UNIVERSITATEA AUREL VLAICU ARAD FACULTATEA DE INGINERIE ALIMENTAR, TURISM I PROTECIA MEDIULUI SPECIALIZAREA: MASTER IAMI

PROIECTEPURAREA MICROBIOLOGIC A APELOR REZIDUALE DIN INDUSTRIA ALIMENTAR

NDRUMTOR Conf. dr. ing. Radu Dana

CUPRINSEpurarea biologic a apelor uzate n industria alimentar...........................................3 Compoziia apelor reziduale: o industrie sau comparativ n dou...............................9 Instalaii de epurare biologic.....................................................................................14 Sisteme de epurare n general i concret.....................................................................18 Indici de calitate a apei epurate...................................................................................24 Bibliografie..................................................................................................................28

2

Apa este un factor indispensabil vieii. De aceea, n jurul surselor de ap s-a dezvoltat o diversitate de biocenoze i chiar civilizaia uman a fost atras de aceste zone. Conform datelor Organizaiei Mondiale a Sntii, necesarul minim de ap pentru un om este de 5 l /zi, din care 1,5 - 2 l se consum ca atare, iar restul se reine din alimente, sau apare din metabolism. Necesarul fiziologic este de 2,5 - 3 l /zi, diferena pn la 3 - 5 l / zi aprnd din activiti fizice i datorit temperaturii ambiante. Totui, omul utilizeaz n medie, pe glob, 100 l ap / zi pentru operaii de splare, pregtirea hranei i alte activiti n gospodrie. Acest consum zilnic are valori diferite de la o regiune la alta, sau de la un continent la altul. De exemplu este de 3 l / zi n Africa i de peste 1000 l / zi la New York. Consumul de ap a crescut n timp: 500 km 3 n 1974 i aproximativ 1400 km 3 n anul 2000. Pe fondul activitii antropogene extinse n prezent exist o deosebire calitativ i principial ntre schimbrile naturale din mediul inconjurtor observate mai nainte i cele care au loc n natur ca rezultat al activitii umane. Astzi nici omul i nici alte organisme cu nivel nalt de dezvoltare nu dovedesc s produc substane genetice de aprare mpotriva substanelor fabricate de industrie, care nu au existat mai nainte n natur i care sunt strine pentru via (xenobiotici). n apele reziduale industriale se ntlnesc relativ des substane organice n suspensie (crezol, acid metacrilic, tricrezilfosfat, tributilftalat .a.) care se supun parial (aproximativ 40%) "mineralizrii" biologice, adic descompunerii pn la CO 2 , ap i substane neorganice simple. Mai mult de 60 de substane, a cror concentraie n sistemele active este normal, nu se supun descompunerii biologice. n asemenea condiii o problem acut este susinerea valorii biologice depline a apelor naturale sau, altfel spus, micorarea coninutului amestecurilor strine pn la o concentraie care asigur desfurarea normal a proceselor fiziologice i biologice din organismele acvatice, fr urmri genetice negative. Una din metodele eficace de aprare a elementelor mediului acvatic contra polurii este epurarea apelor reziduale nainte de a fi evacuate n bazin. Poluarea apelor 3

reprezint alterarea calitilor fizice, chimice i biologice ale apelor, produs direct, sau indirect, n mod natural, sau antropic. Apa poluat devine improprie utilizrii normale. Poluarea poate avea loc : - continuu (permanent), n cazul canalizrii dintr-un ora, sau rezidiile provenite din industrie i deversate n ape; - discontinuu, la intervale regulate, sau neregulate de timp; - temporar (ex. colonii provizorii); - accidental, n cazuri de avarie. Sursele de poluare a apelor se clasific dup mai multe criterii, dat fiind diversitatea lor: a) Dup provenien: activitile menajere, industria, agricultura i transporturile. b) Dup aria de rspndire a poluanilor: - surse locale (conducte de canalizare, rampe de descrcare); - difuze, cnd poluanii se rspndesc pe o arie mare. Uneori este dificil de localizat sursa, sau sursele poluante. c) Dup poziia lor: - surse fixe; - mobile (autovehicule, locuine i instalaii ce se deplaseaz, etc.). De exemplu: industria deverseaz n apele naturale substane chimice, organice i anorganice, resturi vegetale i animale, solveni, hidrocarburi, cldur, etc. Materialele pot fi n stare solid, sau lichid, miscibile, sau nemiscibile cu apa, uor, sau greu volatile, mai mult sau mai puin toxice. Poluanii apelor sunt foarte diveri i de aceea clasificare adopt mai multe criterii. a) Dup natura lor exist poluani: - organici; - anorganici; - biologici; radioactivi; - termici; b) Dup starea de agregare se difereniaz: - suspensii (substane insolubile n ap); - poluani solubili n ap; - dispersii coloidale; c) Dup durata degradrii naturale n ap se deosebesc: - poluani uor biodegradabili; - greu biodegradabili (la care degradarea natural dureaz sub 30 de zile); - nebiodegradabili (degradarea n 30 - 60 de zile); - refractari (cu degradare i peste 2 ani). De exemplu, caprolactama se biodegradeaz la substane mai simple n decurs de 3

