Capitolul 1. Managementul apelor

Apa este prezentă ca element determinant şi esenţial pentru existenţa umană. Nu se poate concepe o activitate umană, existenţa unei forme de viaţă sau actualul echilibru al planetei pe care trăim, fără apă.

Apa se regaseste in: oceane, mari, ape curgătoare, lacuri, in apela subterane, gheţari. In atmosfera este sub forma de vapori, in biosfera(80% din materia vie este compusa din apa), in rocile scoarţei (ca apa libera sau legata chimic) si in sol.

Circuitului apei in natura consta in evaporarea apei de la suprafaţa oceanelor si a continentelor (adica din lacuri, ape curgatoare) ridicarea ei in atmosfera, precipitarea sub forma de ploaie sau zăpada si reîntoarcerea ei in ocean fie in mod direct, fie prin intermediul apelor curgătoare sau prin gheţari. Circuitul apei în natură este prezentat în sistemul hidrologic din figura 1.1

Fig.1.1 Reprezentarea unui sistem hidrologic

Estimări recente arată că volumul de apă total, pe pământ este de cca.1,4x109Km3.

De remarcat că volumul de apă existent în râuri şi lacuri – aşa numitul volum de apă dulce, exploatabil la nivelul tehnicilor actuale de alimentare cu apă, este puţin sub 0,10% din volumul total de apă existent pe glob. Totodată, apa este, mai ales, sinonima vieţii biologice, ea constituind cca. 80% din compoziţia materiei vii.

Apa este în acelaşi timp vectorul privilegiat al deşeurilor provenite activităţile umane. La ora actuală, utilizarea globală a apei, incluzând folosinţele domestice, industriale şi agricole, reprezintă 250 metri cubi pe an şi locuitor. Există însă discrepanţe enorme: de la 100 m 3 pentru ţările în curs de dezvoltare la 1500 m 3 pentru locuitorii din S.UA.

Deşi se afla o cantitate uriaşa de apa disponibila pe Pamant, cea mai mare cantitate, cca. 97,3 % este apa sărata, tabelul 1.1.

Sursa (%) Observaţii

Apa oceanelor – apă

sărată

97,3 Posibil a fi folosită pentru consum menajer, industrial sau agricol, numai după tratări costisitoare tehnic şi economic.

Apă dulce 2,7 Nu sunt puse incă la punct tehnici de folosire a acestora.din care:calotă de gheaţă

+ gheţari77,2

Apă subterană (din care peste 2/3 la adâncime mai mare de 750 m).

22,4 Este folosită, dar nu cât ar fi posibil.

Presupune mari consumuri energetice.

Atmosferă 0,04

Lacuri naturale 0,35 Acestea au constituit şi incă constitue sursa principală de alimentare cu apă. Râuri 0,01

Tabelul.1.1 Volumul total de apă pe Pământ

Principiile managementului integrat al

resurselor de apă

In activitatea socio-economică se apelează la următoarele surse de apă:

Apele de suprafaţă, care sunt reprezentate de: Râuri, şi Lacuri;

Apele subterane, asigurate de apele freatice; Apele meteorice produse de acumularea apei provenite

din ploi, rouă şi topirea zăpezilor; Apele de mare, exploatate în regiunile unde oceanele şi

mările constituie singura sursă posibilă.

La modul general, apa industrială este folosită pentru următoarele cerinţe:

producţie cu caracter tehnologic (răcirea agregatelor, producerea aburului, spălarea produselor, includerea în produsul fabricat, transportul hidraulic al materiei prime, al produselor fabricate şi al deşeurilor industriale etc.);

cerinţe igienico-sanitare ale salariaţilor (apa de băut, spălatul corpului şi evacuarea materiilor fecaloide);

cerinţele unităţilor social-administrative (birouri, cantine, prepararea hranei, spălătorii de rufe, frizerii etc.);

pentru stropitul şi spălatul spaţiilor din incinte; pentru combaterea incendiilor; cerinţele gospodăreşti pentru locuinţele personalului

din incinta întreprinderii industriale.

Apele uzate sau apele reziduale, sunt apele rezultate în urma utilizării cand vine în contact nemijlocit cu diverşi agenţi poluanţi, care alterează calitatea din sursa primarăApele reziduale se pot clasifica la rândul lor în:

Ape slab poluate Uneori aceste ape se asimileaza cu apele relativ curate, si nu

necesită măsuri speciale de epurare înaintea evacuării la canalizare sau în emisar.

Ape poluate Dacă sunt evacuate în sistemul propriu de canalizare al uzinei nu

trebuie luate măsuri speciale de epurare. Dacă în final ajung în canalizarea centrală a oraşului sau către emisar, atunci ele presupun realizarea epurării.

Ape puternic poluate sau concentrate Aceste ape impun în mod obligatoriu măsuri de epurare înainte de

deversare (evacuare). Ape toxice

Asemenea ape trebuie neutralizate, distruse sau haldate.

Implementarea managementului apelor in industrie

Managementul apelor industriale cuprinde operaţiile de proiectare, analiza, tratare, recirculare sau reutilizare a apelor poluate din industrie, precum şi utilajele necesare pentru aceste operaţii.

Managementului apelor trebuie sa aibă drept scop creşterea gradului de recirculare a apelor uzate, după ce anterior acestea au fost supuse unor operaţii de tratare în instalaţii specifice.

Gradul de recirculare reprezintă raportul dintre cantitatea de apă recirculată şi necesarul de apă.

Eforturile de a reduce cerinţa de apă şi poluarea receptorului natural au condus la atingerea unor grade ridicate de recirculare a efluenţilor, cu avantajele care rezultă în asemenea situaţii:

- economie de apă;

- economie de materii prime;

- reducerea impurificatorilor conţinuţi în purjă

Tehnici de analiză în managementul apelor industriale Clasificarea apelor de pe o platformă industrială are la bază

criteriul fizico-chimic, exprimat prin conţinutul de substanţe poluante, tipul de tratament la care trebuie supusă şi destinaţia acesteia.

Analiza fizico-chimică a apelor de pe o platformă industrială este deosebit de importantă, furnizând următoarele categorii de informaţii:

Informatii referitoare la desfăşurarea unui proces tehnologic referitoare la randamentul de epurare al unei instalaţii sau a

unor trepte de tratare; referitoare la respectarea limitelor admise pentru poluanţi şi

încadrarea în legislaţia în vigoare.

Nivelul ridicat al poluării efluenţilor în industria românească se datorează în principal:

factorilor tehnologici (nerespectarea disciplinei tehnologice, eficienţa limitată a staţiilor de epurare existente);

poluării accidentale; infiltraţiilor de substanţe poluante de la depozitele de

deşeuri şi subproduse neamenajate corespunzător.Metode de analiză specifice pentru identificarea

poluanţilordin apele uzate din industrie se bazează pe parcurgerea următoarelor etape:

prelevarea probelor; conservarea probelor (în cazul în care analiza nu a fost

efectuată imediat); analiza propriu-zisă (achiziţia de date); prelucrarea datelor; prezentarea rezultatelor.

Prelevarea probelor

Pentru prelevare din efluenţii industriali trebuie să se ţină seama de natura şi situaţia fiecărui efluent. Adesea, punctele de evacuare ale efluenţilor industriali sunt constituite dintr-o conductă deschisă situată în locuri îndepărtate, greu accesibile. Uneori punctele de prelevare sunt uşor accesibile din interiorul uzinei.

La prelevarea probelor de apă trebuie să se aibă în vedere următoarele condiţii:

proba recoltată să fie reprezentativă, indicând caracteristicile calitative ale apei la locul şi în momentul recoltării;

volumul de apă prelevată se stabileşte de la caz la caz în funcţie de natura indiciilor necesari a fi determinaţi şi de modelele folosite pentru determinare, astfel încât să fie posibile, în caz de nevoie, şi repetări ale determinărilor, dacă rezultatele nu sunt suficient de concludente;

recipientele pentru recoltarea probelor trebuie confecţionate din materiale inerte.

Cele mai frecvente probleme puse de aparatele de prelevare sau de recipiente sunt: adsorbţia pe pereţi, impurificarea înainte de prelevare din cauza unei spălări inadecvate şi impurificarea probei cu materialul din care sunt constituite acestea. Recipientele trebuie să protejeze compoziţia probei de pierderile prin absorbţie, evaporare sau impurificări cu substanţe străine.

Conservarea probelor

Intervalul de timp dintre prelevarea probelor şi efectuarea analizelor trebuie să fie cât mai scurt, pentru a evita modificarea caracteristicilor fizico-chimice ale probei de apă.

Unele analize (cele pentru determinările fizice, pentru determinarea pH-ului, gazelor dizolvate, etc.), trebuie efectuate la faţa locului, iar când acest lucru nu este posibil, componenţii respectivi trebuie fixaţi.

Nu există norme de timp general valabile pentru intervalul de la recoltare la analiza probei, dar în literatură este indicată, pentru apele curate, o limită de 72 ore, pentru cele cu impurificare redusă 48 ore, iar pentru cele impurificate 12 ore.

Caracteristicile de determinat

Recipient:Sticlă(S),

masă plastică (P)

Volumul probei, l

Mod de conservare /durata de conservare

Observaţii

0 1 2 3 4

pH S,P 0,1 Se păstrează la temp. inf. celei de recoltare/4 ore

De regulă nu se conservă

Alcalinitate, Aciditate

- - - Determinare pe teren

Culoare S,P 0,1 Se păstrează la 2-4oC/24 ore

-

Turbiditate S,P 0,1 Se păstrează la 2-4oC/24 ore

-

Duritate - - - Este necesară analiza rapidă a probei

Amoniac S,P 0,50 Se adaugă 1 ml H2SO4

(d=1,84) la 1 l probă şi se păstrează la 2-4oC/24 ore

Se recomandă determinarea pe teren

Cianuri S 0,50 Se adaugă soluţie 10% NaOH până la pH=11 şi se păstrează la 2-4oC/24 ore

-

Tabelul 1.2. Condiţii de conservare a probelor de apă în vederea analizei ( I )

Caracteristicile de determinat

Recipient: Sticlă(S),

masă plastică (P)

Volumul probei, l

Mod de conservare/durata de conservare

Observaţii

0 1 2 3 4

Cadmiu P 0,50 Se aduce la pH=2 cu HCl conc./30 zile

-

Crom P 0,50 Proba se aduce la pH=2/30 zile

Cr 3+ se determină în aceeaşi zi

Cupru P 0,50 Se adaugă 5 ml HCl conc. la 1 l probă/24 ore

Se recomandă analiza la cât mai scurt timp de la recoltare

Fier S 0,50 Se aduce la pH=2 cu HNO3(d=1,4)/30 zile

-

Fosfaţi S 0,1 Se păstrează la 2-4o/ 24 ore

Analiza este de preferat să se efectueze în aceeaşi zi

Nitraţi S,P 0,1 Se adaugă 40 mg HgCl2 la 1 l probă sau 4 ml CHCl3 la 1 l probă şi se

păstrează la 2-42oC/24 ore

-

Sulfaţi S,P 0,25 Se păstrează la 2-4oC/7 zile

Se conservă în mod excepţional

Tabelul 1.2. Condiţii de conservare a probelor de apă în vederea analizei ( II )

Caracteristicile de determinat

Recipient: Sticlă(S),

masă plastică (P)

Volumul probei, l

Mod de conservare/durata de conservare

Observaţii

0 1 2 3 4

Sulfiţi S,P 1 Se adaugă 0,2 ml NaOH sol. 20% şi glicerină 2 ml la 1 l probă

Se recomandă analiza imediată

Reziduu fix S,P 0,1 Se păstrează la 2-4oC/24 ore -

Uleiuri, grăsimi S 1 Se adaugă 5 ml H2SO4 dil. 1:3 la 1 l probă şi se păstrează la 2-4oC/24 ore

-

Zinc S,P 0,1 Se adaugă 1 ml HCl conc. La 1 l probă/30 zile

-

Plumb S,P 0,5 Proba se aduce la pH= 2 cu HNO3 conc./30 zile

-

Fenoli S,P 0,50 Se adaugă H3PO4 85% dil. 1:9 până la pH=4 şi 1 g CuSO4 la 1 l probă şi se păstrează la 2-4oC/24 ore

Se recomandă, dacă este posibil, efectuarea în cel mai scurt timp posibil a analizei

Mangan P 0,5 Se adaugă 5 ml HNO3(d=1,4) la 1 probă/30 zile

-

Tabelul 1.2. Condiţii de conservare a probelor de apă în vederea analizei ( III )

Analiza propriu-zisă (achiziţia de date)

Analiza poluanţilor se realizează conform metodelor de lucru prevăzute de standardele în vigoare sau acolo unde este cazul conform cu procedurile de lucru specifice laboratorului acreditat pentru a desfăşura astfel de analize.

Odată cu dezvoltarea sa, chimia analitică a fost utilizată pentru a analiza cu un grad mare de precizie probe din ce în ce mai complexe, ajungând, odată cu dezvoltarea metodelor gaz-cromatografice sau de absorbţie atomică, la posibilitatea detectării sub formă de urme a unor elemente prezente în diferite probe.

Atunci când este necesară determinarea unuia dintre indicatorii ce caracterizează gradul de poluare al unei ape, se va ţine seama de:

domeniul de concentraţie prin care sunt prezentate limitele minimă şi maximă ale concentraţiei compusului de analizat.

reactivii folosiţi care trebuie să prezinte puritatea cerută de standard şi să fie disponibil sub aspectul în care se folosesc şi al preţului.

interferenţe care apar în momentul în care alţi compuşi din proba de analizat au o comportare identică cu compusul principal, numărul şi tipul interferenţelor (cu cât sunt prezente mai multe interferenţe cu atât metoda de analiză va introduce mai multe erori).

precizia care se referă la corectitudinea rezultatului obţinut printr-o metodă analitică, aceasta variind de la o metodă la alta, chimistul analist alegând-o pe aceea care îi furnizează gradul de acurateţe cerut.

timpul şi costul realizării unei analize care sunt corelate cu dotarea laboratorului cu echipament adecvat şi prezenţa unui personal bine pregătit profesional.

