Epurare Biologica Curs 7

7/22/2019 Epurare Biologica Curs 7

http://slidepdf.com/reader/full/epurare-biologica-curs-7 1/37

Epurarea biologica

Curs 7



Clasificarea reactoarelor

biologice Reactoare heterotro fe :

– Reactoare aerobe:• cu biomasă fixă

(paturi bacteriene)

• cu biomasă însuspensie (nămoluriactive)

– Reactoare anaerobe

(digestoare)

– Reactoare dedenitrificare

Reactoare ch im iotro fe Reactoare de nitrificare

şi

Reactoare m ixte – Reactoare algo-

bacteriene

– Reactoare bacteriene

catalizate

– Filtre de nisip lente



Reactoare aerobe cu biomasă fixă

(pat bacterian)

Patul bacterian =un reactor biologic aerobunde microorganismele sunt fixate pe unsuport inert şi formează un biofilm.

Reactoarele reproduc efectul de epurare alsolului. (“paturi percolatoare”).

Denumirea de “biofiltre” este eronată pentrucă se referă la procesul fizic de filtrare.



Reprezentarea schematică a unuipat bacterian

• stratul aerob careprimeşte substratul şieste în creştere;

• stratul aerob care nuprimeşte substrat, nu este

în creştere ci numai înrespiraţie endogenă;

• stratul anaerob care nu

primeşte nici O2 şi nicisubstrat şi care este înfermentaţie gazoasă.



Compoziţia biofilmului(pentru un biofilm matur)

bacterii libere sau colonii: Zoogleate-Spirilles, Spirocheti , bacteriifilamentoase,

mucegaiuri rare exceptie în prezenţa unui strat sărac în N, se acidificărapid şi formează un miceliu spongios prin care O2 difuzeaza de 30ori mai uşor determinând o epurare îmbunătăţită, dar o gonflare afilmului şi o colmatare a patului bacterian,

protozoare: se hrănesc cu bacteriile mai ales cu cele izolate şi astfelcontribuie la claritatea finală a efluentului,

nematode: contribuie la detaşarea biofilmului forând galerii, insecte: musca Psychoda care are un ciclul de viaţă de 25 zile pe care

îl parcurge în patul bacterian,

flora nitrifiantă: Nitrosomonas şi Nitrobacter există numai în parteainferioară a patului bacterian, când CBO este deja la 20-30; altfelsunt în competiţie defavorabilă cu alte bacterii pentru ocupareasuprafeţei.



Schema unei staţii de epurarebiologică cu pat bacterian

gratar deznisipator

Decantor primar

Pat de uscare

Decantor secundar

Digestor anaerob

Pat bacterian

Namol secundar

efluent

Epurareprimara

(mecanica)

Epuraresecundara (biologica)

supernatant Recirculare(eventual)



“filtru biologic”

Filtrele biologice sunt construcţiide epurare care conţin unmaterial granular deumplutură (pietriş, zgură,cocs, material ceramic,material plastic) pe care se

formează pelicula biologicăcare contribuie labiooxidarea impurităţilor dinapa uzată.

Procesele care au loc pentru

transformarea impurităţilor înbiomasă sunt similare celor de la epurarea cu nămolactiv.

influent

efluent recirculat

pompa derecirculare

filtrubiologic(biofiltru)

efluent namol



Reactoare aerobe cu biomasă în

suspensie (nămol activ). • Procedeul cu nămol activ constă dintr -un reactor biologic

aerob unde microorganismele plutesc liber într-un lichidaerat sub formă de “biofloc”. Amestecul apă uzată-biofloc se numeşte licoare mixtă. Procedeul reproduceindustrial efectul de epurare a râurilor şi este principalul

procedeu de epurare biologică.

• Flocoanele de nămol activ au diametrul aparent de 3-5mm şi sunt constituite din aceleaşi microorganisme caşi filmul de la paturile bacteriene (o anumită biocenoză

bacteriană cu prădători).• Pentru a se atinge concentraţia uzuală de 3-4g/l(18g/l)

Materii in Suspensie Volatile este necesar aproximativ 2săptămâni.



Fosă de oxidare Flocularea nămolului activ:

• Celulele bacteriilor au proprietatea de a se lipi întreele sub forma unui conglomerat cu aspect floconos.Flocoanele de nămol activ sunt de 36ori mai solidedecât flocoanele de alumină. Speciile secretăpolizaharide, poliesteri care reprezintă rezerveternare externe şi care se acumulează mai alescând substratul este abundent şi sărac în azot şi nupermite creşterea egală a tuturor componenţilor

celulari.Gonflarea nămolului activ :

Fosa de oxidare = un reactor cu amestecare completă.-oferă un circuit apelor care sunt continuu aerate cu ajutorul unor

dispozitive punctuale.-se introduc ape desnisipate şi nedecantate.