4

sptmni, pe cnd clorbenzenul n 2 ani, deci are timp s se acumuleze n ap, mrind efectele toxice. Poluarea organic apare de obicei de la fabricile de celuloz i hrtie, care elimin i 1000 - 3000 l ap poluat/ s. Chiar dac se efectueaz o epurare cu randamentde 95 %, tot rmn cantiti mari de poluani. Receptorul trebuie s aibe n aceast situaie un debit suficient de mare, pentru a dilua poluanii sub limitele admise de standardul de calitate. Industria chimic, petrochimia, industria alimentar elimin de asemenea poluani de origine organic, din care unii sunt foarte toxici (fenolul, ierbicidele, etc.) i cu persisten ridicat n mediu. Poluarea anorganic rezult din industria produselor clorosodice, chimie, extracia ieiului, prepararea minereurilor, hidrometalurgie. Apele poluate conin sruri, acizi, baze, modific pH-ul apelor naturale, corodeaz conductele, instalaiile, aduc prejudicii agriculturii, au efecte stresante pentru organismele acvatice. Poluarea biologic este produs de activitile menajere, abatoare, zootehnie, etc. In ap apar microorganisme patogene, care genereaz uneori mbolnviri n mas. Prin ap se transmit boli: - bacteriene (febra tifoid, dizenteria, holera); - virotice (poliomelita, hepatita epidemic); - parazitare (amibioza, giardioza). Apele poluate biologic favorizeaz nmulirea unor parazii, ca: narii, transmitori de paludism, musca tzetze, transmitoarea bolii somnului etc. Poluarea termic apare prin deversarea de ap cald n efluenii naturali. In aceste condiii scade coninutul de oxigen din ap, crete sensibilitatea organismelor acvatice la poluani, unele vieuitoare dispar, se nmulesc algele albastre, etc. Acest tip de poluare apare pe lng unele instalaii industriale i din energetica nuclear. Poluarea radioactiv apare la apa rezultat din industria extractiv a minereurilor de uraniu, sau thoriu, la instalaiile de preparare a minereurilor radioactive, din zonele de depozitare necorespunztoare a deeurilor radioactive, n urma unor avarii la reactoarele nucleare, naufragii de vapoare cu ncrctur nuclear etc. Apele naturale pot degrada poluanii organici, sub aciunea microorganismelor existente, a radiaiilor solare i a oxigenului. Din degradare rezult compui mai simpli, pn la moleculele cele mai mici: CO 2 , CH 4 , NH 3 , H 2 O , H 2 S . In primele zile se

5

degradeaz compuii cu carbon, apoi n etapa a doua se oxideaz biologic compuii cu azot, dup cum rezult din analizele efectuate pe probe de ap. Epurarea biologic Epurarea biologic (secundar) urmrete eliminarea poluanilor organici, biodegradabili cu ajutorul microorganismelor. Au loc procese de fermentaie aerob, sau anaerob, din care se formeaz compui aglomerai (flocoane), care se separ de ap, alturi de sruri minerale i gaze ( SO 2 , CO 2 , CH 4 , etc.). Epurarea biologic se poate realiza pe cale natural i artificial. Pe cale natural, apa epurat mecanic este colectat ntr-un bazin colector i utilizat la irigaii. Metoda a fost aplicat n vechime, n Ierusalim, la greci, romani i chinezi. Investiiile sunt evident mai reduse, dar procedeul nu se poate aplica la toate tipurile de ap. Apa nu trebuie s conin germeni patogeni, parazii, s nu aib miros neplcut i se aplic numai culturilor de porumb i sfecl de zahr. Epurarea biologic artificial utilizeaz fie filtre biologice, fie bazine cu nmol activ. Filtrele biologice (biofiltrele) sunt de fapt bazine umplute cu roci minerale, cocs, crmid spart,materiale plastice. Biofiltrele au prevzute sisteme de ventilaie, pentru eliminarea gazelor. La suprafaa granulelor se formeaz o pelicul de 1 - 3 mm grosime, coninnd materiale organice i bacterii aerobe, care descompun substanele organice. Se aplic substanelor organice uor biodegradabile, aflate n concentraie sczut. Bazinele cu nmol activ , sau de aerare, aerotancuri utilizeaz fermentaia aerob a substanelor organice din apa rezidual. Ca bazine de aerare se mai folosesc: anuri n teren impermeabil, gropi, canale de beton. Aerotancurile sunt bazine cu seciunea dreptunghiular, sau circular, prevzute cu dispozitive de aerare (conducte perforate, plci poroase, turbine, valuri). In interior se nmulesc microorganismele (bacterii, ciuperci, protozoare, viermi), dar i alge, se elimin oxigen, din consumul compuilor cu fosfor i azot (dac procesul decurge la cald). Se formeaz flocoane ce se decanteaz ca nmol. Aerarea prelungit stabilizeaz nmolul. Nmolul se colecteaz i 15 - 20 % din el se recircul pentru nsmnarea cu microorganisme a bazinelor, iar restul se ndeprteaz. Nmolul se adun n cantiti mari, de 3 - 4 l nmol/ zi.locuitor. Conine 96 99 % ap, miroase neplcut, iar fermentaia continu. Se poate prelucra