Capitolul 2.

Calitatea apei

Circulaţia agentilor poluanţi în ape Apa este un vector foarte important al agenţilor poluanţi, iar căile

prin care ei sunt vehiculaţi, sunt multiple: a) ingerarea directă a apei contaminate de către om. Necesarul zilnic de apa al omului este aproximativ de 1.5-2 litri consumata ca atare ,dar pentru curatenia corporala omul foloseste zilnic aproximativ 40litri de apa. Organizatia Mondiala a Sanatatii considera ca optim pentru acoperirea acestor nevoi o cantitate de 100 litri in 24 ore.b) ingerarea apei contaminate de către plante şi animale fie direct, fie ulterior prin sedimente sau din lanţul alimentar acvatic. În final, prin consumul acelor plante sau mai ales animale (peşti, raci, scoici etc.) agentul poluant ajunge la om.c) utilizarea apei contaminate pentru irigaţii, astfel că agentul poluant ajunge în culturile irigate sau în plantele din zonele vecine, unde se infiltrează apa contaminată. d) acumularea agentului poluant pe plaja bazinelor de apă, utilizate pentru scopuri sportive sau recreative (înot, canotaj, pescuit etc.). De aici, agentul poluant poate contamina îmbrăcămintea omului sau, în cazul substanţelor radioactive, poate iradia extern oamenii din zonă.

Contradicţia dintre tarile bogate si cele sărace se reflecta in acest element vital al vieţii si dezvoltării care este apa ,adâncind decalajul si asa enorm intre bogaţi si săraci.

După statistici recente in tarile sărace 3 din 5 persoane au acces la apa potabila ,75%dintre locuitori nu dispun de instalaţii sanitare. Astfel s-a constatat ca datorita consumului de apa nepotabila ,in tarile sărace mor anual circa 15 milioane de copii in vârsta de pana la 5 ani. De aceea O.N.U. au arătat ca principala preocupare a societatii in prezent si in viitor va trebui sa fie reprezentata de evitarea sau limitarea poluării apei ca prima acţiune de menţinere a actualelor surse naturale ale omenirii.

Normele Comisiei Economice Europene (C.E.C.) recomanda urmarirea continua a 62 de caracteristici ale apei potabile.        Planul mondial de supraveghere a calitatii apelor face parte din “Sistemul mondial de supraveghere a mediului inconjurator (G.E.M.S.)”initiat prin Prgramul Natiunilor Unite si prevede urmarirea calitatii apelor prin trei categorii de parametri:

a)parametri de baza:                               - temperatura

-pH                               -conductibilitate                               -oxigen dizolvat                               -colibacili

b)parametri indicatori ai poluarii persistente:                               -cadmiu                               -mercur                               -compusi organo-halogenati                               -compusi organo –metalici                               -uleiuri minerale

c)parametri optionali:                               -carbon organic total                               -consum biochimic de oxigen                               -metale grele                               -arsenic                               -bor                                -sodiu                               -cianuri                               -uleiuri                               -streptococi

Caracteristicile apelor uzate Caracteristici organoleptice: mirosul si gustul

1.Mirosul este datorat de obicei substanţelor organice în descompunere, microorganismelor vii sau impurificatorilor industriali. Mirosul anormal al apelor naturale sau potabile este un indiciu al prezentei unor compuşi specifici, chiar în concentraţii foarte reduse. Aceştia pot proveni din reziduuri industriale evacuate în ape sau sunt rezultatul acţiunii metabolice a diferitelor organisme micro sau macroscopice, prezente în apă.

Caracterizarea şi notarea mirosului se face după felul mirosului (aromatic, de baltă, de lemn umed, de pământ, de mucegai, de peşte, de hidrogen sulfurat, de iarbă cosită sau fân, nedefinit) şi după gradul de intensitate, conform tabelului 2.1.

Mirosul Intensitatea Gradul

Fără miros Inodor 0

Perceptibil (numai de un Perceptibil (numai de un cercetător experimentat)

Foarte Slab 1

Perceptibil (numai de un consumator obişnuit)

Slab 2

Net perceptibil Perceptibil 3

Suficient de puternic pentru a face apa neplăcută la gust

Pronunţat 4

Atât de puternic încât apa nu se poate bea

Foarte puternic 5

Tabelul 2.1 Caracterizarea intensităţii mirosului apei

2.Gustul apei este dat de continutul in substante chimice si in primul rand de sarurile minerale si de gazele dizolvate (oxigenul si bioxidul de carbon).Excesul sau carenta unora dintre aceste componente poate imprima apei un gust neplacut (fad ,salciu,amar,dulceag).

  Din punct de vedere sanitar gustul si mirosul au o valoare deosebita deoarece influienta lor asupra utilizarii apei este hotaratoare, poate duce la excluderea folosirii apei respective.

Gustul si mirosul apei pot servi si ca indicatori de poluare a apei.Apa potabila nu trebuie sa aiba miros caracteristic si trebuie sa aiba un gust placut.

Caracteristici fizice Culoarea este datorată substanţelor dizolvate sau aflate în stare coloidală.

Culoarea unei ape este considerată reală când se datorează numai substanţelor în soluţie şi aparentă când substanţele în suspensie îşi adaugă propria coloraţie

Temperatura variază în limite mai restrânse decât temperatura aerului, este o marime care condiţionează nu numai prezenţa şi dezvoltarea anumitor populaţii, ci şi dinamica poluării. Astfel, la temperaturi ridicate, procesul de oxidare a impurităţilor organice se va produce mai rapid, dar în acelaşi timp solubilitatea gazelor scade, conţinutul în oxigen al apei va scădea.

Turbiditate este datorată suspensiilor minerale sau organice. Este proprietatea pe bază căreia se apreciază gradul de limpezire (claritate) a unei coloane de lichid si se măsoară în grade de turbiditate. Gradul de turbiditate nu este echivalent cu unitatea de măsură a concentraţiei sau repartiţiei particulelor solide, ci reflectă măsura în care se reduce intensitatea luminii care traversează coloana de sistem apos.

Suspensiile creează noi posibilităţi de vehiculare a agenţilor poluanţi, prin adsorbţia acestora pe suprafaţa particulelor de suspensie şi în acelaşi timp pot influenţa în mod negativ condiţiile de existenţă ale comunităţile acvatice

Proprietăţile şi comportamentul unic al particulelor coloidale sunt foarte mult influenţate de caracteristicile lor fizico-chimice, incluzând aici raportul mare dintre suprafaţa exterioară şi volum, dintre suprafaţă şi densitate.

Există trei clase de particule coloidale, cum sunt ilustrate în figura 2.1. Coloizii liofili (hidrofili) constau în general din macromolecule, cum ar fi proteine şi polimeri sintetici şi sunt caracterizaţi de interacţiuni puternice ca apa. Coloizi liofobi (hidrofobi) interacţionează mai puţin cu apa şi sunt stabili datorită sarcinilor electrice pozitive sau negative. Exemple de coloizi hidrofobici sunt particulele de lut, deşeurile petroliere şi particulele de aur foarte mici.Coloizii de asociere care constau din agregate speciale de ioni şi molecule numite micele.

Fig. 2.1. Tipuri de substanţe coloidale

Caracteristici chimice Compoziţia chimică generală este proprietatea care

evidenţiază ponderea exprimată în procente [%] sau în concentraţii masice [mg/l] şi volumice [cm3/l] a componentelor existente în masa poluantului.

Prezenţa metalelor poate fi dovedită de analizele chimice care scot în evidenţă în special cantităţile de Ca2+, Cu2+, Pb2+, Zn2+, Mg2+, Fetotal, si care se regăsesc sub următoarele forme:

Fierul poate să apară sub formă de compuşi, mai frecvent in apa subterană;Manganul poate fi ca element însoţitor al fierului în apa subterană;Calciu poate să apară sub formă de compuşi cum ar fi bicarbonaţi sau cloruri, determinând duritatea apei;Magneziu poate să apară sub formă de compuşi determinând duritatea apei;Cupru, plumb, zinc, în general apar în compuşi otrăvitori sub formă de de oxizi;

Substanţele humice sunt cea mai importantă clasă de agenţi complecşi apăruţi natural. Acestea sunt materiale rezistente degradării, care s-au format în timpul descompunerii vegetale. Ele au apărut ca depozite în sol (sedimente, cărbuni, lignit, turbă) sau in alte locaţii unde mari cantităţi de vegetaţie s-au descompus.

Tipurile de substanţe humice sunt clasificate pe baza solubilităţii: huminul este insolubil, acidul humic este solubil doar în baze şi acidul fluvic care este solubil in apa şi în acizi şi în baze.

Huminul şi acizii huminici sunt insolubili in apa şi afectează calitatea apei prin schimbul de specii (cum ar fi cationii sau materialele organice) cu apa.

Combinaţia ionilor de metal cu substanţele humice este una dintre cele mai importante calităţi în mediu a substanţelor humice. Fierul şi aluminiu sunt puternic legate de substanţele humice, în timp ce magneziul are o legătură slabă.

pH

pH este caracteristica în baza căreia se măsoară concentraţia ionilor de hidrogen (H+) în soluţiile apoase. In apa chimică pură, adică o apă care nu conţine nici alcalii nici acizi, concentraţia ionilor de hidrogen (H+) este egală cu 10-7,07g/l. Numărul reprezentând logaritmul cu semn schimbat al acestei valori reprezintă mărimea pH. In acest fel, pentru o reacţie neutră, pH=7 (adesa, pH = 7,07), pentru reacţia acidă pH<7, iar pentru reacţia bazică pH>7. De regulă, apele uzate proaspete au o slabă reacţie bazică (pH >7). Totuşi, datorită proceselor anaerobe, în apele uzate apar acizi organici care neutralizează biocarbonaţii şi carbonaţii. Potenţialul bazic al apei se consumă, soluţia trecând în zona reacţiei acide (pH < 7). Mediul cu adevărat favorabil pentru viaţa microorganismelor este cel cu pH = 7,3-7,5.

Duritatea apei Duritatea apei este data de prezenta tuturor cationilor din apa in

afara de cationii metalelor alcaline. Deoarece ionii de calciu si magneziu se găsesc in apa in cantitate mult mai mare fata de ceilalţi cationi, determinarea durităţii va consta din determinarea concentraţiei acestor ioni. Apele dure sunt neplăcute la gust; la fierberea apei sărurile in exces se depun pe vase, cazane, conducte si/sau împiedica o buna fierbere a legumelor; cu săpunul dau săruri insolubile fiind neeconomice. Apele moi sunt incriminate de producerea unor afecţiuni cardio-vasculare.

Duritatea apei este de doua feluri: duritate temporara sau carbonata, data de bicarbonaţii de calciu si magneziu prezenţi in apa si duritatea permanenta sau necarbonata data de celelalte săruri de calciu si magneziu (azotaţi, sulfaţi, cloruri, fosfaţi etc).

Suma celor doua duritati formează duritatea totala . Duritatea excesiva a apei are implicatii de ordin economic.

Convenţional , duritatea se exprima in grade de duritate care pot fi grade germane (1 grad = 10 mg CaO) sau grade franceze (1 grad = 10 mg CaCO3). La noi in tara,exprimarea duritatii se face in grade germane.

Ponderea compuşilor organici şi a microorganismelor (bacteriilor)

Conţinutul în substanţe organice constituie un indicator important al compoziţiei şi proprietăţilor apelor uzate.

Impurităţile conţinând substanţe organice şi minerale pătrunse odată cu apele uzate în hidrosistemele curate se expun acţiunii bacteriilor şi căldurii cedate de complexe procese fizico-chimico-biologice. Astfel de procese au ca rezultat descompunerea substanţelor organice în gaze şi substanţe minerale, adică are loc fenomenul cunoscut sub numele de mineralizarea substanţelor organice.

Prezenţa oxigenului în emisarul în care se deversează apele uzate creează condiţii pentru aşa-numitul proces de autoepurare. Autoepurarea poate fi apreciată ca o caracteristică a emisarului de a asigura mineralizarea substanţelor organice conţinute după penetrarea în emisar a apelor uzate. Evident că autoepurarea nu presupune măsuri artificiale exterioare.

Din cele de mai sus se deduce că pentru autoepurare devine necesară existenţa oxigenului, care în prezenţa microorganismelor asigură oxidarea poluantilor organici din apele uzate. Oxigenul consumat pentru un astfel de proces se completează cu cel provenit din autoaeraţia naturală.

Conţinutul oxigenului în apă depinde de temperatură (fig.2.3) si anume, la creşterea temperaturii solubilitatea oxigenului scade.

Fig.2.3. Variaţia solubilităţii oxigenului în apă cu temperatura

Caracterizarea conţinutului în substanţe organice şi microorganisme

Consumul chimic de oxigen (CCO) al unei ape reprezintă măsura aproximativă a consumului teoretic de oxigen pentru oxidarea chimică totală a compuşilor organici la produşi anorganici.

Testul CCO se bazează pe faptul că toţi compuşii organici, cu mici excepţii, pot fi oxidaţi prin acţiunea agenţilor de oxidare puternici în mediul acid. Acest test permite aprecierea cantitativă a poluanţilor organici, prin cantitatea totală de oxigen necesar pentru oxidarea compuşilor organici la bioxid de carbon şi apă.

