Tratarea şi recuperarea apelor reziduale

APA NATURALĂ H2O (M = 18) este o combinaţie chimică cu proprietăţi fizico-chimice particulare. Apa naturală, cel mai des întâlnită în natură, nu este niciodată chimic pură, conţinând în general:

- gaze dizolvate (O2, N2, CO2, SO2) care provin în principal din atmosferă, cu care apa este în contact, sau din reacţii chimice, care au loc în apă.

- compuşi organici sau anorganici în suspensie, cum ar fi: resturi vegetale, microorganisme, pulberi minerale, nisip, etc.

- cantităţi variabile de combinaţii chimice, organice sau anorganice, constituite în principal din săruri dizolvate, aflate în soluţie apoasă sub formă de ioni:

• cationi: Ca2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+, Na+, K+, NH4+

• anioni: HCO3-; CO3

2-; SO42-; Cl-; NO3

- ; NO2- ; Br- ;

POLUAREA APEI1. Definiţie

Poluarea apei - alterarea caracteristicilor fizice, chimice şi biologice ale apei, produsă direct sau indirect de activităţile umane şi care face ca apele să devină improprii utilizării normale în scopurile în care această utilizare era posibilă înainte de a interveni alterarea. 2. Clasificare

Poluarea poate fi: - naturală, datorată surselor de poluare naturale; se produce în urma interacţiei apei cu atmosfera, când are loc o dizolvare a gazelor existente în aceasta, cu litosfera, când se produce dizolvarea rocilor solubile şi cu organismele vii din apă. - artificială, datorată surselor de ape uzate, apelor meteorice, nămolurilor, rezidurilor, navigaţiei etc.

Poluarea controlată (organizată) - poluarea datorată apelor uzate transportate prin reţeaua de canalizare şi evacuate în anumite puncte stabilite prin proiecte.

Poluarea necontrolată (neorganizată) - provine din surse de poluare care ajung în emisari pe cale naturală, de cele mai multe ori prin intermediul apelor de ploaie. Poluarea normală şi accidentală reprezintă categorii de impurificare folosite pentru a defini grupuri de surse de ape uzate.

Poluarea normală- provine din surse de poluare cunoscute, colectate şi transportate prin reţeaua de canalizare la staţia de epurare sau direct în receptor.

Poluarea accidentală- apare, de exemplu, ca urmare a dereglării unor procese industriale, când cantităţi mari (anormale) de substanţe nocive ajung în reţeaua de canalizare sau, ca urmare a defectării unor obiective din staţia de preepurare sau epurare.

Poluarea primară - apare, de exemplu, în urma depunerii substanţelor în suspensie din apele uzate, evacuate într-un receptor, pe patul acesteia.

Poluarea secundară - apare, de exemplu, imediat ce gazele rezultate în urma fermentării materiilor organice depuse din substanţele în suspensie antrenează restul de suspensii şi le aduce la suprafaţa apei, de unde sunt apoi transportate în aval de curentul de apă.3. Materii poluante. Efecte asupra mediului Prejudiciile aduse mediului de substanţele poluante pot fi grupate în două mari categorii: - prejudicii asupra sănătăţii publice şi prejudicii aduse unor folosinţe (industriale, piscicole, navigaţie, etc.).

1

După natura lor şi după prejudiciile aduse, materiile poluante pot fi clasificate, în următoarele categorii:

a. Substanţe organice b. Substanţe anorganicec. Materiale în suspensied. Substanţe toxicee. Substanţe radioactivef. Substanţe cu aciditate sau alcalinitate pronunţatăg. Coloranţih. Energia caloricăi. Microrganisme

a. Substanţe organice de origine naturală sau artificială Substanţele organice de origine naturală (vegetală şi animală) consumă oxigenul din apă atât

pentru dezvoltare, cât şi după moarte. Materiile organice consumă oxigenul din apă, în timpul descompunerii lor, într-o măsură mai mare sau mai mică, în funcţie de cantitatea de substanţă organică evacuată → distrugerea fondului piscicol şi a tuturor organismelor acvatice.

Oxigenul mai este necesar şi proceselor aerobe de autoepurare, respectiv bacteriilor aerobe care oxidează substanţele organice şi care, în final, conduc la autoepurarea apei.

Concentraţia de oxigen dizolvat normată = 4 - 6 mg/dm3. Sub această limită → oprirea proceselor aerobe.Substanţe organice de origine naturală sunt: ţiţeiul, taninul, lignina, hidraţii de carbon, biotoxinele marine ş.a. Substanţele organice – poluanţi artificiali provin din prelucrarea diferitelor substanţe în cadrul rafinăriilor (benzină, motorină, uleiuri, solvenţi organici ş.a), industriei chimice organice şi industriei petrochimice (hidrocarburi, hidrocarburi halogenate, detergenţi ş.a.). b. Substanţe anorganice în suspensie sau dizolvate sunt mai frecvent întâlnite în apele uzate industriale. Exemple: metalele grele ( Pb, Cu, Zn , Cr), clorurile, sulfaţii etc. Sărurile anorganice conduc la mărirea salinităţii apelor, iar unele dintre ele pot provoca creşterea durităţii. Clorurile în cantităţi mari fac apa improprie alimentărilor cu apă potabilă şi industrială, irigaţiilor etc. Prin bioacumulare metalele grele au efecte toxice asupra organismelor acvatice, inhibând în acelaşi timp şi procesele de autoepurare. Sărurile de azot şi fosfor produc dezvoltarea rapidă a algelor la suprafaţa apelor. Apele cu duritate mare produc depuneri pe conducte, mărindu-le rugozitatea şi micşorându-le capacitatea de transport şi de transfer a căldurii.c. Materialele în suspensie, organice sau anorganice se depun pe patul emisarului formând bancuri care pot împiedica navigaţia, consumă oxigenul din apă dacă materiile sunt de origine organică, determină formarea unor gaze urât mirositoare.

Substanţele în suspensie plutitoare, cum ar fi ţiţeiul, produsele petrolifere, uleiul, spuma datorată detergenţilor, produc prejudicii emisarului:

- dau apei un gust şi miros neplăcut, - împiedică absorbţia oxigenului la suprafaţa apei şi deci autoepurarea- se depun pe diferite instalaţii, colmatează filtrele- sunt toxice pentru fauna şi flora acvatică- fac inutilizabilă apa pentru alimentarea instalaţiilor de răcire, irigaţii, agrement etc.

d. Substanţele toxice nu pot fi reţinute de instalaţiile de tratare a apelor şi o parte din ele pot ajunge în organismul uman, provocând îmbolnăviri. Aceste materii organice sau anorganice, câteodată chiar în concentraţii foarte mici, pot distruge rapid flora şi fauna receptorului.

2

e. Substanţele radioactive, radionuclizii, radioizotopii şi izotopii radioactivi - unele dintre cele mai periculoase substanţe toxice.

Evacuarea apelor uzate radioactive în apele de suprafaţă şi subterane prezintă pericole deosebite, datorită acţiunii radiaţiilor asupra organismelor vii. Efectele substanţelor radioactive asupra organismelor depind atât de concentraţiile radionuclizilor, cât şi de modul cum acestea acţionează, din exteriorul sau din interiorul organismului, sursele interne fiind cele mai periculoase.f. Substanţele cu aciditate sau alcalinitate mare, evacuate cu apele uzate, conduc la:

- distrugerea florei şi faunei acvatice;- degradarea construcţiilor hidrotehnice, a vaselor şi instalaţiilor necesare navigaţiei;- împiedică folosirea apei în agrement, irigaţii, alimentări cu apă etc.

Ex. Toxicitatea H2SO4 pentru faună depinde de valoarea pH-ului, peştii murind la un pH = 4.5. NaOH folosit în numeroase procese industriale, este foarte solubil în apă şi măreşte rapid pH-ul, respectiv alcalinitatea apei, producând numeroase prejudicii diferitelor folosinţe ale apelor. Apele receptorilor care conţin peste 25 mg/l NaOH, distrug fauna piscicolă. g. Coloranţii - proveniţi îndeosebi de la fabricile de textile, hârtie, tabăcării etc. împiedică absorbţia oxigenului şi desfăşurarea normală a fenomenelor de autoepurare şi a celor de fotosinteză.h. Energia calorică - caracteristică apelor calde de la termocentrale şi de la unele industrii, împiedică dezvoltarea florei şi faunei acvatice. Datorită creşterii temperaturii apelor scade concentraţia de oxigen dizolvat, viaţa organismelor acvatice devenind dificilă.i. Microorganismele de orice fel, ajunse în apa receptorilor, fie că se dezvoltă necorespunzător, fie că dereglează dezvoltarea altor microorganisme sau chiar a organismelor vii. Microorganismele provenite de la tăbăcării, abatoare, industria de prelucrare a unor produse vegetale, produc infectarea emisarului pe care îl fac de neutilizat. Exista si unele bacterii mai puţin vătămătoare, chiar inofensive sau utile, care contribuie la mineralizarea substanţelor organice în emisar.

PRINCIPALELE SURSE DE POLUARE A APELOR NATURALE Sursele de poluare sunt în general aceleaşi pentru cele două mari categorii de receptori: apele de suprafaţă (fluvii, râuri, lacuri etc.) şi apele subterane (straturi acvifere, izvoare etc. ) Impurificarea apelor de suprafaţă sau subterane este favorizată de următoarele caracteristici ale apei :- starea lichidă a apei la variaţii mari de temperatură, ceea ce face ca ea să antreneze în curgerea sa diferite substanţe impurificatoare ;- apa e un mediu propice pentru realizarea a numeroase reacţii fizico-chimice (ca de exemplu dizolvarea unor substanţe naturale sau artificiale, sedimentarea suspensiilor etc. ) ;- faptul că în natură apa se găseşte sub forme diferite ( inclusiv gaze şi vapori ) îi măreşte sensibil domeniul de aplicare;- apa este unul din factorii indispensabili vieţii pe pământ . Sursele de poluare se pot împărţi în două categorii distincte: - surse organizate, care produc murdărirea în urma evacuării unor substanţe în ape prin intermediul unor instalaţii destinate acestui scop, cum ar fi canalizări, evacuări de la industrii sau crescătorii de animale etc.; - surse neorganizate, care produc murdărirea prin pătrunderea necontrolată a unor substanţe în ape. După acţiunea lor în timp, sursele de poluare pot fi : - surse de poluare permanente; - surse de poluare nepermanente; - surse de poluare accidentale. După modul de generare a poluării, sursele de poluare pot fi împărţite în: - surse de poluare naturale;

3

- surse de poluare artificiale, datorate activităţii omului, care pot fi clasificate în: ape uzate şi depozite de deşeuri. 1. Surse de poluare naturale – majoritatea au caracter permanent.

Termenul de poluare - oarecum impropriu, implică pătrunderea în apele naturale a unor cantităţi de substanţe străine, care fac apele respective improprii folosirii. Principalele condiţii în care se produce poluarea naturală a apelor sunt:- trecerea apelor prin zone cu roci solubile (zăcăminte de sare, de sulfaţi) - principala cauză de pătrundere a unor săruri, în cantităţi mari, în apele de suprafaţă sau în straturile acvifere. Roci radioactive - contaminarea unor ape de suprafaţă sau subterane; - trecerea apelor de suprafaţă prin zone cu fenomene de eroziune a solului - impurificări prin particulele solide antrenate, în special dacă solurile sunt compuse din particule fine, cum sunt cele din marne şi argilă, care se menţin mult timp în suspensie; - vegetaţia acvatică, fixă sau flotantă, în special în apele cu viteză mică de scurgere şi în lacuri, conduce la fenomene de impurificare variabile în timp, în funcţie de perioadele de vegetaţie; - vegetaţia de pe maluri - impurificare, prin căderea frunzelor, şi prin căderea plantelor întregi.

Elementele organice sunt supuse unui proces de putrezire şi descompunere, care conduce la o impurificare a apelor, în special în perioade de ape mici sau sub pod de gheaţă.

Sursele de poluare accidentală naturale - rare, datorate în special unor fenomene cu caracter geologic.

Ex. erupţii sau alte activităţi vulcanice, deschiderea unor carsturi, deschiderea unor noi căi de circulaţie a apei subterane prin spălarea unor falii etc.

2. Surse de poluare artificială A. Ape uzateDupă provenienţă, există următoarele categorii de ape uzate:- ape uzate orăşeneşti - amestec de ape menajere şi industriale, provenite din satisfacerea nevoilor gospodăreşti de apă ale centrelor populate, precum şi a nevoilor gospodăreşti, igienico-sanitare şi social - administrative ale unităţilor industriale mici.- ape uzate industriale - rezultate din apele folosite în procesul tehnologic industrial, ele fiind de cele mai multe ori tratate separat în staţii de epurare proprii industriilor respective. Numărul de poluanţi pentru o anumită industrie este de obicei restrâns: o apă industrială uzată are în principiu, caracteristici asemănătoare substanţelor chimice utilizate în procesul tehnologic. Ex. Apele uzate provenite de la minele de cărbuni au drept caracteristică principală conţinutul în substanţe în suspensie Apele uzate rezultate de la fabricile de zahăr conţin atât substanţe în suspensie, cât şi substanţe organice.

- ape uzate de la ferme de animale şi păsări - au în general caracteristicile apelor uzate orăşeneştiPoluanţii principali: substanţele organice în cantitate mare şi materialele în suspensie.- ape uzate meteorice (de precipitaţii)- care înainte de a ajunge pe sol, spală din atmosferă poluanţii existenţi în aceasta. Apele de precipitaţii vin în contact cu terenul unor zone sau incinte amenajate, al unor centre populate, şi în procesul scurgerii, antrenează atât ape uzate de diferite tipuri, cât şi deşeuri, îngrăşăminte chimice, pesticide- ape uzate radioactive - conţin ca poluant principal substanţele radioactive rezultate de la prelucrarea, transportul şi utilizarea acestora.

4

- ape uzate calde - conţin de obicei un singur poluant, energia calorică- ape uzate provenite de la zone de agrement, campinguri, terenuri de sport - sunt asemănătoare cu apele uzate orăşeneşti.- ape uzate provenite de la navele maritime sau fluviale - conţin impurităţi ft. nocive: reziduuri lichide şi solide, pierderi de combustibil, lubrifianţi etc.

B. Depozite de deşeuri sau reziduri solide - aşezate pe sol, sub cerul liber, în halde neraţional amplasate şi organizate Impurificarea - produsă prin antrenarea directă a reziduurilor în apele curgătoare de către precipitaţii sau de către apele care se scurg, prin infiltraţie, în sol. Deosebit de grave pot fi cazurile de impurificare provocată de haldele de deşeuri amplasate în albiile majore ale cursurilor de apă şi antrenate de viiturile acestora.Ex. Depozite de gunoaie orăşeneşti şi de deşeuri solide industriale, în special cenuşa de la termocentralele care ard cărbuni, diverse zguri metalurgice, steril de la preparaţiile miniere, rumeguş şi deşeuri lemnoase de la fabricile de cherestea etc. Depozitele de nămoluri de la fabricile de zahăr, de produse clorosodice sau de la alte industrii chimice, precum şi cele de la staţiile de epurare a apelor uzate.

Tratarea şi recuperareaapelor reziduale

- curs 2-

COMPOZIŢIA FIZICO-CHIMICĂ GENERALĂ A APELOR NATURALECalitatea apelor naturale – determinată de totalitatea substanţelor minerale sau organice, gazele dizolvate, particulele în suspensie şi organismele vii prezente. După starea de agregare, impurităţile pot fi solide, lichide sau gazoase. Acestea pot fi dispersate în apă, şi se pot clasifica după dimensiunile particulelor dispersate în: suspensii, coloizi şi soluţii. Majoritatea substanţelor care se găsesc în apele naturale, într-o cantitate suficientă pentru a influenţa calitatea lor, se pot clasifica conform tabelului 1. O anumită apă nu poate conţine toate aceste impurităţi concomitent, existenţa unora dintre acestea fiind incompatibilă cu echilibrul chimic stabilit în apă.Toate apele naturale conţin substanţe radioactive, în principal radiu, dar numai în unele cazuri de ape subterane concentraţia acestora atinge valori periculos de mari. Alte surse naturale conţin cupru, plumb, seleniu, arsen crom, cianuri, cloruri, acizi, alcalii, diferite alte metale sau poluanţi organici, toate aduse în receptori de apele uzate provenite din industrie sau aglomeraţii urbane.