-Procedeul - economic si iniţial a fost potrivit pentru colectivităţirurale, apoi a început să servească de asemenea epurarea

apelor uzate industriale.adecvat apelor uzate biodegradabile provenite din industriaalimentara.

avantajele sunt: costuri reduse de instalare, producerea de nămoluriuşoare şi stabile, un randament bun de aerare, rezistenţa lasupraîncărcări momentane, grad avansat de epurare.

dezavantaje: suprafaţă mare ocupată, costuri de funcţionareridicate.

•



Principiul digestiei aerobe

• Nămolurile primare şi celesecundare in exces nu suntstabile si de aceea necesita oretratare.

• Digestia aeroba = procedeude retratare a acestora incursul căruia nămolul esteagitat in prezenţa oxigenuluitimp de câteva zile fără a seadăuga substrat până laatingerea gradului destabilitate dorit.

21 3

4

R

E

Schema clasica (tradiţională):1-decantor treapta I;2-amestecător;3-decantor treapta II,4-digestor anaerob;R-nămol recirculat;E-efluent



Modul de aerare:

1-aerator ;2-decantor treapta II;

R-nămol recirculat;

E-efluent

• Adecvată apelor descurgere sau apelor reziduale industriale.

• Amestecarea estecompletă, nămolul nueste complet mineralizat.

• Producţia de nămol estecu atât mai mare cu cât

încărcarea este maimare.

2

1

R

E



Reactoare anaerobe (digestoare)

• Digestorul anaerob = reactor biologic anaerob unde biomasa estemenţinută în suspensie într -un mediu concentrat fără aer şi fărălumină.

• Se poate considera ca o variantă anaerobă a proceselor cu nămolactiv. In aceste reactoare se reproduc la scară industrialăfenomenele care au loc într-o mlaştină (gaz de mlaştină, focurile St -Elmo).

• O floră bacteriană complexă asigură degradarea care secaracterizează prin elementele următoare: – metabolism anaerob care eliberează puţină energie deci produce o

cantitate mică de biomasă, – transformarea unei mari părţi din C organic în gaz (CO2 şi CH4) ceea

ce permite o epurare crescută chiar cu un metabolism puţin favorabil,

– proces foarte sensibil accelerat de căldură (33-35°C regim mezofil;55°C regim termofil).

• Cu toate acestea, epurarea anaerobă se desfăşoară cu o viteză mailentă decât epurarea aerobă.



Procesele de degradare la fermentaţie metanogenă

1. Hidro l iza

2 . Solubil izarea materiei organice

si fermentarea la acizi graşi.

3 . Acidi f icarea

4.Gazeificare

materii organice

complexe

acizi grasi

acetat H2+CO2

CH4+CO2

hidro l iza si

fermentatie

dehidrogenare

acetogena

hidro genare acetogena

decarboxilar

e reducerea CO 2



Elementele principalebazinul septic de tip IMHOFF

E- intrare ape uzateB- racord de evacuare bio-gazF- capac de inspectie a bazinului

sedimentare si preluare anamolului din bazinul de

fermentareC- capac fosa (se poate roti, in

functie de unghiul dorit)S- bazin de sedimentareU- orificiu iesire lichid tratatD- bazin de fermentare sau de

descompunereI - zona de inspectie bazin de

sedimentare



Reactoare de denitrificare

• microorganisme heterotrofe pot să utilizeze ionii NO2- şi NO3- caacceptori finali de electroni în locul O2 numai când este absent.

• intervine la sfârşitul lanţului respirator • • bacteriile Pseudomonas sunt facultativ aerobe.• “facultativă” - nitrat şi nitrit-reductasele necesare sunt enzime

inductive. – se formează numai în prezenţa NO2

- şi NO3- şi formarea lor este blocată

de O2. – din reacţia de reducere rezulta forme gazoase puţin solubile şi nenocive

pentru mediul înconjurător - N2 care se degajă sub formă de bule de gaz

contribuind la eliminarea compuşilor nedoriţi. – nu rezulta NH3, ci N2 care eliberat intră în ciclul general şi se poate

refixa de vegetaţie. • 24-40% din biomasa unui namol activ sunt capabile de denitrificare



este înlocuită de

•

• Germenii denitrifianţi sunt heterotrofi. Azotul oxidat apare numai după biodegradarea materieiorganice ternare şi cuanternare.