Conform unei alte metodologii, CCO reprezintă cantitatea de oxigen echivalentă cu cantitatea de oxidant, iar din punct de vedere analitic, evaluarea consumului chimic de oxigen se face prin măsurarea cantităţii agentului de oxidare (dicromat de potasiu, de exemplu) de la care s-a dat simbolul metodei CCOCr. Recent, s-a încercat utilizarea termenului consum electrochimic de oxigen (CEO) în locul termenului de CCO astfel ca CEO exprima cantitatea de oxigen format „electrochimic” utilizat pentru oxidarea poluanţilor organici.

Consumul biochimic de oxigen (CBO) este definit prin cantitatea de oxigen consumată de microorganisme (bacterii) într-un anumit timp, pentru descompunerea biochimică a substanţelor organice conţinute în apă, în condiţii aerobe. In acest caz, substanţele organice pot servi drept hrană pentru bacterii şi energia este rezultată din oxidarea lor. Viteza oxidării biochimice poate fi măsurată prin determinarea oxigenului dizolvat rezidual într-un sistem, la diferite intervale de timp. Timpul standard stabilit este de 5 zile, la temperatura de 20oC, motiv pentru care indicatorul se simbolizează CBO5.

Menţionăm că în unele lucrări această caracteristică apare sub denumirea de necesitatea (necesarul) de oxigen biochimic NBO.

Nivelul carbonului organic (Corg) este o a treia caracteristică pe baza căreia se pot face evaluări referitoare la conţinutul de substanţe organice prezente în apă, dizolvate şi nedizolvate.

Necesarul biochimic de oxigen se determină ca fiind cantitatea de oxigen folosit de microorganisme pentru descompunerea substanţelor organice în condiţii aerobe. Această cantitate de oxigen este proporţională cu concentraţia substanţelor organice supuse consumului biologic (fig.2.4)

In acest fel CBO este numai măsura acestor substanţe organice care pot constitui substrat activ pentru microorganisme. Substanţele organice care nu sunt consumate de microorganisme, nu constituie obiectiv CBO. Acest CBO se deosebeşte deci de CCO prin care se evidenţiază toate substanţele organice, indiferent dacă ele sunt sau nu atacate de microorganisme.

Fig.2.4. Variaţia CBO în funcţie de concentraţia acidului glutamic

Fig.2.4. Schema derulării proceselor la determinarea CBO

Procesele care au loc la determinarea CBO

Cinetica necesarului biochimic de oxigen este descrisă de regulă de o ecuaţie diferenţiala de gradul întâi:

(2.21)

unde y este CBO la momentul t, L- este CBO maxim posibil, iar k1-constanta de viteză a reacţiei de oxidare

Prin integrare şi folosind logaritmi zecimali, se obţine: y=L(1-10‾ k1t); L=CBOmax (2.22) In ecuaţiile de mai sus importanţă deosebită are

constanta k1, de mărimea căreia depinde variaţia CBO în general şi CBO5, în special. In figura 2.5 este materializată cinetica CBO pentru valori k1=0,1; 0,2; 0,3. In primul caz CBO5 este 68,4%, în al doilea, 90% şi al treilea 96,8%.

)yL(kdt

dy 1

Fig.2.5. Dependenţa CBO de constanta de viteză a reacţiei de oxidare (CBOmax=100 mg/l)

Variabilitatea mare a lui k1 se datorează faptului că nici CBO5, nici CBOmax nu înseamnă proba reală şi adevărată pentru cunoaşterea concentraţiei substanţelor organice supuse descompunerii biologice. Altfel spus, CBO5 şi CBOmax sunt doar măsuri relative ale conţinutului apelor uzate în substanţe organice supuse degradării biochimice, deoarece o parte din aceste substanţe se consumă pentru formarea prin sinteză a noii biomase, a cărei oxidare completă practic nu poate fi cunoscută. In sprijinul unei astfel de afirmaţii vin datele din tabelul 2.2

Substanţa CBO5 CBOmax CCOt

Alcool metilic 0,86 1,03 1,51 0,570 0,682

Alcool etilic 1,25 1,82 2,08 0,601 0,875

Glicerină 0,68 0,86 1,23 0,553 0,699

Formaldehidă 0,57 0,75 1,07 0,553 0,701

Acetonă 0,85 1,68 2,17 0,392 0,774

Fenol 1,18 1,68 2,38 0,496 0,706

tCCO

CBO5

tCCO

CBOmax

Tabelul 2.2

Oxidabilitatea apelor uzate Cunoaşterea Corg are totuşi însemnătate în cazul evaluării unei

alte caracteristici a apelor uzate şi anume oxidabilitatea pentru măsurarea căreia se foloseşte gradul mediu de oxidare a carbonului (g.m.o.c). Acest indicator poate fi măsurat şi pentru potenţialul de oxidabilitate a substanţelor organice.

In chimia generală se operează des cu noţiunea de grad de oxidare a atomilor din diversele substanţe. La oxidare, gradul de oxidare a atomilor creşte, iar la reducere – scade. In moleculele electroneutre suma gradelor de oxidare a elementelor este nulă. In marea majoritate a combinaţiilor pentru hidrogen gradul de oxidare este (+1), iar pentru oxigen (-2). In moleculele substanţelor organice, atomii de carbon pot avea diverse grade de oxidare în funcţie de caracterul legăturilor. In asemenea cazuri se operează cu gradul mediu de oxidare a atomilor de carbon.

Substanţa Formula Număr atomi carbon

CCOt

[g/g]

Corg

[g/g]

g.m.o.c

Metan CH4 1 4,0 0,748 5,34 -4,0

Etan C2H6 2 3,724 0,798 4,68 -3,0

Metanol CH4O 1 1,498 0,375 4,0 -2

Etanol C2H6O 2 2,083 0,521 4,0 -2

Glicerină C3H8O3 3 1,216 0,391 3,11 -0,67

Formaldehidă CH2O 1 1,066 0,40 2,67 0,0

Acid citric C6H8O7 6 0,749 0,374 2,0 1,0

Bioxid de carbon

CO2 1 0,00 0,273 0,0 4,0

org

t

C

CCO

Tabelul 2.3 Informaţii despre oxidabilitatea carbonului

Fig. 2.6. Variaţia gradului mediu de oxidare a carbonatului

Metode de laborator utilizate in dezinfectia apei

Poluarea microbiana a apei are drept consecinţe transmiterea hidrica a unei mare număr de boli infecţioase, de cele mai multe ori cu caracter epidemic.

In vederea inlaturarii acestui pericol, s-au elaborat diferite metode de reducere a germenilor ca, sedimentarea simpla sau dupa prealabila coagulare, filtrare prin nisip, microstrecurare etc., toate insa cu eficienta limitata .

Dezinfectia apei se poate realiza atat prin mijloace fizice ca utilizarea radiatiilor ultraviolete, a ultrasunetelor, a radiatiilor ionizate, fierberea distilarea, filtrarea apei etc. ,cat si prin mijloace chimice, ca folosirea clorului si a compusilor sai (substante clorigene ), ozonului, argintului, bromului, iodului, permanganatului si alte asemenea substante.

Mijloacele chimice de dezinfectare a apei trebuie sa îndeplinească următoarele condiţii pentru a fi corespunzătoare:-sa fie eficiente, adica sa aduca apa la conditiile de potabilitate;-sa nu modifice calitatile apei si in primul rând cele organoleptice;-sa nu lase in apa substanţe cu acţiune nociva asupra consumatorilor;-sa fie usor de manipulat, sa nu prezinte pericol pentru cei care le manipuleaza;-sa fie cat mai economice.

Cea mai utilizata metoda este folosirea clorului cunoscuta sub numele de clorurare Mecanismul de acţiune se bazează pe proprietatea oxidanta a clorului , care in contact cu apa formează acidul hipocloros care in functie de pH se descompune in oxigen atomic sau ion hipoclorit si H+:

Cl2+H2O HOCl + HCl HOCl O+HCl sau HOCl ClO‾ + H+

Mecanismul biologic consta in blocarea unor enzime bacteriene cu precădere cele sulfhidrice, si distrugerea germenilor. In general bacteriile care au echipament enzimatic mai dezvoltat sunt mai sensibile decât virusurile.

Eficienta dezinfecţiei nu depinde numai de numărul si felul germenilor din apa ci si de alte condiţii dintre care unele ţin de clor iar altele de calitatea apei.

Apa este un compus cu rol primordial in natura, industrie, agricultura, construcţii etc.

In natura apa are o importanta biologica deosebita reprezentând baza structurala si funcţionala a fiinţelor vii.

. Cu cât apa devine puternic alcalină (pH ridicat) se formează din ce în ce mai mult hipoclorit şi invers, cu cât pH-ul apei scade  (pH<7) creşte cantitatea de acid hipocloros format.Clorul existent în cele două forme este numit clor liber rezidual.Din punct de vedere al puterii de distrugere a bacteriilor, acidul hipocloros este mult mai eficient. Clorul rezidual legat - În cazul în care apa ce se clorinează conţine amoniac sau alţi compuşi amoniacali, ca în cazul apelor reziduale, atunci se vor forma  compuşi suplimentari numiţi cloramine.Între acidul hipocloros (HOCl) şi amoniac sunt posibile următoarele reacţii  :NH3 + HOCI -----> H2O + NH2CI (Monocloramina)NH3 + 2HOCI -----> 2H2O + NHCI2 (Dicloramina)NH3 + 3HOCI -----> 3H2O + NCI3 (Triclorura de azot) Cloraminele sunt denumite Clor rezidual legat şi au un efect bactericid (de dezinfecţie a apei) mult mai scăzut decât clorul rezidual liber. Clorul total - Reprezintă suma dintre clorul rezidual liber şi clorul legat.  

Capitolul 3 Procese unitare la tratarea apelor uzate

Procesele si operaţiile unitare stau la baza metodelor utilizate pentru tratarea apelor uzate si se bazează pe forţe fizice, reacţii chimice sau biologice.

Tehnologia de tratare este o combinaţie de procese sau operaţii proiectate pentru reducerea anumitor constituenţi din apele uzate (reducerea sau îndepărtarea materialelor organice, solide, nutrienţi, metale, microorganisme sau alţi poluanţi), la un nivel acceptabil in funcţie de destinaţia efluentului.

Se adoptă termenul de proces unitar pentru toate transformările care intervin într-o schemă tehnologică de tratarea apelor, indiferent dacă sunt de natură fizică, chimică sau biologică.

Pentru fiecare operaţie sau proces unitar sunt importante următoarele aspecte:

- studiul principiilor ştiinţifice de bază;- experimentarea la scară de laborator sau

pilot, urmată de prelucrarea datelor experimentale pentru stabilirea de relaţii care să permită dimensionarea instalaţiilor (stabilirea parametrilor optimi);

- alegerea instalaţiilor şi utilajelor adecvate pentru realizarea în condiţii optime a transformărilor dorite.

Tratarea apelor uzate

Scopul tratării apelor uzate este de a permite dispunerea in siguranţa a acestora fără a constitui un pericol pentru sănătatea publica si de a nu polua apele de suprafaţa, apele subterane, sau de a polua mediul înconjurător.

In tabelul 3.1. sunt descrie pe scurt nivelele de tratarea apelor care stau la baza tehnologiilor specifice depoluării lor, indiferent de provenienţa lor.

Nivel de tratare Descrierea fiecarei etape

- Preliminară Înlăturarea constituenţilor apelor uzate cum ar fi: pietriş,bucati de lemn, grăsimi etc. care pot cauza probleme operaţionale si de întreţinere specifice tehnologiilor de tratare a apelor uzate.

- Primară Îndepărtarea suspensiilor solide si a materialelor organice din apele uzate

- Secundară Îndepărtarea materialelor organice biodegradabile (aflate in soluţii sau suspensii) si a suspensiilor ce conţin substanţe solide anorganice. Dezinfecţia face parte din operaţiile convenţionale ale tratamentului secundar.

- Terţiară Eliminarea suspensiilor solide reziduale (după tratamentul secundar), de obicei pin filtrarea in medii granulare. Dezinfecţia este tipica tratamentelor terţiare. Îndepărtarea nutrientilor este adesea inclusa in acest nivel.

- Avansată Eliminarea materialelor dizolvate si si a suspensiilor ramase după tratamentul biologic normal când se impun variate aplicaţii pentru apa tratata.

Tabelul 3.1. Principalele nivele de la tratarea apelor uzate

Tratarea preliminara are drept scop sa prevină pagubele in etapele ulterioare ale tratamentului, ca urmare a prezentei in ape a unor substanţe la concentraţii si caracteristici care nu permit desfăşurarea in condiţii optime a proceselor fizice, chimice sau biologice, specifice tehnologiei de tratare.

Tratarea primară poate avea la baza operaţii bazate pe procese fizice, cum ar fi: sedimentarea, flotaţia si decantarea ca materialele sunt eliminate din apele uzate dupa care materialele pot fi prelucrate in special prin metode chimice.

Tratarea secundară se bazează in special pe descompunerea materiilor organice dizolvate sau aflate în stare coloidală in apa decantată, cu ajutorul microorganismelor. Tratarea secundară se poate realiza într-o treaptă, la încărcări organice mici sau în două trepte la încărcări organice mari.

Tratarea terţiară va permite eliminarea substanţele minerale şi organice ne-biodegradabile pin filtrarea in medii granulare si se aplică în general apelor industriale uzate. Defosfatarea şi denitrificarea sunt operaţii specifice tratării terţiare care se aplică la staţiile de epurare a apelor uzate menajere. Nămolul reţinut în decantoare este condus, în multe cazuri, la o staţie de recuperare a reactivilor folosiţi în proces, utilizându-se procedee chimice in vederea reciclării lor.

