CURS 3 CARACTERISTICILE POLURII APELOR N MEDIUL RURAL

CURS 4 EPURAREA I AUTOEPURAREA APELOR UZATE. METODE I INSTALAII DE EPURARE A APELOR.4.1 Epurarea i autoepurarea apelor uzate

Epurarea apelor uzate este un proces complex de reinere i/sau neutralizare prin diferite mijloace a substanelor poluante aflate n apele uzate sub form de suspensii, n stare coloidal sau n stare dizolvat, n scopul reintroducerii acestora n circuitul hidrologic, prin deversare n emisari, fr ca prin aceasta s se aduc prejudicii att florei i faunei acvatice ct i omului [1].

n urma procesului de epurare a apelor uzate rezult dou produse:

- apa epurat, n diferite grade de epurare, care se deverseaz n receptor, sau poate fi valorificat la irigaii sau alte activiti;

- substanele poluante extrase, care poart denumirea generic de nmoluri.

n cadrul procesului tehnologic de epurare, metodele i procedeele de extragere a substanelor poluante din apele uzate sunt de natur mecanic, biologic i chimic. Alegerea unei anumite structuri de flux tehnologic este determinat att de caracteristicile apelor uzate prelucrate ct i de gradul de epurare care se urmrete s fie atins, determinat din raiuni att ecologice, dar i economice.

Pe parcursul procesului tehnologic de epurare, poluanii extrai din apele supuse procesului sunt concentrate n nmoluri foarte nocive, care dac sunt evacuate ca atare, constituie un pericol deosebit pentru mediul nconjurtor, compromind instalaia de depoluare prin nerealizarea integral a scopului su principal, acela de protejare a mediului. Procesul tehnologic de prelucrare a nmolurilor n scopul neutralizrii potenialului deosebit de poluant al acestora, deine o pondere important n procesul tehnologic general al staiilor de epurare (costuri de investiii i exploatare mari, comparabile, dac nu superioare celor pentru epurarea apelor uzate), i trebuie s fie subordonat cerinelor de evacuare final sau valorificare a nmolurilor.

Procesul tehnologic general al staiilor de epurare a apelor uzate cuprinde deci dou mari grupe succesive de operaii i anume:

- reinerea i/sau neutralizarea ncrcrii poluante din apele uzate, rezultnd nmoluri;

- prelucrarea nmolurilor n scopul valorificrii sau evacurii acestora n siguran n mediul nconjurtor, fr pericol de contaminarea acestuia.

De menionat c din punct de vedere al activitii de protecie a calitii apelor [2], ntr-o prim etap s-a crezut c protecia calitii apelor ar putea fi rezolvat numai prin epurarea apelor uzate i s-au depus eforturi pentru conectarea ct mai rapid a productorilor de ape uzate la staii de epurare. n prezent s-a constatat c orict de evoluate ar fi procedeele de epurare acestea prezint limitri, cu toate c eforturile pentru perfecionarea acestora pe plan mondial sunt deosebit de intense. De aceea se admite c nu exist premise absolut sigure conform crora s-ar ajunge la o stare satisfctoare a calitii apelor numai prin intermediul epurrii apelor uzate, ci se impun i o serie de msuri aplicate att la nivelul surselor de producere a apelor uzate ct i la nivelul cursurilor de ap receptoare n care sunt deversai efluenii staiilor de epurare, care mpreun cu folosirea unor procedee moderne de epurare, deosebit de eficiente, se constituie ntr-un sistem optimizat de protecie a calitii apelor.

Dintre msurile care pot fi aplicate surselor de ap poluat se pot meniona:

- introducerea i utilizarea n unitile economice a unor tehnologii de producie, cu consum redus de ap sau total neconsumatoare, puin poluante sau total nepoluante;

- recircularea apelor uzate evacuate, care este un procedeu care poate diminua semnificativ debitele de ap uzat deversate n receptori, degrevndu-i astfel;

- folosirea la irigaii a unor categorii de ape uzate, direct sau dup un tratament adecvat.