• Denitrificarea exogenă utilizează un substrat extern (adică un aport nou de apă uzată ceea ceinseamnă denitrificare combinată) cum ar fi adaosul unui substrat solubil de sinteza (CH3OH).

– 1,9 g CH3OH este necesar pentru reducerea 1g N nitric; în realitate este necesar 2,5g CH3OH, pentru că o

parte serveşte la sinteza celulară.

• Denitrificare endogenă recurge la rezerve celulare ca substrat intern (nu produce biomasă, esteun proces foarte lent.

•

O H e H O22

222/1

O H NOe H NO223

22

O H N e H NO222

32/156



Tehnologia denitrificării

• exogenă,• endogenă• combinată şi se aplică paturilor bacteriene, biodiscurilor şi nămolului

activ. Denitrificarea exogenă.

– Substratul exogen - să fie ieftin, uşor de degradat şi de manipulat(CH3OH, melasă, lapte praf). – Doza - să fie foarte precisă, un exces poate să provoace o repoluare a

efluentului, iar o cantitate mai redusă încetineşte procesul şi produceun efluent incomplet denitrificat.

– Substratul trebuie să permită denitrificarea nitraţilor, nitritilor,consumarea O2 dizolvat care ar rămâne în apa de denitrificat.

Reactorul de denitrificare : o cuvă prevăzută cu un braţ, neaerată sicare nu trebuie să fie acoperită.



Denitrificarea combinată : o denitrificarecare se bazeaza pe un substrat exogenfoarte ieftin = apa uzata. – vitezele sunt reduse,

– procesul este incomplet.

– apa uzata aduce in acelasi timp substratcarbonat, azot amoniacal care in mod evident

vor ramane sub aceasta forma.



Procedeul contactare-stabilizare

contactare(30 min)

decantare(2 ore)

stabilizare si

denitrificare(4 ore)

decantare

pat bacterian



Reactoare de nitrificare Apele uzate municipale conţin şi compuşi cu N în concentraţii 20 – 50 mg/L

sub formă de ioni amoniu (NH4+ şi NH3) sau de compuşi organici (aminoacizi), caresunt uşor de transformat în amoniu în staţia de epurare.(dejecţii umane, consumuri menajere de produse azotate (NH3, NH4+)).

N organic provine din proteine (N peptidic), amine, amide,baze organice.Urea - forma principala care provine din excreţia umană, sub acţiunea ureazei:

CO(NH2)2 +H2O +H+

2NH4

+

+ HCO3

-

Apele din industrii agroalimentare sunt mai sărace in N. N intră in ciclulcomplex unde intervin numeroase oxidoreduceri care sunt posibile datorităatomului cu 6 nivele de oxidare.



Compuşii cu azot trebuie transformaţi sau îndepărtaţi din apa uzată înainteca aceasta să fie descărcată într -un curs de apă pt.ca:

– în procesul de oxidare biologică (nitrificare), NH4+ va consuma o cantitate marede oxigen. – in apele uzate cu o încărcare obişnuită, cantitatea de O2 necesar pentru oxidare

este aprox. 40% din totalul de O2 necesar în proces. Cum sunt puţine situaţiile încare nu au loc şi procese de nitrificare, efluentul va putea înregistra un deficit deO2.

– amoniacul (NH3) este o otravă puternică pentru peşti. Conţinutul de amoniaceste menţinut scăzut datorită :

NH4+ ↔ NH3 + H+

pH neutru echilibrul → stânga, formare de ioni amoniu,pH > 8.5, echilibrul → dreapta, începe formarea amoniacului. (România conţinutul

de amoniac variază între 0.2 şi 0.3 mg / L amoniac pentru apele de suprafaţă dincategoriile I şi II (STAS 4707-88)).

– alături de P, N constituie cel mai important nutrient necesar pentru creştereaplantelor.

– procesul de nitrificare nu conduce la formarea unor compuşi care pot fi uşor asimilaţi de către plante sub formă de azotat sau amoniu.



Reactiile de oxidare

H OH NH O NH 224

2/1

e H O N H OH NH 4422222

e H NOO H O N H 462222222

e H NOO H NO 222

322



• în sisteme naturale oxidarea azotului serealizează, de Nitrosomonas şiNitrobacter .

• sunt chimiolitotrofe (utilizează CO2 casursă de C şi azotul redus ca sursă deenergie).

• Nitrosomonas

• Nitrobacter +O2.

24

NO NH

32

NO NO



Concluzie

Ca urmare a acestor efecte care apar la

descărcarea apelor cu conţinut de

amoniac, procesele de nitrificare

(combinate cu procese de îndepărtare amateriilor organice) sunt necesare

pentru a obţine un efluent cu o calitate

care să respecte reglementările în

vigoare în ceea ce priveşte descărcarea în lacuri, râuri şi alte cursuri de apă

naturale.