În tratarea avansată suspensiile solide reziduale şi alţi constituenţi ai apelor reziduale care nu au putut fi reduşi prin tratamentele anterioare, sunt îndepărtate prin aplicarea combinata a proceselor unitare (osmoza inversa, electrodializa, schimb ionic selectiv, oxidare, detoxificare, etc).

Procese fizice si echipamente pentru tratarea apelor Sistemele eterogene lichid-solid se numesc suspensii. În

funcţie de gradul de dispersie al fazei solide suspensiile se clasifică în: suspensii grosiere, în care particulele solide au diametrul mai mare de 100 µm; suspensii fine, ale căror particule au dimensiuni cuprinse între 100 µm şi 0,1 µm; suspensii tulburi, cu dimensiunile particulelor cuprinse între 0,5 µm şi 0,1 µm şi suspensii coloidale care au particule cu diametrul mai mic de 0,1 µm.

Separarea fazelor unei suspensii se poate realiza prin: decantare, filtrare sau centrifugare.

Principalele grupe de procese fizice au la bază separarea gravitaţională, filtrarea şi transferarea poluanţilor din fază apoasă în altă fază. Separarea particulelor relativ grosiere, nedizolvate în apă, sub influenţa câmpului gravitaţional, are loc prin sedimentare sau flotaţie.

Reţinerea pe grătare şi site Grătarele servesc pentru îndepărtarea din apă a

impurităţilor grosiere care pot forma depuneri greu de evacuat şi care ar bloca sistemele de raclare, pompele şi vanele, gurile de evacuare şi deversoarele. Grătarele sunt formate din bare cu grosimi de 0,8–1,2 cm, aşezate la o distanţă de 12–60 mm, înclinate cu 30-90°faţă de orizontală.

Materialele reţinute, cu dimensiuni mai mari decât interstiţiile dintre bare, formează ele însele straturi filtrante şi trebuiesc îndepărtate periodic. Viteza apei la intrarea în grătare, trebuie să fie de 0,3-1 m/s pentru evitarea depunerilor în camera grătarului. În figura 3.1. este prezentat schematic modul de reţinere a impurităţilor grosiere pe grătare

Fig. 3.2. Reţinerea impurităţilor grosiere pe grătare

Separare 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. Dacă sedimentarea gravitaţională nu este eficientă se utilizează o separare sub acţiunea unui câmp de rotaţie creat artificial, în care iau naştere forţe gravitaţionale, această separare fiind denumită centrifugare.

După o perioadă iniţială de accelerare, deplasarea sub acţiunea câmpului gravitaţional a unei particule în apă se face cu o viteză constantă, datorită echilibrului dintre forţa exercitată de câmpul gravitaţional ( Fm) şi forţa de frecare între particulă şi apă ( Ff).

Sedimentarea particulelor într-un bazin ideal de formă rectangulară este prezentată schematic în figura de mai jos unde sunt reprezentate traiectoriile teoretice ale particulelor discrete (traiectorii drepte) şi ale celor întâlnite în practică (traiectorii curbe).

Schema sedimentării în apă a particulelor greu solubile într-un bazin rectangular (secţiune longitudinală )

Bazinul de sedimentare poate fi împărţit în patru zone:- zona de admisie în care amestecul de apă cu suspensii

este distribuit pe secţiunea transversală a bazinului;- zona de sedimentare în care particulele cad prin masa de

apă, aflată în curgere orizontală cu viteză constantă vd ;- zona de nămol în care se adună particulele depuse ;- zona de evacuare a apei limpezite care mai conţine

particulele. Traiectoriile particulelor discrete rezultă din însumarea

vectorială a vitezei de sedimentare vs şi a vitezei de deplasare a apei în bazin va.. Toate particulele a căror viteză de cădere este mai mare sau egală cu v0 sunt reţinute în bazinul de sedimentare.

În bazinele cu curgere verticală, particulele cu viteză de sedimentare mai mică decât v0 nu sunt reţinute, fiind antrenate cu apă în zona de evacuare.

Flotaţia Flotaţia este procesul unitar de separare din apă, sub

acţiunea forţelor gravitaţionale, a particulelor cu densitate medie mai mică decât a apei. Astfel de particule pot fi constituite din materiale omogene sau din asocieri de materiale cu densităţi diferite. In procesul de flotaţie naturala, 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.

Flotaţia poate determina ca particulele mai grele decât apa sa fie antrenate la suprafaţă, datorită asocierii lor cu bulele de

aer, ce sunt suflate în apă prin partea inferioară a bazinului. Această asociere cu bule de aer are consecinţe pozitive deoarece particulele mai grele decât apa capătă o viteză ascensională datorită bulelor de aer.

În flotaţia cu aer, aerul este introdus fie sub formă de bule, obţinute prin trecerea aerului prin difuzoare poroase, fie prin degajarea aerului dizolvat în apă.

Flotaţia cu aer dispersat se utilizează la prepararea minereurilor şi la îndepărtarea materiilor grase din apele uzate. Diametrul bulelor de aer este de 1-2 mm. La aceste dimensiuni bulele de aer au o viteză ascensională foarte mare şi pot provoca distrugerea suspensiei coagulate din apă.

Bulele mai fine (cu diametrul mai mic decât 0,1 mm) se pot obţine prin destinderea apei sau prin suprasat. ei cu aer.

Ridicarea particulelor insolubile în apă de către bulele de aer, este rezultatul asocierilor reciproce, ce are loc în două moduri:

- încorporarea de bule de aer în interiorul particulei floculate- aderarea particulelor insolubile la suprafaţa bulei de gaz.

Decantarea Separarea fazelor unei suspensii prin decantare se bazează

pe fenomenul de sedimentare în câmp gravitaţional. În urma sedimentării suspensia se separă într-un lichid limpede, denumit decantat sau lichid clar şi un strat de solid îmbibat cu lichid denumit sediment, precipitat sau nămol.

După sedimentare, urmează de obicei îndepărtarea lichidului limpezit, operaţie care se numeşte decantare. Utilajele în care sedimentarea în câmp gravitaţional este urmată de decantare se numesc decantoare.

Dacă dintr-o suspensie solidul este componenta valoroasă, operaţia de separare se numeşte îngroşare iar dacă solidul nu are valoare economică, operaţia se numeşte limpezire .

Principalii factori care influenţează operaţia de decantare sunt: concentraţia şi structura fazei solide, viteza de sedimentare, tendinţa de aglomerare a particulelor, temperatura suspensiei, s.a.

Clasificarea şi descrierea decantoarelor Clasificarea decantoarelor se poate face după mai

multe criterii. În funcţie de regimul de funcţionare, decantoarele

se clasifică în:- decantoare discontinue; - decantoare continue;- decantoare semicontinue. In funcţie de poziţia lor, decantoarele se împart în: - decantoare orizontale; - decantoare verticale;- decantoare radiale.

Decantor discontinuu cu sifon basculant Decantorul discontinuu cu sifon

basculant este format dintr-un recipient cilindric sau paralelipipedic prevăzut cu o conductă de alimentare cu suspensie şi una pentru evacuarea nămolului din decantor.

Lichid clar este evacuat după sedimentarea solidului cu ajutorul unui sifon basculant.

După introducerea suspensiei în decantor aceasta se lasă un timp stabilit pentru sedimentare, după care se coboară treptat sifonul basculant sub nivelul lichidului clar din decantor, pentru evacuarea acestuia. De obicei nămolul se elimină o singură dată după mai multe umpleri ale decantorului, printr-un racord de scurgere sau manual.

Fig. 3.5. Decantor conic cu sifon

Fig. 3.8 Decantor vertical: 1- uşă; 2- jgheab de colectare; 3- preaplin; 4- depuneri; 5- conductă de evacuare.

Filtrarea Filtrarea este procesul de trecere a apelor printr-un mediu

poros, pe care are loc reţinerea prin fenomene predominant fizice a unora din constituenţii apelor.

Funcţie de spaţiile libere ale mediului poros, în instalaţiile de filtrare se pot reţine din apă impurităţi de dimensiuni variabile, de la dimensiuni foarte mari cum ar fi poluanţii grosieri, până la poluanţi foarte fini.

La mediile poroase cu pori mari, mecanismele de reţinere pe filtre sunt simple, fiind oprite toate particulele cu dimensiuni mai mari decât porii filtrelor. Pe măsură ce dimensiunile porilor se micşorează, mai intervin şi alte fenomene.

Mecanismele care contribuie la reţinerea din apă pe un filtru, a particulelor aflate in suspensie, sunt foarte complexe. Reţinerea pe suprafaţa filtrantă depinde de caracteristicile fizico-chimice ale particulelor, de caracteristicile mediului filtrant, de viteza de filtrare şi de caracteristicile fizice ale apei.

Curgerea prim medii filtrante poroase este menţinută în mod normal în domeniul laminar atât iniţial (în filtru curat), cât şi după colmatarea lui cu suspensii.

Varietatea mecanismelor de reţinere a impurităţilor din apă prin filtrare şi gama largă de dimensiuni a particulelor care se reţin a dus la o diferenţiere între procesele în care predomină efectul de sită şi cele în care primează alte mecanisme. În cele ce urmează se prezintă pe scurt principalele procese de reţinere prin filtrare, atât a particulelor grosiere, cât şi a celor cu dimensiuni foarte mici,apropiate de cele ale ionilor sau a moleculelor

Reţinerea pe filtre Cele mai utilizate filtre pentru îndepărtarea suspensiilor

sunt filtrele granulare şi filtrele cu prestrat. Materialul granular folosit frecvent este nisipul cuarţos.

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.

Aceste două tipuri de filtre diferă prin caracteristicile granulometrice ale nisipului şi prin modul de regenerare.

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.

Filtrele cu prestrat sunt formate din suporturi poroase rigide aşezate într-o carcasă, pe care se depune un strat subţire de material filtrant granular, format din particule foarte fine de 5 – 100 μm. Fazele unui ciclu de funcţionare cuprind formarea pre-stratului, filtrarea şi regenerarea. Pentru a prelungi durata fazei de filtrare, uneori se adaugă în apa supusă tratării materialul granular chiar în timpul filtrării.

Reţinerea pe filtre Filtrele mai pot fi impartite in: filtre volumetrice sau spaţiale şi filtre de

suprafaţă. Forţele de absorbţie moleculară atrag particulele către materialul filtrant.

Domeniul opţional al mediilor de filtrare include nisip, pietriş şi mangalul activat. Comparativ cu filtrarea de suprafaţă, la filtrarea volumetrica patul de filtrare realizat dintr-un astfel de material este foarte gros (mai mare de 2,5 m). În funcţie de aplicaţie, pot fi combinate diferite materiale, întrucât mărimea particulelor se micşorează de la strat la strat, începând de la partea superioară. Astfel de filtre necesită siguranţa unei circulaţii pentru atingerea eficienţei biologice optime. Aceasta deoarece este necesar un anumit timp pentru dezvoltarea în pori a stratului de alge. Acest strat nu numai că reţine bacteriile şi viruşii, ci conduce şi la distrugerea lor.

Filtrele de suprafaţă sunt făcute dintr-un singur tip de material, separarea desfăşurându-se direct pe suprafaţa filtrului deoarece materialul are pori foarte mici.

Când membranele de filtrare sunt utilizate pentru dezinfecţie, întreaga lor eficienţă biologică este disponibilă din primul moment.

Etapele filtrării cu membrane Metodele obişnuite de filtrare

pentru dezinfecţie cu filtre de suprafaţă includ microfiltrarea şi ultrafiltrarea. În general, filtrele cu mărimea porilor mai mică de 10 µm se referă la membrane de filtrare. O mărime standard a porului pentru microfiltrare este de 0,2 µm,.

Filtrele cu porii până la acest domeniu de mărime nu modifică starea naturală/minerală conţinută de apă.

După cum se prezintă în figura alaturata, ultrafiltrarea îndeplineşte cu siguranţă îndepărtarea viruşilor, dar în practica actuală, aceasta are o mică importanţă deoarece, în apă, viruşii tind să se ataşeze de particule de mărime apreciabilă şi prin urmare, sunt supuşi unei largi reţinerii în microfiltre.

Separarea prin membrane În procesele de tratarea apei, membrana este definită ca o fază ce

acţionează ca o barieră pentru speciile moleculare sau ionice din apă, prin membrană putând trece în general numai molecule de apă. Membranele pot fi constituite din materiale solide (membrane consistente), din geluri îmbibate cu solvenţi sau din lichide imobilizate într-o structură poroasă şi rigidă.

Membranele sunt tehnici cu bariere care separă coloizii, moleculele sau sărurile. Proprietatea cea mai importantă utilizată a tehnologiilor de membrane o reprezintă abilitatea membranelor de a controla pătrunderea speciilor chimice prin sistem. Pe scurt, o membrană este o interfaţă subţire şi discretă care moderează pătrunderea speciilor chimice care intră în contact cu ea. Este diferită de un filtru care este limitat să separe particulele mai mari de 10μm şi numai din cauza dimensiunilor lor.

Membranele separă particule, molecule şi specii chimice datorită dimensiunilor, formelor lor şi proprietăţilor lor chimice şi fizice. Membranele pot controla rata pătrunderii chimice, acest efect este adesea utilizat în medicină pentru a elimina substanţele chimice din corpul uman.

Procesele de membrană au cunoscut, începând cu anii '70, o dezvoltare spectaculoasa, utilizându-se la nivel industrial în domenii cum ar fi: tratarea apelor reziduale, tehnologiile medicale, industria chimică. Evoluţia rapida şi diversă a acestor tehnologii a fost posibilă datorită punerii la punct a tehnicilor experimentale de preparare şi caracterizare a membranelor.