5

1. Modalităţi de definire a calităţii apei Calitatea apei – se defineşte printr-un ansamblu convenţional de caracteristici fizice, chimice, biologice şi bacteriologice, exprimate valoric, care permit încadrarea probei într-o anumită categorie, ea căpătând astfel însuşirea de a servi unui anumit scop.Sistemul mondial de supraveghere a mediului înconjurător prevede urmărirea calităţii apelor prin trei categorii de parametri:- parametri de bază: temperatură, pH, conductivitate, oxigen dizolvat, colibacili;- parametri indicatori ai poluării persistente: cadmiu, mercur, compuşi organo - halogenaţi şi uleiuri minerale;- parametri opţionali: carbon organic total ( COT ), consum biochimic de oxigen ( CBO) detergenţi anionici, metale grele, arsen, bor, sodiu, cianuri, uleiuri totale, streptococi.

Pentru precizarea caracteristicilor de calitate a apei se utilizează următoarea terminologie:- criterii de calitate a apei - totalitatea indicatorilor de calitate a apei care se utilizează pentru aprecierea acesteia în raport cu măsura în care satisface un anumit domeniu de folosinţă sau pe baza cărora se poate elabora o decizie asupra gradului în care calitatea apei corespunde cu necesităţile de protecţie a mediului înconjurător;

6

- indicatori de calitate ai apei - reprezentaţi de caracteristici nominalizate pentru o determinare precisă a calităţii apelor;- parametri de calitate ai apei – sunt valori şi exprimări numerice ale indicatorilor de calitate a unei ape;- valori standardizate ale calităţii apei - reprezintă valori ale indicatorilor de calitate a apelor care limitează un domeniu convenţional de valori acceptabile pentru o anumită folosinţă a apei.

INDICATORI DE CALITATE AI APEI - utilizaţi pentru caracterizarea calităţii şi gradului de poluare a unei apeClasificareA. După natura indicatorilor de calitate:- indicatori organoleptici ( gust, miros).- indicatori fizici (pH, conductivitate electrică, culoare, turbiditate).- indicatori chimici generali - indicatori chimici toxici- indicatori radioactivi- indicatori bacteriologici- indicatori biologici B. După natura şi efectul pe care îl au asupra apei: - indicatori fizico-chimici generali: temperatura, pH - indicatorii regimului de oxigen: oxigen dizolvat (OD), consumul biochimic de oxigen (CBO5), consumul chimic de oxigen (CCOCr şi CCOMn) - indicatori fizico - chimici selectivi: carbon organic total (COT), azot organic (Kjeldahl) şi azot total, fosfaţi, duritate, alcalinitate - indicatori fizico - chimici specifici (toxici): cianuri, fenoli, hidrocarburi aromatice mono şi polinucleare, detergenţi, metale grele (mercur, cadmiu, plumb, zinc, cobalt, fier etc.), pesticide, arsen, uraniu natural, trihalometani - indicatorii gradului de mineralizare: reziduul fix, cloruri, sulfaţi, calciu, magneziu, sodiu, etc. - indicatori radioactivi: activitate globală α şi β, activitate specifică admisă a fiecărui radionuclid.- indicatori biologici: reflectă gradul de saprobitate a apei, prin analiza speciilor de organisme care populează mediul acvatic. - indicatori bacteriologici: măsoară nivelul de poluare bacteriană, în principal prin determinarea numărului de bacterii coliforme totale şi de bacterii coliforme fecale

1. INDICATORI ORGANOLEPTICI a. Mirosul - este legat de prezenţa în exces a substanțelor organice în descompunere sau microorganismelor vii (alge, protozoare etc), precum și prezenței unor substanțe chimice provenite din ape uzate industriale După particularităţile specifice, mirosurile pot fi împărţite în două mari grupe:- mirosurile de provienenţă naturală (de la organismele vii şi moarte ce trăiesc în apă, influenţa solurilor etc.). Aceste mirosuri se impart în mirosul pămîntos, putred, cu miros greu (alterat), ierbos, de mucegai, de turbă, etc. - mirosurile de natură artificială (de la deversările de la intreprinderile industriale, prelucrarea apelor cu reagenţii chimici etc.). Ex. mirosurile de clorfenol, crezol, acetonă, alcool, oţet, benzină, clor, etc. După intensitate, mirosul poate fi clasificat în şase categorii:

7

- gradul 0 - fără miros; gradul 1 - cu miros neperceptibil; gradul 2 - cu miros perceptibil unui specialist; gradul 3 - cu miros perceptibil unui consumator; gradul 4 - cu miros puternic şi gradul 5 -cu miros foarte puternic. Metoda de determinare - Determinarea mirosului apei trebuie sa se faca la temperatura de 15-200C si la 600C, într-o încapere care sa fie lipsita de miros.

b. Gustul - este determinat de prezenţa peste anumite limite a sărurilor minerale, a substanţelor organice şi diverselor specii de alge. Ex. concentraţii crescute de Fe - gust metalic, Ca - gust sălciu, Mg - gust amar, clorură de sodiu sau sulfat de sodiu - gust sărat, bioxid de carbon –gust acidulat Gustul - se clasifică utilizându-se denumiri convenţionale: Mb - ape cu gust mineral bicarbonato-sodic; Mg - ape cu gust mineral magnezic;Mm - ape cu gust mineral metalic; Ms - ape cu gust mineral sărat; Oh - ape cu gust organic hidrocarbonat ; Om - ape cu gust organic medical farmaceutic; Op - ape cu gust organic pământos; După intensitatea senzaţiei: fără particularitate, slab, intens.

2. INDICATORI FIZICIa. Turbiditatea sau tulbureala - este opacitatea sau lipsa de transparență a apei (sau a altui lichid) provocată de particule solide foarte fine, care nu pot fi individualizate cu ochiul liber și care, aflate în stare de suspensie sau în stare coloidală în lichid, difuzează și reflectă lumina. - reprezintă efectul optic de împrăştiere a unui flux luminos la trecerea printr-un mediu fluid care conţine particule în suspensie sau în stare coloidală.

O apă tulbure prezintă pericol epidemiologic deoarece particulele în suspensie pot constitui suport pentru germenii patogeni.Coloizii - agregate de atomi, molecule sau materiale mixte cu dimensiuni cuprinse între 0,001 si 0,1 μm.Coloizii au un grad mare de stabilitate. Practic, coloizii sunt nesedimentabili în mod natural - sedimentarea se poate face numai prin adăugare de reactivi de coagulare şi floculare.

Turbiditate are ca unitate de măsură:

8

- grade de turbiditate sau grade de siliciu ce reprezintă dispersia razei incidente la trecerea ei printr-o suspensie ce conţine un miligram de dioxid de siliciu într-un decimetru cub de apă – 1 grad de turbiditate corespunde la 1 mg SiO2/litru apă. - unităţi nefelometrice de turbiditate – UNT sau NTU. 1 NTU = 0.13 grade de siliciu - unităţi de turbiditate de formazină – UTF sau FTU care reprezintă dispersia razei incidente la trecerea ei printr-o suspensie ce conţine 0.5 mg formazină într-un litru de apă. 1 FTU = 0.13 grade de siliciu Formazina este un polimer (obţinut din soluţie de sulfat de hidrazină şi hexametilen-tetramină) utilizată ca suspensie cu turbiditate standard (pentru metodele fotometrice), deoarece este mai uşor de preparat şi rezultatele sunt reproductibile comparativ cu soluţiile care conţin argilă.Pt. apa potabilă se admite o tulbureală de 1 NTU (caracteristică apei limpezi de izvor). NTU >1 → apă poluată.

Determinarea cantitativă a turbidităţii - se realizează în laborator cu turbidimetrul sau spectrofotometrul.Determinarea turbidităţii cu turbidimetrul (colorimetru) are la bază efectul Tyndall conform căruia apa tulbure devine strălucitoare dacă este traversată de un fascicul luminos, datorită faptului că particulele în suspensie difuzează lateral o parte din razele luminoase.Metoda se bazează pe compararea intensităţii luminii dispersate de proba de analizat cu intensitatea luminii dispersate de către suspensia standard de referinţă, în aceleaşi condiţii de lucru (aceeaşi lungime de undă, aceleaşi condiţii de agitare). Cu cât este mai mare intensitatea luminii dispersate, cu atât este mai mare turbiditatea.

Determinarea spectrofotometrică se bazează pe măsurarea absorbţiei luminii de către particulele aflate în suspensie. Experimental, determinarea turbidităţii prin metoda fotometriei de absorbţie se efectuează la 450 nm prin citirea absorbaţei faţă de o probă martor de apă distilată şi calcularea valorii turbidităţii din curba de etalonare.

b. Temperatura apei - o caracteristică importantă ce influentează majoritatea proceselor fizice, chimice şi biologice care au loc prin descompunerea materiei organice în procesul de autoepurare al apelor de suprafaţă.- se determină prin menţinerea termometrului în apă timp de minim 5 minute. - variază în funcţie de provenienţă şi de anotimp. Variaţiile de temperatură provin din:

9

- deversarea apei calde provenite din procesele tehnologice în amonte (având ca rezultat scăderea cantităţii de oxigen dizolvat din emisar)

- infiltrări ale apelor de suprafaţă sau subterane (scăderea temperaturii cu 10°C conduce la încetinirea proceselor biologice) Pt. apele subterane a căror temperatură este constantă, variaţiile de temperatură pot fi un indicator indirect de poluare datorată existenţa unei comunicări cu exteriorul şi implicit posibilităţii de pătrundere a poluanţilor din exterior în sursa de apă.

c. Concentraţia ionilor de hidrogen (pH) pH-ul apelor naturale = 6.5 – 8; abaterea de la aceste valori dând indicaţii asupra poluării cu compuşi anorganici si organici. Practic, pH-ul se determină prin: citire directă la pH-metru digital sau cu hârtie indicatoare de pH. pH-ul se poate modifica repede datorită proceselor fizice şi biologice ce au loc în proba de apă → trebuie să se măsoare pH-ul la locul de prelevare sau într-un interval scurt (6 h de la prelevare). Prelevarea apei: -se fixează un tub flexibil între robinetul de prelevare şi recipientul de prelevare şi se umple recipientul până când deversează. SAU -se clăteşte recipientul şi se imersează în proba de apă; se umple evitând orice turbulenţă; se elimină bulele de aer ale probei agitând uşor recipientul, apoi se închide; se efectuează analiza cât mai repede posibil, dar nu mai târziu de 24 h de la prelevare. -trebuie evitată orice schimbare de temperatură şi schimbul gazos cu atmosfera.

d. Culoarea• În conformitate cu SR ISO 7887/1997, o apă pură analizată în lumina transmisă, într-o

adâncime de mai mulţi metri, emite o culoare albastru deschis care se poate modifica în prezenţa poluanţilor, pentru a produce o varietate infinită de culori.

• Culoarea apei naturale este determinata de prezenta compuşilor coloidali ai fierului, a substantelor humice sau a unor substante rezultate din descompunerea plantelor acvatice.

Ex. Apele industriale şi uzate proaspete - coloraţie gri-deschis Apele care conţin materie organică (clorofilă din frunze, acizi humici etc.) în descompunere au coloraţie gri-închis. În funcţie de compuşii poluanţi pe care-i conţin, apele uzate industriale au diferite coloraţii: Ex.: coloranţi, clor - ape uzate galbene, compuşi ai Cu – ape uzate roşii, compuși de mangan şi oxizi ferici – culoare brună, ionii de Co coloreaza apa în albastru) În conformitate cu SR ISO 7887/1997 se definesc:

Culoarea aparentă a apei: datorată substanţelor dizolvate şi materiilor în suspensie; ea se determină în proba de apă brută, nesupusă filtrării sau centrifugării;

Culoarea reală a apei: datorată numai substanţelor dizolvate; se determină după filtrarea probei de apă prin membrană cu porozitate de 0.45 μm.

Pentru nevoi analitice, culoarea reală este cea care interesează. In practică, culoarea reală a apei poate fi neglijabilă, înteresând mai mult culoarea aparentă a probelor. Metoda de determinare (SR ISO 7887-1997) Culoarea reală a apelor se determină şi prin comparaţie cu soluții etalon de clorură de platină și potasiu sau clorură de cobalt.Coloratia apei se exprima în grade de culoare. Gradul de culoare este coloratia produsa de o solutie care contine 1mg platina la 1 l de apa sub forma de ion cloroplatinat.

10

e. Conductivitatea electrică a apei - măsoară capacitatea apei de a conduce curentul electric, fiind unul dintre indicatorii cei mai utilizaţi în aprecierea gradului de mineralizare a apelor pentru că:

- măsurătorile de conductivitate (rezistivitate) a apei permit determinarea conţinutului total de săruri dizolvate în apă ;

- permit diferenţierea dintre săruri anorganice şi organice (ponderal) pe baza mobilităţilor ionice specifice;

- elimină erorile datorate transformării speciilor de carbonaţi/bicarbonaţi prin evaporare la 105 0C (conform metodologiei de determinare gravitaţională a reziduului fix, în cazul bicarbonaţilor pierderile sunt de circa 30%). Metoda de determinare:Măsurarea conductivităţii apei este reglementată de STAS 7722-84, şi de ISO 7888-1983. Se foloseşte un conductometru: alcătuit din modulul electronic şi celula de conductivitate electrolitica.

f. Determinarea materiilor în suspensie totale şi materiilor sedimentabileSubstanţele în suspensie care apar în apele de suprafaţă pot fi: nisip, argilă, nămol fin, substanţe organice şi anorganice fin divizate (ex: fibre fine din industria celulozei, plancton, organisme microscopice). Materiile în suspensie sunt substanţe insolubile care se pot separa prin: filtrare, centrifugare, decantare (dimensiuni de maxim 2 mm). Conform STAS 6953-81, materiile în suspensie se determină astfel:

-conţinut total de materii în suspensie;-conţinut de materii în suspensie: sedimentabile, nesedimentabile, plutitoare. -determinarea pierderii la calcinare a materiilor totale în suspensie (conţinut în materii

organice);-determinarea reziduului la calcinare al materiilor totale în suspensie (conţinut în materii

minerale).

1) Conţinut total de materii în suspensieSepararea materiilor în suspensie - prin filtrare, urmată de uscarea şi cântărirea acestora. Pentru ape uzate cu conţinut mare de materii în suspensie, filtrarea se face în laborator pe hârtie de filtru.Pentru ape uzate cu conţinut mic de materii în suspensie filtrarea se face pe creuzet filtrant tip G4, cu strat de azbest.2) Determinarea materiilor în suspensie sedimentabileMetoda volumetrică - se determină materiile sedimentabile după un interval de 30 - 120 minute în cilindru gradat. Metoda gravimetrică - materiile în suspensie sedimentabile se determină prin diferenţa între materialele totale în suspensie şi materialele în suspensie nesedimentabile din supernatant (după ce a avut loc sedimentarea liberă un timp determinat).

INDICATORI CHIMICI a. Indicatori ai regimului de oxigenOxigenul - un gaz solubil şi se află dizolvat în apă sub formă de molecule O2, prezenţa oxigenului în apă condiţionând existenţa organismelor acvatice. Apele aflate în contact cu aerul atmosferic conţin oxigen dizolvat, în timp ce apele subterane conţin foarte puţin oxigen.

11

Solubilitatea oxigenului în apă depinde de presiunea atmosferică, temperatura aerului, temperatura şi salinitatea apei.Conţinutul în oxigen al apei râurilor este rezultatul a 3 acţiuni antagoniste:- reabsorbţia oxigenului din atmosferă la suprafaţa apei prin difuzie lentă sau prin contact energic; acest transfer este serios perturbat de prezenţa poluanţilor (de ex. detergenţi şi hidrocarburi);- fotosinteza, care poate asigura o importantă realimentare cu oxigen a apei, ajungându-se la valori care pot depăşi saturaţia;- consumul biochimic de oxigen pentru biodegradarea materiilor organice poluante.

