare biologică are loc astfel: substanţele asimilabile, exprimate în CBO5 concentrate la suprafaţa biomasei sunt absorbite, substanţele absorbite fiind apoi descompuse de către enzimele celulare vii în unităţi mici care pătrund în celulă, se metabolizează şi se formează noi celule. Substanţele metabolizate rezultate (CO2 ,azotaţi , etc.) sunt eliberate în mediu, ne mai fiind nocive.

În procesul de epurare biologică în afară de aportul de substanţe organice asimilabile, trebuie ţinut seama de existenţa elementelor indispensabile vieţii şi în primul rând de azot şi fosfor. După datele din literatură, conţinutul de substanţe nutritive raportat la CBO este minim de CBO:N:P=150:5:1 şi maxim de CBO:N:P= 90 :5:1. Prin epurarea biologică a apelor uzate se obţine o îndepărtarea a impurificatorilor în jur de 90-95 %, în condiţiile în care aceste ape conţin substanţe biodegradabile.

102

7.2.Descrierea procesului tehnologic de epurare

Operaţiile principale ale procesului tehnologic de epurare al staţiei de

epurare de pe platforma chimică Râmnicu-Vâlcea sunt prezentate schematic în fig.7.1.

Procedeele de epurare a apelor uzate, întâlnite în acest proces tehnologic, denumite după procesele care se bazează, sunt următoarele:

- epurarea mecanică - în care procedeele de epurare sunt de natură fizică;

- epurarea chimică - în care procedeele de epurare sunt de natură fizico-chimică;

- epurarea biologică - în care procedeele de epurare sunt atât de natură fizică cât şi biochimică.

7.2.1.Epurarea mecanică În treapta de epurare mecanică se reţin suspensiile grosiere. Pentru

reţinerea lor se utilizează grătare, site, separatoare de grăsimi şi decantoare. Grătarele reţin corpurile grosiere plutitoare aflate în suspensie în apele

uzate (cârpe, hârtii, cutii, fibre, etc.). Materialele reţinute pe grătare sunt evacuate ca atare, pentru a fi depozitate în gropi sau incinerate. În unele cazuri pot fi mărunţite prin tăiere la dimensiunea de 0,5-1,5 mm în dezintegratoare mecanice. Dezintegratoarele se instalează direct în canalul de acces al apelor uzate brute, în aşa fel încât suspesiile dezintegrate pot trece prin grătare şi pot fi evacuate în acelaşi timp cu corpurile reţinute.

Deznisipatoarele sunt indispensabile unei staţii de epurare, în condiţiile în care există un sistem de canalizare unitar, deoarece nisipul este adus în special de apele de ploaie. Nisipul nu trebuie să ajungă în treptele avansate ale staţiei de epurare, pentru a nu apărea inconveniente cum ar fi:

- deteriorarea instalaţiilor de pompare; - dificultăţi în funcţionarea decantoarelor; - reducerea capacităţii utile a rezervoarelor de fermentare a nămolurilor şi

stânjenirea circulaţiei nămolurilor. Deznisipatoarele trebuie să reţină prin sedimentare particulele mai mari în diametru de 0,2 mm şi în acelaşi timp, trebuie să se evite depunerea materialelor organice, pentru a nu se produse fermentarea lor .

Separatoarele de grăsimi sau bazinele de flotare au ca scop îndepărtarea din apele uzate a uleiurilor, grăsimilor şi, în general, a tuturor substanţelor mai uşoare decât apa, care se ridică la suprafaţa acesteia în zonele liniştite şi cu viteze orizontale mici ale apei. Separatoarele de grăsimi sunt amplasate după deznisipatoare, dacă reţeaua de canalizare a fost construită în sistem unitar, şi după grătare, când reţeaua a fost construită în sistem divizor şi din schemă lipseşte deznisipatorul.

103

Decantoarele sunt construcţii în care se sedimentează cea mai mare parte a materiilor în suspensie din apele uzate.

Na3PO4

NH3

Regenerare nămol activ

Stabilizare pe batal U.S.G.