Un sistem complex format dintr-un solvent în care se găsesc dizolvate specii chimice ionice, molecule şi macromolecule şi dispersate macromolecule, agregate moleculare şi particule, poate fi separat în componente prin procese membranare. Datorită gamei largi de utilizări a acestora se evidenţiază şase importante procese membranare (microfiltrarea, ultrafiltrarea, nanofiltrarea, osmoza inversă, dializă şi electrodializa)

Structura membranelor Membranele au ca principală caracteristică structura.

Termenul structură se referă în cazul acesta la textura (morfologia) membranelor, care poate fi: simetrică, asimetrică sau compozită, figura 3.9.

Structura membranelor influenţează criteriile de selectare a materialelor pentru membrane, constituind factorul esenţial în mecanismele de separare şi transport. Astfel membranele poroase, materiale care conţin goluri de dimensiuni mult mai mari decât dimensiunile moleculare, conform clasificărilor internaţionale, pot fi membrane macroporoase, mezoporoase şi microporoase, după cum mărimea porilor este mai mare de 50 nm, cuprinsă între 50 şi 2 nm şi respectiv mai mică de 2 nm. Procesul de transport al speciilor chimice prin acest tip de membrane, având ca forţă motrice gradientul de presiune, concentraţie sau potenţial electric, are loc prin sistemul de pori printr-un mecanism de curgere capilară.

Structura membranelor actuale: a) membrane simetrice; b) membrane

asimetrice; c) membrane compozite.

Clasificarea membranelor dupa natura lor: - membrane naturale;- membrane sintetice. dupa tipul materialului:- membrane polimerice pot fi :hidrofobe sau hidrofileMembrane hidrofobe : Polivinilidene fluorură (PVDF),

Politetrafluoroethilen (PTFE), Polipropilenă (PP), Poliethilenă (PE); Membrane hidrofile: poliamide (PA), acetat de celuloză (CA), polisulfon

(PSf), poliacrilonitril (PAN), poli(piperazine amide), poliimide (PI), poli(ether imide) (PEI).

- membrane anorganice (sticla, metal, cerami);- membrane hibride( organic-anorganice);- membrane lichide. dupa structura: - simetrice;- asimetrice;- composite

Mediul membranelor este în general fabricat ca filieră plată sau cu fibre tubulare şi apoi configurate în module de membrană. Modulele cele mai utilizate sunt cele tubulare (membrane din fibre tubulare), tip spiral (materialul membranei format din fibre plate înfăşurate în jurul unui tub de colectare central), şi tip încărcătură (materialul membranei format din fibre plate care sunt adesea pliate pentru a creşte aria suprafeţei).

Membranele de cele mai multe ori sunt fabricate din materiale polimerice. În primii ani ai dezvoltării membranelor, acetatul de celuloză şi nitroceluloză erau cele mai des utilizate, dar cu timpul au fost înlocuite de materiale mult mai sofisticate cum ar fi: poliamide, polisulfate, policarbonate şi un număr de polimeri avansaţi. Aceste materiale polimerice imbunătăţesc de cele mai multe ori stabilitatea chimică şi rezistenţa ridicată a degradării microbiale şi astfel sunt potrivite pentru utilizarea intr-un domeniu vast de aplicaţii cum ar fi în tratamentul apelor uzate

Imagine SEM a secţiunii transversale a unei membrane microporoase anizotrope

Membranele izotrope pot fi de asemenea pelicule dense care nu conţin pori sau conţin pori care sunt atât de mici încât fac membrana efectiv non-poroasă,

Membranele anizotropice au ca bază modelul Loeb-Sourirajan şi proprietăţile lor sunt bazate pe stratul activ subţire, permiţând dezvoltarea membranelor polimerice cu rată a densităţii mare, utilizând polimeri microporoşi sau denşi ca straturi active. Membranele anizotrope sunt neuniforme in secţiunea transversală a membranei şi sunt formate din straturi care variază în structură şi/sau în compoziţia chimică, figura 3.11.

Membrane ceramice:

Membranele ceramice prezintă o serie de avantaje, cum ar fi:

au conductibilitate termica ridicata, punct de topire > 1500°C şi sunt stabile din punct de vedere chimic;

principalii oxizi care stau la baza obţinerii acestor membrane sunt Al2O3, ZrO2, TiO2;

costuri reduse. si se utilizează la MF – UF,

separarea gazelor, per-evaporare.

Procesele de membrană sunt bazate în principal pe forţa motrice, care este aplicată pentru a se obţine separaţia. După acest criteriu se pot distinge mai multe procese mebranare

Forţele motrice în raport cu procesele membranare de separaţie Tabel

Forţele motrice Procese membranare

Diferenţa de presiune Microfiltrare, Ultrafiltrare, Nanofiltrare, Osmoza inversă, Hiperfiltrare

Diferenţa potenţialului chimic Perevaporarea,peratracţia, dialza, separarea gazelor, permiaţia vaporilor

Diferenţa de potenţial electric Electrodializa, electroliza

Diferenţa de temperatură Distilarea membranei

Distilarea

Distilarea este procesul de epurare a apelor uzate prin trecerea apei în fază de vapori prin încălzire, urmată de condensarea vaporilor. Prin distilare se îndepărtează şi materiile aflate în suspensie, iar microorganismele sunt distruse aproape în totalitate.

În comparaţie cu alte procese de epurare a apelor uzate, distilarea este costisitoare datorită consumului relativ ridicat de energie. Chiar în cazul utilizării unor sisteme raţionale de încălzire, cum ar fi evaporatoare cu efect multiplu, consumul de căldură este semnificativ(de cca. 45 kcal/ kg apă). Totuşi, distilarea poate fi justificată când este folosită pentru concentrarea unor efluenţi cu toxicitate mare, care urmează a fi distruşi prin incinerare.

Îngheţarea Îngheţarea ca proces de epurare, constă în trecerea apei

din fază lichidă în fază solidă, sub formă de cristale de gheaţă constituite din apă aproape pură. Prin topirea cristalelor de gheaţă, după prealabila lor spălare cu apă curată, se obţine o apă de puritate ridicată.

O variantă a procesului de îngheţare se bazează pe formarea la temperaturi apropiate de 0°C, între apă şi anumite substanţe, cum ar fi hidrocarburi alifatice cu greutate moleculară mică sau derivaţi halogenaţi ai acestora, a unor combinaţii solide care cuprind în reţeaua lor cristalină molecule de apă pură şi de hidrocarbură. După separarea din lichidul iniţial şi topirea cristalelor rezultă două faze nemiscibile, apa curată şi agentul de hidratare.

Spumarea Spumarea este procesul de separare din apă a unor

impurităţi organice dizolvate, ca urmare a tendinţei de acumulare a lor pe interfaţa apă-aer, respectiv datorită respingerii lor din masa de apă.

Formarea spumei este condiţionată de prezenţa în apă a substanţelor superficial-active, care au capacitatea de a micşora tensiunea superficială a apei. Astfel de substanţe pot fi: detergenţii, proteinele, sărurile unor acizi organici sulfonici şi carboxilici etc.care pot fi prezente ca poluanţi în apele uzate. Există şi situaţii în care, pentru formarea spumei sau pentru a îmbunătăţi separarea unor impurităţi se adaugă agenţi de spumare, cum ar fi detergenţii cationici.

Formarea spumei este indusă prin barbotarea în apă a aerului, de preferinţă difuzat sub formă de bule fine. Consumul de aer este de ordinul a 4-8 m3/m3apă uzată.

Spuma acumulată la suprafaţa apei în bazinul de spumare, se îndepărtează continuu prin raclare, astfel încât conţinutul în apă al spumei să fie cât mai scăzut.

Separarea prin spumare se aplica la îndepărtarea detergenţilor din ape şi la epurarea apelor uzate din industria celulozei şi a hârtiei.

Adsorbţia

Adsorbţia ca proces de epurare, are la bază fenomenul de reţinere pe suprafaţa unui corp a moleculelor unei substanţe dizolvate în apă. Materialul solid sau lichid pe care are loc reţinerea se numeşte adsorbant iar substanţa care este reţinută adsorbat. Substanţele reţinute pot fi îndepărtate prin încălzire sau extracţie, astfel încât adsorbantul îşi recapătă aproape în întregime proprietăţile iniţiale. Adsorbţia permite reţinerea unor poluanţi chiar când aceştia sunt prezenţi în concentraţii mici şi prezintă selectivitate pentru anumite substanţe.

Raportul de distribuţie al adsorbatului între adsorbant şi apa la o temperatură dată, după un timp de contact suficient pentru stabilirea echilibrului, se exprimă prin izoterma de adsorbţie

Izoterma de adsorbţie a fenolului pe cărbune activ, la temperatura camerei

Pe baza unor teorii cu privire la mecanismul adsorbţiei sau pe baza rezultatelor experimentale au fost propuse ecuaţii care reuşesc să descrie izotermele de adsorbţie (pe porţiuni limitate.

O ecuaţie frecvent utilizată, dezvoltată pe baze empirice, a fost propusă de Freundlich:

a = kCn, unde: a - cantitatea adsorbită pe

un gram de adsorbant, în mg/g; k şi n - constante , C -

concentraţia adsorbatului în faza lichidă, în mg/l.

Ca adsorbanţi se utilizează materiale solide caracterizate printr-o suprafaţă specifică foarte mare cum ar fi cărbunele activ (sub formă de granule cu d= 1-6 mm, sau de pulberi (0,1-0,5 mm), cocsul, cenuşile fine de la arderea combustibililor, cenuşile de la arderea nămolurilor etc.

Cercetările privind adsorbţia pe cărbune activ a impurităţilor dizolvate în apă au condus la următoarele concluzii:- capacitatea de adsorbţie este puternic influenţată de greutatea moleculară a adsorbatului, crescând odată cu aceasta;- creşterea temperaturii micşorează capacitatea de adsorbţie, dar măreşte viteza de adsorbţie;- scăderea pH-ului influenţează de obicei favorabil capacitatea de adsorbţie;- capacitatea de adsorbţie şi viteza de adsorbţie cresc la micşorarea dimensiunilor particulelor de adsorbant;- capacitatea de adsorbţie depinde de timpul de contact.

După modul în care se realizează contactul între apa de epurat şi adsorbant se disting: adsorbţia statică şi dinamică. În primul caz adsorbantul fin divizat este agitat cu apa şi după un anumit timp este separat prin decantare sau filtrare, în timp ce în cazul adsorbţiei dinamice, apa uzată străbate în flux continuu un strat de adsorbant fix, mobil sau fluidizat.

Cele mai multe instalaţii de epurare prin adsorbţie sunt de tipul dinamic şi utilizează paturi fixe de cărbune activ cu granulaţia de 0,5-2,0 mm, mai ales în filtre închise, înălţimea stratului de cărbune în aceste filtre fiind de 1-3 m. În unele cazuri, au fost folosite şi filtre deschise, cu viteze mai mici şi cu înălţimi ale stratului de 0,5-1,0 m..

Pentru a evita colmatarea filtrelor este importantă îndepărtarea prealabilă a poluanţilor în suspensie. Un cărbune activ de bună calitate poate adsorbi o masă de substanţe organice reprezentând cca. 5% din masa sa.

Regenerarea se face mai ales pe cale termică; la cca. 900°C în atmosferă cu compoziţie controlată de aer şi vapori de apă.

Procese chimice Procesele chimice de epurare sunt acelea în

care poluanţii sunt transformaţi în alte substanţe mai uşor de separat,cum ar fi:-precipitate insolubile;

sau-gaze care pot fi stripate, cu nocivitate mai scăzută sau mai susceptibile de a fi îndepărtate prin alte procese de epurare, de exemplu prin procese biologice.

Neutralizare

Neutralizarea este procesul prin care pH-ul unei ape uzate, având valori în afara intervalului favorabil dezvoltării florei şi faunei acvatice (pH=6,5÷ 8,5), este reglat prin adaus de acizi sau baze după caz.

Neutralizarea apei are ca efect şi micşorarea însuşirilor corozive ale apei care pot determina degradarea materialelor cu care vine în contact, cum ar fi: conducte , construcţii şi instalaţii de transport sau de epurare.

Neutralizarea apelor acide Industriile care evacuează ape acide sunt foarte variate: fabrici de acizi

şi de explozivi, industria metalurgică, decapări şi acoperiri metalice, rafinării de petrol, fabrici de îngrăşăminte etc.

Înainte de a stabili măsurile de neutralizare este necesar să se epuizeze toate posibilităţile de a micşora cantitatea de acizi evacuată. Pentru neutralizarea apelor acide se poate folosi o gamă largă de substanţe cu caracter bazic (oxizi, hidroxizi, carbonaţi). Alegerea neutralizantului se face în funcţie de natura acidului care trebuie neutralizat, de costul neutralizantului, de volumul şi caracteristicile sedimentelor formate după neutralizare.

Neutralizanţii care pot fi luaţi în consideraţie în practică sunt:- piatra de var CaCO3 şi dolomita CaMg(CO3)2; - varul CaO sub formă de hidroxid de calciu; - NaOH şi Na2CO3.Pentru neutralizare se pot folosi şi unele deşeuri industriale cum sunt nămolurile de la fabricile de sodă, unele sterile de la preparaţiile miniere, nămolurile de la obţinerea acetilenei din carbid, etc.

Neutralizarea apelor alcaline Cantităţile de alcalii care se evacuează cu apele uzate industriale

sunt în general mai mici decât cele de acizi. Pentru neutralizarea apelor alcaline se pot folosi acizii reziduali rezultaţi din diferite procese industriale, cu condiţia ca aceştia să nu conţină în concentraţii mari alte impurităţi.

Un neutralizant ieftin pentru apele uzate alcaline îl constituie gazele de ardere bogate în bioxid de carbon, circa 14 % vol., care rezultă de exemplu de la centralele termice. Se poate utiliza şi bioxidul de carbon îmbuteliat, dar cheltuielile sunt ridicate. Bioxidul de carbon pentru neutralizare poate fi produs şi direct în apele uzate, prin combustie cu ajutorul unui arzător scufundat.