Indicatorii regimului de oxigen sunt: 1. oxigenul dizolvat (OD) → gradul de saturaţie în oxigen (sau deficitul în oxigen)2. consumul chimic de oxigen (CCO)3. consumul biochimic de oxigen (CBO) 4. carbonul organic total (COT). 1. Oxigenul dizolvat (OD) şi gradul de saturaţie în oxigenCantitatea de oxigen dizolvată în apă depinde de temperatura apei, presiunea aerului şi de conţinutul în substanţe oxidabile şi microorganisme. Concentraţia oxigenului dizolvat se exprimă în mgO2/l sau prin gradul de saturaţie a apei cu oxigen.Scăderea cantităţii de oxigen din apă → pierderea caracterului de prospeţime al apei (→ gust fad şi apă nepotabilă) şi reducerea capacităţii de autopurificare a apelor naturale favorizând persistenţa poluării.Conţinutul de oxigen din apele naturale - cel puţin 4 mg/l. În lacuri, în care funcţionează crescătorii de peşte: 8 – 15 mg/l O2 dizolvat. Determinarea O2 dizolvat - inclusă în programele de supraveghere a calităţii apelor naturale în scopul aprecierii condiţiilor vitale ale hidrobionţilor, a caracteristicilor indirecte ale calităţii apelor, a gradului de intensitate a proceselor de generare şi distrucţie a substanţelor organice, a autoepurării bazinelor acvatice etc.

Gradul de saturaţie - raportul dintre cantitatea de oxigen găsită în proba de apă analizată şi cantitatea de oxigen dizolvat în apă în condiţii de saturaţie. Cu cât gradul de saturaţie este mai mic cu atât nivelul poluării apei este mai crescut şi pericolul pentru sănătatea consumatorilor, mai ridicat. Metode de determinare a OD

I. Metoda WinklerII. Metoda electrochimică (SR EN 25814/1999

I. Metoda Winkler - metodă volumetrică (iodometrică), destinată analizelor apelor incolore, în care conţinutul de oxigen depăşeşte 0.05 mg/l. Principiul metodei Metoda Winckler constă în fixarea oxigenului dizolvat pe hidroxid manganos (Mn(OH)2), precipitat în prealabil prin reacţia dintre MnCl2 sau MnSO4 şi ionii OH- adăugaţi în proba de apă. Oxigenul dizolvat în apă oxidează hidroxidul manganos la hidroxid manganic, care în mediul acid scoate iodul din iodura de potasiu în cantitate echivalentă cu oxigenul dizolvat în apă şi care se titrează cu tiosulfat de sodiu, în prezenţa soluţiei de amidon. Mn2+ + 2 HO- → Mn(OH)2(s) (precipitat alb)4 Mn(OH)2(s) + O2(aq) + 2 H2O → 4 Mn(OH)3(s) (precipitat brun) 4Mn(OH)3 + 4 I- + 12H+ → 4Mn2+ + 2I2 + 12 H2O (soluţie galbenă)2 S2O3

2-(aq) + I2 → S4O62-(aq) + 2 I-(aq), în prezenţă de amidon → culoarea albastră, care dispare la

titrare)

12

La determinarea oxigenului dizolvat, apa se recoltează în mai multe recipiente de sticlă, cu grijă ca să nu se aereze în timpul manipulărilor. Recipientul se clăteşte de 2-3 ori şi se umple cu apă de analizat. Tubul de cauciuc al sifonului trebuie să ajungă la fundul vasului. Colectarea probei continuă chiar şi după umplerea vasului, excesul de apă constituind cca 100ml pentru a substitui apa ce a fost în contact cu oxigenul din recipient.Tubul de cauciuc se scoate în timpul supraumplerii vasului. Recipientul trebuie să fie umplut până la vârf iar pe pereţii lui să nu fie bule de oxigen.

Cunoscând cantitatea de oxigen dizolvat în apă şi cantitatea de oxigen în condiţii de saturaţie după tabelul Winkler, poate fi determinat GRADUL DE SATURAŢIE CU OXIGEN a probei de ape analizate cu ajutorul relaţiei:

cO2,real – concentraţia oxigenului, determinată în rezultatul analizei, în mg/l;cO2 echilibru – concentraţia de saturaţie la temperatura determinării, după tabelul lui Winkler, mg/l. P – presiunea atmosferică în timpul determinării, mm.c.m. De regulă, pentru apele nepoluate în stare normală parametrul G.S. variază între 97 – 105% în stratul de suprafaţă şi se micşorează cu adîncime. Tabelul Winckler cuprinde valorile corespunzătoare concentraţiei de saturaţie a oxigenului dizolvat exprimate în mg/l, la diferite temperaturi cuprinse între -2 şi 300 C

II. Metoda electrochimică (SR EN 25814/1999) foloseşte un OXIGENOMETRU care include un electrod selectiv faţă de oxigen (senzor de oxigen). Electrodul de oxigen este format dintr-o membrana foarte subţire sau un film de teflon (sau alt polimer) montat pe un catod de platina, aur sau argint. Membrana permite difuzia oxigenului, dar este impermeabila pentru ionii existenţi în soluţie.Funcţionarea acestui electrod este bazată pe difuzia O2 prin membrana si reducerea sa la catod, proces care produce un curent electric. Pentru reducerea catodica a O2 se aplica un potenţial potrivit între electrodul indicator de oxigen si electrodul de referinţa.Viteza de difuzie a O2 spre catod este proporţională cu presiunea parţiala a O2 în proba analizata. Curentul amperometric este proporţional cu presiunea parţiala a O2, si implicit cu concentraţia O2.Instrumentul de măsurarea a O2 trebuie sa fie calibrat înainte de introducerea senzorului în proba analizata.

13

G . S .=CO2real

CO2echilibru¿ P¿100 %,

2. Consumul biochimic de oxigen (CBO) - reprezintă cantitatea de oxigen, în mg/l, necesară pentru oxidarea substanţelor organice din ape, cu ajutorul bacteriilor.

Conventional s-a stabilit ca determinarea consumului biochimic de oxigen sa se efectueze pentru o perioada de incubare de mai multe zile, - (CBO )n , unde „n” reprezintă numărul de zile de incubare, a cărui valoare optima este de 5 zile. Mineralizarea biologică a substanţelor organice este un proces complex, care în apele bogate în oxigen se produce în două trepte:

- în prima treaptă se oxidează în special carbonul din substratul organic (faza de carbon)- în a doua fază se oxidează azotul (faza de nitrificare)

Metoda de determinare a CBO5 presupune: Determinarea oxigenului dizolvat înainte şi după 5 zile de incubare la temperatura de 20°C, la

întuneric Adăugarea de inhibitor de nitrificare (conform SR EN 1899-1:2003, SR EN 1899-2:2002)

Principiul metodei - CBO5 rezultă din diferenţa între concentraţia oxigenului dizolvat în proba supusă

analizei la începutul şi la sfârşitul perioadei de incubaţie.Incubarea probelor de apa se realizează la temperatura de 20 ±1 0C, la întuneric.

- determinarea CBO5 se face pe proba de apă diluată şi nediluată.

- ca apă de diluţie se poate folosi apa de la robinet declorinată sau apă din bazinul receptor; înainte de a se folosi, apa de diluţie trebuie saturată cu oxigen prin aerare timp de 24 de ore cu agitator magnetic sau prin vânturare de 30-40 de ori.

3. Consumul chimic de oxigen (CCO) Substanţele oxidabile din apă, sau consumul chimic de oxigen (CCO) sunt substanţele ce se pot oxida atât la rece cât şi la cald, sub acţiunea unui oxidant.Oxidabilitatea reprezintă cantitatea de oxigen echivalentă cu consumul de oxidant.Substanţele organice sunt oxidate la cald, iar cele anorganice la rece.

14

Creşterea cantităţii de substanţe organice în apă sau apariţia lor la un moment dat este sinonimă cu poluarea apei cu germeni care întovărăşesc de obicei substanţele organice. Prezenţa lor în apă favorizează persistenţa timp îndelungat a germenilor, inclusiv a celor patogeni. Deoarece CBO5 necesită un timp de cinci zile pentru determinare, pentru a depăşi acest neajuns se utilizează metode de oxidare chimică diferenţiate după natura oxidantului şi a modului de reacţie. Se cunosc două tipuri de indicatori:

- CCOMn, care reprezintă consumul chimic de oxigen prin oxidare cu permanganat de potasiu (KMnO4) în mediu de H2SO4. Acest indicator se corelează cel mai bine cu CBO5, cu menţiunea că sunt oxidate în plus şi cca 30-35% din substanţele organice nebiodegradabile.

- CCOCr care reprezintă consumul chimic de oxigen prin oxidare cu dicromat de potasiu (K2Cr2O7) în mediu acid. Acest indicator determină în general 60-70% din substanţele organice, inclusiv cele nebiodegradabile.Prin aceste metode nu se pot determina substanţele organice volatile. Metoda cu permanganat de potasiu (CCOMn )Principiul metodei: permanganatul de potasiu oxidează substanţele organice din apă în mediu acid şi la cald, în cazul unui conţinut de cloruri în apă sub 300 mg/l , respectiv în mediu alcalin, în cazul unui conţinut de cloruri în apă peste 300 mg/l. Permanganatul de potasiu rămas în exces se determină cu acid oxalic.

Metoda cu dicromat de potasiu (CCOCr) - SR ISO 6060/1996 - SR EN ISO 8467:2001

Principiul metodei: substanţele oxidabile din apă sunt oxidate de bicromat de potasiu în mediu de acid sulfuric, la cald, iar excesul de bicromat este titrat cu sare Mohr în prezenţa feroinei ca indicator (virajul se obţine de la galben la roşu, trecând prin nuanţa de verde).

4. Carbonul organic total (COT) - reprezintă cantitatea de carbon legat în materii organice (proteine, alcooli, grăsimi etc.) şi corespunde cantităţii de dioxid de carbon obţinut prin oxidarea totala a acestei materii organice - Se utilizează pentru determinarea unor compuşi organici aromatici, a căror randament de oxidare nu depăşeşte 60% cu metodele prezentate anterior. - Pentru determinarea acestora se utilizează oxidarea catalitică la temperaturi ridicate (800-11000C).

15

Toate metodele de măsurare TOC au la bază oxidarea chimică termică sau umedă a carbonului organic carbon în dioxid de carbon (CO2). Dioxidul de carbon este detectat și determinat cantitativ. Există două metode:1. Metoda eliminării - TOC este determinat direct printr-o singură măsurare după ce carbonul anorganic (TIC) a fost complet eliminat din probă (acidificare + eliminare).2. Metoda diferenţei - implică două măsurători: carbonul total (TC) si carbonul anorganic total (TIC). TOC = TC - TIC

b. Săruri dizolvate În apele naturale se află, în mod obişnuit, cationii şi anionii de care depind cele mai importante calităţi ale apei.

16

În majoritatea cazurilor, sărurile aflate în apele naturale sunt formate din următorii cationi Ca2+, Mg2+, Na+, K+ şi anioni HCO3

-, SO42-, Cl-.

Clorurile pot fi prezente în apă într-o concentraţie mare, datorită solubilităţii lor ridicate; astfel, solubilitatea clorurii de sodiu sau a celei de calciu la temperatura de 25 °C este în jur de 26%, respectiv de 46%.

c. Reziduul fix - reprezintă totalitatea substanţelor dizolvate în apă, stabile după evaporare la 1050C, marea majoritate a acestora fiind de natură anorganică. Valoarea reziduului fix în diferite ape naturale variază în funcţie de caracteristicile rocilor cu care apele vin în contact:Ex. Ape de suprafaţă 100 – 250 mg/l;

Ape din pânza freatică 200 – 350 mg/l;Ape de mare 20000 – 22000 mg/l;Ape de ploaie 10 – 20 mg/l;Ape minerale potabile 1000 – 3000 mg/l.

Principiul metodei: substanţele organice şi anorganice dizolvate în apă se separă prin evaporare pe baie de apă la sec, iar după evaporare, reziduul se usucă la 1050C timp de 2 ore şi, după răcire, în exsicator, se cântăreşte. Operaţia de uscare şi cântărire se repetă până la greutate constantă. Deoarece reziduul uscat la 1050C mai conţine o cantitate de apă de cristalizare, reziduul se va usca în continuare la etuvă la temperatura de 1800C. După răcire, timp de o jumătate de oră în exsicator, se cântăreşte.

Conţinutul mineral al apelor naturale este strâns legat de factorii meteorologici şi climatologici. Astfel, în perioadele cu precipitaţii sau în cele de topire a zăpezilor, apele curgătoare îşi reduc mineralizarea, datorită diluării lor cu ape cu conţinut mineral foarte sărac. Apele subterane şi mai ales cele din pânze freatice de mare adâncime, se caracterizează printr-o mineralizare mai ridicată şi în acelaşi timp mai puţin variabilă, datorită contactului cu straturile minerale în care staţionează. d. Indicatori biogeni 1. Compuşi ai azotuluiAmoniacul, nitriţii şi nitraţii constituie etape importante ale prezenţei azotului în ciclul său biogeochimic din natură şi implicit din apă .Formele sub care apar compuşii azotului în apă sunt: azot molecular (N2), azot legat în diferite combinaţii organice (azot organic), amoniac (NH3), azotiţi (NO2

-) şi azotaţi (NO3-).

Prezenţa amoniacului în apele de alimentare este limitată de normele recomandate de Organizaţia Mondială a Sănătăţii, la cantităţi ft. mici (<0.05 mg/l) Provenienţa azotului amoniacal în cursurile de apă: - din ploaie şi zapadă, care pot conţine urme de amoniac între 0.1 - 2 mg/l; - în apele de profunzime, curate dpdv biologic şi organic, amoniacul poate să apară prin reducerea nitriţilor de către bacteriile autotrofe sau de către ionii feroşi; - în apele de suprafaţă azotul amoniacal apare prin degradarea proteinelor şi materiilor organice azotoase din deşeurile vegetale şi animale conţinute în sol. În mare parte, azotul amoniacal este complexat de elementele din sol şi doar o mică cantitate ajunge în râuri. - industrie – ex. ind. chimică, cocserie, ind. textilă etc.Nitriţii (azotiţii) constituie o etapă importantă în metabolismul compuşilor azotului, ei intervenind în ciclul biogeochimic al azotului ca fază intermediară între amoniac şi nitraţi. Provenienţă: - prezenţa lor se datoreşte fie oxidării bacteriene a amoniacului, fie reducerii nitraţilor.

17

Nitraţii (azotaţii) constituie stadiul final de oxidare a azotului organic.Azotul din nitraţi, nitriţi sau amoniac, constituie un element nutritiv pentru plante şi, alături de fosfor, este folosit la cultura intensivă în agricultură. Provenienţă: - contactul apei cu solul bazinului hidrografic.

1. Determinarea azotului organic din apă- azotul organic provine din compuşii biologici (proteine, peptide, aminoacizi).Principiul metodei: Mineralizare, distilare prin metoda Kjeldahl si determinarea amoniului prin spectrofotometrie de absorbţie moleculară sau titrare: SR EN ISO 13395:2002 2. Determinarea azotului total din apă- azotul total din apă este format din azot organic şi azot mineral (amoniac, nitriţi, nitraţi).Principiul metodei: azotul din apă este mineralizat cu acid sulfuric concentrat şi transformat în sulfat de amoniu care este distilat în mediul alcalin (metoda Kjeldahl).3. Determinarea amoniacului din apăPrincipiul metodei: amoniacul formează cu reactivul NESSLER (tetraiodomercuriat de potasiu), un complex colorat în galben de iodura de oximercur-amoniu, care se poate determina fie cu ajutorul unui spectofotometru de absorbţie moleculară (intensitatea culorii se citeşte la lungimea de unda de 425 nm în cuva de 1 cm drum optic), fie folosind o scară colorimetrică (proba se compara vizual cu o scară colorimetrică de comparare de clorură de amoniu sau scara de cromat-cobalt). 4. Determinarea nitraţilor din apă- se realizează prin spectrofotometrie de absorbţie moleculară:SR ISO7890/1-19962. Compuşi ai fosforului Conţinutul de fosfaţi în apele naturale este relativ redus (0.5 - 5 mg/l). Provenienţă:

- terenuri bogate în humus în care fosfatul este legat în compuşi organici- poluarea difuză din agricultură datorată administrării de îngrăşăminte pe bază de azot

şi fosfor. Fosfatul monocalcic poate proveni în apă mai ales prin mineralizarea resturilor vegetale sau animale. Concentraţii mai mari de 0.5 mg/l P exprimat în PO4

3- în apele de suprafaţă determină eutrofizarea progresivă a lacurilor, prin favorizarea dezvoltării algelor. Fosforul sub formă de combinaţii, poate fi prezent în apele de suprafaţă, fie dizolvat, fie în suspensii sau sedimente. Determinarea fosfaţilor din ape - Spectrofotometrie de absorbţie moleculara: SR EN 1189/1999 e. Indicatori ai capacităţii de tamponare ai apei1. Aciditatea apei

- se datoreşte prezenţei în ape a dioxidului de carbon liber, a acizilor minerali şi a sărurilor de acizi tari sau baze slabe, sărurilor de fier şi de aluminiu, provenite de la exploatările miniere sau din apele uzate industriale intrând în această din urmă categorie. Aciditatea minerală exprimă numai aciditatea datorată acizilor minerali (acid carbonic, acid alumino-silicilic, acid fero-silicilic, acid sulfuric, acid clorhidric, acid sulfuros, acid azotos, dar şi clorului, fenolului etc.).Aciditatea totală a unei ape exprimă atât aciditatea datorată acizilor minerali, cât şi cea datorată dioxidului de carbon liber conţinut în apa de ploaie şi în zăpadă. Prezenţa în apă a acizilor humici şi a acizilor organici contribuie şi ea la aciditatea totală a apei. Metoda de determinare

18

Diferenţierea acidităţii totale de aciditatea minerală se poate face prin titrarea cu NaOH 0.1 N până la puncte de echivalenţă diferite:

- până la pH = 4.5 pentru titrarea acidului mineral - până la pH = 8.3 pentru titrarea acidităţii totale.