Dintre msurile care pot fi aplicate cursurilor de ap receptoare se pot meniona:

- aerarea intens a rurilor sau lacurilor poluate folosind aeratoare speciale, prin aceasta asigurndu-se o oxigenare suplimentar, rezultnd o reducere, uneori spectaculoas, a gradului de poluare cu materii organice;

- destratificarea termic a apelor stttoare, care const n nlocuirea apei de la adncime, care prin stagnare i nrutete uneori considerabil calitatea, cu ap de bun calitate de la suprafa;

- creterea debitelor minime ale cursurile de ap receptoare ale apelor uzate, prin intermediul unor lucrri hidrotehnice (acumulri sau derivaii), prin care s se reduc semnificativ gradul de diluie al apelor uzate n apele rectoare, fapt cu o contribuie deosebit n calitatea amestecului ;

- crearea pe cursurile de ap receptoare ale apelor uzate a condiiilor deautoepurare, proces care dirijat corespunztor poate crea un minim de condiii care duc la mbuntirea natural a calitii apelor de suprafa.

Autoepurarea este un proces natural complex (fizico-chimic, biologic i bacterilogic) prin care impurificarea unei ape de suprafa receptoare, curgtoare sau stttoare, se reduce treptat odat cu ndeprtarea de sursa de impurificare.

ndiferent de receptor i de natura impurificrii, procesele de autoepurare sunt asemntoare, ns difer desfurarea lor ca durat, ca amploare, ca ordine de succesiune sau ca msur n care iau parte toate felurile de procese specifice, sau numai unele dintre acestea, depind de caracteristicile receptorului i ale poluanilor introdui n acestea. Capacitatea de autoepurare a apelor receptoare nu este nelimitat, aceasta putnd varia n timp chiar dac caracteristicile apelor receptoare rmn relativ constante.

Procesul de autoepurare se realizeaz, n esen, prin ndeprtarea din masa de ap supus procesului a materiilor solide n stare de suspensie, sau prin transformarea pe cale chimic sau biochimic a unor substane poluatoare.Factorii care intervin n procesul de autoepurare sunt foarte numeroi i sunt de natur fizic, chimic, i bilogic sau factori de mediu. Acetia pot interveni n proces simultan sau ntr-o anumit succesiune, ns ntre aciunile acestor factori exist anumite interdependene, astfel nct momentul n care intr n aciune un anumit factor i intensitatea cu care acioneaz este de regul condiionat de aciunile altor factori.

Factorii fizici care intervin n procesul de autoepurare sunt: sedimentarea, lumina, temperatura i miscarea curenilor de ap.

Factori chimici joac un rol foarte important n procesul de autoepurare , contribuind direct i/sau indirect la crearea condiiilor de via a organismelor din apa supus procesului. Dintre acetia, factorii chimici cu cea mai mare importan sunt oxigenul (de concentraia acestuia depinznd intensitatea de descompunere a materialelor organice poluante, oxidarea unor substane minerale poluante i popularea cu organisme a sistemelor acvatice) i bioxidul de carbon (care constituie sursa principal de carbon pentru sistetiazrea substanelor organice de ctre plante). Procesul de autoepurare mai este influenat i de ali componeni chimici din ap, care contribuie la crearea condiiilor de via ale organismelor acvatice sau favorizeaz unele reacii chimice sau biochimice, cum ar fi: fierul, manganul, azotul, fosforul, potasiul, sulful, siliciul, magneziul, aluminiul i unele oligoelemente.

Factorii biologici care intervin n procesul de autoepurare sunt organismele acvatice i anume: bacteriile, protozoarele, macrovertebratele i plantele clorofiliene.