La instalaţiile de neutralizare cu funcţionare continuă, figura de mai jos, se recomandă automatizarea dozării reactivilor în funcţie de pH-ul urmărit. Cum în practică aciditatea sau alcalinitatea apelor uzate brute este foarte variabilă, nu este posibilă reglarea manuală a dozei de reactivi de neutralizare.

Schema instalaţie de neutralizare in regim continu

Oxidare

Scopul oxidării în epurarea apelor uzate este de a converti compuşii chimici nedoriţi în alţii care nu sunt, sau sunt mai puţin dăunători. În acest scop, nu este necesară oxidarea completă, (în cazul substanţelor organice) adica nu este necesară transformarea lor până la bioxid de carbon, apă şi alţi oxizi. Oxidarea se aplică atât substanţelor anorganice (de exemplu Mn 2+, S 2-, CN -, SO3 2- etc.) cât şi a celor organice (fenoli, amine, acizi humici, diverse combinaţii cu însuşiri toxice, bacterii etc.).

Oxidarea chimică cu oxigen din aer decurge cu viteze satisfăcătoare numai la temperaturi şi presiuni peste cele normale şi eventual în prezenţă de catalizatori. În practică se recurge la agenţi oxidanţi mai energici: ozon, permanganaţi, feriţi, apa oxigenată, clor.

Activitatea agenţilor chimici oxidanţi poate fi intensificată prin asociere cu introducerea în sistem de energie sub diferite forme pentru a favoriza apariţia speciilor de oxigen cu mare potenţial oxidant (radicali liber OH, oxigen atomic, ozon, peroxizi etc.). În acest sens, se aplică iradiere cu raze gama, raze ultraviolete, ultrasunete, producerea fenomenului de cavitaţie etc., sau prin folosirea unor catalizatori (oxizi de cupru, nichel, cobalt, zinc, crom, fier, magneziu, platină poroasă, etc.).

Oxigenul care are o mare importanţă în epurarea biologică aerobă, este introdus în apa uzată de epurat, de obicei prin aerare. Oxigenul molecular este folosit pentru oxidarea ionilor bivalenţi de fier şi mangan şi a sulfurilor, în prezenţă de catalizatori.

Ozonul este oxidant mult mai energic, capabil să reacţioneze rapid cu o gamă largă de poluanţi şi cu microorganismele din apă. Aerul şi oxigenul ozonizat sunt introduse în apă prin difuzorii poroşi sau prin sisteme mecanice de dispersie. În epurarea apelor uzate, ozonul este folosit pentru decolorare, dezinfecţie, oxidarea parţială a unor substanţe nocive (fenoli, detergenţi, cianuri etc.). Este de subliniat că ozonul are o toxicitate ridicată. Pentru expunere continuă, concentraţia în aer trebuie limitată la circa 0,1 mg/m3.

Permanganaţii sunt oxidanţi puternici folosiţi mai ales pentru finisarea efluenţilor care au fost supuşi anterior altor procese de epurare, pentru eliminarea culorii şi a mirosului, oxidarea fierului, sulfurilor şi cianurilor. La tratarea cu permanganaţi rezultă bioxid de mangan hidratat..

Clorul poate oxida eficient hidrogenul sulfurat, mercaptanii, nitriţii, amoniacul, fierul şi manganul, cianurile şi unele substanţe organice. Deosebit de răspândită este distrugerea cianurilor cu clor până la formare de cianaţi sau chiar de azot molecular, conform reacţiilor:CN- + OCl- → CNO-+ Cl-

2CNO- + 3 OCl- → N2 + 2HCO3- + 3Cl -

Un dezavantaj al folosirii clorului la tratarea apelor care conţin substanţe organice este formarea compuşilor organici halogenaţi cu nocivitate ridicată. Acest efect este eliminat în cazul folosirii bioxidului de clor, care, datorită stabilităţii sale scăzute, se prepară în situ.

În afara clorului molecular, pentru epurare se utilizează şi alte produse cu conţinut de clor activ, cum ar fi hipocloriţii de sodiu şi de calciu, clorura de var, cloraminele.

Reducere Ca şi oxidarea poluanţilor, reducerea este folosită pentru

transformarea unor poluanţi cu caracter oxidant, nociv, în substanţe inofensive sau care pot fi îndepărtate din apă prin aplicarea altor procese de epurare. Un caz tipic este reducerea cromului hexavalent la crom trivalent în vederea precipitării acestuia ca hidroxid, conform reacţiei:

Cr2O7 2- + 6FeSO4 + 7H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 7H2O + SO4

2-

Reducerea se poate face cu fier bivalent sau cu acid sulfuros în mediu acid.

Agenţii reducători folosiţi curent în practică sunt sărurile fierului bivalent, sulfiţii, acidul sulfuros şi alte combinaţii cu sulf la valenţe mai mici decât 6, fierul metalic în mediu acid.

În afară de tratarea apelor cu conţinut de cromaţi şi bicromaţi, reducerea este aplicată pentru eliminarea clorului activ în exces cu sulfiţi sau cu bioxid de sulf, insolubilizarea unor ioni metalici, Cu, Ag, prin reducere cu fier, transformarea nitroderivaţilor aromatici în amine, transformarea compuşilor organici halogenaţi prin înlocuirea halogenului cu hidrogen etc.

Precipitarea Precipitarea este procesul de purificare bazat pe transformarea

poluanţilor din apele uzate în produşi greu solubili. Precipitarea este de regulă, rezultatul unor reacţii chimice din care rezultă substanţe mai greu solubile. Precipitarea poate avea loc şi în urma schimbării unor condiţii fizice, cum ar fi suprasaturarea unei ape prin concentrare, micşorarea solubilităţii unor substanţe organice prin sporirea concentraţiei de electroliţi, micşorarea solubilităţii unei sări, prin mărirea concentraţiei unuia dintre ionii care o compun. În legătură cu acest ultim exemplu este ilustrativă mărirea eficienţei de îndepărtare a fluorurilor din apă, la precipitarea lor ca fluorură de calciu, prin introducerea de ioni de calciu, eventual prin adaus de

CaCl2. 2 F- + Ca2+ → CaF2Precipitarea chimică se aplică frecvent la îndepărtarea din apă a ionilor metalelor grele, având în vedere că aceştia formează hidroxizi cu solubilitate scăzută la anumite valori ale pH-ului.

Coagularea si flocularea Ecotehnologiile vizează coagularea şi flocularea în mediu apos.

Aceste procese prezintă importanţă în tehnologiile de sedimentare a suspensiilor, fie a celor preexistente în apa uzată destinată epurării, fie a unor compuşi rezultaţi în urma proceselor care se derulează în timpul epurării.

Datorită echilibrului dintre forţele gravitaţionale şi Arhimedice, în apele uzate în care suspensiile sunt reprezentate de particule foarte fine sau coloidale, sedimentarea nu poate decurge ca proces natural. Soluţia tehnologică necesară în astfel de situaţii este creşterea dimensiunilor particulelor prin destabilizare dimensională şi aglomerare.

O parte din acestea pot fi separate prin sedimentare. Întrucât o parte din impurităţi au dimensiuni şi 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 şi sedimentare.

Stabilitatea dimensională a sistemelor coloidale, care împiedică aglomerarea particulelor, se datorează acţiunii a doi factori.

Factorul electrostatic care se bazează pe forţele de respingere electrostatică existente între particulele încărcare superficial cu sarcini de acelaşi semn. Apariţia sarcinilor electrice se explică prin adsorbţia preferenţială de ioni pozitivi sau ioni negativi din mediul ambiant al suspensiei. În jurul particulelor coloidale încărcate de obicei negativ se formează un strat dublu electric, alcătuit dintr-un strat compact şi unul difuz de particule încărcate pozitiv. Trebuie reţinut că între particule acţionează şi forţe de atracţie Van der Waals, dar, de regulă, acestea sunt mai mici decât forţele de respingere electrostatică.

Factorul steric se bazează pe adsorbţia la suprafaţa particulelor a unor suprafeţe polimerice sau a unor amfibole, care acţionează ca o barieră mecanică protectoare ce împiedică aglomerarea.

Pentru ca particulele menţionate să-şi mărească dimensiunile, astfel încât să poată fi separate prin diverse procese (sedimentare, flotaţie, filtrare) devine necesar un tratament chimic în urma căruia forţele de respingere să fie anulate şi să se iniţieze aglomerarea. Practic, o asemenea tehnologie de procesare a apelor uzate se realizează prin coagulare şi floculare.

Coagularea este procesul de destabilizare produs prin compresia celor două învelişuri electrice care înconjoară particulele coloide, ceea ce face posibilă agregarea lor.

Flocularea este procesul de destabilizare prin adsorbţia unor macromolecule de polimeri care formează punţi de legătură între particule.

Chiar dacă definiţiile de mai sus nu sunt împărtăşite de toată lumea, se poate reţine însă că coagularea vizează factorul electrostatic, iar flocularea – factorul steric, prin creşterea mărimii forţelor Van der Waals.

Din cele de mai sus se poate deduce esenţa fenomenelor agregării prin coagulare şi floculare: crearea condiţiilor pentru apropierea particulelor şi unificarea lor în agregate la dimensiunile impuse de posibilitatea sedimentării.

Particulele foarte fine sunt înconjurate de învelişuri de ioni şi posedă deci o încărcare electrică care provoacă repulsia particulelor între ele. Pentru agregarea particulelor fiind necesară învingerea sau anularea acestor forţe de repulsie.

Toţi solii liofobi (adică particulele între care nu există interacţiune) sunt alcătuiţi din două părţi:

- nucleul, partea interioară, neutră din punct de vedere electric, care constituie masa micelei;

- partea exterioară, ionogenă, formată din două straturi de ioni.

Conform concepţiei stratului dublu electric există un strat de adsorbţie, care aderă direct la nucleu şi este denumit strat fix sau Helmholtz şi un strat difuz. Stratul fix este asemănător unui condensator şi este denumit strat dublu electric.

Modelul stratului dublu electric Particulele coloidale din apă,

datorită încărcării superficiale cu sarcini electrice, apar încărcate cu un potenţial negativ, numit potenţial zeta sau potenţial electrocinetic. Coloizii, prin structura lor, apar încărcaţi negativ, încărcare ce le conferă stabilitate sau echilibru stabil, nu sedimentează şi se menţin în echilibru mult timp. Stricarea echilibrului coloidal se realizează prin neutralizarea sarcinilor electrice ce conduce la sedimentarea particulelor datorită formării unor particule mai mari, flocoane.

În literatura de specialitate, termenul de coagulare este folosit pentru a descrie procesul de destabilizare produs prin compresia celor două învelişuri electrice care înconjoară particulele coloide, ceea ce face posibilă agregarea lor, iar termenul de floculare se referă la destabilizarea prin adsorbţia unor molecule mari de polimeri care formează punţi de legătură între particule.

Această semnificaţie a termenilor nu este unanim acceptată. Mulţi specialişti folosesc termenul de floculare pentru a descrie fenomenele de transport care concură la realizarea coagulării. Deci există numeroase teorii cu privire la stabilitatea coloizilor şi la mecanismele prin care se poate realiza destabilizarea, nici una dintre acestea nu permite prognoza comportării în detaliu a unui sistem coloid şi, de aceea, în practică această comportare este evidenţiată prin teste experimentale.

Mecanismele coagulării-flocurării sunt mecanismele destabilizării coloizilor, care au fost stabilite în decursul timpului şi confirmate prin numeroase cercetări experimentale. Astăzi sunt considerate patru mecanisme şi anume: - compresia stratului electric al coloizilor; - neutralizarea sarcinilor electrice ale coloizilor; - formarea precipitatelor; - adsorbţie şi legare între particule prin punţi sau lanţuri în punte de tipul, Me-OH-Me.

Factorii importanţi care influenţează procesul de coagulare-floculare sunt:

Natura coagulantului care determina alegerea lui astfel încât:- coagulantul să aibă o viteză şi o capacitate cât mai mare de coagulare;- să se formeze flocule mari, consistente, cu densitate mare;-pH-ul său de coagulare şi hidroliză să fie compatibil cu pH-ul apei.

Valoarea pH-lui trebuie să fie optimă, deoarece spre exempu, la sulfatul de aluminiu: - la pH acid nu are loc formarea hidroxidului de aluminiu;- la pH bazic se pot forma produşi solubili, care nu pot iniţia flocularea.

Pentru corectarea pH-ului, în apă se adaugă agenţi de alcalinizare (sodă, sodă caustică, lapte de var).

Temperatura influenţează viteza reacţiei de hidroliză

Duritatea temporară a apei Dt, determinată de concentraţia bicarbonaţilor de Ca şi Mg asigură limitarea scăderii pH-lui.

Aditivii de coagulare-floculare sunt substanţe, în general, solubile în apă, cu masă moleculară mare, care în condiţiile date formează legături cu particulele aflate în suspensie.

Factorii care contribuie la destabilizarea particulelor sunt: - hidroliza ionilor polivalenţi şi formarea de specii monomerice şi polimerice de hidroliză - adsorbţia speciilor de hidroliză la interfaţa particulelor coloidale; - prinderea particulelor destabilizate în agregate; - antrenarea particulelor destabilizate prin forţe Van der Waals; - schimbări în structura polimerilor de tip Me-OH-Me, cu contribuţie în adsorbţia flocoanelor.