Procesele de nitrificare• transformarea NH4

+ şi eventual a NO2- în NO3

- în prezenţa unor bacterii autotrofe

specifice (utilizează CO2 ca sursă de carbon).• Mecanismul de oxidare a compuşilor cu azot este în strânsă legătură cu reducerea

CO2 la o formă care poate fi utilizată pentru a forma noi constituenţi celulari.

15 CO2 + 13 NH4+ → 10 NO2

- + 3 C5H7NO2 + 23 H+ + 4 H2O( Nitrosomonas),

5 CO2 + NH4+

+ 10 NO2-

→ 10 NO3-

+ C5H7NO2 + H+

( Nitrobacter).

-Oxidarea amoniacului are loc în mai multe etape succesive,-oxidarea azotitului la azotat are loc într-o singură etapă:

NH4+ → NH2OH → ? → NO2- → NO3-

(a) (b)Reacţiile (a) şi (b) pot fi inhibate selectiv de tiouree şi hidrazină.Intermediarul dintre hidroxil amină şi azotat nu se cunoaşte.



amonificare

denitrificare

R-NH2

asi

mil

are

ex

cre

tie

N2 ← N2O

NH4+ ↔ NH2OH ↔ [HNO] ↔ NO2

- ↔ NO3-

nitrificare



Tehnologia de nitrificare

• poate să aibe loc in orice tip de reactor biologic aerob dacă temperatura şiconcentraţia in O2 sunt suficiente.

• sistemele de epurare – – reactor unic

– 2 reactoare succesive.



Sistemele de epurarecu reactor unic

Sistem de epurare cu 2reactoare biologice1-reactor I,2-decantor I,

3-reactor II,

4-decantor II)R D

1 2 3 4



Reactoare mixte = un bazin sau un sistem de bazine expuse la aer si destinate unui tratament biologic al apelor

uzate.simuleaza amplificand actiunea de autoepurare a iazurilor sau lacurilor.

Clasificare reactoare mixte:dupa regimul lor : aerobe sau anaerobedupa locul pe care il ocupă intr-un lanţ de epurare.

bazine de stabilizare:

• anaerobe: predigestoare expuse aerului• aerobe: functioneaza datorita unei asociatii tipice de alge si de bacterii completate

eventual de o aerare mecanica• facultative: unde zona superioara este aeroba şi zona inferioara este anaeroba. Clasificare reactoare mixte :• primare: primesc ape brute• secundare: primesc ape predecantate• de maturare: destinate să diminueze agentii patogeni • cu peşte: aşezate ca bazine de epurare terţiare. •



An= bazin anaerob,F= bazin facultativ,Fm= bazin facultativ cu aerare mecanica,M= bazin de maturareP= bazin cu peşte,

ordinea intr-o serie ar fi:

AnFm F MP

• Principiul: obţinerea unei epurări bacteriene aerobe fără costuriridicate cu furnizarea de O2. – Se utilizează O2 furnizat de alge care obligă ca apa să fie expusă la

radiaţia solară pe o inălţime mică şi pe o suprafaţă mare. – Procedeul necesită bazine mari de pământ şi este convenabil mai ales

regiunilor unde insolaţia este mare şi terenul abundent.



Epurarea biologică naturală • se realizează pe:

– câmpuri de irigare şi filtrare, – filtre de nisip, – iazuri de stabilizare (iazuri biologice)

Din punct de vedere al îndepărtării substanţelor organice în suspensie,al bacteriilor aceste instalaţii au o mare eficienta (90-95 %).

Folosirea unor astfel de instalaţii este indicată ori de câte ori estenecesar să se evacueze în receptor o apă cu un grad mare deepurare.

Dezavantajul instalaţiei: necesită suprafeţe mari.

Pe plan mondial, se constată totuşi tendinţa de a evita folosirea apelor uzate la irigaţii, pe motive de igienă şi protecţia muncii.



Câmpurile de irigare şi filtrare • sunt suprafeţe de teren folosite fie pentru epurare şi

irigare în scopuri agricole – cazul câmpurilor de irigare -,fie numai pentru epurare – cazul câmpurilor de filtrare.

• De obicei sunt asociate cu câmpurile de filtrare, ultimelefiind îndeosebi folosite în perioadele de ploi abundente,când nu este nevoie de apă pentru culturi, în perioadelede îngheţ

• se recomandă sa se foloseasca în zonele cu precipitaţiislabe, sub 600 mm/an şi acolo unde întrebuinţareasubstanţelor fertile din apa uzată este avantajoasă dinpunct de vedere economic, în comparaţie cu celeartificiale.