Dacă pH-ul probei de apă este mai mare decât 8.3, atunci aciditatea apei de analizat este egală cu zero.Aciditatea totală se exprimă prin numărul de cm3 NaOH 0.1N pentru un litru de apă.

2. Alcalinitatea - se poate evalua prin capacitatea apei de a neutraliza acizii. Alcalinitatea apelor naturale este dată de: ionii de bicarbonat (HCO3

-); carbonat (CO32-); hidroxid

(OH-). Sărurile altor acizi slabi cum ar fi: boraţi, silicaţi sau fosfaţi pot contribui doar accidental la alcalinitate. Unele săruri ale unor acizi organici pot contribui de asemenea la alcalinitatea apei, dar numai în apele poluate sau lipsite de aeraţie şi într-o măsură foarte mică.Contribuţia majoră la alcalinitate o are bicarbonatul. Alcalinitatea adusă de ionii carbonat, CO3

2- şi hidroxid, OH- poate deveni importantă doar atunci când activitatea algelor din ape este ridicată sau în apele industriale.În toate procesele de tratare a apelor potabile sau reziduale trebuie să se ţină cont de alcalinitate, deoarece aceasta acţionează ca tampon de pH în coagulare sau în procesele de dedurizare cu var şi sodă.După modul de evaluare a alcalinităţii, distingem:

(1) alcalinitatea permanentă se determină faţă de fenolftaleină (2) alcalinitatea totală.

Metoda de determinareAlcalinitatea permanentă şi alcalinitatea totală se determină prin titrare cu un acid tare până la virajul indicatorului sau cu ajutorul unui pH-metru.Alcalinitatea faţă de fenolftaleină - se determină prin titrarea apei cu acid sulfuric diluat până la pH-ul de viraj al indicatorului fenolftaleină (8.3) marcând tot hidroxidul şi jumătate din carbonatul prezentAlcalinitatea totală - reflectă întreaga alcalinitate dată de: hidroxid, carbonat și bicarbonat

- se poate măsura până la pH-uri diferite (5.1; 4.8; 4.5 ori 3.7), în funcţie de conţinutul de dioxid de carbon prezent:

30 mg/L CO2 - pH = 5.1150 mg/L CO2 - pH = 4.8

În prezenţa silicaţilor şi fosfaţilor - pH = 4.5În prezenţa reziduurilor industriale sau sistemelor complexe - pH = 3.7Una din reacţiile care au loc este: OH- + H2SO4 = 2H2O + SO4

2-, care se termină la pH = 10. Dacă se lucrează în prezenţa indicatorului fenolftaleină (iniţial roz) care se decolorează la pH ≈ 8.3 mai are loc şi o parte (1/2) din reacţia:

2CO32- + H2SO4 → 2HCO3

- + SO42-

Continuând titrarea până la pH = 4.5 are loc conversia totală a carbonatului, dar şi a tuturor ionilor bicarbonat existenţi în acea apă, la acid carbonic:

2HCO3- + H2SO4 → 2H2O + 2CO2 + SO4

2-

Indicatorul uzual folosit în acest caz este metilorange-ul (viraj galben → roşu). Deoarece culorile sunt apropiate în spectru şi pot fi mai greu sesizate vizual mai recent, se utilizează ca indicatori: albastru de brom-fenol (albastru→galben) sau roşu metil, în amestec cu verde de brom-crezol, ale căror culori se modifică cu pH-ul astfel:

Verde deschis → gri albăstrui , pH = 5.1Violet deschis → gri, pH = 4.8Roz deschis, pH = 4.5.

19

Pentru interpretarea rezultatelor si identificarea speciei chimice care determină alcalinitatea, se ţine cont de cele 5 cazuri posibile, prezentate în tabel. Rezultatul se prezintă în funcţie de caz, existând situaţii când anumiţi ioni pot lipsi.

3. Duritatea apei - proprietatea apelor naturale cauzată de prezenţa sărurilor solubile de calciu şi magneziu (a

fost inclusă la capacitatea de tamponare a apei datorită ponderii carbonaţilor de calciu şi magneziu în apele naturale) Se deosebesc următoarele tipuri de duritate:

- duritatea totală - totalitatea sărurilor de Ca2+ şi Mg2+ prezente în apă;- duritatea temporară - conţinutul ionilor de Ca2+ şi Mg2+ legaţi de anionul HCO3

-, care prin fierberea apei se poate înlătura deoarece bicarbonaţii se descompun în CO2 şi în carbonaţi care precipită;

- duritatea permanentă - diferenţa dintre duritatea totală şi duritatea temporară, fiind atribuită ionilor de Ca2+ şi Mg2+ legaţi de anionii Cl-, SO4

2- şi NO3-. Acest tip de duritate rămâne în mod

permanent în apă, chiar după fierbere. În mod convenţional, duritatea unei ape se exprimă în grade de duritate, care diferă de la o ţară la alta:

Ex. 1 grad francez de duritate = 10 mg/L CaCO3

1 grad german de duritate = 10 mg/L CaO sau 14 mg/L MgO In RO, exprimarea durităţii se face în grade germane, notate cu dGH („deutsche gradenharte”).O apă care are 0–50 dGH este considerată foarte moale;

5 – 100 dGH– apă moale; 10 – 200 dGH– apă semidură; 20 – 30 0 dGH – apă dură; peste 300 dGH – apă foarte dură.

Metode de determinare a durităţiiIonii de Ca2+ şi Mg2+ formează cu sarea disodică a acidului etilen-diamino-tetraacetic (complexon III) complecşi de tip chelat, incolori, solubili şi nedisociabili. Duritatea totală se determină prin titrare complexometrică: proba de apă se titrează cu soluţie de complexon III, în mediul bazic, în prezenţa de negru de eriocrom T drept indicator.

20

În timpul determinărilor se menţine pH=10 cu ajutorul soluţiei tampon.

4. Determinarea ionilor de calciu şi magneziu În apele râurilor conţinutul de Ca2+ rareori depăşeşte valorile de 1 g/l, iar în apele subterane poate atinge valori de zeci de grame într-un litru. Conţinutul de Ca2+ ajunge uneori în râuri la 600 mg/l, dar în ape foarte sărate poate atinge 75000 mg/l. Conţinutul ionilor de Mg2+ în apele naturale este mai mic în comparaţie cu ionii de calciu: ajunge uneori în unele râuri la mai multe sute mg/l, în apa mării sunt peste 1000 mg/l, în ape foarte sărate poate atinge 57000 mg/l. Conţinutul de Ca2+ nu afectează sănătatea, dar prin duritatea crescută poate afecta conductele, spălatul, poate afecta gustul alimentelor.Pentru apele potabile, concentraţiile limită admisibile de Ca2+ şi Mg2+ sunt 180mg/l şi respectiv 40 mg/l.Cantitatea zilnică de calciu necesară unui om matur este de 0.6 - 0.8 g, iar cea de magneziu este de 500 mg. Calciul şi magneziul se combină cu bicarbonatul, carbonatul, sulfatul şi silicaţii şi se depun ca "piatră" aderentă în boilere, calorifere şi altele. Ionii de calciu şi magneziu se combină cu acizii graşi din săpunuri şi reduc puterea de spălare ale acestora.Metoda de determinare a ionilor de Ca2+

- titrare cu complexon III. - metoda poate fi utilizată la analiza apelor în care concentraţia ionilor de calciu depăşeşte 0.5

mg Ca2+ /L.

Metoda se bazează pe capacitatea ionilor de calciu de a forma cu complexon III în mediul bazic (pH 12-13) un compus stabil.Determinarea se efectuează în mediul puternic alcalin pentru a evita influenţa ionilor de magneziu. La titrarea cu complexonul (III) se foloseşte murexidul drept indicator, care îşi schimbă culoarea de la roz (la începutul titrării, atunci când ionii de calciu sunt legaţi cu murexidul şi nu sunt legaţi în compus cu complexonul III) la violet (atunci cînd toţi ionii de calciu au intrat în componenţa compusului cu complexonul III şi indicatorul se află în forma liberă). Determinarea ionilor de magneziu în proba analizată în forma echivalentă se efectuează prin calcularea diferenţei dintre duritatea totală (Dtot.) şi conţinutul ionilor de Ca2+.

f. Indicatori biologici şi bacteriologici1. Analiza hidrobiologică - constă în inventarierea microscopică a fitoplanctonului şi zooplanctonului, organisme din masa apei şi analiza organismelor bentonice (situate pe fundul apei) şi a perifitonului (organisme fixate pe diferite suporturi), din probele de apă prelevate în secţiunea de control. Pt. stabilirea gradului de curăţenie sau poluare a unui râu/lac se compară organismelor existente cu tabele standard cuprinzând grupe faunistice şi număr de unităţi sistematice de organisme indicatoare de apă curată sau murdară. Calitatea apei şi modificările datorate diverselor forme de poluare influenţează compoziţia biocenozelor acvatice (tip şi număr de organisme), iar acestea pot reprezenta un mijloc de a diagnostica calitatea apei. 2. Analiza bacteriologicăÎn analiza bacteriologică a apei au fost adoptaţi ca indicatori bacteriologici: numărul total de germeni şi determinarea bacilului coli. Apa destinată consumului potabil sau este folosită în industria alimentară trebuie să fie complet lipsită de germeni patogeni.

21

Conţinutul de dioxid de carbon al apeiConţinutul de dioxid de carbon - caracteristica importantă a apei, deoarece determină aşa numitul echilibru carbonic al apei.Dioxidul de carbon se poate găsi în apă sub trei forme:

- liber - agresiv - legat sub forma de bicarbonaţi şi carbonat.

Cea mai mare parte a CO2 se găseşte dizolvat fizic, numai o mică parte reacţionează cu apa şi formând acidul carbonic.

CO2 + HOH ↔ H2CO3

Între H2CO3 şi sărurile acidului carbonic se stabileşte un echilibru:MCO3 + CO2 + H2O ↔ M(HCO3)2

M –cation de metal divalent ( Ca2+ , Mg 2+ , Cu 2+ , Pb2+ )etc. Pentru menţinerea bicarbonaţilor în soluţie, este necesară o anumită cantitate de CO2 liber numit “dioxid de carbon aferent”.Cantitatea de CO2 care depăşeste această limita = CO2 agresiv ,care este capabil sa transforme noi cantitati de carbonati în bicarbonati.

[ CO2 ] liber = [CO2 ] aferent + [ CO2 ] agresiv

La scăderea cantităţii de dioxid de carbon sub limita necesară menţinerii bicarbonaţilor în soluţie are loc precipitarea unei cantităţi corespunzătoare de carbonaţi.

CO2 nu dăunează calităţii apei potabile, ci îi conferă gust plăcut si prospeţime.Dar CO2 agresiv poate face apa nepotabila, deoarece poate dizolva PbCO3 format pe pereţii conductelor de plumb prin care se transporta apa. Carbonatul de plumb, PbCO3, se găseşte sub forma unui strat subţire pe pereţii conductelor si se formează sub acţiunea bicarbonaţilor de Ca si Mg din apa.În apa de alimentare a cazanelor de abur, CO2 trebuie sa lipsească deoarece produce o puternica coroziune chimica a acestora.

Metoda de determinare a CO2 liber Principiu: transformarea bioxidului de carbon liber din apă în bicarbonat, folosind o soluţie de hidroxid de sodiu şi apoi titrarea excesului de hidroxid de sodiu cu acid clorhidric în prezenţa fenolftaleinei, conform reacţiei :H2CO3 + NaOH → NaHCO3 + H2O Determinarea bioxidului de carbon liber se face la locul de recoltare.

Metoda de determinare a CO2 legat sub formă de carbonaţi (CO2 combinat)Principiu:

1. neutralizarea carbonaţilor prezenţi în apă prin titrare cu un acid mineral în prezenţa fenolftaleinei.

22

2. neutralizarea bicarbonaţilor prezenţi în apă prin titrare cu un acid mineral în prezenţa metiloranjului ca indicator.

Metoda de determinare a bioxidului de carbon agresivPrincipiu: bioxidul de carbon agresiv are proprietatea de a transforma carbonatul de calciu în bicarbonat care se determină prin titrare cu acid clorhidric.

Metoda de determinare a bioxidului de carbon agresivPrincipiu: bioxidul de carbon agresiv are proprietatea de a transforma carbonatul de calciu în bicarbonat care se determină prin titrare cu acid clorhidric.

Determinarea bioxidului de carbon totalBioxidul de carbon total în apă se poate calcula cunoscând concentraţia bioxidului de carbon liber, alcalinitatea carbonatată şi bicarbonatată în mg/ ml sub formă de CaCO3.Calcul: mg CO2 total = mg CO2 liber + alcalinitatea bicarbonatată (mg) + 1/2 alcalinitatea carbonatată (mg).CLASELE DE CALITATE ALE APELORÎn funcţie de cantitatea şi diversitate poluanţilor existenţi în ape, determinaţi prin metode diverse, standardizate, a putut fi făcută o clasificare a apelor de suprafaţă.Evaluarea încadrării în clasele de calitate în scopul stabilirii calităţii apei se face din punct de vedere fizic, chimic, biologic şi microbiologic. Limitele concentraţiilor şi clasificarea acestora (în ape de categoria I, a II-a, a III-a şi a IV-a) erau precizate în STAS 4706/1988 ,,Ape de suprafaţă - Categorii şi condiţii tehnice de calitate”.În 2003 Ordinul 1146 din 2002 înlocuieşte STAS 4706/88, iar obiectivul de referinţă este: ca ” valorile clasei a II-a de calitate să reprezintă nivelurile ce urmează să fie atinse pe plan naţional şi regional într-o strategie pe termen mediu” şi asigurarea condiţiilor de implementare a Directivei - cadru a apei. (MAPM, 2002) În 13.06.2006 apare Publicat în Monitorul Oficial, nr. 511, Ordinul nr. 161 pentru aprobarea Normativului privind clasificarea calităţii apelor de suprafaţă în vederea stabilirii stării ecologice a corpurilor de apă.Valorile limită corespund limitei maxime admisibile pentru fiecare clasa.

Clasa I. Limitele maxime admisibile reflecta condiţiile naturale de referinţă sau concentraţiile de fond. În cazul substanţelor de provenienţă naturală, inclusiv metale grele, condiţia de bază se referă la fondul natural care se stabileşte în cadrul bazinului hidrografic, pentru fiecare secţiune de referinţă (aplasamente unde influenţa antropică este sub 10 %).Clasa a II a. Limitele corespunzătoare acestei clase corespund valorilor - ţintă (obiective de referinţă) şi reflectă condiţia de calitate pentru protecţia ecosistemelor piscicole. Clasele III-IV. Valorile limită corespunzătoare acestor clase sunt de 2-5 ori mai mari decât cele ale obiectivelor de referinţă şi reflecta ponderea influentei antropice. Rezultatele examenelor fizico - chimice, metodelor fiziologice şi biologice permit încadrarea apelor în clase de calitate. Clasificarea calităţii apei de suprafaţă şi a sedimentelor este prezentată în tabelele 2, 3 si 4.

Examenele fizico - chimice sunt cel mai des folosite; constau în aprecierea culorii, clarităţii, radioactivităţii şi a însuşirilor chimice privind prezenţa şi nivelul substanţelor întâlnite curent în sursele naturale de apă sau în cele provenite din poluare. Datele obţinute au valoare pentru momentul şi punctul din care s-a recoltat apă.(F. Manea, 2004).