6

dup mai multe tehnologii,prezentate n tabelul 1.1. Se obin volume mai reduse de nmol, uneori i gaze cu coninut de gaz metan. Tabelul 1.1. Procedee de prelucrarea a nmolului

Stabilizarea aerobic a nmolului are loc n digestoare, asemntoare aerotancurilor i dureaz 4 - 5 zile. Stabilizarea anaerob, sau metanic a nmolului are loc n metantancuri nchise, la28 35 C , n care se dezvolt bacterii ce descompun substanele organice, formnd

biogazul, un amestec de gaze cu CH 4 , CO 2 , H 2 S , N 2 , mercaptani. Dintr-un kilogram de substane organice rezult 800 - 1000 l de gaze, cu 70 - 75 % CH 4 , 20 - 25 % CO 2 i cu puterea caloric de 5000 - 6000 kcal/ m 3 . Metantancul este un recipient din beton precomprimat, de 10000 m 3 , prevzut cu sistem de nclzire, agitare, pomp de recirculare a nmolului, gazometru. Fermentaia nmolului dureaz 20 - 30 de zile. Metantancurile se amplaseaz n baterii. In figura 1.1 se prezint schema unui metantanc, iar n figura 1.2 etapele procesului de stabilizare a nmolului. 7

Fig.1.1. Metantanc

Fig.1.2. Etapele stabilizrii nmolului

Apele industriale se trateaz separat, sau se amestec cu cele oreneti. Se accept deversarea n reeaua de canalizare urban numai dac apele industriale conin (n mg/ dm 3 ): Cl

100 maxim, SO 4 2 300, fenoli 50, CN

50, detergeni 50,

Cr,Cu,As,Ni,Pb,Zn,Cd cte 1. In caz contrar, apele industriale se preepureaz i dup aceea se amestec cu cele oreneti, sau se epureaz separat. Procedeele mecanice, chimice i biologice se utilizeaz de multe ori asociate. Eficiena acestor procedee pentru reinerea suspensiilor, a substanelor organice, toxice i a bacterilor este prezentat n tabelul 1.2. Tabelul 1.2. Eficiena procedeelor de epurare a apelor reziduale la ndeprtarea unor categorii de substan i bacterii (%)

Pentru substanele toxice, singurele procedee aplicabile sunt cele mecanice i chimice. Celelalte categorii de substane (solide, organice, bacterii) sunt epurate cu mare

8

eficien prin procedeele biologice, pe cale natural, deci mai ieftin, sau pe cale artificial. Un alt exemplu de tratare biologic pe cale natural l constituie apele provenite din industria celulozei care se pot utiliza la irigaii, obinndu-se eficiene de eliminare i de peste 90 % . Sursele majore de poluare a apei in industria alimentar: Prelucrarea crnii Prelucrarea laptelui Prelucrarea petelui/ fructelor de mare Prelucrarea legumelor i fructelor Obinerea amidonului i glutenului Fabricarea zahrului Fabricarea buturilor alcoolice/ nealcoolice,etc. Turbiditate ridicat Concentraii mari de: - CBO5

Caracteristici generale ale apelor reziduale din industria alimentar:

- FOG (Fats, oils and grease) - SS (suspensii solide) Coninut usual P i N Coninut de chimicale periculoase n general redus. Variaie sezonier mare a debitelor Variaii orare mari i variaii mari de concentraie de-a lungul zilei Majoritatea unitilor de producievsunt de talie mic sau medie Raport uneori neechilibrat CBO:P:N (conduce la creterea volumului de nmolului) Efluent colorat. Industria produselor lactate este sursa major de ape reziduale n multe ri. Dei nu pune probleme majore de mediu, trebuie avut in permanen n vederea impactului 9

asupra mediului datorit faptului c poluanii din aceasta industrie sunt n special de natura organica.Toate etapele de prelucrare a laptelui au un impact asupra mediului. n general, rezidurile de la prelucrarea laptelui conin: Concentraii ridicate de materii organice(proteine,zaharuri,lipide); Concentraii ridicate de suspensii solide; Concentraii ridicate de azot; Consumuri ridicate de oxigen (CBO, CCO); Concentraii ridicate de uleiuri / grsimi n suspensie; Variaii importante de ph. Prelucrarea laptelui necesit tratamente speciale n vederea reducerii impactului asupra mediului ambient. Tratarea apelor reziduale se confrunt cu una din urmtoarele probleme: taxe ridicate percepute pentru tratarea apelor reziduale industriale; probleme de poluare cnd apele reziduale sunt descrcate direct n mediu sau sunt folosite pentru irigaii; fabricile care au deja instalate sisteme biologice de tratare aerob se confrunt cu problema depozitrii nmolului. Valorile tipice ale CBO i CCO ale efluenilor de la prelucrarea laptelui: lapte integral,lapte degresat, zar, smntn, lapte concentrat, zer, ngheat:

10

tVolumul,concentraia i compozitia efluentilor proveniti dintr-o unitate de prelucrare a laptelui sunt in funcie de: tipul produsului procesat; programul de producie; modul de operare; configuraia unitii de prelucrare, gradul de management al apei; cantitatea de apcare se conserv. Ape reziduale de la prelucrarea laptelui: Ape de procesare(utilizate n procesele de rcire/nclzire) usual libere de poluani, pot fi neutralizate sau deversate n canalizarea pluvial. Apa de splare( utilizate n curirea recipienilor, conductelor, instalaiilor, spaiilor,etc) pot conine: lapte, iaurt, branz, zer, smntn, culturi starter,etc. Ele mai pot conine: ageni de sterilizare(hipoclorit de sodium), detergeni, substane alcaline(NaOH) sau acide(ac. azotic sau sulfuric) utilizate pentru CIP. Acestea influeneaz: ph-ul apelor reziduale, coninutul de P, CBO i CCO. Ape reziduale de la grupurile sanitare. Sunt de regul dirijate spre canalizarea menajer. Etapele fluxului de epurare: Pretatarea: - Sitarea - Reglarea ph-ului: - La curairea alcalin: ph = 10- 14 - La curairea acid: ph =1,5 6 - Optimul pentru tratarea biologic:ph = 6,5 8,5 -Se face cu: acid azotic,ac.sulfuric,Na OH,dioxid de carbon. - Uniformizarea debitului i compoziiei( rezervoare tampon de omogenizare; amestecare uzual prin aerare. - ndeprtarea grsimilor: - cu capcane gravitaionale - prin flotaie cu aer - prin flotaie cu aer dizolvat - hidroliza enzimatic a FOG cu ajutorul lipazelor

11

Tratarea propriu-zis: Tratarea biologic - Sisteme aerobe Procesul convenional cu nmol activate Filtre aerobe Contractoare biologice rotative Reactor discontinuu secvenial Lagune sau iazuri de aerare(necesit spaiu mare) Lagune anaerobe Reactoare cu agitare Contactoare anaerobe Filtre anaerobe Reactoare n strat expandat sau fluidizat.

- Sisteme anaerobe:

n cazul industriei crnii, efluenii de la abatoare sunt puternic ncrcati cu: solide, materii plutitoare(grsimi), sange, dejecii, compui organici derivai din proteine. Compoziia efluenilor depinde mult de tipul produciei sau de configuraia abatorului. n cazul consumurilor tipice de ap la abatorizare,avem mai jos un grafic legat de consumurile de ap la abatorizarea porcinelor,enumerate astfel: igiena personala, apa de rcire, sterilizare cuite, splare camere, splare vehicule, splare vase, splare cu jet, curire.

12

Deeuri asociate cu abatorizare

50%

50%

25%

Principalele zone de contaminare a apei sunt:

13

Adposturile pentru animale Asomarea i sngerarea Jupuirea/ ndepartarea prului Manipularea intestinelor i organelor interne Splarea carcaselor Renderizarea Tranarea Operaiile de curire a spaiilor.

Reducerea volumului de ape reziduale Reducerea timpului de staionare a animalelor vii in abator; ndeprtarea uscat a dejeciilor; Eficacitatea colectrii sngelui(400000 mg/l CC0) reducere cu 40% a volumului apelor reziduale; Eficacitatea curirii stomacelor de rumegatoare( evacuarea pneumatic uscat a continutului stomacal + splare cu cantiti minime de ap); Splarea intestinelor n 2 trepte: - Splarea primar n baie cu filtre i recirculare continu a apei ; - Cltirea final cu ap potabil curat. Minimizarea cantitilor de carne i grsime cazute pe podeaua slilor de tiere; Minimizarea consumurilor de ap: => eflueni de volum mic i concentraie mare, care se preteaz la prelucrarea prin digestie anaerob.Procese aerobe de epurare Aceste metode se aplic cu precdere pentru mineralizarea substanelor organice dizolvate n faza lichid a apelor reziduale. Cea mai simpl metod biologic aerob de purificare se nfptuete n condiii naturale, nemijlocit, n bazin sau n sol. La folosirea metodelor pedologice de purificare biologic, apele reziduale se evacueaz pe cmpuri utilizate special pentru astfel de scopuri (cmpuri de irigaie sau cmpuri de filtrare).