Dintre aceti factori, rolul principal n autoepurare l au bacteriile, restul organismelor, cu puine excepii, continund transformrile iniiate de bacterii, eventual stimulnd unele dintre ele. Unele dintre bacteriile din ap (mprite n autotrofe i heterotrofe, dup modul de nutriie) se dezvolt n prezena oxigenului molecular, dizolvat n ap, i poart numele de bacterii aerobe, acestea avnd rolul principal n procesul de autoepurare a apei. Alte bacterii din ap utilizeaz n procesele metabolice oxigenul combinat chimic din ap (din sulfai, azotii, etc.) i poat numele de bacterii anaerobe, acestea avnd un anumit rol i n procesul de autoepurare a apei, dar mai ales n procesele din interiorul sedimentelor de pe fundul apelor. Avnd n vedere c principala caracteristic a bacteriilor este capacitatea extraordinar de adaptare, exist bacterii care se dezvolt att n prezena oxigenului molecular liber din ap, ct i n prezena oxigenului legat chimic, acestea purtnd numele de bacterii facultativ aerobe.

n general toate procesele biologice bacteriene se produc ntr-o multitudine de trepte susccesive, care dac se desfoar n echlibru, descompun materia organic (poluatoare) din ap, n bioxid de carbon i ap, n cazul proceselor aerobe, i n bioxid de carbon i metan, n cazul proceselor anaerobe.

4.2 Metode i instalaii de epurare a apelor uzate

Metodele de epurare a apelor uzate se pot mpri n trei mari categorii i anume:

- metode de epurare mecanice;

- metode de epurare chimice;

- metode de epurare biologice.

Dintre cele mai frecvent utilizate metode mecanice utilizate n epurarea apelor uzate se pot enumera:

- sitarea apei n scopul separrii mpuritilor grosiere din apele supuse procesului de epurare;

- sedimentarea sau decantarea n scopul separrii suspensiilor solide decantabile din apele supuse procesului de epurare sau ngrorii nmolurilor;

- flotarea n scopul separrii mpuritilor uoare cu structur ramificat sau a impuritilor coloidale hidrofobe din apele supuse procesului de epurare;

- filtrarea n scopul clarificrii apelor supuse procesului de epurare sau dezhidratrii nmolurilor;

- centrifugarea n scopul dezhidratrii nmolurilor;

- evaporarea i infiltrarea n scopul dezhidratrii nmolurilor

- procedee termice n scopul condiionrii, pasteurizrii, uscrii i incinerrii nmolurilor;

- iradierea cu raze UV n scopul dezinfectrii apelor supuse procesului de epurare apelor;

Dintre cele mai frecvent utilizate metode chimice utilizate n epurarea a apelor uzate se pot enumera:

- neutralizarea n scopul corectrii pH-ului apelor supuse procesului de epurare;

- coagularea -flocularea n scopul clarificrii apelor supuse procesului de epurare sau ngrorii nmolurilor;

- schimbul ionic n scopul demineralizrii sau a ndeprtrii unor compui chimici din apele supuse procesului de epurare;

- oxidarea chimic n scopul ndeprtrii unor substane organice biorezistente sau a unor substane minerale nedorite din apele supuse procesului de epurare sau dezhidratrii nmolurilor;

- clorinarea n scopul dezinfectrii apelor supuse procesului de epurare apelor;

- ozonizarea n scopul dezinfectrii apelor supuse procesului de epurare apelor;

- tratarea cu reactivi chimici n scopul condiionrii chimice a nmolurilor;

- tratarea cu reactivi chimici n scopul recuperrii de metale sau substane toxice din nmoluri.

Principalele metode biologice utilizate n epurarea a apelor uzate sunt:

- fermentarea aerob n scopul epurrii biologice a apei sau a stabilizrii nmolurilor;

- fermentarea anaerob n scopul epurrii biologice a apei sau a stabilizrii nmolurilor.

Instalaiile n care se realizeaz procesul de epurare a apelor uzate poart denumirea generic staii de epurare a apelor uzate.

Staiile de epurare a apelor uzate se pot clasifica dup mai multe criterii i anume: dup destinaie, dup structur, dup calitatea efluentului evacuat, dup configuraia fluxului tehnologic, dup natura procedeelor de epurare utilizate i dup modul de distribuie a obiectelor tehnologice componente.