23

Metodele fiziologice se bazează pe activitatea metabolică a florei şi faunei acvatice; apreciază consumul biochimic de oxigen în cinci zile (CBO5) al apei şi nămolului, balanţa oxigenului, a bioproducţiei apei, prin determinarea cantităţii de fosfor şi azot organic conţinut de plancton.Metode microbiologice prevăd determinarea coliformilor totali şi a celor termotoleranţi (fecali) la apele de clasa I şi a II-a de calitate.Metode biologice (ecologice) se bazează pe capacitatea unor organisme vegetale şi animale de a se dezvolta în ape încărcate cu materii organice în descompunere. Ansamblul acestor organisme într-o sursă de apă constituie o „biocenoză caracteristică prin numărul şi varietatea indivizilor” şi poate fi folosită ca indicator biologic (ecologic).

Tratarea şi recuperareaapelor reziduale

24

- curs 3 -1. Noţiuni generale Datorită structurii sale polare şi a proprietăţilor electrice care decurg din aceasta, apa dizolvă o cantitate mare de substanţe gazoase, lichide sau solide, concentraţia componenţilor străini din apele naturale poate varia de la ng/L (ex. urme de compuşi organici) până la 35000 mg/L în apa de mare. Pentru a putea fi utilizate în scopuri industriale, agricole sau casnice apele naturale trebuie să îndeplinească o serie de condiţii de calitate pe care, de obicei, apele naturale nu le întrunesc.Tratarea apelor - totalitatea procedeelor aplicate apelor naturale pentru a îndeplini condiţiile de utilizare.Apele uzate (sau reziduale) adică apele care rezultă din activităţile industriale, agricole sau menajere au un conţinut de substanţe poluante → reintroducerea lor în circuitul natural trebuie precedată de îndepărtarea compuşilor nedoriţi. Epurarea apelor – ansamblul de masuri si procedee aplicate apelor uzate pentru indepartarea impuritatilor de natura minerala, organica si bacteriologica continute in apele uzate sau reducerea lor sub limitele admise, astfel incat aceste ape sa nu afecteze caracteristicile calitative ale receptorului in care se evacueaza.

Apă naturală

Tratarea apelorProces/activitate

careutilizează apa

Epurarea apelor

Apă reinseratăîn circuitul natural

Apele naturale au o compoziţie ft. variată → nu exista o tehnologie tip de transformare (tratare) a apelor; de la caz la caz se aplica anumite procedee de tratare a apei, a căror combinare într-un proces tehnologic eficient rezultă dintr-un studiu experimental temeinic executat în laborator sau în staţii pilot.

Orice tehnologie de transformare este constituită dintr-o serie de operaţii succesive, continue sau ciclice, de natură mecanică, fizică, chimică sau mixtă.

Oricât de complicată ar fi o tehnologie, ea constă dintr-un număr limitat de operaţii simple, distincte care se realizează în instalaţii şi aparate corespunzătoare, comune pentru diverse variante de tehnologii.

Produsul unei staţii de tratare = apă de calitate superioară care corespunde cerinţelor unei folosinţe.

Produsul unei staţii de epurare = un efluent acceptabil care nu înrăutăţeşte calitatea resurselor naturale de apă + prelucrarea depunerilor rezultate din epurarea apelor (namoluri)

SUBSTANŢE VALORIFICABILE DIN APE UZATE:- apele uzate menajere conţin importante cantităţi de azot, fosfor şi potasiu în raport de 5:1:2.4 (în gunoiul de grajd = 2:1:2.4) → folosite la irigarea culturilor agricole daca respecta regulile sanitare impuse de caracteristicile bacteriologice.

25

-nămol → gaze de fermentaţie (biogaz) cu un conţinut de peste 70% în metan→ gaze combustibile; -nămolurile fermentate → îngrăşământ agricol în urma avizului sanitar în ceea ce priveşte existenţa sau nu a bacteriilor patogene. - din nămolurile active → vitamina B12, şi furaj proteinat.-materiile prime recuperate din apele uzate industriale şi nămoluri

Ex. - grasimi, uleiuri, produse petroliere, săruri metalice de crom, zinc, nichel, cupru din apele provenite din ind. metalurgica, electronică, electrotehnică, electro-casnică, tăbăcării

- amestecuri de nămoluri, cenuşi, steril în amestec cu materiale clasice şi/sau alţi lianţi →materiale de construcţii (cărămizi, mortare etc).

In tehnologia epurării apelor se utilizează mai multe procedee având la bază:- procese fizice: au la bază fenomenele de separaţie lichid - solid sau lichid -

substanţe plutitoare, datorită diferenţei lor de densitate(greutate); sunt unele dintre cele mai importante procese care intervin în epurarea apelor uzate.

- procese chimice: intervin în cazul dezinfectării apelor uzate în compoziţia cărora predomină bacterii patogene, sau la eliminarea substanţelor în suspensie, coloidale şi dizolvate cu ajutorul reactivilor chimici.

- procese biologice: aplicate pt eliminarea din apele uzate a substanţelor organice în stare de soluţie.

Procesele biologice care intervin la epurarea anelor uzate sunt:1. Procese aerobe, condiţionate de existenţa microorganismelor aerobe a căror

activitate de oxidare şi mineralizare a substanţelor organice depinde de realizarea unui mediu aerob definit de existenţa oxigenului furnizat de atmosferă sau de apă.

Produsele oxidării aerobe ale substanţelor organice sunt: bioxidul de carbon (CO2), acidul azotic (HNO3) şi anhidrida azotică (N2O5); aceşti acizi se transformă imediat după formarea lor în săruri solubile în apă (carbonaţi, nitraţi, sulfaţi), iar CO2 se degajă parţial în atmosferă.

2. Procese biologice anaerobe: procesele biologice utilizate la stabilizarea depunerilor organice (nămoluri) rezultate din epurarea apelor uzate, care folosesc, în activitatea microorganismelor anaerobe, oxigenul legat chimic de azot din nitriţii şi nitraţii existenţi în nămoluri. Aceste procese se realizează în bazinele de fermentare a nămolului (metantancuri, decantoare cu etaj etc).

Procesele fizice, chimice si biologice se combină în cazul unui anumit procedeu sau în diferite procedee, ceea ce permite obţinerea unor eficiente ridicate ele epurare, precum şi posibilitatea eşalonării investiţiilor necesare execuţiei staţiei de epurare.

Procese unitare pentru tratarea apelor - se adoptă termenul de proces unitar pentru toate procesele care intervin într-o schemă tehnologică de tratare a apelor, indiferent dacă sunt de natură fizică, chimică sau biologică.

Între procesele unitare prin care se realizează tratarea apei naturale pentru obţinerea apei potabile şi cele de epurare a apelor uzate nu există deosebiri esenţiale, diferenţa constând în natura apei brute supuse tratării şi în calitatea efluentului final care trebuie obţinută. In ambele cazuri, substanţele nedorite sunt îndepărtate din apă şi transformate în substanţe acceptabile.

Cele mai multe procese de tratare şi de epurare a apelor aduc schimbări ale concentraţiilor unor substanţe care sunt fie scoase, fie introduse în apă, intervenind astfel un transfer de fază între cele trei faze existente: gazoasă, lichidă, solidă.

Procedee de epurare se pot grupa în diferite nivele, numite trepte de epurare.Epurare mecanică – reţinerea prin procese fizice a substantelor poluante sedimentabile din

apele uzate. Epurarea chimică - dezinfectia apei care contine bacterii patogene, separarea substanţelor

coloidale emulsionate, neutralizarea substanţelor chimice nocive

26

În cazul când reactivii sunt utilizaţi numai pentru ameliorarea eficienţei de separare a suspensiilor fine (auxiliar al epurării mecanice), nu se poate spune că există o treaptă de epurare chimică distinctă. → epurarea mecano-chimică, intitulata şi epurare primară.

Epurarea biologica (epurare secundară) – defineste fenomenul natural de mineralizare a substanţelor organice sub acţiunea microorganismelor, element determinant în procesele de autoepurare.

În cazul unui efluent cu compoziţie complexă, epurarea trebuie să conjuge toate aceste metode. → instalaţie va avea 3 trepte de epurare: o treaptă mecanică, una chimică şi una biologică.

Efluentul epurat biologic poate fi încărcat cu compuşi azotoşi şi fosfaţi ce favorizează eutrofizarea apelor sau alte produse, ex. detergenţi, pesticide, coloranţi care sunt evacuate nemodificate. → se impune realizarea unei faze de epurare terţiară, bazată pe procedee fizico-chimice (procedeele de adsorbţie, osmoză inversă, electrodializă) intensive, extrem de eficace, dar şi costisitoare.

PROCEDEELE DE EPURARE MECANICA- Folosesc construcţii şi instalaţii a căror alcătuire diferă după mărimea suspensiilor

reţinute Ex. grătare şi site - pt. reţinerea corpurilor şi suspensiilor mari. In unele situaţii de

scheme de epurare, această operaţie se numeşte epurare preliminară. separatoare de grăsimi - pt. separarea prin flotatie a grăsimilor şi emulsiilor care plutesc în masa apei uzate

deznisipatoare, decantoare, fose septice – pt. separarea prin sedimentare (decantare) a materiilor solide, în suspensie separabile prin decantare.

Operaţia de reţinere din apele uzate a compuşilor şi a impurităţilor de dimensiuni mari, se numeşte degrosisarea apelor şi se referă la procesele fizice ce au loc în grătare, deznisipatoare şi separatoare de grăsimi. Acest procedeu de epurare folosit frecvent în epurarea apelor uzate menajere este o etapă intermediară de realizare totală a epurării apelor, îndeosebi pentru localităţile în care staţia de epurare se construieşte simultan cu canalizarea localităţii.

Daca în canalizarea orăşenească sunt deversate mari cantităţi de ape uzate industriale, pentru a proteja desfăşurarea normală a proceselor de epurare în treaptă mecanică, se prevede o epurare preliminară alcătuită din bazine de egalizare a debitelor şi de uniformizare a concentraţiilor (în cazul apelor uzate industriale evacuate în şarje tehnologice) sau din bazine de neutralizare pentru apele puternic acide sau alcaline.

Uniformizarea debitelor şi a concentraţiilor poate constitui singura măsură necesară pentru protecţia receptorului împotriva şocurilor de poluare, atunci când gradul de diluţie pe termen lung este suficient de mare.

Construcţii pentru egalizarea apelor uzate - constau din bazine, al căror volum se calculează pe baza măsurătorilor de debit şi

concentraţie, prevăzute cu sisteme de amestecare şi aerare pentru menţinerea condiţiilor aerobe şi pentru a evita depunerea de sedimente.

Amplasarea bazinelor de egalizare se realizează în amonte faţă de staţia de epurare, după instalaţiile de preepurare destinate îndepărtării impurităţilor grosiere sau grele (grătare, site, deznisipatoare). Amplasarea faţă de colectorul de canalizare se poate face în:

- serie, când întregul debit trece prin bazin, nivelarea concentraţiilor este foarte bună, dar şi nevoile de pompare sunt mai mari.

- în derivaţie, când numai surplusul de apă uzată care depăşeşte debitul mediu este deviat prin bazinul de egalizare.

Daca o singură sursă este responsabilă de neuniformităţile de debit şi concentraţie, bazinul de egalizare se poate amplasa lângă sursa respectivă. În acest bazin, de dimensiuni mai mici decât cel

27

necesar pentru egalizarea efluentului general, se stochează apele uzate ale sursei perturbatoare, care sunt evacuate cu debit constant în efluentul general.

PROCEDEELE DE EPURARE CHIMICA- Se aplică la apele uzate în compoziţia cărora predomină materii solide în suspensie, coloidale

şi dizolvate care nu pot fi reţinute decât numai prin tratarea acestor ape cu reactivi chimici, de coagulare.

- Pentru a creşte eficienţa procesului chimic, apele vor fi supuse, în prealabil, epurării mecanice, de aceea acest procedeu poartă denumirea de epurare mecano-chimică

- In mod obişnuit epurarea mecanică şi epurarea mecano-chimică constituie epurarea primară a apelor uzate, iar construcţiile şi instalaţiile aferente alcătuiesc treapta mecanică a unei staţii de epurare.PROCEDEELE DE EPURARE MECANO-BIOLOGICĂ

- se bazează pe acţiunea comuna a proceselor mecanice, chimice şi biologice şi pot avea loc în:- condiţii naturale (câmpuri de irigare şi de infiltrare, iazuri biologice etc).- condiţii artificiale, prin filtrare biologică (filtre biologice de mică sau de mare

încărcare, filtre biologice scufundate, filtre turn, aerofilfre etc) sau în bazine de aerare cu nămol activ de mică sau de mare încărcare, cu aerare normală sau prelungită.

- Pt. apele uzate industriale din compoziţia cărora lipsesc substanţele nutritive (azot şi fosfor) necesare bacteriilor aerobe, se prevăd bazine speciale pentru introducerea acestor substanţe chimice (este mai economică soluţia de epurare în comun a acestor ape industriale cu apele uzate menajere, deoarece deşeurile orăşeneşti conţin suficiente cantităţi de azot şi fosfor).

- Construcţiile şi instalaţiile în care se realizează procesele biochimice de epurare biologică, alcătuiesc treapta secundară a staţiei de epurare, având drept scop final, reţinerea materiilor solide în soluţii şi în special a celor organice.

- Nămolul produs în treapta biologică este reţinut, prin decantare, în decantoarele secundare, numite şi bazine clarificatoare.

- In această treaptă de epurare sunt necesare unele construcţii şi instalaţii de deservire, ex. instalaţii pentru producerea şi introducerea artificială a aerului, staţii de pompare şi conducte pentru transportul şi distribuţia nămolului activ etc.

- In condiţiile funcţionării normale a treptei de epurare primare şi secundare, eficienţa acestora exprimată, prin gradul de epurare realizat în ceea ce priveşte materiile organice şi a materiilor în suspensie, separabile prin decantare, poate fi 75-92%.

- Oobţinerea de valori mai mici presupune suplimentarea schemei clasice a staţiei de epurare, de ex. prin introducerea mai multor trepte de epurare biologică.

- EPURAREA TERTIARA SAU AVANSATA (EPURAREA DE FINISARE)

- se aplică după cele două trepte ale procesului clasic de epurare - urmareste ca apa epurată, sa poata fi refolosită, chiar în scopuri potabile, iar impurităţile

reţinute sa fie complet distruse pentru a nu afecta, în nici un fel, calitatea apelor naturale. - constă în totalitatea procedeelor folosite în scopul eliminării din apele uzate a anumitor

substanţe, numite rezistente sau refractare, care odată ajunse în receptor afectează calităţile de potabilitate ale acestora.

Ex. - detergenţii, care nu au putut fi reţinuţi în epurarea clasică, favorizează apariţia spumei la suprafaţa apelor receptorului → aspect inestetic, nu permite oxigenarea apei.

- compuşii azotului şi ai fosforului care în treapta primară şi secundară sunt reţinuţi în limitele de 40 - 50%, odată ajunşi în receptor (în special în lacurile de acumulare sau în ape cu viteze lente de curgere) contribuie la dezvoltarea excesivă a florei acvatice (alge şi plante) cauzând procesul de eutrofizare a apelor.

28

- se utilizează procese fizice de epurare (filtrarea şi micrositarea), procese fizico-chimice (adsorbţia, coagularea, schimbul ionic, evaporarea, osmoza inversă, electrodializa) şi procese biochimice (irigarea, iazuri biologice, bazine de nitrificare şi de denitrificare, dezinfecţia etc).

TRATAREA NAMOLURILOR rezultate din epurarea apelor uzate în cele trei trepte de epurare constă în fermentarea şi deshidratarea lor.

Deşi fermentarea anaerobă ca proces biologic de stabilizare a nămolurilor organice este frecvent aplicată în staţiile de epurare, totuşi, în ultimul timp, se promovează soluţia de fermentare aerobă ia temperaturi şi presiuni, ridicate care prezintă avantaje tehnice şi economice superioare primului sistem.

Ingroşarea gravitaţională sau prin flotare este folosită pentru concentrarea nămolurilor brute şi a nămolurilor fermentare până la 4- 12% în funcţie de natura nămolului.

Pentru deshidratarea nămolului se poate aplica soluţia naturală cu platforme de nămol, iar pentru cantităţi mari de nămoluri se recomandă deshidratarea artificială pe cale termică sau mecanică (vacuumfiltre, centrifugare, filtre prese etc).