14

n soluri apele reziduale se supun aciunii oxidative a microorganismelor. Concomitent cu oxidarea substanei organice are loc sinteza biomasei microorganismelor. n componena microorganismelor solului intr diferite grupe fiziologice, care se specializeaz n realizarea anumitor transformri oxidative a compuilor organici. Ca rezultat al aciunii totale a microorganismelor are loc oxidarea substanelor organice pn la produse gazoase. Astfel, hidraii de carbon se oxideaz pn la bioxid de carbon i ap. Azotul care intr n componena proteinelor se oxideaz pn la nitrai:

R CHNH 2 COOH NO3 + CO2 + H 2 O

Sulful i fosforul, care intr n componena multor compui organici, se oxideaz pn la oxizii corespunztori ( S

S O4 , P P O3 4 ).

2

Instalaiile de epurare aerozol formate artificial sunt reprezentate de biofiltre, aerofiltre i aerotancuri. Aa cum s-a mai artat, principiul purificrii apelor reziduale n instalaii create artificial este identic cu cel care st la baza proceselor naturale de autopurificare. Totui, datorit condiiilor mai favorabile pentru microorganisme, cum sunt aeraia, temperatura, pHul mediului, coninutul unor sruri, procesele de oxidare biologic se intensific brusc. Biofiltrele i aerofiltrele sunt caracteristice instalaiilor care imit metodele pedologice de purificare. n aerotancuri purificarea apelor reziduale se nfptuete n condiiile, care imit bazinele cu o biomas mare de microorganisme. Un loc intermediar ntre autopurificarea natural i purificarea apelor reziduale n aerotanc l reprezint modul de curire n lacuri biologice.

Biofiltrele sunt instalaii umplute cu material macrogranulat, a crui suprafa se irig cu lichid rezidual. Irigaia se nfptuiete incontinuu, sau cu intervale periodice de 515 min. Aeraia biofiltrului poate fi fireasc i forat. Folosirea aeraiei artificiale permite intensificarea considerabil a lucrului biofiltrului.

15

Fig.1.3. Schema unui biofiltru cu aerare forat.

Detoxifierea anaerob a nmolurilor Sub aciunea microorganismelor n condiii anaerobe n reziduuri au loc schimbri considerabile: -se schimb structura lui fizic, ceia ce uureaz uscarea reziduului de mai departe; -se micoreaz greutatea lui, deoarece o parte din substanele organice se descompun n rezultatul fermentaiei pn la produse gazoase; -gazele arztoare care se formeaz la fermentarea reziduurilor organice, pot fi folosite n calitate de combustibil, iar rmiele de la fermentare - ca ngraminte; -are loc micorarea nivelului de poluare a reziduului cu microorganisme patogene. Procesul anaerob are loc n trei etape: 1).Hidroliza compuilor organici 2).Transferarea legturilor organice compuse n acizi grai i carbonai, alcooli, aldehide. 3).Fermentarea compuilor organici simpli cu formarea metanului, acidului carbonic, apei hidrogenului, oxidului de carbon. n condiii anaerobe se observ deasemenea denitrificarea biologic intensiv. La aceasta, transformrile metabolice a nitrailor se termina cu formarea N 2 , N 2 O, NO sauNO2

. Substanele organice care conin azot, se descompun cu formarea amoniacului i 16

azotului gazos. Descompunerea substanelor organice este nsoit de eliminarea hidrogenului sulfurat. n aceste procese particip un complex ntreg de microorganisme anaerobe. n practica de epurare a apelor reziduale casnice, procesele anaerobe se produc n bazine de sedimentare, folosite concomitent pentru eliminarea substanelor n suspensie din apele reziduale i descompunerea anaerob a reziduului eliminat. n afar de aceasta special pentru prelucrarea anaerob a reziduurilor de acum eliminate la fel i pentru prelucrarea nmolului n surplus din aerotancuri se folosesc metanotancurile. n bazinele de sedimentare speciale septitancuri lichidul rezidual trece n decurs de 1-4 zile i nopi iar timpul de pstrare a reziduului este socotit pe 6-12 luni. La aceasta volumul sedimentului n rezultatul bttoririi i descompunerii se micoreaz la 50%. Din punct

de vedere a dezintoxifierii - prelucrarea n septitanc nu d o garanie mare a pieirii microbular patogeni i a oulelor de ascaride. Domeniul de folosire a septitancurilor este foarte limitat. n fond, pentru curirea apelor reziduale, care vin de la punctele urbane nu prea mari. O alt modificare a prelucrrii anaerobe a nmolului sunt aa numitele bazine de sedimentare cu 2 nivele (bazinele lui Amser). Schema bazinului de sedimentare e reprezentat n fig. 1.4.