Dup destinaie staiile de epurare a apelor uzate se clasific n:

- staii de epurare generale (denumite i urbane sau oreneti), care sunt plasate la captul (ieirea) sistemelor centralizate de canalizarea a localitilor, i care realizeaz epurarea apelor uzate care sunt captate i transportate prin acestea; de regul, apele din sistemele centralizate de canalizare pot fi compuse din diferite categorii de ape uzate, n proporii variabile i anume: ape uzate menajere i sociale, ape uzate industriale i agrozootehnice, ape meteorice, ape de drenaj, etc.; efluenii rezultai din staiile de epurare generale sunt deversate n receptori naturali, de regul, ape de suprafa, dup ce sunt adui la un grad de epurare admisibil, corespunztor evacurii acestora n siguran, corespunztor condiiilor stipulate n Normativul privind condiiile de evacuare a apelor uzate n receptori naturali NTPA 001/1997;

- staii de epurare locale, care sunt aferente unei uniti economice, industrial sau agrozootehnic i care prelucreaz apele uzate rezultate din procesul tehnologic al acesteia, avnd caracteristici specifice; staiile de epurare locare au de regul urmtoarele roluri: rein din apele uzate substane valoroase n scopul reutilizrii n cadru procesului tehniologic; rein substane toxice (periculoase pentru mediu) n scopul neutralizrii acestora; aduc apele prelucrate la grade de epurare admisibile pentru evacuarea acestora n siguran; uniformizarea debitelor de ap uzat i efluenilor; efluenii rezultai pot fi deversai n sistemele centralizate de canalizarea a localitilor, caz n care acest tip de staii de epurare locale poart denumirea de staii de preepurare apelor uzate, caz n care calitatea efluentului trebuie s corespund condiiilor stipulate n Normativul privind condiiile de evacuare a apelor uzate n reelele de canalizare ale localitilor NTPA 002/1997, sau efluenii rezultai pot fi deversai n receptori naturali, caz n care acest tip de staii de epurare locale poart denumirea de staii de epurare specializate a apelor uzate, caz n care calitatea efluentului trebuie s corespund condiiilor stipulate n Normativul privind condiiile de evacuare a apelor uzate n receptori naturali NTPA 001/1997.

Dup structur staiile de epurare a apelor uzate se clasific n:

- staii de epurare ntr-o singur treapt;

- staii de epurare n dou trepte;

- staii de epurare n trei trepte.

Staiile de epurare ntr-o singur treapt sunt de regul staii de epurare n care se prelucreaz ape uzate avnd un coninut redus de poluani organici, adic ape uzate cu ncrcare preponderent mineral (mai ales suspensii solide), n mare majoritate obiectele tehnologice ale acestor staii bazndu-i procesele tehnologice pe principii mecanice i din aceast cauz aceast categorie de staii purtnd de regul denumirea staii de epurare mecanice. Schema fluxului tehnologic al unei staii de epurare mecanice este prezentat n figura 4.1. De menionat c acest tip de staii de epurare rein din apele uzate prelucrate 40 60% din suspensiile solide, 10 20% din ncrcarea cu nutrieni (azot i fosfor) i reduc cu 20 40% ncrcarea cu CBO5 (materie organic).

Staiile de epurare n dou trepte sunt staii mai complexe care se regul utilizeaz dou categorii de procedee distincte pentru realizarea procesului tehnologic de epurare a apelor uzate. n aceast categorie de staii de epurare pot fi ncadrate staiile de epurare mecano-chimice i staiile de epurare mecano biologice. Staiile de epurare mecano-chimice sunt staii de epurare formate din dou trepte, o treapt mecanic, de regul similar cu cea prezentat n cazul staiilor de epurare mecanic, i o treapt chimic, de regul de coagulare floculare pentru eliminarea coloizilor, dar i pentru alte tratamente chimice aplicate apelor tratate cum ar fi: neutralizare, schimb ionic, oxidare chimic, dezinfecie, etc. n figura 4.2 este prezentat un exemplu structur de staie de epurare mecano - chimic a apelor uzate, cu treapt chimic de coagulare floculare,

Fig. 4.1 Schema unei staii de epurare mecanic (ntr-o singur treapt)

care reduc ncrcrile cu suspensii solide i coloizi, cu eficiene de 60 85%.