Îngroşare

La incinerare

La haldă

Evacuare la râu

Decantare secundară Tr. II

Epurare biologică cu nămol activ

Decantare secundară Tr. I

Omogenizare (preepurare)

Control reglare pH diluare

Decantare primară

Floculare

Desnisipare

Separare corpuri grosiere

Ape meteorice Ape menajere

Nămol excedentarNămol chimic activ

Produse uleioasea p ă e p u r a t ă r e c i r c u l a t ă

Apă de nămol

Nămol activ

recirculat

Nămol excedentar

H2SO4

NaOH

Nămol activ regenerat aerare NH3

Na3PO4

Ape uzate industiale

Fig. 7.1. Schema tehnologică a unei staţii de epurare

104

7.2.2.Epurarea chimică Epurarea chimică se bazează pe procedeele fizico-chimice care se produc în:

- bazinul de amestec; - decantorul primar. Ca reactivi pentru epurarea chimică se folosesc sulfatul feros clorurat şi

laptele de var. Dozarea se realizează cu pompele de dozare în bazinul de amestec în care se barbotează aer. Amestecul apă - nămol chimic este condus gravitaţional la decantorul primar echipat cu o cameră centrală de reacţie şi pod raclor acţionat electric. Nămolul primar colectat de pe radierul decantorului este evacuat gravitaţional în staţia de pompare a nămolului chimic , de unde cu pompe este fie recirculat la bazinul de amestec, fie evacuat ca nămol excedentar la îngroşătoarele de nămol.

7.2.3.Reglare pH - diluţie Deoarece pH-ul optim impus de procesul de epurare biologică este

cuprins între valorile 6.5-8.5, pentru un ultim control al pH-ului apei s-a prevăzut un bazin de reglare a pH-ului. Aici în apa epurată mecano-chimic se dozează automat în funcţie de pH acid sulfuric sau hidroxid de sodiu, din rezervoarele respective, cu pompe dozatoare. Pentru asigurarea unui amestec rapid apă - reactiv, s-a prevăzut barbotarea cu aer prin grătarele de aerisire montate în acest scop în bazin, aer furnizat de o suflantă.

Ca urmare a valorilor ridicate a concentraţiei de CCO şi CBO5 din apele reziduale brute, s-a prevăzut diluarea acestor ape până la limita cerută de procesul biologic. Apa de diluţie folosită este apa rezultată din procesul final de epurare, ea fiind pompată la staţia de pompare a apei recirculate.

7.2.4.Omogenizare - pompare intermediară Apele reziduale după ce au parcurs fazele descrise mai sus, sunt conduse

gravitaţional la două omogenizatoare. Există posibilitatea legării etapei a II-a de etapa I-a în acest stadiu de epurare, prin pomparea cu ajutorul a trei pompe C 200, a apelor preepurate mecano-chimic în omogenizatorul etapei I-a, de unde fie că urmează procesul tehnologic al etapei I-a, fie printr-un sistem gravitaţional de legătură, pot ajunge în staţia de pompe intermediare.

Omogenizatoarele sunt prevăzute să funcţioneze ca treaptă de preepurare biologică. În acest sens în bazinul de reglare a pH-ului se dozează substanţele nutritive necesare întreţinerii biomasei (Na3PO4, NH3, uree) cu pompe dozatoare, cât şi recircularea nămolului decantat în decantorul secundar treapta I-a. Omogenizatoarele sunt echipate cu turbine de aerare montate pe flotor, montaj ce permite urmărirea variaţiei de nivel din bazin. Debitul de apă - nămol evacuat din omogenizatoare poate fi reglat prin intermediul unor vane amplasate în căminele de

105

evacuare şi este dirijat în staţia de pompe intermediare de unde ajunge la decantorul secundar treapta I-a.

7.2.5.Decantare secundară - treapta I -a Apele preepurate biologic în omogenizatoare sunt pompate în decantorul

secundar treapta I-a, echipat cu pod raclor, cu sistem hidraulic de evacuare rapidă a nămolului decantat, ce se colectează gravitaţional în staţia de pompare nămol biologic primar. Circuitul nămolului, prin joc de vane, poate fi dirijat fie în bazinul de amestec cu nămol biologic primar recirculat, fie în îngroşătoarele de nămol ca nămol biologic primar excedentar. Apa decantată este condusă gravitaţional în cele trei cuve de aerare ce constituie treapta a II-a de epurare biologică. În căminul de evacuare al decantorului se dozează în acest scop substanţe nutritive sub formă de Na3PO4 şi NH4OH ce se repartizează odată cu apele pe cele trei cuve de aerare.

7.2.6.Epurare biologică treapta a-II-a Treapta a II-a de epurare biologică este constituită din cuve de aerare,

cuve de regenerare nămol şi decantoare secundare treapta a-II-a .