Influenţa unuia sau mai multor factori se manifestă în funcţie de compoziţia chimică şi biologică a mediului apos şi de natură fizico-chimică a particulei. Procesul de coagulare-floculare depinde de chimismul apei, respectiv de pH, alcalinitatea, valoarea indicatorilor Cl, SO, de substanţe organice prezente în special acizi humici şi acizi fulvici. De asemenea, procesul de coagulare este dependent în cazul apelor cu încărcare biologică de tipul algelor existente.

Destabilizarea coloizilor cu sarcină electrică negativă, întâlniţi mai frecvent în practică, se poate realiza prin tratarea cu ioni metalici pozitivi. În practică se folosesc, cu precădere, sărurile de metale trivalente, Fe(III) şi Al(III).

La coagularea cu săruri metalice are loc formarea de hidroxizi metalici polimerizaţi, încărcaţi electric pozitiv, capabili să se adsoarbă pe suprafaţa particulelor şi în acelaşi timp să asigure legături între mai multe particule. Doza de coagulant necesară pentru destabilizare depinde de concentraţia coloizilor, de pH şi de prezenţa în soluţie a altor ioni.

Pentru formarea punţilor de legătură între particulele coloidale destabilizate se utilizează polimeri organici sau anorganici. Cei organici pot fi cationici (polimeri de amine terţiare), anionici (polimeri ai acidului acrilic, poliacrilamidă mai mult sau mai puţin hidrolizată, polistiren sulfonat etc.) sau neionici (poliacrilamidă, oxid de polietilenă etc.). Drept polielectrolit anorganic se foloseşte în special acidul silicic polimerizat.

Polimeri organici cu însuşiri floculante sunt prezenţi şi în secreţiile extracelulare ale unor microorganisme, printre care şi cele din nămolul activ, aceştia având un rol important în flocularea nămolului activ.

Concentraţia cationilor bivalenţi şi trivalenţi din apă poate exercita o influenţă importantă asupra capacităţii polielectroliţilor anionici de a agrega coloizii încărcaţi negativ. Adaosul de coagulanţi cationici sau de polielectroliţi în doze excesive poate duce la inversarea sarcinii particulelor coloidale şi la restabilizarea lor.

Întrucât particulele coloidale sunt prezente în aproape toate categoriile de ape uzate industriale, coagularea este unul dintre procesele de epurare care îşi găseşte o aplicare largă în practică.

În practica tratării apei, cele mai folosite procedee sunt: - coagularea cu adaus de reactivi chimici numiţi coagulanţi; - coagularea electrică sau electrocoagulare

Coagularea cu săruri de aluminiu Reactivii de coagulare-floculare frecvent utilizaţi la

epurarea apelor uzate sunt din categoria sărurilor de fier şi de aluminiu, conţinând ioni cu sarcină mare ( +3) sau (+2), cum ar fi: sulfatul de aluminiu, Al2(SO4)3∙18H2O, hidroxidul de aluminiu, Al(OH)3, sulfat feros, FeSO4∙7H2O, sulfatul feric, Fe2(SO4)3∙nH2O, clorura ferică, FeCl3.

Procesul de coagulare-floculare poate fi analizat ca fiind alcătuit din două faze:a) Ionii de Al 3+ sau Fe 2+ , rezultaţi în urma unor reacţii, cum ar fi:

Al2(SO4)3→2Al 3+ +3SO42-

neutralizează sarcina electrică a particulelor coloidale.b) Prin hidroliză se formează un gel de hidroxizi care, prin procese de atracţie –transport, înglobează particule în agregate (flocoane, fulgi) sedimentabile.

În cazul sulfatului de aluminiu, hidroliza are loc după reacţia:

Al2(SO4)3+ 21H2O→2Al(OH)3∙3H2O+22/3H3O+ Pentru ca sensul să fie menţinut spre dreapta, trebuie ca

ionii de hidroniu H3O+ să fie permanent eliminaţi din vecinătatea ionilor complecşi de aluminiu. Aceasta se poate realiza doar în cazul în care H3O+ vor forma legături stabile în urma reacţiei cu carbonaţii acizi de calciu (CaHCO3) şi magneziu (MgHCO3) prezenţi în apă, când se formează acidul carbonic şi apă:

HCO3+H3O+↔H2CO3+H2OFiind instabil, acidul carbonic se descompune:

H2CO3↔H2O+CO2 Dioxidul de carbon se va degaja din apă, deplasând

echilibrul reacţiei de mai sus spre dreapta. Pentru susţinerea unor astfel de fenomene, este necesar ca în apă să se adauge lapte de var, Ca(OH)2, carbonat de sodiu Na2CO3, hidroxid de sodiu , NaOH.

Sărurile de aluminiu, cele mai utilizate în procesul de coagulare sunt: - sulfatul de aluminiu;- aluminat de sodiu ; - clorură de aluminiu ; - policlorura bazică de aluminiu (PCBA) etc.

Cel mai folosit reactiv la scară industrială este sulfatul de aluminiu. Studiile făcute asupra reacţiei de coagulare cu sulfat de aluminiu au arătat existenţa mai multor specii de ioni care se formează la dizolvarea şi diluarea sărurilor de aluminiu în apă. Formarea acestor specii ioni hidroxo-metal este dependentă de pH-ul mediului. În graficul urmator este dată distribuţia speciilor ionice în funcţie de pH şi domeniul de precipitare al Al(OH)3.

Compoziţia de echilibru a soluţiei în contact cu precipitat proaspăt deA1(OH)3 (partea haşurată reprezintă zona de lucru în tratarea practică)

Formarea hidroxidului de aluminiu începe la pH = 4,5 iar la pH > 8,5 hidroxidul de aluminiu se dizolvă formând aluminaţi, conform reacţiei:

Al(OH)3 + 3NaOH =Na3[Al(OH)6];

Hidroxidul de aluminiu, ca şi alte săruri de aluminiu, prezintă proprietăţi amfotere, respectiv disociază atât ca acid, cât şi ca bază, în funcţie de pH-ul mediului, conform reacţiilor:

Al(OH)3=Al 3+ + 3OH- ;

Al(OH)3=AlO2- + H3O+ ;

Ionul aluminat hidrolizează în prezenţa unui acid formând Al(OH)3 .

AlO2- + 2H2O=Al(OH)3 ↓+ HO- , astfel că aluminatul are rolul de coagulant.

În cazul acidităţii apelor datorată prezenţei ionului HCO3-

sau CO2 dizolvat, ionul de aluminat neutralizează aciditatea conform reacţiilor:

2NaAlO2 + 2CO2 + 4H2O=2 Al(OH)3↓ +2Na+ + 2HCO3- ;

Pe de altă parte, hidroxidul de aluminiu, în exces de acid, eliberează ioni Al 3+ în soluţie:

Al(OH)3 + 3H3O+ = Al 3+ + 6H2O;

Aceasta reactie stă la baza recuperării coagulantului din nămolul de la staţiile de tratare.

În cazul folosirii sărurilor de aluminiu, procesul de coagulare este sensibil influenţat de pH-ul apei şi de temperatură. Astfel, în perioade cu temperaturi scăzute, procesul de coagulare – floculare este îngreunat, formându-se flocoane mici, greu sedimentabile.

Conţinutul de Al 3+ rezidual sau remanent, în apa tratată, variază în funcţie de doza de sulfat adăugată şi de pH. Coagularea cu sulfat de aluminiu este influenţată şi de tipul substanţelor organice prezente în apă, mai ales de substanţele humice, coagularea decurgând în acest caz la pH acid. Adăugarea sulfatului de aluminiu în apă se face sub formă de soluţii cu diverse concentraţii, în funcţie de debitul instalaţiei. Sulfatul de aluminiu este utilizat pentru îndepărtarea fosforului din apă prin precipitare, conform reacţiei: Al2(SO4)3 + 2PO3-

4 = 2AlPO4↓ +3SO2-4

Coagularea cu săruri de fier Sărurile de fier sunt utilizate în cazul purificării apelor reziduale,

domeniul de precipitare al Fe(OH)3 este mai extins decât la Al(OH)3, începând de la pH=3. În graficul urmator este dată distribuţia speciilor în funcţie de pH. Sărurile de fier utilizate în tratarea apei, cât şi la procesul de epurare sunt:

- Sulfat feros FeSO4 ∙7H2O; - Sulfat feric Fe2(SO4)3 ∙9H2O; - Clorură ferică FeCl3 ∙6H2O. Coagularea optimă cu sulfat feros are loc în mediu alcalin, cu adaos

de var. Mai întâi se formează hidroxid de Fe 2+ care este instabil şi în prezenţa O2 din apă se transformă în hidroxid feric, conform reacţiilor:

FeSO4 + Ca(OH)2 = Fe(OH)2 +CaSO4 ;

4Fe(OH)2 + 2H2O2 = 4Fe(OH)3 Clorura ferică FeCl3∙ 6H2O se prezintă sub formă de cristale brune,

foarte higroscopice, în practică utilizându-se sub formă de soluţie concentrată (40%). Utilizarea în amestec cu săruri de aluminiu în raportul Al2(SO4)3/FeCl3 de 1/1, conduce la obţinerea de flocoane mari, uşor sedimentabile. Se utilizează mai ales la tratarea apelor reziduale in vederea eliminarii fosforului.

Compoziţia de echilibru a soluţiei în contact cu precipitat proaspăt de Fe(OH)3 (zona haşurată reprezintă zona de lucru în tratarea practică)

Reacţia de hidroliză a FeCl3 în prezenţa HCO3-

din apele reziduale este: 2FeCl 3 + 6HCO 3- = 2Fe(OH) 3 ↓ + 6Cl - + 6CO 2

Şi în cazul coagulării cu săruri de fier se

formează ca produşi de hidroliză specii solubile monomerice, polimerice sau specii hidroxo-metal similare cu speciile specifice in cazul folosirii sărurilor de aluminiu. Prin înlocuirea succesivă a moleculelor de apă cu ionii OH- rezultă forme ionice care pot fi cationice, neionice şi anionice.

Fig. 3.10. Osmoza directă şi osmoza inversă

Figura 3.11. Schema unei instalaţii de electrodializă

Figura 3.14. Instalaţie de neutralizare

Ionul metalic Valorile pH-ului pentru

S<10mg/l S<1mg/l

Mg 2+ 11,5 12,0

Mn 2+ 10,1 10,6

Fe 2+ 8,9 9,4

Ni 2+ 7,8 8,3

Co 2+ 7,8 8,3

Zn 2+ 7,2 7,7

Cr 3+ 5,1 5,4

Al 3+ 5,0 5,3

Fe 3+ 3,2 3,5

Tabelul 3.6. Valorile pH-ului la care solubilitatea hidroxizilor unor metale este sub 10mg/l respectiv 1mg/l

Poluantul Agentul de precipitare Produşi obţinuţi

Cianuri Săruri de fier bivalent Ferocianuri greu solubile slab disociate, cu nocivitate scăzută

Săruri ale metalelor alcaline

Var, hidroxizi alcalini Sulfaţi

Carbonat de calciu şi hidroxid de magneziu greu solubili. Formare de sulfaţi greu solubili (ex. BaSO4)

Săruri ale unor metale grele

Xantaţi Sulfuri solubile Proteine (deşeuri de păr, coarne, copite, sânge)

Xantaţi metalici (ex. Cd) Sulfuri insolubile (de Hg, Cd, etc.) Combinaţii greu solubile (ex. pentru îndepărtarea Hg)

Sulfuri Săruri sau hidroxizi de fier Sulfura de fier greu solubilă

Tabelul 3.7 Poluanţi care pot fi îndepărtaţi prin precipitare

Figura 3.18 . Tratarea apelor prin procesul de coagulare-floculare

Fig. 3.19. Bilanţul carbonului organic în epurarea biologică

Fig. 3.20 Schema unei instalaţii de epurare biologică aerobă prin procesul cu nămol activ

Fig. 3.21. Concentraţii ale clorului liber care, la diferite valori ale pH, ucid Escheria coli în 30 min.

Fig. 3.22. Variaţia concentraţiei clorului activ la tratarea cu clor a apelor cu conţinut de amoniac

Tipuri de procese Scop şi funcţii Se realizează prin:

Îngroşare Îndepărtarea apei; reducerea volumului; creşterea eficienţei proceselor următoare; omogeni-zare.

-Sedimentare-Flotare-Filtrare-- centrifugare

Stabilizare Diminuarea potenţialului pato-gen, reducerea volumului şi masei; diminuarea putrescibili-tăţii; produce gaz de fermentare combustibil (anaerobă).

- fermentare anaerobă

- stabilizare aerobă

Condiţionare Modificarea structurii; îmbunătăţirea filtrabilităţii; creşterea gradului de captare a solidelor, îmbunătăţirea compactibilităţii.

- condiţionare chimică

- condiţionare termică

- elutriere

- condiţionare cu mate-rial inert

Dezinfecţie Reduce potenţialul patogen; asigură valorificarea agricolă şi silvică.

- pasteurizare

- iradiere

- tratare cu var

- tratare cu clor

- compostare

Tabelul 3.8 Prelucrarea şi evacuarea nămolului (I)

Tipuri de procese Scop şi funcţii Se realizează prin:

Deshidratare Îndepărtarea apei; reducerea consumului de energie şi chel-tuelilor de transport în procesele următoare.

- platforme de uscare

- lagune

- vacuum filtre

- filtre presă

- centrifugă

- filtre presă cu bandă

Uscare Îndepărtarea avansată a apei; sterilizarea materialului

- uscător cu vetre etajate

- uscător rotativ

- uscător cu bandă

- atomizor

Ardere Distrugerea totală a materiilor organice ; îndepărtarea totală a apei; sterilizarea; conversia ma-terialului.