Fig. 4.2 Schema unei staii de epurare mecanico-chimic, cu treapt chimic

de coagulare floculare

Staiile de epurare mecano biologice sunt staii de epurare formate tot dou trepte, o treapt mecanic i o treapt biologic, aceast categorie de staii de epurare constituindu-se n structura clasic a staiilor generale de epurare a apelor uzate urbane, cu o foarte larg rspndire n practic. n figura 4.3 este prezentat schema structurii unei staii mecano-biologice, la care treapta biologic este dotat cu bazine de aerare cu nmol activ (varianta de staii cel mai rspndit n lume), iar n figura 4.4 este prezentat schema structurii unei staii mecano-biologice, la care treapta biologic este dotat cu biofiltre.

Fig. 4.3 Schema unei staii de epurare mecanico-biologic, cu treapt biologic dotat

cu bazine de aerare cu nmol activ

Staiile de epurare n trei trepte sunt cel mai frecvent staii de epurare formate dintr-o structur mecano-biologico clasic la care se adaug o treapt teriar de epurarea avansat. n prezent, n lume, performanele staiilor mecano-biologice clasice nu mai sunt suficiente i de aceea acestea sunt completate cu o treapt distinct, teriar, care de regul asigur prin diferite metode i procedee de epurare (artificiale sau naturale) att eliminarea avansat din apele uzate a suspensiilor solide i a materiilor organice, ct i eliminarea nutrienilor, substanelor greu biodegradabile i substanelor toxice din apele uzate, realizndu-se grade superioare, cu valori nalte, de epurare ale acestora.

Fig. 4.4 Schema unei staii de epurare mecanico-biologic, cu treapt biologic dotat cu biofiltre

Astfel dup calitatea efluentului evacuat, staiile de epurare a apelor uzate se clasific n:

- staii de epurare clasice, n care se obine o calitate satisfctoare a efluentului evacuat, cu valori ale gradului de epurare de 60 - 80%;

- staii cu epurare avansat, n care se obine o calitate superioar a efluentului evacuat, cu valori ale gradului de epurare de 95 99,9%.

De asemenea dup configuraia fluxului tehnologic, staiile de epurare a apelor uzate se clasific n:

- staii de epurare cu flux tehnologic convenional;

- staii de epurare cu flux tehnologic neconvenional.

Dup natura procedeelor de epurare utilizate staiile de epurare a apelor uzate se clasific n:

- staii de epurare intensive, la care procedele de epurare utilizate n cadrul staiei au loc numai n condiii artificiale;

- staii de epurare extensive, la care procedele de epurare utilizate n cadrul staiei au loc numai n condiii naturale;

- staii de epurare mixte, la care unele procedele de epurare utilizate n cadrul staiei au loc n condiii artificiale, iar celelalte procedele de epurare utilizate n cadrul staiei au loc n condiii naturale.

Dup modul de distribuie a obiectelor tehnologice componente, staiile de epurare a apelor uzate se clasific n:

- staii de epurare cu structur dispersat, la care obiectele tehnologice sunt distincte i independente i ocup diferite poziii pe suprafa arondat staiei de epurare, situaie ntlnit n cazul staiilor de epurare urbane de medie i mare capacitate;

- staii de epurare compacte, la care obiectele tehnologice sunt dispuse ntr-o structur unitar de tip monobloc, situaie ntlnit mai ales n cazul staiilor de epurare de mic capacitate care deservesc consumatori individuali (de exemplu, locuine independente sau grupuri mici de locuine).

Bibliografie

1. Florea Julieta, Robescu D. Hidrodinamica instalaiilor de transport hidropneumatic i de depoluare a apei i aerului - Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1982.