Executarea câmpurilor de irigare şi filtrare pentru localităţile ce depăşesc 10000 delocuitori, în cele mai multe cazuri este neeconomică. Folosirea la irigaţii a unor ape

industriale uzate –ex. a celor cu conţinut mare de substanţe organice – esterecomandată, îndeosebi când substanţele fertile sunt în cantităţi mari.

Apele uzate folosite la irigaţii trebuie să poată furniza la 1 hectar circa: 120 kg azot, 40 kgfosfor şi 170 kg potasiu.

Culturile care se preferă pentru irigare sunt:

plante tehnice (in, cânepă, sfeclă de zahăr)cereale (grâu, porumb);irigarea păşunilor, pădurilor şi livezilor.

Nu sunt recomandate sa se irige cu ape uzate culturile de plante care se consumăcrude (roşii, ridichi, salată, castraveţi). Din punct de vedere agrotehnic, se preferă lairigaţii plante care folosesc bine, atât apa, cât şi substanţele care se găsesc dizolvate

în apele uzate şi pot suporta excese trecătoare provocate de o umiditatesuplimentară, asemenea plante sunt: trifoiul şi sfecla, mai puţin cartoful, porumbul şicânepa.



Iazuri biologice

(iazuri de stabilizare)

= bazine puţin adânci, care folosescprocesele naturale de îndepărtare dinapele uzate a substanţelor organiceşi a suspensiilor, sub controlul parţialal omului.

= se amenajează, de cele mai multe ori, în depresiuni naturale.

iaz biologic -funcţie multiplă: instalaţie unică de epurare a apelor

uzate, instalaţie de epurare secundară sau

terţiară, bazin de egalizare, bazin de sedimentare suplimentară



După procedeul biologic carepredomină în iaz:

• iazuri anaerobe cu fermentare metanică predominantă, întregul volum albazinului fiind în stare de anaerobie. O variantă a acestui tip este iazulanaerob cu strat aerob la suprafaţă, în care stratul superficial este periodic în stare de aerobie, restul volumului fiind anaerob;

• iazuri facultativ anaerobe – aerobe, în care au loc procese de oxidare

anaerobă, oxidare aerobă şi fotosinteză în diferite proporţii. Oxigenulnecesar proceselor aerobe este furnizat de alge, prin fotosinteză şi esteprodus numai până la adâncimea până la care pătrund razele solare. Lafundul unor asemenea iazuri depunerile de material organic sunt stabilizateprin fenomene de anaerobie;

• iazuri aerobe de mare eficienţă sau de mare încărcare, în care oxidarea

şi fotosinteza sunt în echilibru, realizând o stabilizare completă. Variante aleiazurilor aerobe, şi anume, iazuri cu recirculare, iazuri aerate în modartificial, implică sisteme constructive suplimentare.

•



• iazul util într-o anumită situaţie se stabileşte în funcţie de: – natura terenului, – amplasarea lui – performanţele pe care trebuie să le realizeze.

• În zonele îndepărtate de localităţi pot fi folosite iazuri anaerobe. În cazul în caretrebuie îndepărtate mirosurile fetide, este indicată folosirea iazurilor facultativanaerobe sau de mare încărcare.

• Când într-un iaz biologic se descarcă continuu un debit de apă uzată, o parte dinsubstanţele organice se pot depune ca suspensii pe fundul iazului, sub formă denămol, iar altele rămân în soluţie.

• În iazurile anaerobe şi facultativ aerobe substanţele organice din lichid suntdescompuse de către bacterii parţial în CO2 şi NH3, fosfaţi şi alţi produşi.

• Dacă se dispune de oxigen, nămolul este distrus de către bacteriile aerobe, cu

formarea unora dintre compuşii de mai sus; dacă se dispune de puţin oxigen, saudeloc, nămolul suferă o descompunere anaerobă, eliminând gaze în funcţie de tipulde descompunere (metan, CO2, NH3, H2S, H2, compuşi solubili – în general acizivolatili).



Iazuri de oxidare,(iazuri de stabilizare sau lagune)

1. bacteriile heterotrofedegradeaza materiaorganica →materialcelular nou siminerale→cresterea algelor →descompunereamaterialului organiccu producerea O2 pt.bacteriile heterotrofe

2. adincime=3m (pt.cresterea algelor )

3. Nu in regiunile calde

4. Tind sa se umple,

necesita suprafete marisi timpi de retentie mari.

5. Trebuie goliteperiodic.

Epurare Biologica Curs 7

Documents

Transcript of Epurare Biologica Curs 7