Cuve de aerare -cuve regenerare nămol Apele preepurate mecano-chimic-biologic sunt supuse în treapta a II-a de

epurare biologică unei oxidări biochimice prelungite, oxidare posibilă prin aerare în prezenţă de nămol activ şi substanţe nutritive conţinând fosfor şi azot .Pentru aceasta , s-au prevăzut trei cuve de aerare cu funcţionare în paralel. Mişcarea apei în cuvă se face prin intermediul unor pereţi şicană , astfel încât fiecare cuvă este compartimentată în 5 sectoare, din care ultimul serveşte definitivării procesului de oxidare biochimică. Apa după ce parcurge cuvele de aerare deversează în căminele de evacuare, de unde apoi gravitaţional ajunge în decantoarele secundare treapta a II-a. Aerarea se realizează cu ajutorul turbinelor de aerare echipate cu cilindri verticali de difuziune şi posibilitatea variaţiei imersiei turbinei funcţie de cantitatea de oxigen dizolvată în apă.

Nămolul activ decantat în treapta a II-a de decantare este recirculat în cuvele de regenerare nămol, echipate cu turbine de aerare, după care împreună cu apa se evacuează printr-un canal longitudinal în primul compartiment al cuvelor de aerare.

Decantarea secundară

Amestecul apă-nămol activ este condus gravitaţional la treapta de

decantare secundară prevăzută cu trei decantoare de 19,5 m, cu funcţionare în paralel astfel încât, fiecărei cuve de aerare îi revine o unitate de decantare. Fiecare

106

decantor este prevăzut cu pod raclor, cu evacuarea nămolului decantat pe la baza radierului prin intermediul a trei pompe C 200, cu posibilitatea recirculării nămolului în cuvele de regenerare nămol sau îndepărtarea acestuia în exces spre îngroşătoarele de nămol. Apele epurate, limpezite sunt colectate şi apoi evacuate la râu după ce parcurg o instalaţie de măsurare - înregistrare debit. Pe colectorul de evacuare există posibilitatea dirijării apelor epurate în staţia de pompe apă recirculată în scopuri de diluţie, precum şi în staţia de pompe ape industriale necesare în procesul de epurare (răciri pompe, desfundări trasee, preparare reactivi).

7.2.7.Preparare- dozare reactivi

În procesul de epurare al apelor reziduale sunt necesari următorii

reactivi: sulfat feros; fosfat de sodiu, amoniac sau ape amoniacale şi lapte de var. Sulfat feros: acesta se dizolvă în două bazine căptuşite antiacid, bazine echipate cu dispozitive de amestecare. Dozarea reactivului-concentraţia 20% - se face cu ajutorul pompelor cu piston, în bazinul de amestec. Fosfat de sodiu: se dizolvă în apă, în concentraţie de 10%, în bazinele echipate cu dispozitive de amestecare. Dozarea se face cu ajutorul pompelor dozatoare care introduc reactivul în treapta a II-a de epurare biologică. Amoniac: se utilizează sub formă de apă amoniacală 25%. Se stochează într-un rezervor cu o capacitate de 10 m3 de unde se dozează cu pompele din treapta I-a şi treapta a II-a de epurare biologică. Laptele de var: se utilizează în concentraţie de 10% CaO, fiind adus şi stocat în bazine căptuşite antiacid, echipate cu agitatoare, dozarea făcându-se cu pompe la bazinul de amestec.

7.2.8.Prelucrare nămol Nămolul rezultat din treptele de epurare chimică şi biologică este supus

unui tratament ce constă din îngroşare şi stabilizare.

Îngroşare nămol Nămolul chimic, chimic-biologic şi biologic în exces este supus

îngroşării în concentratoare cu scopul ridicării concentraţiei acestuia în substanţă uscată de la 1% la 3%. Limpedele deversat din îngroşătoare este repompat la bazinul de reglare pH prin intermediul staţiei de pompe apă recirculată.

Stabilizarea nămolului

Nămolul îngroşat este preluat de două pompe PCH 80-32 şi pompat la USG unde este amestecat cu şlamul şi repompat pe batalele de şlam ale USG, unde are loc procesul de difuzare în straturile poroase şi stabilizarea substanţelor organice.

107

7.2.9.Sistemul de canalizare

Sistemul de canalizarea a staţiei de epurare este de tip unitar, fiind proiectat pentru un debit maxim de 1.949 m3/h, debit mediu 14.500 m3 / zi (fără ape meteorice) şi 16.700 m3/zi (cu ape meteorice).