2. Rojanschi V., Ognean Th. Cartea operatorului din staii de epurare a apelor uzate - Editura Tehnic, Bucureti, 1997.

INFLUENT

INSTALAIE DE SITARE

INSTALAIE DE FERMENTARE A NMOLULUI (METANTANC)

Nmol proaspt

Nmol fermentat

Nmol dezhidratat

Ape drenate

PLATFORM PENTRU USCAREA NMOLULUI

EFLUENT

Gaz de fermentaie

EMISAR

Separator de grsimi

SEPARATOR DE GRSIMI

DECANTOR PRIMAR

Ap rezultat din dezhidratare

Nisip dezhidratat

Nisip splat

Ap drenat

Nisip proaspt

JGHEABURI DE DRENAJ

INSTALAIE DE SPLARE A NISIPULUI

DEZNISIPATOR

Reineri dezhidratate

i compactate

Reineri

umede

Reineri tocate

TRANSPORTOR-COMPACTOR

DEZINTEGRATOR

GRTAR

(SIT)

INFLUENT

EMISAR

EFLUENT

STAIE DE DOZARE I

PREPARARE A REACTIVILOR

BAZIN DE

AMESTEC I REACIE

TREAPTA

MECANIC

Clor, ozon,

raze UV

INFLUENT

INSTALAIE DE SITARE

Ap drenat

INSTALAIE DE FERMENTARE A NMOLULUI

(METANTANCURI)

Nmol amestecat

INSTALAIE DE DEZHIDRATARE A NMOLULUI

INSTALAIE DE CONDIIONARE A NMOLULUI FERMENTAT

Nmol ngroat

Gaz de fermentare

GAZOMETRU

Gaz de fermentare

Reineri dezhidratate

i compactate

Ap rezultat din dezhidratare

INSTALAIE DE DEZINFECTARE A APEI

Nmol secundar recirculat

BAZIN DE CONTACT

EFLUENT

PRELUCRAREA

NMOLURILOR

BAZIN DE AERARE CU NMOL ACTIV

EPURARE

BIOLOGIC

A APEI

EPURARE MECANIC

A APEI

CENTRAL TERMIC

Nmol

fermentat

Nmol condiionat

Nmol dezhidratat

NGROSTOR DE NMOL

CAMER DE AMESTEC I DISTRIBUIE A NMOLULUI

EMISAR

Nmol primar

Nmol

secundar n exces

DECANTOR SECUNDAR

DECANTOR PRIMAR

Coagulani

CAMERA DE REACIE (FLOCULARE)

BAZIN DE AMESTEC CU COAGULANI

TRANSPORTOR-COMPACTOR

DEZINTEGRATOR

Reineri

umede

INSTALAIE DE SPLARE A NISIPULUI

Grsimi separate

SEPARATOR DE GRSIMI

Nisip splat

Nisip dezhidratat

Ap drenat

JGHEABURI DE DRENAJ

Nisip proaspt

DEZNISIPATOR

Reineri tocate

GRTAR

(SIT)

INFLUENT

EPURARE

BIOLOGIC

A APEI

Nmol

primar

Recirculare

ap

EPURARE MECANIC

A APEI

DECANTOR PRIMAR

PRELUCRAREA NMOLURILOR

PLATFORM DE DEZHIDRATARE A NMOLULUI

CAMER DE AMESTEC I DISTRIBUIE A NMOLULUI

Nmol amestecat

Nmol dezhidratat

Nmol

secundar

BIOFILTRU

DECANTOR SECUNDAR

Ape drenate

INSTALAIE DE SITARE

Reineri dezhidratate

i compactate

Ap rezultat din dezhidratare

Clor, ozon,

raze UV

INSTALAIE DE DEZINFECTARE A APEI

BAZIN DE CONTACT

EFLUENT

EMISAR

TRANSPORTOR-COMPACTOR

DEZINTEGRATOR

Reineri

umede

INSTALAIE DE SPLARE A NISIPULUI

Grsimi separate

SEPARATOR DE GRSIMI

Nisip splat

Nisip dezhidratat

Ap drenat

JGHEABURI DE DRENAJ

Nisip proaspt

DEZNISIPATOR

Reineri tocate

GRTAR

(SIT)