- incinerare

- oxidare umedă

- piroliză

Tabelul 3.8 Prelucrarea şi evacuarea nămolului (II)

Capitolul 4Principii generale de gospodărirea

apelor

Indicatorul normat Limita admisă

Temperatura, °C, max

pH

Cianuri (CN-), mg/l, max

Clor liber (Cl) mg/l, max

Hidrogen sulfurat şi sulfuri (H2S la pH=6,5), mg/l,max

Produse petroliere(păcură, motorină, uleiuri grele),mg/l,max

Indicatori pentru protecţia betoanelor împotriva agresivităţii apei

50*)

6,6 – 11,0

1,0

1,0*)

1,0*)

150

STAS 3349-64

Tabelul 4.1. Condiţiile de calitate care trebuie îndeplinite de apele uzate în secţiunea de control

Substanţa normată Concentraţia maximă admisă, mg/l

Substanţe fenolice (ca fenol)

Detergenţi anionactivi biodegradabili (substanţa activă)

Crom (Cr) total

Cupru (Cu)

Cadmiu (Cd)

Nichel (Ni)

Zinc 2)(Zn)

Plumb

50,0

50,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

Tabelul 4.2 Concentraţiile maxime admise la intrarea în staţia de epurare

Tipuri de ape N-total, mg/l

P2O5 , mg/l

K2O , mg/l

CaO , mg/l

Ape uzate orăşeneşti

Ape uzate de la industria textilă

Ape uzate de la topirea inului

Ape de la fabrici de amidon

109

32

40

319

42

6

60

175

68

100

350

624

116

61

160

-

Tabelul 4.3 Conţinutul mediu de îngrăsăminte al diverselor ape uzate industriale, în comparaţie cu apele orăşeneşti

Fig.4.1.Sistem tipic de epurare a apelor uzate.

Procesul cuprinde următoarele utilaje:1-sistem de grătare pentru reţinerea corpurilor solide de dimensiuni mari; 2-deznisipator ; 3-vas pentru flotaţie cu aer; 4-bazin pentru sedimentare primară ; 5- bazin pentru epurare biologică aerobă cu nămol activ ; 6- bazin pentru sedimentare primară.

Fig. 4.2. Corelaţia “efect ecologic – cheltuieli pentru depoluare”

Nr.Crt

Indicator de calitate Valori maxime admise la descarcarea in emisar

GVD1 r.Siret din Balta Malina

GVD2 +GVD3 in r.Siret din iazul Catusa +Soldana

Colector1

r. Faloaia

Colector 2

r.Faloaia

Colector 3

r.Faloaia

Colector 7

r. Faloaia

U.M.

1 pH 6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5 mg/l

2 Materii in suspensie 40 80 35 80 80 80 mg/l

3 CBO5 20 20 20 20 20 20 mg/l

4 CCOCr 70 70 70 70 70 70 mg/l

5 Reziduu filtrat 1250 1250 1000 1000 1000 1000 mg/l

6 Cloruri 200 200 200 200 200 200 mg/l

7 Sulfati 500 500 500 500 500 500 mg/l

8 Fenoli 0,1 0,3 0,1 0,1 0,1 0,1 mg/l

9 Substante extractibile

20 20 20 20 20 20 mg/l

10 Amoniu 10 10 3 3 3 3 mg/l

11 Azotati 15 25 10 10 15 10 mg/l

12 Azot total 15 15 15 15 15 15 mg/l

13 Sulfuri si H2S 1,2 1,2 0,5 1,2 1,2 1,2 mg/l

Tabel 4.4. Indicatorii de calitate ai apelor uzate conform Autorizaţiei de Gospodărire a Apelor

14 Cianuri totale 0,05 0,05 0,1 0,1 0,1 0,1 mg/l

15 Mangan 1,0 1,0 - 1,0 1,0 - mg/l

16 Magneziu 100 100 - 100 100 - mg/l

17 Calciu 250 200 - 250 250 300 mg/l

18 Fe Ionic 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 mg/l

19 Zinc 1,0 1,0 0,5 0,5 0,5 5,0 mg/l

20 Cupru 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 mg/l

21 Crom total 1,0 1,0 - 1,0 1,0 - mg/

22 Plumb 0,2 0,2 - 0,2 0,2 - mg/l

23 Nichel 0,5 0,5 - 0,5 0,5 0,5 mg/l

24 Cadmiu 0,2 0,2 - 0,2 0,2 - mg/l

25 Hidrocarburi aromatice policiclice (PAH)

0,1 0,1 - 0,1 0,1 - μg/l

26 Naftalina 2,4 2,4 - 2,4 2,4 - μg/l

27 Antracen 0,063 0,063 0 0,063 0,063 - μg/l

Nr crt Indicator de calitate U.M. Valorile limita admisibile

Metoda de analiza

1 pH mg/l 6,5-8,5 SR ISO 10523-97

2 Materii in suspensie mg/l 35-60 STAS 6953-81

3 CBO5 mg/l 20-25 STAS 6560-82SR ISO 5815-98

4 CCOCr mg/l 70-125 SR ISO 6060-96

5 Reziduu filtrat mg/l 2000 STAS 9187-84

6 Cloruri mg/l 500 STAS 8663-70

7 Sulfati mg/l 600 STAS 8601-70

8 Fenoli mg/l 0,3 STAS R 7167-92

9 Substante extractibile

mg/l 20 SR 7587-96

10 Amoniu mg/l 2-3 STAS 8683-70

11 Azotati mg/l 25-37 STAS 8900/1-71SR ISO 7890/1-98

12 Azot total mg/l 10-15 STAS 7312-83

Tabel 4.5.Indicatorii de calitate ai apelor uzate conform normativlui NTPA 001

13 Sulfuri şi H2S mg / l 10-15 STAS 7312-83

14 Cianuri totale mg / l 0,5 SR ISO 10530-97SR 7510-97

15 Mangan mg / l 0,1 SR ISO 6703/1-98STAS 7685-79

16 Magneziu mg / l 1 STAS 8662/1-96 SR ISO 6333-96

17 Calciu mg / l 100 STAS 6674-77SR ISO 7980-97

18 Fier ionic mg / l 300 SR ISO 6332-96

19 Zinc mg / l 5 STAS 8314-87

20 Cupru mg / l 0,5 STAS 7795-80

21 Crom total mg / l 1 STAS 7884-91SR ISO 9174-98

22 Plumb mg / l 0,2 STAS 8637-79

23 Nichel mg / l 0,5 STAS 7987-67

24 Cadmiu mg / l 0,2 STAS 7852-80SR ISO 5961-93

Capitolul 5Impactul apelor industriale uzate

asupra mediului inconjurator

Figura 5.1 Compoziţie tipica a apelor uzate

Contaminant Sursa Impactul asupra mediului

Suspensii solde

(SS)

Utilizare domestica, deşeuri industriale, eroziune prin infiltrare, scurgeri.

Conduce la depuneri de nămoluri si la condiţii anaerobe in mediul acvatic

Substanţe organice biodegradabile

Deşeuri urbane si industriale Cauzează o degradare biologica, care poate consuma oxigenul rezultând condiţii nedorite.

Patogeni Deşeuri municipale Transmiterea bolilor

Nutrienti Deşeuri municipale si industriale Poate cauza eutrofizarea

Compuşi organici refractari Deşeuri industriale Pot cauza probleme de gust si miros, pot fi toxice sau cancerigene

Metale grele Deşeuri industriale, miniere, etc. Sunt toxice

Solide anorganice dizolvate Solide anorganice dizolvate Poate împiedica reutilizarea efluentului

Tabelul 5.1 Contaminanţii importanţi din apa poluata

Substanţa Folosinţa Efecte

ALDRIN insecticide oncogenetice

DDT(diclorodifenil tricloretan insecticide carcinogenice

DIELDRIN insecticid oncogenetice

DINASEB erbicid fitotoxice

SILVEX erbicid de pădure fitotoxice

Tabel 5.2. Pesticide interzise

Substanţa chimică Doza limită, mg/l Doza minimă mortală, mg/l

Acid clorhidric 3 5

Acid sulfuric 0,2 – 0,1 2-5

Amoniac 5-10 14

Clorură de calciu 10 30

Sulfat de cupru 2,5 25

Cianură de potasiu 0,05 0,1

Tabelul 5.3. Valori ale dozei limită şi dozei minime mortale pentru anumiţi poluanţi

Nr. Crt.

Indicator de calitate Limita admisa [mg/dm3]

Preţ pentru depăşire [lei/kg]

Observaţii. Limita admisă conform NTPA...[mg/dm3]

1 Materii în suspensie 100 158 NTPA 001 → 60

NTPA 002 → 300

2 CBO5 60 709 NTPA 001 → 20

NTPA 002 → 300

3 CCOCr 100 318 NTPA 002

4 NH4 - 30 1,583 NTPA 002

5 Fosfor total 5 9,493 NTPA 002

6 Cianuri 0,5 94,972 NTPA 002

7 Sulfuri şi H2S 0,5 31,654 NTPA 002

8 Sulfiţi – SO3 10 1,582 NTPA 002

9 Sulfaţi – SO4 400 238 NTPA 002

10 Fenoli antrenaţi cu vapori de apă 30 158,288 NTPA 002

11 Substanţe extractibile cu eteri de petrol

20 9,493 NTPA 002

12 Detergenţi sintetici 0,5 NTPA 002

Tabel 5.4. Taxe suplimentare suportate de agenţii economici poluatori

Nr. Crt.

Indicator de calitate Limita admisa [mg/dm3]

Preţ pentru depăşire [lei/kg]

Observaţii. Limita admisă conform NTPA...[mg/dm3]

13 Plumb 0,5 31.654 NTPA 002

14 Cadmiu 0,1 158.288 NTPA 002

15 Cr3+ 1,0 3.164 NTPA 002

16 Cr6+ şi Cu 0,1 31.654 NTPA 002

17 Ni şi Mg 1,0 9.493 NTPA 002

18 Zn 1,0 31.654 NTPA 002

19 Clor liber 0,05 126.636 NTPA 002

20 Azotaţi 25 318 NTPA 001

21 Produse petroliere 1,0 9,493 NTPA 002

22 Fier total ionic 5,0 3,164 NTPA 002

23 Cloruri, calciu 300 283 NTPA 001

24 Reziduu fix filtrabil uscat la 150ºC 1200 158 R.A.R

Fig.5.2. Echilibrul CO2-CaCO3

Grupa de rezistenţă a materialului în apă vk, [g/m2.h] Hk [mm/an]

Super rezistente <0,0009 <0,001

Foarte rezistente 0,0009-0,009 0,001-0,1

Rezistente 0,0099-0,09 0,01-0,1

Relativ rezistente 0,09-0,9 0,1-1

Slab rezistente 0,9-9,1 1-10

Nerezistente >9,1 >10

Tabelul 5.4. Scara coroziunilor de impact ecologic a materialelor metalice

Grupa de caracterizare a apei

Gradul atacului biologic

Vb, [g/m2.h] Hb,

[mm/lună]

Super anti biologică Lipseşte 0 0

Anti biologică Slab 0,015-0,07 0,01-0,05

Acceptabil biologică Mediu 0,07-0,15 0,05-0,1

Biologică Puternic 0,15-0,75 0,1-0,5

Relativ biologică >0,75 >0,5

Tabelul 5.6. Scara depunerilor biologice de impact ecologic

Caracteristica Valoare

Temperatura, oC 35

Suspensii, mg/l 100

Potenţial de depuneri Nu are importanţă

Comportare faţă de îmbunătăţirea sărurilor Termostabilitate

Tabelul 5.7. Cerinţe impuse apei de răcire a cuptoarelor metalurgice

Scopul Suspensii, [mg/l]

Salinitate, [mg/l]

CBO5,

[mg/l]

Sectorul de utilizare

Apă de rărire fără contact

Cu produsul fabricat

10 500 5 Energetică, construcţia de maşini, industria chimică

Cu materia primă

20-100 500-1500 5-10 Metalurgie

Apă de răcire cu contact

Cu produsul fabricat

20-100 500-1500 5-10 Epurarea gazelor

Cu materia primă

10 500 5 Metalurgie

Procese de transport şi preparare a amestecurilor tehnologice

20-100 500-1500 5 Industria chimică

Tabelul 5.8. Cerinţe impuse apelor orăşeneşti uzate epurate folosite ca ape industriale

Substanţa poluantă sau indicatorul de încărcare

U.M. Valorile limită admisibile în funcţie de gradul de diluţie care se realizează

Gradul de diluţie

1 50 100

Materii în suspensie mg/l 25 100 200

Consumul biochimic de oxigen în 5 zile (CBO5)

mg/l 15 60 100

Hidrogen sulfurat şi sulfuri (H2S) mg/l 0,1 1 2

Cianuri (CN) mg/l 0,1 1 2

Fier total ionic mg/l 2 5 8

Mercur (Hg) mg/l 0,01 0,01 0,01

Cadmiu (Cd) mg/l 0,1 0,1 0,1

Plumb (Pb) mg/l 0,2 0,2 0,2

Zinc (Zn) mg/l 0,1 0,5 1

Detergenţi anionici biodegradabili mg/l 0,5 15 30

Fenoli antrenabili cu vapori de apă mg/l 0,02 0,3 0,6

Concentraţia ionilor de hidrogen (pH) - 6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5

Tabelul 5.9. Valorile limită admisibile ale principalelor substanţe poluante înainte de evacuarea lor în cursurile de apă

Caracteristica Apa introdusă în folosinţă

Apa după folosinţă

Termocentrale Furnale Oţelărie Rezervor de apă

Suspensii, mg/l 7,6 7,6 7,8 7,6 8,0

Oxidabilitate, mg O2/l

17,6 - 17,9 17,9 17,9

Nitraţi, mg/l 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0

Alcalinitate mg-echiv/l

4,5 4,5 4,5 4,5 4,5

Tabelul 5.10. Restricţii pentru calitatea relativ curate