Tabelul 7.1 Debite de apă (m3/zi) Debit de nămol (m3/zi) Tehnologică Meteorică Tratată 9886,4 2203,6 12090 960 Luna Martie 1999 Intrare Ieşire η pH CCOCr CBO5 Susp Cl+ pH CCOCr CBO5 Susp Cl+ CCOCr CBO5 Sus 9,2 1328,8 768,7 688,7 472 7,6 185,5 54,1 52,3 271,4 86,0 90,1 89,6 Luna Noiembrie 1998 Intrare Ieşire η pH CCOCr CBO5 Susp Cl+ pH CCOCr CBO5 Susp Cl+ CCOCr CBO5 Sus 9,1 839,6 398,3 336,1 305 7,3 77,4 28,7 33,5 231 90,5 88,4 90,6

În tabelul 7.1 sunt prezentate debitele de ape tehnologice şi meteorice

care sunt impurificate în special cu substanţe organice provenite de la combinatul chimic OLTCHIM Râmnicu Vâlcea şi care intră în staţia de epurare Pentru fiecare etapă a procesului tehnologic de epurare sunt prezentaţi parametrii de lucru pentru controlul regimului tehnologic de epurare, compoziţia apelor uzate în funcţie de gradul de epurare precum şi indicii de control ai procesului.

7.3. Metode de control şi analiză a apelor tratate în procesul tehnologic de epurare

Deoarece apele uzate de pe platforma chimică Râmnicu Vâlcea provin în

cea mai mare măsură de la combinatul chimic OLTCHIM, ele vor avea un conţinut ridicat de substanţe organice, materiale în suspensie şi metale grele. Apele uzate provenite de la combinatul de produse cloro-sodice Govora vor avea un conţinut ridicat de compuşi anorganici halogenaţi şi materiale în suspensie datorită profilului acestui combinat. Datorită compoziţie apelor uzate, cu o încărcare mare de substanţe organice, o importanţă mare în procesul de epurare o are treapta de epurare biologică. În tabelul 7.2 sunt prezentate sintetic metodele de analiză standardizate care se efectuează în cadrul laboratorului de analize chimice ale staţiei de epurare.

108

Tabel 7.2

Analize ce se execută în cadrul laboratorului de epurare biologică Nr crt

Denumire produs analizat

Locul de colectare a probelor

Metode de determinare 1. Ape reziduale brute Din conducta de

aducţiune - Turbiditate STAS 6323/61 - pH - Reziduu fix STAS 3638/53 - Suspensii STAS 6953/64 - CBO5 STAS 6560/82 - CBO5 -Manometric - CCO STAS 6954/64 - TOC-total carbon analyzer - Azot STAS 7312/65 - Subst.extractibile cu eter de petrol

STAS 7587/66 - Fosfaţi STAS 3266/61 - Metale grele:

• Hg STAS 8045/67 • Cr STAS 7884/67 • Fe STAS 8634/70 • Cu STAS 3224/52

- Sulfuri STAS 7510/66 - Detergenţi STAS 7576/66 - Arsen STAS 7885/67 - Benzen STAS 8502/70 - Azot amoniacal STAS 8683/70

2 Ape epurate Din canalul de evacuare

- Turbiditate - pH - Suspensii - CBO5 STAS 6560/82 - CBO5 -Manometric - CCO STAS 6954/64 - TOC-total carbon analyzer - Substanţe extractibile cu eter de petrol - Sulfuri - Cobalt - Lindan - Oxigen dizolvat

3 Efluent primar La ieşirea din decantorul primar

- Turbiditate - pH - Suspensii - CBO5 -Manometric - CCO STAS 6954/64

4 Efluent secundar La ieşirea din decantor, după omogenizare (cuve de aerare)

- Fosfaţi - Turbiditate - pH - Suspensii - CBO5 - CCO - TOC - Azot - Oxigen dizolvat

5 Nămol primar (chimic)

Nămol din treapta de decantare primară

- pH - Suspensii

6 Nămol activ Nămol activ din cuva de regenerare

- Suspensii - Reziduu fix - Analiza microscopică

109

(bacteriologică) - Activitate microorganisme - Viteza de sedimentare - Oxigen dizolvat

7 Efluent din cuve de aerare şi omogenizare (epurare biologică )

Omogenizator, cuve de aerare

- Oxigen dizolvat STAS 6536/62 - Azot - Fosfaţi - Analiză microscopică (bacteriologică)

8 Nămol în exces Nămol îngroşat

Din decantorul primar şi secundar (tr.I,II) Îngroşător nămol

- pH - Suspensii - Reziduu fix (substanţe volatile)

9 Substanţe nutritive NH4OH Na3PO4

- STAS 448/67 - STAS 3389/67

10 Reactivi floculare FeSO4 NaOCl CaO

- STAS 2189/68 - STAS 918/66 - STAS 3910/68

11 Reactivi reglare pH H2SO4 NaOH

- STAS 97/64 - STAS 3068/69

12 Apă epurată recirculată

Din staţia de pompare apă recirculată

Aceleaşi analize de la punctul 2

13 Nămol îngroşat, pompat spre batalul de şlam

Din staţia de pomapare nămol îngroşat spre batalul de şlam.