Nămolurile stabilizate şi deshidratate se pot valorifica sub formă de îngrăşământ organic în agricultură, sau sub alte forme utile.

1. Procese fizice de tratare a apelorSubstanţele poluante nu suferă, în cursul separării lor din apă, transformări chimice în alte substanţe.Principalele grupe de procese fizice au la bază: separarea gravitaţională, filtrarea şi transferarea poluanţilor din fază apoasă în altă fază.

1 .1. Separarea gravitaţională Se bazează pe faptul că asupra unui corp aflat într-un câmp gravitaţional acţionează o forţă, ce determină deplasarea corpului spre fundul bazinului de separare. Separarea particulelor relativ grosiere, nedizolvate în apă, sub influenţa câmpului gravitaţional, are loc prin: - sedimentare, în cazul particulelor nedizolvate în apă cu densitatea medie mai mare decât a apei - flotaţie, pentru particule nedizolvate în apă cu densitatea medie mai mică decât a apei.

29

Pentru apele uzate cu conţinut mare de suspensii sau pentru concentrarea nămolurilor se utilizează o metodă de separare sub acţiunea unui câmp gravitaţional mărit prin punerea în rotaţie a sistemului denumită centrifugare. A. Sedimentarea- procesul de separare din apele uzate a particulelor solide cu densitate medie mai mare ca a apei prin depunere gravitaţională.

- se pot îndepărta atât suspensii anorganice şi organice, cât şi coloizi, în cazul unei tratări prealabile cu un coagulant.

În funcţie de condiţiile de sedimentare se pot distinge patru situaţii:− sedimentarea particulelor discrete (sedimentarea de tip I), caracteristică suspensiilor diluate nefloculante;− sedimentarea cu floculare (sedimentare de tip II), caracteristică suspensiilor diluate floculante;− sedimentarea frânată (în masă sau în grup), care reprezintă un proces de sedimentare colectivă a unei suspensii de concentraţie medie lipsită de caracteristici de floculare;− tasarea nămolului, ce intervine atunci când concentraţia flocoanelor creşte pânăla un punct când particulele ajung în contact fizic unele cu celelalte şi sunt suportate parţial de straturile inferioare de particule.Construcţii şi instalaţii pentru sedimentare

În funcţie de viteza de sedimentare a particulelor se deosebesc două categorii de instalaţii pentru sedimentare:

1. deznisipatoarele 2. decantoarele

1. Deznisiparea - prima treapta de tratare în procesul de limpezire a apei, care se aplică înaintea decantării, cu

scopul îndepărtării particulelor mai greu sedimentabile, respectiv a suspensiilor granulare (nisip, praf, pietre, cenuşa, şi alte materiale minerale grele numite cu un termen generic „nisip”).

Prin deznisipare se asigură:− împiedicarea acţiunii abrazive asupra utilajului mecanic, în special a instalaţiilor de pompare;− reducerea pericolului de înfundare a unor instalaţii din staţia de epurare prin micşorarea acumulărilor de materiale consistente;− eliminarea selectivă a suspensiilor inerte, excluzându-se suspensiile putrescibile;− simplificarea evacuării şi transportului nămolului primar. Deznisipatoarele sunt plasate înaintea decantoarelor. Principala deosebire dintre deznisipatoare şi decantoare o constituie viteza de curgere a apei, respectiv timpul de staţionare a apei în decantor. Deznisipatoarele constau din bazine înguste, compartimentate, prevăzute uneori cu agitare (cu aer sau hidraulică) pentru a împiedica înglobarea în sedimente a suspensiilor organice. După direcţia de curgere a apei, deznisipatoarele pot fi orizontale sau verticale.

a. Deznisipatoarele orizontale constă din două sau mai multe canale înguste şi relativ puţin adânci. La intrare se află un grătar pentru reţinerea corpurilor plutitoare (panta rigolei este de 0, 5–2%).Apa circulă cu o viteză medie de 0.3 m/s, timpul de staţionare =0,5–1 minute.

b. Deznisipatoarele verticale - sunt cilindrice şi ocupă un spaţiu mai redus decât cele orizontale. - apa intră în tubul central, coboară şi apoi urcă prin spaţiul inelar cu viteză de 0.02–0.05 m/s,

depunerile colectându-se la partea inferioară, de formă tronconică.

30

- timpul de staţionare a apei = 0.5–1.5 min. Evacuarea reziduului colectat în deznisipatoare se poate face:

- manual, pt. instalaţiile de capacitate redusă;- mecanic ori hidraulic în cazul debitelor mari.

Evacuarea manuală se realizează după scoaterea din funcţiune a compartimentului respectiv. De regulă, intervalul între două curăţiri = 30 de zile. Pt. evacuarea mecanică a nămolului colectat în deznisipatoare se pot folosi dispozitive:− cu racleţi şi şnec;− cu racleţi, grapă de nisip şi pompă fixă sau hidroelevator;− cu pompe mobile.2. Decantarea Decantoarele sunt instalaţiile în care sedimentează cea mai mare parte a substanţelor în suspensie din apele uzate (circa 70–80%) şi în care apa brută este în repaus sau circulă cu viteză foarte mică, astfel încât viteza de sedimentare sa fie mai mare decât viteza de deplasare a apei. Factori ce determină eficienţa decantării: - uniformitatea distribuţiei curentului de apă în secţiunea perpendiculară pe direcţia de curgere. → în zona de decantare se instalează, în faţa deschiderilor prin care este admisă apa deflectoare, praguri, pereţi de dirijare şi difuzie, prevăzuţi cu găuri sau fante. - uniformitate în faza de evacuare a apei → evacuarea apei limpezite se face după trecerea peste deversoare, aşezate pe una sau pe ambele părţi ale jgheaburilor de evacuare. În faţa deversoarelor este prevăzut un perete semiscufundat, care previne antrenarea particulelor solide plutitoare şi a grăsimilor. - asigurarea distribuţiei egale a debitului între bazinele de decantare, colectarea şi evacuarea continuă a spumei de la suprafaţa apei din decantor, colectarea şi evacuarea, preferabil continuă, a nămolului depus pe fundul decantorului.Decantoarele se pot construi într-o varietate mare de tipuri (STAS 4162-80):

- decantoarele statice (orizontale) - uzuale. - decantoarele radiale se folosesc pentru debite ft. mari de apa.- decantoare verticale

Condiţii optime de sedimentare:- viteza de curgere a apei sa nu depăşească 1 cm/s;- regimul de curgere al apei sa fie laminar;- sa nu existe variaţii ale densităţii apei datorate variaţiei de temperatura;- cantitatea de substanţe în suspensie sa nu fie prea mare; când substanţele în suspensie se afla

în cantitate de peste 1g/dm3 ,sedimentarea este îngreunată, deoarece particulele se deranjează între ele în timpul sedimentarii;

- alimentarea şi evacuarea uniforma a apei în decantor.Decantoare orizontale - bazine de beton dreptunghiulare, cu axa principală în direcţia de curgere a apei, lungimea ≥ 30 m, pt. a preveni astfel efectele prea pronunţate ale vântului, iar adâncimea = până la 4.5 m. La intrare se află un grătar pentru reţinerea corpurilor plutitoare. Panta rigolei este de 0,5 – 2%.Viteza apei prin bazin = 1 – 5 mm/s Timpul de staţionare = 0.5 - 2 ore.

31

1. camera de liniştire si distribuţie a apei 2. camera de decantare a apei3. camera de colectare a apei decantate 4. camera de colectare si evacuare a nămolului5. conducta de intrare a apei brute 6. conducta de golire a apei limpezi7. conducta de evacuare a nămolului 8. perete pentru evacuarea uniforma a apei (p)Decantoarele verticale sunt bazine cu secţiune circulară, în care apa circulă de jos în sus cu o viteză de 0,7 mm/s. Timpul de staţionare al apei este de 1.5 ore.Decantoarele verticale sunt mai adânci → dezavantajate din punct de vedere constructiv.Avantaj: exploatarei mai ieftina, posibilă îndepărtarea hidraulică a nămolului.

32

Decantoarele radiale - cele mai folosite pentru instalaţiile mari şi se prezintă sub forma unor bazine cilindrice, adânci de 3 – 4 m, în care apa circulă radial de la centru spre periferie, având progresiv viteze din ce în ce mai mici, pe măsură ce scad şi dimensiunile particulelor ce urmează a se depune → favorizată depunerea suspensiilor fine.

33

Decantoare Imhoff - decantoarele cu etaj care cuprind şi staţii de fermentare, sunt instalaţii combinate de decantare şi fermentaţie anaerobă a nămolului, adecvate epurării apelor cu încărcare organică de natură biologică.Suspensiile depuse în decantoare formează nămoluri, care se îndepărtează continuu sau discontinuu.Eliminarea nămolului din decantoare se poate face:− manual, în cazul sedimentelor neputrescibile, când este necesară prezenţa de unităţi paralele care să poată fi introduse în circuit pe durata operaţiei;− mecanizat, în cazul cantităţilor mari de nămol, mai ales atunci când acesta este putrescibil.Eliminarea mecanizată a nămolului se realizează la decantoarele orizontale, folosind poduri racloare cu mişcare de du-te vino sau racloare cu lame montate pe lanţuri. Pentru decantoarele radiale se folosesc racloare cu lame fixate pe un pod raclor solidar cu un ax central de antrenare, care împing nămolul într-o zonă centrală, prin care se face eliminarea din bazin.Dacă există pericolul trecerii nămolului în suspensie (la nămolurile cu grad redus de îngroşare), se pot folosi pentru evacuarea nămolului pâlnii de aspiraţie.

Tratarea şi recuperareaapelor reziduale

- curs 4 –

B . Flotaţia - procedeul de antrenare a particulelor aflate in suspensie dintr-un lichid la suprafata acestuia

cu ajutorul bulelor de gaz aderente la aceste particule.Aplicatii:

- îndepărtarea solidelor în suspensie; - separarea şi concentrarea nămolului. - ape uzate menajere: aplicarea flotatiei fără adaosuri de coagulanţi – rezultate slabe - ape uzate de la fabricile de ulei, de la procesarea cărnii, laptelui, fabrici de săpun, de conserve

etc – rezultate ft. Bune + reducerea semnificativa a volumul nămolurilor în decantoare.- Indepărtarea uleiurilor din apele uzate din industria metalurgica şi din industria celulozei şi

hârtiei. Flotaţia se poate realiza în două variante: naturală sau cu aer. Flotaţia naturală - particulele materiale mai uşoare decât apa (uleiuri, grăsimi, hidrocarburi) formează asociaţii cu bule de aer sau gaz din procesele microbiologice ridicându-se la suprafaţa apei care staţionează sau care se află în curgere liberă. Stratul de material plutitor, ridicat prin flotaţie, este îndepărtat prin raclare. Bazinele de flotaţie (separatoare de grăsimi) funcţionează pe principiul micşorării vitezei de curgerea apei, ce face ca substanţele cu masă specifică mai mică decât cea a apei să plutească la suprafaţă, fiind preluate de un dispozitiv adecvat. Separatoarele de grăsimi - amplasate după deznisipatoare, dacă reţeaua de canalizare a fost construită în sistem unitar

- după grătare, când reţeaua a fost construită în sistem divizor şi din schemă lipseşte deznisipatorul.

34

In funcţie de densitatea particulelor, flotaţia ca procedeu tehnologic se aplică în două variante

Schema flotaţie pentru particule solidea)particule grele; b)particule uşoare 1. La particulele grele cu greutate specifica mare, cum este cazul minereurilor, flotaţia este posibilă numai dacă granulaţia materialului este sub diametrul de 0,4 mm.

- se lucreaza cu aer difuzat in bule mari, cu diametrul bulei de peste 2 mm, de care trebuie să adere particulele.

- pt. a usura aderarea se adaugă agenti de flotatie, care se fixează pe suprafaţa particulelor, le fac hidrofobe, fapt ce are ca efect eliminarea acestora din masa de apa la suprafaţa de separaţie apă – aer -particulă solidă şi astfel sunt ridicate la suprafaţa apei de către bulele de aer. - exista riscul ca bulele să se spargă şi particula să cadă din nou pe fundul bazinului → se introduce în apa uzată un spumant, care are rolul de a menţine spuma în care segăsesc particulele mai mult timp la suprafaţa apei.

- spumantii sunt substante superficial active care micsoreaza tensiunea superficiala a apei prin proprietatea lor de a se acumula la suprafata lichid-gaz.

- spuma trebuie mereu îndepărtata de pe suprafaţa bazinului. Procedeu costisitor – se aplica mai rar – daca particulele reţinute au o valoare economică ridicată ca de ex. la prepararea minereurilor sau sunt toxice. În caz contrar, se preferă decantarea particulelor grele în bazine decantoare. 2. La particulele usoare care plutesc la suprafata sau in straturi, sau care se depun foarte greu fiind formate din materiale cu densitate mica (produse fibroase, flocoane, grasimi), forta ascensionala este mai mare si de cele mai multe ori nu este necesara adaugarea de agentio de flotatie.- Procedeu economic – se aplica aproape intotdeauna pt epurarea apelor.

35

Realizarea flotaţiei suspensiilor fine utilizând substanţe floculante şi bule fine de aer.a) - ridicarea particulei de către bula de aer ce a aderat ( I –bulele sunt prea mici pentru a ridica particula, II - bule mai mari ce asigura ridicarea particulei); b) - ciocnirea bulei de aer cu particula (I) şi ridicarea particulei de catre bula cea aderat la particulă (II); c) - intrarea bulei de aer în floconul format; d) - intrarea bulei de aer în interiorul floconului.Metodele folosite pentru flotatia apelor uzate a. Flotatia prin barbotare: utilizeaza bule cu diametre mari > 1 mm; aplicabila apelor menajere.

Separator de grăsimi cu insuflare de bulea)secţiune transversală; b) –secţiune longitudinală; 1- intrarea apei; 2–difuzoare pentru insuflarea bulelor de aer; 3-ieşire apă.b. Flotatia sub vid - consta din saturarea apei cu aer si apoi introducerea ei intr-un spatiu inchis, cu presiune redusa.

- la scaderea presiunii, o parte din aerul dizolvat se degaja in apa sub forma de bule fine care asigura flotarea materiilor in suspensie.

- se aplica apelor menajere, apelor de la abatoare, fabricile de conserve- avantajul metodei: ridicarea bulelor se face fără turbulenţă, ceea ce previne spargerea

flocoanelor- dezavantaj: staţionarea apei asigură condiţiile pentru sedimentarea particulelor grele şi, ca

urmare se impune curăţirea periodică a fundului bazinelor prin utilizarea de racloare de fund.- cantitatea de bule fine care se gegaja sub efectul scaderii presiunii este mica → metoda nu

este in multe cazuri economica.c. Flotatia sub presiune

- apa este pusa in contact cu aer sub presiune mai mare decat cea atomosferica. - are loc solubilizarea unei cantitati de aer corespunzatoare suprapresiunii aplicate - prin destinderea brusca a apei saturata cu aer la presiunea atmosferica, in camera de flotatie,

are loc degajarea, sub forma de bule fine, a aerului dizolvat suplimentar fata de solubilitatea la presiunea atmosferica.

- Realizarea suprapresiunii de aer în apa uzată:

36

- aerul poate fi introdus odată cu apa prin aspiraţie sau - aerul poate fi pompat sub presiune în apa uzată aflată într-o incintă închisă.

- Trebuie să existe un sistem pentru eliminarea bulelor mari. - In funcţie de natura suspensiilor se pot introduce în apă diverşi reactivi şi floculanţi pentru

creşterea eficienţei procesului.- metoda este eficienta pentru un numar mare de categorii de ape uzate: abatoare, fabroci de

sapun, hartie, conserve, rafinarii etc. - Bazinele de flotaţie (separatoare de grăsimi) pot fi orizontale sau verticale. - Şi în cazul lor este necesară reducerea la minimum a turbulenţei în zona de separare, motiv

pentru care sunt prezente deflectoare cu rol de eliminare a bulelor mari. - Spuma formată este colectată de o lamă care o conduce spre o gură de evacuare.- Materialele decantabile se depun pe fund, de unde sunt raclate şi evacuate.