17

Fig.1.4. Schema bazinului de sedimentare n dou trepte. 1 sediment putrezit; 2 jgeab de decantare. La scurgerea lent a rezidului lichid, pe cuvele de sedimentare substanele se sedimenteaz, cad printre crpturi i nimeresc n cel de jos, nivelul septic al bazinului de sedimentare. Suprafeele de jos a cuvetelor de sedimentare se acoper una pe alta aa ca bulele de gaz care se formeaz la distrugerea anaerob a sedimentului s nu ajung n lichidul limpezit, care se scurge prin cuvete. Sedimentul putrezit se scoate periodic de pe fundul bazinului de sedimentare cu dou nivele printr-o eav de nmol. O mare prioritate a bazinului de sedimentare cu 2 nivele comparativ cu septitancul este posibilitatea de a evacua sedimentul prelucrat n orice timp fr a ntrerupe lucrul staiilor de purificare. Aciditatea mediului n bazinul de sedimentare cu 2 nivele se ine stabil n limitele pH-ului 7,0-7,8. Aceasta se explic prin lipsa n gaze a fermentaiei hidrogenului sulfurat. Componena gazului - CO 2 (20-30%) i CH (70-80%). Hidrogenul sulfurat format la distrugerea substanelor organice care conin sulf se leag cu fierul dizolvat n apa rezidual i formeaz sulfura de fier, care coloreaz sedimentul n culoare neagr. Aciditatea mediului servete ca indice a nclcrilor regimului tehnologic de prelucrare a sedimentului. Dac expluatarea bazinului de sedimentare cu 2 nivele nu este reglat i mersul normal al proceselor de fermentaie n el se ncalc are loc acidularea mediului ncepe s se elimine hidrogen sulfurat, se acumuleaz acizii volatili. O cauz a fermentaiei acide deseori este aducerea unei cantiti mari de sediment. Putrezirea sedimentului are loc 60-180 de zile.

18

n timpul acesta se descompune 40-60% de substane organice. Bazinele de sedimentare cu 2 nivele se folosesc de obicei, pentru staiile de purificare nu prea mari, cu capacitatea de producere pn la 10 mii m 3 n 24 de ore. Epurarea apelor Epurarea apelor reprezint totalitatea operaiilor efectuate pentru diminuarea coninutului de poluani, astfel nct concentraiile rmase s nu provoace poluarea apelor receptoare. Epurarea se realizeaz ntr-o serie de utilaje, care alctuiesc staiile de epurare. Amplasarea stailor de epurare a apelor uzate (poluate, sau reziduale) se face n aval de ntreprinderea, sau ntreprinderile poluante. Evacuarea apelor epurate napoi n albia rului are loc n aval, sau n amonte de zona de captare a apei (fig.1.5).In ultima situaie, ntreprinderea este direct interesat n efectuarea corespunztoare a epurrii apei, deoarece urmeaz s o utilizeze n procesul de producie.

fFig.1.5. Scheme de evacuare a apelor epurate. Aa n aval fa de captare; b n amonte fa de captare. Din staiile de epurare rezult ape tratate, sau epurate i nmoluri. Nmolurile se pot aplica n agricultur, ca fertilizani, dar numai dup analiza lor, pentru a nu conine metale grele, substane toxice, germeni patogeni, etc. Utilizarea lor se face numai pe soluri adecvate, n doze adecvate i urmrind n timp factorii de mediu. Procedeele de epurare a apelor reziduale mresc costul produsului, deci trebuie s fi ct mai simple, ntr-un numr ct mai redus de faze, cu consumuri specifice reduse de energie electric, combustibili i reactivi. Reactivii se aleg cu preuri sczute (aer, calcar,

19

etc.) i se urmrete dozarea lor corect, pentru a nu polua apa cu ei. Cheltuielile de epurare se pot reduce prin recuperarea unor substane din apele reziduale i valorificarea lor, ca de exemplu: fibre celulozice, grsimi organice i uleiuri vegetale, metale (Cu, Ni, Cd, Cr, Hg, etc.) fenoli, vitamina B12 .a. Cheltuielile scad i dac se valorific nmolul, sau dac se recircul apele uzate. Dac apele epurate sunt eliminate cu coninuturi mai mari dect limitele admise de standarde, atunci ntreprinderea vinovat de nclcarea legii pltete penaliti. Epurarea se realizeaz printr-o serie de procedee, de natur fizic, chimic i biologic. Epurarea mecanic Epurarea mecanic, sau primar const n separarea particulelor solide de diferite dimensiuni prin: - reinerea particulelor de peste 1 mm pe grtare, sau site amplasate la partea superioar a curentului de ap (fig.1.6); - deznisiparea n decantoare cu circulaie orizontal, sau vertical, n care scade viteza apei la 0,3 - 0,4 m/s i se depun particulele de 0,2 - 1 mm n 2 - 3 minute (fig.1.7); - separarea uleiurilor, produselor petroliere, grsimilor etc.(fig.1.8); - decantarea particulelor sub 0,2 mm (suspensii fine i o parte din particulelecoloidale), n timp de 1 - 3 ore. Decantoarele pot fi gropi, iazuri de pmnt, sau construcii din beton, zidrie, oel, mase plastice. Fig1.6. Separator cu grile manuale sau automate