- pH - Suspensii - Reziduu fix ( substanţe volatile )

7.4. Determinarea randamentului de epurare în lunile noiembrie 1998 şi martie 1999

În cursul lunii noiembrie 1998 instalaţia de epurare biologică a fost

alimentată cu ape chimice şi fecaloid-menajere cu un debit de 20571.4 m3/24 h, ceea ce reprezintă o medie de 250.8 m3/h , totalizând pe 28 de zile 576000 m3 apă epurată .

Valorile principalilor indicatori pe influent şi efluent au fost cuprinse între limitele prezentate în tabelul 7.3: Tabelul 7.3

Intrare Ieşire PH CCOCr CBO5 Susp. pH CCOCr CBO5 Susp. mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 8.5-10.6 880-2442 400-1300 450-700 7.0-7.9 58-280 52-72 40-65

În luna noiembrie treapta de epurare mecano-chimică a funcţionat

normal, dozarea reactivilor de floculare FeSO4 şi Ca(OH)2 făcându-se corespunzător. Epurarea chimică a condus la o reducere a impurităţilor organice exprimate în CBO5 de cca. 20- 30 %.

În treapta de epurare biologică au fost utilizate procese biologice de adaptare, dezvoltare şi reţinere a populaţiilor de microorganisme care s-au dezvoltat pe substratul nutritiv oferit de substanţele organice prezente în apele uzate.

110

Populaţia microorganismelor din nămolul activ a prezentat o compoziţie mixtă. Ponderea au deţinut-o bacteriile aerobe, ele jucând rolul principal în procesele de asimilare a substanţelor organice din apa uzată. Alături de bacterii s-au dezvoltat o serie de alte microorganisme vegetale sau animale care au participat direct sau indirect la reducerea poluanţilor.

Valorile principalilor parametri la intrarea şi ieşirea din staţia de epurare sunt prezentate în tabelul 7.4:

Tabelul 7.4 Intrare Ieşire

pH CCOCr CBO5 Susp. pH CCOCr CBO5 Susp. Mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Mg/l

8.3-11.0 900-2600 400-1015 800-510 7.3-7.7 80-240 40-82 50-80

În cursul lunii martie 1999 instalaţia de epurare biologică a fost

alimentată cu ape chimice şi fecaloid-menajere cu un debit de 26441.9 m3/24 h, ceea ce reprezintă o medie de 1101.7 m3/h , totalizând pe 28 de zile 824110 m3 apă epurată .

În cursul lunii martie treapta de epurare mecano-chimică a funcţionat normal , dozarea reactivilor de floculare făcându-se corespunzător în funcţie de încărcarea organică şi debitele de apă reziduale brute.

Treapta de epurare biologică a funcţionat cu două cuve de aerare , două cuve de generare nămol şi trei decantoare secundare treapta a II-a .

Randamentele de epurare la principalii indicatori de calitate au fost următoarele:

CCOCr CBO5 Suspensii 88.0 % 90.3 % 90.2 %

7.5. Descrierea generală a sistemului de alimentare cu apă din sursa Brădişor

7.5.1. Caracteristicile apei din lacul Brădişor

Deoarece alimentarea cu apă a municipiului Râmnicu Vâlcea şi Ocnele

Mari se făcea din sursa Cheia, care furnizează un debit de 470 l/sec, insuficient pentru acoperirea consumului localităţii, pentru îmbunătăţirea asigurării cu apă a municipiului Râmnicu Vâlcea şi alimentarea localităţilor Călimăneşti, Căciulata, Brezoi, Dăeşti s-a apelat la sursa Brădişor care poate asigura un debit minim de 1800 l/sec şi un debit maxim de 2400 l/sec pe o conductă de 1200 mm. Lungimea totală a conductei barajul Brădişor-Râmnicu Vâlcea este de 44,2 Km, din care: baraj Bradişor- staţia de tratare Valea lui Stan 8,6 Km, Valea lui Stan-Râmnicu Vâlcea 35,6 Km.