Instalaţie de flotaţie cu aer dizolvat sub presiune: timp staţionare = 5 – 10 min, cantitate de aer = 0.2 – 0.8 m3/m3 apă, adâncimea apei = 1.2 – 2.75 m.C. Centrifugarea - proces de separare gravitaţională a suspensiilor din apă în care intervin acceleraţii superioare celei gravitaţionale. -se obţin viteze mari de sedimentare, ceea ce duce la o separare a unei mase mari de suspensii în unitatea de timp. → concentrate de namol mai compacte, cu un conţinut mai mare de solid. Instalatii utilizate:-dacă debitul de apă este mare, atunci pentru epurarea apelor uzate cu un continut mare de particule aflate in suspensie si care au o densitate mult mai mare comparativ cu apa se poate utiliza instalaţia tip ciclon (hidrociclon).Hidrociclonul realizează o separare relativ grosieră a particulelor şi uleiurilor, dar prezintă avantajul simplităţii în construcţie şi funcţionare. -apa intră tangenţial cu viteză mare şi apoi are un traseu ascendent axial.

37

- particulele cu densitate mare sub acţiunea forţei centrifuge se deplasează spre pereţii exteriori şi apoi cad în partea de jos a hidrociclonului de unde sunt evacuate. - in partea superioara axială se concentrează si grăsimile şi uleiurile, care au densitate mai mică.

Pt. debite mici ale apelor uzate şi performanţe ridicate de separare a particulelor solide, se pot utiliza separatoare (decantoare) centrifugale de mare turaţie, ce pot fi cu axă verticală de rotaţie sau cu axă orizontală si care pot functiona in regim continuu sau intermitent. În epurarea apelor se utilizează, de regulă, decantoare centrifugale cu ax orizontal si funcţionare continuă. Decantoarele centrifugale sunt constituite dintr-un corp cilindro-conic rotativ, în interiorul căruia se roteşte cu viteză mai mică un ax melcat, prin interiorul căruia se introduce apa brută.

-sub acţiunea forţei centrifuge, substanţele în suspensie sunt depuse pe peretele centrifugei, de unde sunt împinse de corpul melcat spre zona conică a centrifugei, pe unde nămolul este evacuat.

-lichidul limpezit este evacuat pe la capătul opus al centrifugei.Prin centrifugare → concentrate de nămol cu un conţinut mai mare de 50% de substanţă uscată, comparativ cu nămolurile obţinute prin alte metode de separare la care concentraţia în substanţe uscate este între 4% şi 10%. - Costuri energetice relativ ridicate → se utilizează frecvent doar în cazul apelor uzate cu o mare concentraţie de suspensii sau pentru concentrarea nămolurilor. D. Filtrarea - procedeul de trecere a apelor printr-un mediu poros, cu compoziţie granulometrică adecvata, în scopul reţinerii particulelor aflate în suspensie. În funcţie de caracteristicile filtrului → diferite variante de filtrare. Alegerea metodei de filtare - dependentă de mărimea şi concentraţia particulelor solide ce trebuiesc separate prin filtrare. Variantele de filtrare cel mai frecvent întâlnite în practica tratării şi epurării apelor uzate sunt:

− filtrarea prin site si gratare, utilizată pentru separarea particulelor grosiere, aflate în cantităţi mari;

− filtrarea prin straturi granulare, a căror grosime este de ordinul metrilor, se utilizează pentru apele cu cantităţi reduse de suspensii, la debite mari;

38

− filtrarea cu prestrat (cu turte), care se aplică în special în cazul concentraţiilor mari de suspensie (a nămolurilor);

− filtrarea prin membrane, care se utilizează pentru obţinerea unei limpezimi avansate a apei, în cazul apelor cu cantitate redusă de suspensii.Grătare - pentru reţinerea impurităţilor de mari dimensiuni, care ar putea bloca pompele sau vanele.

- se pot clasifica după mărimea interspaţiilor în:− grătare rare, cu interspaţii de 40 – 50 mm;− grătare dese, cu interspaţii de 15 – 20 mm.

Barele grătarelor pot avea diferite profile: triunghiulare, rectangulare, circulare, elipsoidale, şi pot fi situate în planuri drepte sau curbe, cu înclinaţie de 30 – 90o faţă de orizontală. Viteza de intrare a apei pe grătare: 0.3 – 1 m / sec. Materialele plutitoare rămân depuse pe grătare → trebuie periodic curăţate, pentru a nu obtura grătarul.Site - pentru reţinerea impurităţilor nedizolvate de dimensiuni mijlocii şi se caracterizează prin mărimea ochiului sitei ce depinde de dimensiunea suspensiilor ce doresc a fi reţinute

- pot fi realizate din tabla metalica sau plăci de mase plastice perforate, din ţesături din fire de oţel sau fibre sintetice, din bare cu secţiune triunghiulară.

- pot fi statice sau mobile. - necesita curatare periodica (depunerile obturează orificiile şi scad debitul apei spre staţia de

epurare). Un grad înalt de îndepărtare a solidelor se realizează utilizând site vibratoare.Filtre pentru epurarea apelor uzate Materialul filtrant cel mai frecvent utilizat este nisipul cuarţos, cu minim 98 % silice simaxim 2 % substanţe organice. Filtrele cu nisip sunt formate din mai multe straturi cu densităţi diferite care într-un curent de apă ascendent se stratifică conform densităţii şi la care, după spălare, se obţine spontan o aranjare a granulelor cu diametrul descrescând în sensul de curgere din timpul fazei de filtrare, fapt care permite o folosire mai eficientă a adâncimii filtrului. Filtrele de nisip sunt împărţite în:

- filtre lente cu viteze de filtrare de 0,1 – 0,6 m/h; - filtre rapide cu viteze de filtrare de 3 – 6 m/h.

În anumite cazuri se foloseşte ca material filtrant antracitul foarte dur, cărbunele activ, marmura, vata minerala.Reţinerea de către materialul filtrant a particulelor în suspensie duce la o micşorare progresiva a spatiilor (interstiţiilor) dintre granulele materialului filtrant → colmatarea filtrului. Pe măsură ce filtrul se colmatează, creste pierderea de presiune din filtru si scade viteza de filtrare.În epurarea apelor uzate, filtrele cu nisip se utilizează în treapta secundară de epurare sau pentru finisarea efluenţilor treptei biologice. În aceste filtre au loc, pe lângă procesele fizice de reţinere a particulelor insolubile şi procese microbiologice de degradare a unor materiale organice dizolvate sau în suspensie. Primele filtre utilizate la tratarea apei au fost filtrele lente peste care apa circula cu viteză redusă.În partea superioara a filtrului sunt reţinute microorganismele vii, formând o membrană gelatinoasă numita membrană biologică, care retine cele mai fine suspensii, în special microorganismele.Dezavantajul filtrelor lente este volumul lor mare, datorita vitezei de filtrare reduse.

39

Filtrele lente au fost înlocuite, parţial, de filtrele rapide, pt. care viteza de filtrare este mai mare şi au un volum mai redus. În cazul filtrelor rapide, nu se mai formează membrana biologica → necesară ulterior operaţia de dezinfecţie a apei.Filtrele rapide se utilizează în special pentru filtrarea apelor tratate cu coagulanţi.

FILTRU RAPID DESCHIS

1. conducta de alimentare cu apa bruta2. strat drenat care susţine stratul de nisip3. strat de nisip filtrant4. conducta de evacuare a apei filtrate5. conducta de alimentare cu apa pentru spălarea filtrului6. conducta de golire pentru apa de spălare a filtrelor7. camera de apa filtrata (pentru colectarea apei filtrate)

40

FILTRU RAPID INCHIS1. rezervor din tabla de otel2. strat drenant care sustine stratul de nisip filtrant3. nisip filtrant4. conducta de alimentare5. conducta de evacuare apa filtrata6. stut pentru aer comprimat7. conducta perforata pentru distribuire aer8. conducta laterala pentru evacuarea apei de spalare a filtrului9. conducta de golire a filtruluiFiltrele cu prestrat - formate din suporturi poroase aşezate într-o carcasă pe carese depune înainte de începerea filtrării un strat subţire de material filtrant granular cudimensiunile granulelor de 5 – 100 μm. Pentru formarea prestratului se foloseşte cel mai adesea pământ de diatomee sau se mai pot folosi cărbune activ, fibre celulozice, fibre de azbest. Regenerarea filtrului se face prin îndepărtarea turtei de prestrat colmatată cu materialul reţinut.

Tratarea şi recuperareaapelor reziduale

- curs 5 -EPURAREA CHIMICA

- ansamblul procedeelor tehnologice prin care se prelucreaza substantele dizolvate sau in stare de suspensie coloidala prezente In apele uzate.

- se realizeaza prin operatii de neutralizare, precipitare, coagulare si floculare - Tehnologia de epurare se bazeaza pe reactii chimice precizate prin ecuatii stoechiometrice

→ operatii de preparare, dozare si amestecare in diferite proportii a reactivilor care se desfasoara in instalatii si cu echipamente specifice.

- Instalatiile din treapta chimica sunt dotate cu:-depozite de reactivi, dispozitivele de dozare, bazine pentru prepararea reactivilor dotate cu amestecatoare rapide, instalatiile destinate introducerii solutiilor la concentratia impuse, reactoarele si respectiv decantoarele de separare.Neutralizarea

- este o operatie care se aplica apelor uzate acide sau alcaline, evacuate din diferite zone, cu scopul corectarii pH-ului apei inainte de deversarea in emisar.

- pH-ului apei uzate trebuie adus la o valoare cât mai apropiată de zona neutră, pt. a preveni distrugerea florei şi faunei acvatic; micşorarea însuşirilor corozive ale apei care pot determina degradarea materialelor cu care vine în contact (ex. conducte, construcţii şi instalaţii de transport sau de epurare).

Pentru neutralizarea apelor uzate se poate acţiona în următoarele modalităţi:− neutralizarea reciprocă a apelor uzate acide şi alcaline, atunci când ele rezultă de la aceeaşi întreprindere sau de la întreprinderi apropiate.

-Presupune colectarea apelor acide şi alcaline care rezulta de la diferite industrii în bazine separate, din care se face amestecul în vederea neutralizării în proporţia ce depinde de concentraţia fiecăreia şi de debitul mediu.− folosirea de substanţe cu caracter bazic, respectiv acid.

41

- implica dozarea automată a reactivilor care se adaugă.− folosirea pentru neutralizare a unor deşeuri industriale: nămolurile de la fabricile de sodă sau de la producerea acetilenei din carbid, gaze de ardere bogate în dioxid de carbon, acizi reziduali de la sulfonare etc.A. Neutralizarea apelor acide

- Provin de la industriile care evacuează acizi: ex. fabrici de acizi şi de explozivi, industria metalurgic , decapări şi acoperiri metalice, rafinării de petrol, fabrici de îngrăşăminte, instalaţii de obţinere a derivaţilor organici halogenaţi etc.

- Înainte de a stabili măsurile de neutralizare este necesar:- să se epuizeze toate posibilităţile de a micşora cantitatea de acizi evacuată prin aceasta → economia de acizi şi micşorarea cheltuielilor pentru neutralizare. - să se examineze posibilitatea de neutralizare reciprocă, totală sau parţială, a apelor uzate acide şi alcaline, rezultate din aceeaşi întreprinderea sau din întreprinderi învecinate. În astfel de cazuri, se prevăd bazine de egalizare separate pentru ape acide şi cele alcaline, bazine din care se poate realiza apoi o dozare proporţională cu debitele medii ale celor două categorii. Alegerea neutralizantului se face în funcţie de natura acidului care trebuie neutralizat, de costul neutralizantului, de volumul şi caracteristicile sedimentelor formate după neutralizare. Pentru neutralizarea apelor acide se poate folosi o gamă largă de substanţe cu caracter bazic (oxizi, hidroxizi, carbonaţi).A. Pentru neutralizarea acizilor minerali din apele uzate se poate utiliza:

- piatra de var - carbonatul de calciu (CaCO3) –sub forma de granule cu diametrul de pana la 0.5 mm, in filtre cu viteza de filtrare de 5 m/h si timp de contact de 5 minute;

- dolomita CaMg(CO3)2;- varul - oxidul de calciu - stins sub forma pulverulenta sau - lapte de var (hidroxid de calciu) cu o concentrate de 5...10% ce se adauga in decantoare cu

timp de reactie de 15...30 minute; - bicarbonatul de sodiu (NaHCO3), folosit sub forma de praf; - hiposulfit de sodiu - in stare pulverulenta este folosit la reducerea clorului si a derivatelor

sale; - cresterea eficientei filtrarii si a centrifugarii.

Se pot folosi pt neutralizare si unele deşeuri industriale.Ex. nămolurile de la fabricile de sodă, unele sterile de la preparaţiile miniere, nămolurile de

la obţinerea acetilenei din carbid etc. Piatra de var (calcarul), CaCO3 - reactivitatea diferitelor carbonaţi de calciu naturali scade în ordinea: dolomită, cretă, ardezie, marmură, calcar de scoici - Filtrarea printr-un strat de calcar granular → neutralizare numai în cazul apelor cu conţinut mic de acizi până la 0.3 – 0.5%. Dacă concentraţia este mai mare, în afară de scăderea reactivităţii, se produce o cimentare a granulelor din patul filtrant.Nu se poate folosi carbonat de calciu, pentru neutralizarea:

− apelor uzate ce conţin acid sulfuric, deoarece se formează sulfat de calciu, greu solubil, care împiedică contactul ulterior dintre apa acidă şi carbonat:

CaCO3 + H2SO4 →CaSO4 + CO2 + H2O

42

− apelor uzate ce conţin acizi clorhidric sau azotic, în concentraţie mai mare de 1.2%, din cauza degajării masive de CO2 care incomodează contactul carbonat-apă uzată;

− apelor ce conţin ioni ai metalelor grele, deoarece se formează pelicule de hidroxizi pe suprafaţa granulelor.Hidroxidul de calciu

- poate fi utilizat în două forme: - var stins, sub formă de praf: manipularea, transportul şi dozarea sunt comode; durata de

decantare şi volumul de sedimente sunt reduse;- lapte de var, deci suspensie de hidroxid de calciu în apă, folosită în concentraţie de 5 –

10%. Hidroxidul de calciu se adaugă cu circa 5% mai mult decât rezultă din calculul stoechiometric. Timp de reacţie: 5 min…… 30 min (daca apa uzata contine metale grele).

O instalaţie de neutralizare a apelor uzate acide cu lapte de var cuprinde: - instalaţie pentru pregătirea neutralizantului (pentru stingerea varului)- rezervoare de neutralizant (de lapte de var)- dispozitive de dozare- bazine de amestecare- camere de reacţie- decantoare.

Hidroxidul şi carbonatul de sodiu - sunt neutralizanţi foarte eficienţi, uşor de transportat, depozitat şi dozat, care conduc la

formarea unor sedimente mai puţin voluminoase decât calcarul şi varul.- au dezavantajul costului mai ridicat în comparaţie cu compuşii similari de calciu.- pot fi achiziţionati ca produse solide, hidroxidul de sodiu putând fi achiziţionat şi sub formă

de leşie concentrată B. Neutralizarea apelor alcalinePrimele procese de neutralizare au fost realizate cu acid sulfuric sau acid clorhidric. H2SO4 - cheltuielile reduse; dezavantaj: încărcareai apelor uzate cu ioni sulfat, mult peste limita de 1000 mg/l, fixată pentru a preveni corodarea utilajelor şi a echipamentelor auxiliare. Pt. neutralizarea apelor alcaline se pot folosi acizii minerali reziduali rezultaţi din diferite procese industriale, cu condiţia ca aceştia să nu conţină în concentraţii supărătoare alte impurităţi. Ex. dioxidul de carbon prezent în gazele de ardere ale centralelor termice care reacţionează cu hidroxizii alcalini formând bicarbonaţi precipitabili.

CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O pH poate scădea la 8.5 sau mai multReacţia teoretică indică un necesar de 1.1 kg dioxid de carbon pentru a neutraliza 1 kg de hidroxid de sodiu, în practică folosindu-se un exces de 10 – 20%.Neutralizarea apelor alcaline se poate realiza cu cheltuieli reduse, folosind gazele de ardere provenite de la arderea petrolului, gazelor naturale sau combustibililor solizi. Aceste gaze, disponibile gratuit (ex. rezultă de la centralele termice) în cantitate mare, conţin între 7 şi 14% (vol) CO2 → neutralizarea eficientă a apelor uzate acide. Deşi de regulă sunt calde, gazele de ardere nu ridică decât în ft. mică măsură temperatura apei tratate (sub 0.2oC). Se poate utiliza şi bioxidul de carbon îmbuteliat. ↔ Instalaţia şi exploatarea ei sunt ft. simple, dar cheltuielile sunt ridicate. Bioxidul de carbon pt. neutralizare poate fi produs şi direct în apele uzate, prin combustie cu ajutorul unui arzător scufundat.