20

Fig.1.7. Decantor de sediment

Fig.1.8. . Separator de grsimi

Fig.1.9. Decantor Imhoff( a) i decantor cu conduct de evacuare a nmolului(b) Schema procesului de epurare mecanic este aadar: ape uzate Separare particule grobe Deznisipare Separare grsimi Decantare primar ap (n receptor) Epurarea chimic Se aplic pentru poluanii dizolvai n ap, sau n suspensii foarte fine. nainte de staia de epurare, apele acide, sau alcaline sunt neutralizate. Astfel, de exemplu, n cazul apelor acide se trateaz cu baza cea mai ieftin, laptele de var (soluie de Ca ( OH ) 2 ). Urmeaz epurarea chimic propriu-zis, care const ntr-o serie de tratri ale ape, n funcie de natura i concentraia poluanilor. Procedeele mai des utilizate sunt: oxidarea, precipitarea, coagularea, clorurarea. Oxidarea unor substane dizolvate n ap se realizeaz cu oxigenul din aer, sau cu

21

ozon. Se aplic att apelor acide (din industria celulozei, cu pH= 1-2), ct i a celor bazice (din producia de colorani). Se realizeaz n cascad, sau n bazine speciale fig.1.10. Ozonarea poate decurge direct, sau catalitic, folosind TiO 2 , pentru distrugerea pesticidelor, acidului oxalic, dioxanului din rezidii, vopselelor, produselor petroliere, antioxidanilor din producia de cauciuc, etc. Precipitarea folosete reactivi adecvai pentru realizarea unor particule sedimentabile.

Fig.1.10. Sisteme de aerare a apelor uzate: a postaerarea n cascad; b decantor cu aerare; c camera de calmare cu aerare; d canal de curgere n spiral. Coagularea utilizeaz sruri solubile de fier i aluminiu aflate ca atareAl 2 ( SO 4 ) 3 , FeCl3

,

sau

n

alauni NaAl ( SO 4 ) 2 ,

KFe ( SO 4 ) 2

.a.,

cenui

de

22

termocentral, bentonit (varietate de argil). Se mai poate utiliza i silice SiO 2 , polielectrolii (substane macromoleculare). In ap, materialele menionate formeaz precipitate voluminoase, care atrag substanele coloidale ce dau turbulen apei i se depun mpreun, mai repede, n decantorul primar. Clorurarea utilizeaz ca reactiv clorul, sau hipocloritul, care reacioneaz cu apa, producnd oxigen activ, ce distruge microorganismele din ap: Cl2 + H2O 2 HCl + O NaClO NaCl + O Clorurarea se realizeaz ntr-un utilaj, sau n mai multe utilaje, n serie fig.1.11. Fig.1.11. Amestectoare n serie de clorurare a apei.

Alte procedee de epurare In anumite situai, apele reziduale nu se pot trata eficient prin procedeele descrise mai sus, fiind necesare tratamente speciale, ce necesit utilaje, aparatur, temperatur, catalizatori, reactivi adecvai, etc. Eficiena lor economic se explic prin: - posibilitatea ndeprtrii unor poluani deosebit de periculoi (toxici, corozivi, radioactivi) i aflai n concentraii foarte sczute; - recuperarea de substane valoroase, care reduc cheltuielile de epurare; - se aplic acolo unde alte metode nu sunt utilizabile. Plantele filtru, ca: zambila de ap, salata de ap, unele alge pot reine unii poluani, chiar radioactivi. In condiii termice adecvate, plantele cresc voluminos i dac nu conin substane periculoase, pot fi administrate n hrana animalelor. In fig.1.12. se prezint un astfel de procedeu de depoluare a unor ape, cu alge active. 23

Fig.1.12. Procedeu de epurare a apelor reziduale folosind alge active: 1- sedimentare primar; 2- digestie anaerob; 3- uscare nmol; 4- epurare cu alge; 5- flotaie; 6- sterilizare alge; 7- uscare alge. Calitatea apelor Calitatea apelor este stabilit prin standarde, datorit importanei pe care o prezint pentru sigurana vieii i pentru desfurarea activitilor economice. In Romnia sunt n vigoare: STAS 1342 - 91 pentru calitatea apei potabile, STAS 4706 - 88 pentru apele de suprafa, STAS 9450 - 73 pentru apele necesare irigaiilor, Norme de igien pentru tranduri organizate i o serie de decrete, pentru precizri. Calitatea apelor se exprim prin indicatori, stabilizai i calculai n urma unor analize efectuate att la apele de suprafa, ct i la cele subterane. La apele de suprafa se determin: - indicatori organoleptici; - suspensii; - pH; - CCO; - oxigenul dizolvat; CBO; - azotul total; - analize biologice, toxicologice, bacteriologice, de radioactivitate, eutrofizare, etc. La apele subterane se determin: - pH-ul; - reziduul fix; - CCO. In anumite situaii se mai analizeaz din ape urmtoarele coninuturi de substane: detergeni, pesticide, metale neferoase, fenoli, hidrocarburi, clor, azotat, fluor, iod, fier, mangan, indicatori de eutrofizare, etc.