Apa din lacul de acumulare Brădişor provine din lacurile Vidra şi Malaia situate în amonte, precum şi din colectarea apelor pârâului Păscoaia, volumul lacului de acumulare fiind de circa 35 mil. m3. Probele de apă au fost prelevate la adâncime, folosind drept punct de recoltare priza Uzinei Hidroenergetice Brădişor,

111

de unde a fost racordată conducta de aducţiune a apei de alimentare. Caracteristicile apei din lacul Brădişor şi indicatorii de calitate ai acesteia, prezentaţi în tabelul 7.4, au condus la necesitatea tratării apei.

În cazul în care apa de alimentare are o duritate foarte mică (0 - 4 grade de duritate), deci poate fi corozivă faţă de betoane şi metale, şi are un gust fad, este necesară creşterea durităţii prin mijloace chimice (cu apă de var), urmată de o corecţie a pH-ului, la valoarea 8, cu acid clorhidric. Este necesară deasemenea, împiedicarea înmulţirii algelor şi bacteriilor prin adăugarea în apă a unei cantităţi de clor (în funcţie de concentraţia de amoniac şi substanţe organice din apă).

În tabelul 7.5 sunt prezentate valorile principalilor indicatori de calitate ai apei pentru apa brută (priză baraj Brădişor), apa tratată (distribuitor Valea lui Stan) şi la intrare în uzina de apă Cetăţuia din Râmnicu-Vâlcea.

Tabelul 7.5.

Indicator Unitate Valorile indicatorilor de calitate a apei determinate la: de

măsură Captare priza baraj

Brădişor Distribuitor Valea

lui Stan Intrare Uzina de Apă

Cetatuia temperatura apei °C 10 10,5 11

PH - 7,3 7,2 7,2 oxizi dez. Mg/l 10,07 10,02 10,07

sat. O2 % 88,8 89,4 90,8 CCO-Mn mg/l 6,9 5,6 6,9

CBO5 mg/l 1,72 1,4 1,72 suspensii mg/l - - -

reziduu fix mg/l 80 66 68 Cloruri mg/l 12,42 10,65 8,87 SO4

2- mg/l 12,4 14 14,5 Ca2+ mg/l 14,02 11,03 12,02 Mg2+ mg/l 3,6 2,02 3,36 OH- mg/HCl

u/10 0,7 0,6 0,7

NH+ mg/l 0,1 0,1 0,1 NO2

- mg/l 0,005 0,015 0,001 NO3

- mg/l 1,5 1 1 Fe3

+ mg/l 0,05 0,08 0,4 PO4

3- mg/l - - - F- mg/l - - -

detergenti mg/l - - - fenoli mg/l - - -

duritate totala °Ge 2,8 2,24 2,52 duritate temp. °Ge 1,96 1,68 1,96 Cl2 liber/total mg/l - - -

Al3+ mg/l 0,02 0,025 0 H2S mg/l 0,02 0,011 0,07

turbiditate ° 3 5 5 culoare ° 4 10 10

nr. coliformi totali/100cm3 49 13 49 nr. coliformi fecali/100cm3 5 13 49

nr. streptococi fecali/100cm3 0 0 2 nr. germeni la 37 °C/cm3 55 250 105

112

7.5.2. Stabilirea tehnologiei de tratare Rezultatele experimentale din laborator au condus la adoptarea

următoarei scheme tehnologice pentru tratarea apei din lacul Brădişor: Captarea apei se face din lacul Brădişor, prin intermediul a două prize: o

priza pricipală şi una secundară fiecare dintre ele asigurând un debit de 1,2 m3/s. Camera de amestec şi distribuţie - apa brută provenită din sursa Brădişor

este condusă în camera de amestec şi distribuţie, de unde este repartizată spre cele două decantoare radiale. Camera de amestec şi distribuţie este prevăzută, pentru protecţie, cu un preaplin. În camera de amestec şi distribuţie debuşează şi conductele de reactivi de la staţia de reactivi. Pentru a se face un bun amestec între apa brută şi reactivi (sulfat de aluminiu, clor, acid clorhidric şi var) s-au prevăzut două amestecătoare cu elice, pe suporturi metalice. Lamelele deversante asigură egalizarea debitelor spre decantoare, cu posibilităţi de izolare prin vane de perete.