43

La instalaţiile de neutralizare cu funcţionare continuă se recomandă automatizarea dozării reactivilor în funcţie de pH-ul urmărit. In practică, aciditatea sau alcalinitatea apelor uzate brute este foarte variabilă → nu este posibilă reglarea manuală a dozei de reactivi de neutralizare. Pt. debite mici de ape uzate se pot adopta instalaţii de neutralizare cu funcţionare discontinuă, simple, uşor de exploatat şi sigure. Coagularea şi flocularea Dimensiunea particulelor de impurităţi din apele uzate variază între 10-7 mm şi 1 mm. O parte din impurităţi (cele grosiere) pot fi separate prin sedimentare.Impurităţile cu dimensiuni foarte mici şi deci viteze de sedimentare prea mici pentru a putea fi separate din apă pe această cale, se recurge la agregarea lor în particule mai mari, care pot fi îndepărtate prin coagulare, urmată apoi de sedimentare. Coloizii pot avea origini diferite:

- Mineral: nămoluri, argile, silice, saruri si hidroxizi metalici- Organic: acizii humic si fulvic, agenti active de suprafata, culoare- Micro-organisme: bacterii, plancton, alge, virusi.

Prin tratarea chimică prin coagulare şi floculare are loc:- reducerea importantă a turbidităţii, precum şi a culorii apei. -indepartarea unei parti din substanţele organice si bacteriile prezente, antrenate de

flocoanele care se depun.Prin coagulare: reduceri cu 90% ale suspensiilor din apă şi cu 50% ale CBO. Precipitarea, coagularea şi flocularea Utilizarea acestor procedee se poate face în următoarele situaţii:

a) în cazul variaţiilor sezoniere ale debitului de ape uzate, în situaţia în care capacitatea staţiei este depăşită şi trebuie îndeplinite condiţiile de descărcare în emisar;

b) când este necesară tratarea între sedimentarea naturală şi treapta biologică; c) când sunt depăşite posibilităţile treptei biologice şi aceasta trebuie ajutată să facă faţă

situaţiei; d) pentru clarificarea amestecurilor polifazate ce conţin suspensii coloidale.

In aprecierea tehnico-economică a epurării chimice trebuie ţinut seama de preţul reactivilor, uşurinţa procurării for, posibilităţile şi costurile de tratare a nămolurilor. Din aceste procedee → cantităţi relativ mari de nămoluri în raport cu sedimentarea naturală care, în general, conţin numai compuşi chimici anorganici.Particulele coloidale:

- au încărcare electrică negativă care generează forţe de respingere electrostatice superioare celor de atracţie Van der Waals.

- sunt de dimensiuni foarte mici (< 1 μm) şi nu pot fi reţinute prin sedimentare sau filtrare. - Pt. separarea lor este necesar să fie aglomerate prin tratare cu reactivi chimici de

precipitare, coagulare, floculare. Particulele de coagulant, încărcate pozitiv, se combină cu cele coloidale, negative, anulând sarcina electrică şi permiţând flocularea prin fomarea unor complecşi care pot fi reţinuţi. Precipitarea - este un proces specific ionilor care presupune desfăşurarea unor reacţii chimice.Coagularea - este determinată de modificarea factorilor care condiţionează stabilitatea sistemelor coloidale ceea ce conduce la distrugerea lor.

44

Flocularea - constituie faza următoare coagulării şi are drept rezultat formarea agregatelor mari prin aglomerarea particulelor destabilizate; mărimea particulelor în suspensie se modifică prin aglomerarea lor electrochimică.a. Coagularea suspensiilor din apă - “coagularae” = “a aglomera”.- Precipitarea chimică sau coagularea suspensiilor din apă este o operatie ajutătoare a procesului de decantare a apelor uzate, care intervine înaintea decantării. Pt. realizarea coagulării, deci a destabilizării sistemelor coloidale prin neutralizarea încărcării electrice din stratul de adsorbţie, se utilizează agenţi de coagulare - substanţe chimice – care se dispersează în apă şi conduc la aglomerarea particulelor fine, sub formă de flocoane, care, sub efectul greutăţii, cad pe fundul bazinului de decantare. Coagulanţii acţionează asupra particulelor fine şi coloidale, din apa care nu sedimentează prin simpla decantare. Agenţii de coagulare - săruri ale acizilor tari cu baze slabe (săruri de Al sau Fe).Eficienţa agentului de coagulare creşte cu valenţa ionului metalic. Marea majoritate a coloizilor prezenţi în apele uzate au încărcare negativă. Prezenţa ionilor de semn opus semnului particulei coloidale va micşora valoarea potenţialului electrocinetic sub valoarea critică, permiţând coagularea. Ex. Eficienţa sării unui metal trivalent > 500 ori decât a sării unui metal monovalent. Coagulanţii folosiţi în prezent fac parte din două categorii :

1. Coagulanţi minerali (anorganici) – cei mai utilizaţi în practică, sunt :a) clorura ferică - FeCI3 - livrat sub formă de blocuri cristalizate cu o concentraţie de 60% şi ca sublimat cu tendinţă de topire, pH optim 4... 10, doză 5... 100 mg/l; b) sulfatul de aluminiu - AI2(SO4)3 -coagulant livrabil în plăci, praf sau soluţie cu concentraţia de 26...28%, pH optim pentru reacţie de 5,5...8 şi doză de 5...50 mg/l; c) fosfat de aluminiu - AIPO4, solubilitatea este dependentă de pH, preferabil pH < 6 deoarece la pH neutru fosfatul este insolubil; d) fosfat feric - FePO4; e) fosfat feros - Fe3(PO4)2; f) fosfat tricalcic- Ca3(PO4)2 - recomandabil la pH > 8,5, de regulă pH = 9; g) sulfat feros-FeSO4 - livrabil sub formă de praf, pH = 5...11 şi doză: 5...25 mg/l; h) sulfat feric - Fe2(SO4)3 - livrat în stare pulverulentă, pH optim de 5... 10 şi doză de 10...50 pentru ape de la cărbune; (i) colagenul (polielectrolit natural de provenienţă animală) în cazul apelor de la fabricarea berii 2. Coagulanţi sintetici

Ex. polietilenaminele, clorhidrati de polivinilamoniu etc. În calitate de coagulanţi primari pot fi utilizate unele substanţe organice cu greutate moleculară mai mare de 104 cu denumire de polielectroliţi organici, tip cationic, care înlocuiesc total sau parţial coagulanţii pe bază de Al şi Fe.Coagulanţii organici de sinteză se utilizează în doze de 10 - 50 mg/l.Sarcinile cationice sunt aduse de ionul de amoniu cuartenar fixat pe catena principala a polimerului.

45

In prezent exista pe piaţă patru familii principale de coagulanţi organici :- Poliaminele, PoliDADMAC, răşini diciandiamide, răşini melamin-formaldehidice Avantaje: - doze scăzute si volum redus de nămol format (lipsit de hidroxizi).

- nu afecteaza pH-ul sau dozarea volumetrica a duritatii.B. Flocularea- poate fi aplicata in procedeele de tratare a apelor/apelor reziduale numai în situaţiile în care particulele sunt deja destabilizate. - este etapa în care particulele coloidale destabilizate (sau particulele formate în tipul etapei de coagulare) se unesc în aglomerări. → este o etapa care urmează logic celei de coagulare.Pt. accelerarea procesului de coagulare se pot introduce în apa uzată adjuvanţi, denumiţi şi floculanţi sau agenţi de floculare.- au rolul de a accelera fenomenele de transport care concură la realizarea coagulării şi de a preveni formării flocoanelor fine, ce sedimentează greu, ca urmare a existenţei unei încărcări reziduale pozitive pe suprafaţa complexelor de coagulant. Reactivii de floculare sunt:

a) silicatul de sodiu - Na2SiO3 - un floculant folosit şi la condiţionare livrat sub formă de soluţie cu viscozitate mare;

b) polielectroliţi diverşi sintetici de natură organică - sunt reactivi speciali - polimeri cu lanţ lung solubili în apă, care rezultă prin sintetizarea monomerilor individuali prin reacţii de polimerizare. - Se prezintă ca produse solide, ca emulsii (polimer în solvent organic) sau ca soluţii (20 g/l în

apă). - In general, doza iniţială de polimer pt ape uzate :1 mg/l şi se observă efectele. - Dependent de efect dozajul poate creşte cu 0,5 mg/l, în trepte de 0,25 mg/l până la obţinerea efectelor scontate. - In staţii de tratare pentru apa potabilă, doza: 0,1-0,2 mg/l apă,

- Polielectroliţii organici se dizolvă şi formează soluţii cu diferite viscozităţi dinamice dependent de greutatea lor moleculară şi de gradul de încărcare ionică. - Polielectroliţii organici se dozează funcţie de operaţia de prelucrare a nămolului: a) pt. îngroşare: 1...1.5 kg/tona de nămol solid îngroşat;

b) deshidratare în centrifugă: 3,5...4,5 kg/tona nămol s.s.u.; Introducerea reactivului se va face direct în conducta de fermentare cu nămol.

46

Polimerii organici pot să fie: - ANIONICI, caracterizaţi prin existenţa unor grupări chimice care adsorb grupe ionizate pozitiv, ceea ce conduce la extinderea polimerului.

Ex. Polielectroliţii organici sintetici - floculanţi poliacrilamidici - au sarcini negative în soluţii apoase. Pt. copolimerii poliacrilamidă, doza folosită: 0,226...4,54 kg/tonă ssu, Pt. homopolimer poliamida doza este de 0,91...4,54 kg/tona ssu Ex. acizi polivinilsulfonici, acizi polistirensulfonici. - CATIONICI acţionează în principal drept coagulanţi. Au mase moleculare mai mici, de până la 1000000, iar grupările cu caracter pozitiv sunt cel mai frecvent grupări de amoniu cuaternar. Sunt activi în mediu acid.

Ex. polietilendiaminele şi clorhidraţii de polivinilamoniu.Mecanismul coagularii – flocularii Agregarea particulelor coloidale şi pseudocoloidale în flocoane mai mari este un proces unitar în tratarea şi epurarea apelor. Particulele coloidale, încărcate electric - între care apar forţe de respingere electrostatice superioare celor de atracţie Van der Waals - trebuie să fie destabilizate prin folosirea agenţilor de coagulare. Reactivul are rolul de a reduce sau a anula sarcina electrostatică a particulelor coloidale generând un mecanism de unire prin stabilirea unei punţi de legătură. Acest mecanism este complex şi se bazează pe:

- adsorbţie şi precipitare pe suprafaţa particulelor coloidale -acumularea sarcinii de respingere pe suprafaţă, - natura gelatinoasă a coagulantului.

! Adăugarea coagulantului în apă se face prin dizolvare şi amestecare rapidă -difuzia rapidă şi completă în 1...2 minute.La introducerea coagulantului în apă apar microflocoane în amestecul polifazat. Pentru a creşte dimensiunea flocoanelor se utilizează diferite sisteme de agitare-amestecare. Combinarea proceselor de amestecare şi agitare care conduce la agregarea suspensiilor (se referă la mărimea particulelor) este denumită floculare - contopirea particulelor prin unire mecanică formează un flocon fizic.Doza optimă de coagulant se stabileşte pentru fiecare caz concret al utilizării reactivului în condiţii reale. Aprecierea acesteia prin metode de laborator nu conduce la rezultate suficient de precise. Parametri care influenţează coagularea sunt:

a) pH-ul apei - optim pentru fiecare reactiv de coagulare; b) condiţiile hidrodinamice care influenţează procesul prin amestecare şi reacţie.

Amestecarea apei cu reactivul trebuie să se realizeze rapid astfel ca în 1...2 minute să se obţină dispersia agentului în întreaga masă apoasă în scopul destabilizării coloizilor (un gradient de viteză foarte mare de până la 1500 s-1). Reacţia sau flocularea este faza imediat următoare în care se continuă agregarea ca efect al atracţiei particulelor prin forţele de suprafaţă Van der Waals. Modelul cinetic de agregare a particulelor (elaborat de Smoluchowski)

- Se consideră două particule în mişcare şi se identifică mecanismul de transport care duce la coliziunea, contactul şi agregarea lor având în vedere mişcarea browniană şi cea a fluidului de bază.

47

- Modelarea şi simularea sunt posibile numai dacă se consideră factorul de eficienţă în coliziune, denumit şi raport de grup, în expresiile cinetice pentru contact şi aglomerare.

- Procesul care se desfăşoară în camerele de reacţie are trei faze care se suprapun, parţial, în diferite proporţii:

- coagularea - flocularea pericinetica - flocularea ortocinetică.

COAGULARE FLOCULARE

Coagulant —► polimerizare Pericinetică —► Ortocinetică

Coloidale —► destabilizare

Etapele coagulării floculării

CURS 6

Mecanismul coagularii – flocularii• Particulele coloidale, încărcate electric - între care apar forţe de respingere electrostatice superioare celor de atracţie Van der Waals - trebuie să fie destabilizate prin folosirea agenţilorde coagulare.• Reactivul - reduce sau anuleaza sarcina electrostatică a particulelor coloidale generând un mecanism de unire prin stabilirea unei punţi de legătură, bazat pe:- adsorbţie şi precipitare pe suprafaţa particulelor coloidale- acumularea sarcinii de respingere pe suprafaţă,- natura gelatinoasă a coagulantului. Adăugarea coagulantului în apă se face prin dizolvare şi amestecare rapidă –difuzia rapidă şi completă în 1...2 minute.• La introducerea coagulantului în apă → microflocoane în amestecul polifazat.• Pt. creşterea dimensiunii flocoanelor se utilizează sisteme de agitare-amestecare.• Flocularea - combinarea proceselor de amestecare şi agitare care conduce la agregarea suspensiilor (se referă la mărimea particulelor)• Contopirea particulelor prin unire mecanică formează un flocon fizic.• Doza optimă de coagulant se stabileşte pentru fiecare caz concret al utilizării reactivului în condiţii reale.• Aprecierea acesteia prin metode de laborator nu conduce la rezultate suficient de precise.• Parametri care influenţează coagularea sunt:a) pH-ul apei - optim pentru fiecare reactiv de coagulare;b) condiţiile hidrodinamice care influenţează procesul prin amestecare şi reacţie.• Amestecarea apei cu reactivul trebuie să se realizeze rapid astfel ca în 1...2 minute să se obţină dispersia agentului în întreaga masă apoasă în scopul destabilizării coloizilor (un gradient de viteză foarte mare de până la 1500 s-1).• Reacţia sau flocularea: faza imediat următoare în care se continuă agregarea ca efect al atracţiei particulelor prin forţelE de suprafaţă Van der Waals.

48

Modelul cinetic de agregare a particulelor (Smoluchowski)- Se consideră două particule în mişcare şi se identifică mecanismul de transport care duce la coliziunea, contactul şi agregarea lor având în vedere mişcarea browniană şi cea a fluidului de bază.- Se ia in considerare factorul de eficienţă în coliziune, denumit şi raport de grup, în expresiile cinetice pentru contact şi aglomerare.- Procesul care se desfăşoară în camerele de reacţie are trei faze care se suprapun, parţial, în diferite proporţii:- coagularea- flocularea pericinetica (miscare browninana):- flocularea ortocinetică (curgere fluid, gradientul de viteza cst).Flocularea pericinetică In lipsa unei bariere de respingere electrostatice, care să ducă la inhibarea fenomenului controlat de condiţiile chimice, se produce flocularea pericinetică determinată de mişcarea browniană. Această fază de floculare rapidă se produce într-un interval de timp foarte scurt. După unii autori agregarea a jumătate din particule apare într-un interval cuprins între o secundă şi un minut. Acest timp înjumătăţit de floculare pericinetică este invers proporţional cu numărul de particule coloidale existent în apă.Flocularea ortocinetica Particulele transportate de un curent de fluid în suspensie pot să ajungă la agregare datorită curgerii.Modelul propus de Smoluchowski pentru agregare consideră scara razei de interacţiune a particulei şi gradientul constant al vitezei ce caracterizează mişcarea.In miscarea unidirecţională, viteza relativă a unei particule în raport cu alta poate fi considerată a fi produsul dintre gradientul local de viteză şi distanţa care separă particulele măsurată pe normala la direcţia de curgere.

49