24

Indicatorii organoleptici sunt: culoarea apei, gustul i mirosul.Suspensiile din ap se determin dup sedimentare i se exprim n ml/l. pH-ul reprezint reacia acid, neutr, sau bazic a apei, deoarece: pH = - log / H + / unde / H + / reprezint concentraia ionilor de hidrogen din soluie. Mediul acid are pH < 7, mediul neutru are pH = 7, iar cel bazic, pH > 7. CCO reprezint consumul chimic de oxigen, respectiv cantitatea de substane cer se pot oxida la rece, sau la cald, sub aciunea unor oxidani ca KMnO 4 , sau K 2 C 2 O7

(mg/l). Oxigenul dizolvat n ap se exprim n mg/ l. Coninutul de oxigen dizolvat n ap scade cu creterea temperaturii astfel: la 0 C - 14,65 mg O2 / dm 3 , la 10 - 11, 27; la20 -9,02; la 30 - 7,44. Conform prevederilor STAS 4706 - 88, limita coninutului de

oxigen de la care o ap se consider degradat este de 6 mg / dm 3 . CBO 5 - consumul biologic de oxigen, reprezint cantitatea de oxigen consumat de microorganisme pentru descompunerea biochimic a substanelor organice din ap, n timp de 5 zile, la 20 C (condiii standard). Se calculeaz astfel: mg CBO / dm 3 = A - B unde: A - oxigenul din apa recoltat; B - oxigenul rmas n ap dup 5 zile. CBO este un indicator mult utilizat pentru caracterizarea apelor, deoarece arat dac apa poate fi epurat biologic, sau nu. DacCBO5

20

este 0,6 mg / dm 3 , atunci apa se

poate epura biologic uor; dac este 0,2 - 0,4 epurarea biologic trebuie favorizat de temperatur, iar dac este sub 0,2 - apa nu este epurabil biologic. Analizele biologice determin fero - i sulfobacteriile, protozoarele, plantele i animalele din apa analizat. Analizele bacteriologice determin coninutul apei n germeni patogeni specifici, ca: bacili, cili din tubul digestiv, etc. Analizele toxicologice stabilesc nocivitatea unor poluani, dozele limit de supravieuire i cele letale, folosind testri la peti i la crustaceul Daphnia.

25

Eutrofizarea apelor de suprafa (de la trophe = hran n limba greac) reprezint fenomenul de mbogire cu substane nutritive, coninnd azot i fosfor, care produc dezvoltarea plantelor de ap. Se spune c apele "nfloresc". Dup moarte, plantele se descompun cu ajutorul microorganismelor, consumnd oxigenul dizolvat n ap, degajnd gaze cu miros neplcut (amoniac, hidrogensulfurat, gaz metan). Dispar unele specii valoroase de peti, cum este crapul, rmnd carasul, care este mai rezistent. Indicatorii care urmresc eutrofizarea sunt: coninutul de oxigen dizolvat n ap, coninutul de azot total i de fosfor total, precum i de biomas planctonic, ca substan umed (mg/dm3). Probele de ap trebuie corect recoltate, conservate, iar analizele efectuate dup metode standardizate. Aceste probe pun n eviden att poluanii, ct i sursele posibile de poluare. Analizele trebuie efectuate pentru a stabili fondul natural al apelor, depirea valorilor limit admise de standard, atenionnd asupra necesitii revenirii la fondul natural. Standardele stabilesc concentraiile maxim admise de poluani n ape, iar n unele situaii indic i valori admise n mod excepional. Tabelul de mai jos prezint civa indicatori de calitate inclui n STAS 1342 - 91, pentru apa potabil:

26

Condiii de calitate pentru apa potabil (mg/dm3) conform STAS 1342 - 91.

27

.

BIBLIOGRAFIE1. Vian S.,Angelescu A.,Alpopi C., "Mediul nconjurtor-poluare i protecie", Ed.Economic, Bucureti, 2000; 2. Angelescu A., Ponoran I., Ciobotaru V., "Mediul ambiant i dezvoltarea durabil", Ed. A.S.E., Bucureti, 1999; 3. Rojanschi V., Bran F., Diaconu Gh., "Protecia i ingineria mediului", Ed.Economic, Bucureti, 1997; 4. Negulescu M. .a.," Epurarea apelor uzate industriale", vol.2, Ed.Tehnic, Bucureti, 1989; 5. Masotti L., "Depurazione delle acque", Ed.Calderini, Bologne, 1993.

28