Decantoarele radiale - Sedimentarea se face în două decantoare radiale descoperite ce sunt alimentate cu apă brută de la camera de amestec şi distribuţie prin câte o conductă de oţel. Corpul central al decantorului este dotat cu o conductă pentru refulare nămolului, o conductă de barbotare şi o conductă pentru protecţia cablurilor electrice ce alimentează instalaţia electrică a podului raclor. Colectarea nămolului de pe radierul decantorului în conul central al acestuia se face cu ajutorul podului raclor rotitor cu acţionare periferică.

Filtrarea rapidă - Staţia de filtrare se compune din două module de filtre rapide, fiecare dintre ele având câte patru cuve pe un singur rând şi fiind prevăzut cu un rezervor de înmagazinare a apei filtrate. Accesul apei decantate în filtru se face direct prin clapete de admisie, cu închidere automată la ridicarea nivelului apei din cuvele filtrelor, în perioada de spălare. Filtrele se spală la 1-2 luni, în funcţie de depuneri.

Conducta de apă filtrată - conduce apa în rezervorul de apă filtrată şi este prevazută cu o vană de separaţie şi o clapetă a regulatorului de nivel, comandată de un sistem cu flotor, având rolul de a păstra un nivel amonte constant al apei în filtru. Din baza rezervorului fiecărui modul de filtre pleacă câte o conductă ce asigură transportul apei filtrate spre conducta de aducţiune Brădişor-Râmnicu Vâlcea.

Staţia de pompare - conţine utilaje de pompare atât pentru spălarea filtrelor cât şi pentru consumul de apă necesar în staţia de tratare. Apa pentru spălarea filtrelor este aspirată din conducta de transport a apei spre Râmnicu Vâlcea şi este refulată prin conducte direct în galeria filtrelor. Pompele au rolul de a aspira apă din conducta de aspiraţie şi asigură umplerea recipientului de hidrofor ce asigură apa necesară consumului în staţia de pompare, pavilionul de exploatare, staţia de reactivi şi restul staţiei de tratare. Recipientul de aer comprimat, împreună cu cele două electrocompresoare asigură aerul necesar manevrării vanelor electropneumatice comandate de pupitrele de comandă din staţia de filtre.

Staţia de reactivi - apa prelevată din acumularea Brădişor este agresivă faţă de betoane şi metale, din acest motiv s-a impus corectarea durităţii apei în

113

sensul creşterii ei cu circa 4 grade de duritate prin adăugarea de apă de var în doză de 40-50 mgCaO activ/dm3 de apă tratată, armată de o corectare a pH-ului la valoarea 8, cu acid clorhidric în doză de 36-40 mg HCl pur/dm3 de apă tratată. Pentru sedimentare se recomandă folosirea drept coagulant a sulfatul de aluminiu în doză de 20mg/dm3 Al2(SO4)⋅18H2O şi o preclorare şi o postclorare a apei tratate. Schema staţiei de reactivi cuprinde gospodăria de sulfat de aluminiu, gospodăria de acid clorhidric şi gospodăria de var.

Preclorarea şi postclorarea - Staţia de clorare este prevazută cu un depozit de clor, dimensionat pentru 30 zile. Preclorarea apei tratate se face în bazinul de amestec şi distribuţie, şi clorul adăugat înaintea decantării împiedică înmulţirea algelor şi bacteriilor. Pentru neutralizarea clorului sunt prevăzute două rezervoare de dizolvare a sodei caustice şi respectiv tiosulfatului de sodiu, care descărcate într-un rezervor de stocare reprezintă soluţia de neutralizare a scăpărilor de clor din butoaiele de stocare prin stropirea acestora cu ajutorul unei instalaţii de stropire. Postclorarea are loc în rezervoarele de sub filtrele rapide printr-un sistem de distribuţie tip pieptăne.

7.5.3. Conducta de distributie şi transport Conducta de distribuţie şi transport este metalică, cu diametrul Dn=1200

mm şi are o lungime, între Valea lui Stan şi Râmnicu Vâlcea, de 35,6 km. Conducta este prevazută cu vane de linie pentru reglarea debitului (Q=1200 l/sec) şi presiunii (6-7,5 atm). S-au montat aerisiri pentru reglarea presiunii şi goliri la locuri stabilite prin proiectare. Cota în Râmnicu Vâlcea este de 250,75 m. La intrarea în Râmnicu Vâlcea conducta intră într-un distribuitor cu diametrul Dn=1500 mm, care distribuie, prin reţele, apa în rezervoarele Cetăţuia, Petrişor şi Căpăcelu. De această conductă sunt racordate localităţile Brezoi, Călimăneşti, Căciulata, Dăeşti, Bujoreni, Râmnicu Valcea, Ocnele Mari.

7.5.4. Rezervoarele de distribuţie apa potabila la consumatori Cota de intrare a conductei de apă potabilă în Râmnicu Vâlcea este de

250,75 m, iar la rezervoare de aproximativ 305 m. Din rezervoarele Petrişor, Cetăţuia şi Căpăcelu apa este distribuită în reţeaua oraşelor Râmnicu Vâlcea, Ocnele Mari şi apoi la consumatori. Debitul maxim necesar localităţilor Râmnicu Vâlcea şi Ocnele Mari este de 1100 l/sec.

114

LISTA BIBLIOGRAFICĂ

1 xxx “World Ressources 1990 – 1991. A guide to the global environment“

2. xxx “The Handbook of Environmental Chemistry“, vol.1, part.F. Springer-Verlag, Berlin,1992

3. Antoniu R., Negulescu C., ş.a.

“Protecţia mediului înconjurător “ Ed.Tehnică, Bucureşti, 1995

4. Bucur Aurelia “Elemente de chimia apei” Ed. H*G*A, Bucureşti, 1999

5. Constantinescu Gh., Negoiu M.,ş.a.

“ Chimie anorganică “ Ed.Tehnică, Bucureşti, 1986

6. Giddings J.C. “Chemistry, Man and Environmental Change“, Canfield Press,1973

7. Grecu I., Goina T.

“ Chimia anorganică “ Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti,1982

8. Hubert P. “Eaupuscule.Une introduction a la gestion de l’eau“ Ed. H*G*A, Bucureşti, 1998

9. Navarro A., Blanchard J.M.

“ L’eau et l’environnement“ INSA – Lyon,1983

10. Negoiu D. “ Tratat de chimie anorganică “, 3 vol. Ed. Tehnică, Bucureşti, 1972

11. Negoiu D., Negoiu M.

“ Structura combinaţiilor anorganice“ Ed.Tehnică, Bucureşti, 1987

12. Negulescu M., Antoniu R., ş.a.

“ Protecţia calităţii apelor “ Ed. Tehnică, Bucureşti, 1982

13. Negulescu L. Fodor C.

“ Tratarea apei în centralele termoelectrice “ Lito UPB, 1987

14. Negulescu M. Ianculescu S.,ş.a.

“ Protecţia mediului înconjurător“ Ed. Tehnică, Bucureşti,1995

15. Neniţescu C.D. “ Chimia generală“ Ed.Didactică şi Pedagogică, Bucueşti,1972

16. Nistreanu V., Guran C.,ş.a.

“ Chimia anorganică şi analitică.” Note de curs. 2 vol. Lito UPB, 1985

17. Nistreanu V., Dumitran G., ş.a.

“Elemente de ecologie” Ed. BREN, Bucureşti, 1999

18. Nistreanu Valeriu, Nistreanu Viorica

“Amenajarea resurselor de apă şi impactul asupra mediului” Ed. BREN, Bucureşti, 1999

19. Popescu M., Popescu M.

“ Ecologie generală “ Lito UTCB, Bucureşti, 1992

115

20. Rojanschi V., ş.a. “Cartea operatorului din staţii de tratare a apelor “ Ed. Tehnică, Bucureşti, 1996

21. Rojanschi V. Ozman Th.

“Cartea operatorului din staţii de epurare a apelor uzate“ Ed. Tehnică, Bucureşti, 1977

22. Rojanschi V., Bran Fl.

“ Protecţia şi ingineria mediului “ Ed. Economică. 1997

23. Seinfeld J.H. “Atmospheric Chemistry and Physics of Air Pollution“ Wiley Interscrence, New York, 1986

24. Stoica L., Constantinescu I.,ş.a.

“ Chimia generală şi analize tehnice “ Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1991

25. Stumm W. “ Aquatic Chimistry. Emphasizing Chimical Equilibre in Natural Waters “ Wiley Interscrence, New York, 1970

26. Stumm W., Morgan J.,

“ Aquatic Chemistry “ Wiley Interscrence, New York, 1981

27. Stumm W. “ Aquatic Surface Chemistry; Chemical Processes at the Particle – Water Interface “ Wiley Interscrence, New York, 1987

28. Varduca A. “ Hidrochimie şi poluarea chimică a apelor “ Ed. H*G*A, Bucureşti,1997

116