Metode alternative de epurare a apelor

FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013

Axa prioritară nr. 3 „Creşterea adaptabilităţii lucrătorilor şi a întreprinderilor” Domeniul major de intervenţie 3.2. „Formare şi sprijin pentru întreprinderi şi angajaţi pentru promovarea adaptabilităţii” Titlul proiectului: : „COPMED – COMPETENTE PENTRU PROTECTIA MEDIULUI” Contract nr. POSDRU/81/3.2./S/52242

Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 –„Investeşte în oameni!

Septembrie 2010

Metode alternative de epurare a apelor

Prof.dr.ing. Cristina Costache1, Prof.dr.ing.Dan Robescu,

Prof.dr.ing. Diana Robescu Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, România

[email protected]

Rezumat: Apele uzate din domeniul industrial şi menajer trebuie epurate înainte de a fi

deversate în mediul înconjurător. O metodă alternativăde epurare constă în Un

utilizarea epurării ”naturale” în iazuri şi lacuri. Se prezintă epurarea cu ajutorul

plantelor în varianta cu flux orizantal, cu flux vertical şi cu flux superficial precum

şî mecanismele care stau la baza îndepărtării principalilor poluanţi din ape.

Cuvinte cheie: fitoepurare, plante emergente, fitoepurare cu flux orizontal, fitoepurare cu

flux vertical, fitoepurare cu flux superficial, epurare biologică

Introducere

Apele uzate provenite din domeniul menajer sunt colectate intr-un sistem de

canalizare şi conduse spre staţia de epurare. Metodele de epurare a apelor uzate care

utilizează echipamente mecanice şi care necesită un consum de energie sunt considerate

metode convenţionale. Alături de acestea există tehnici care simulează acţiunea „naturală”

de epurare şi care se desfăşoară în iazuri şi/sau în lacuri care se pot denumi metode

alternative. Metodele alternative de epurare se aplică apelor uzate provenite de la

comunităţi de peste 50 le (1 locuitor-echivalent este încărcarea organică biodegradabilă cu

un consum biochimic de oxigen la 5 zile (CBO5) de 60 g O2/zi. Se consideră că un om

produce zilnic această cantitate de materii organice poluante în urma metabolismului şi a

activităţilor menajere).

Fitoepurarea (epurarea apelor cu ajutorul plantelor)

O metodă de epurare utilizată din vechi timpuri şi aprofundată la sfârşitul anilor

’70 în Germania este fitoepurarea sau epurarea cu ajutorul plantelor.

2 BIOTEHNOLOGIA – TRATAREA APELOR POLUATE

Biotehnologii pentru protectia mediului

Aplicarea acesteia este utilă în treapta a doua sau a treia de epurare şi poate

conduce la următoarele randamente de îndepărtare: (Vyzamal, 1998).

CBO5........................................70-90%

SS..............................................70-90%

Azot...........................................50-80%

Fosfor........................................30-50%

Bacterii......................................90-99%

Fitoepurarea prezintă o serie de avantaje cum sunt:

- construcţie simplă care constă dintr-un bazin cu un consum energetic

redus,

- un impact limitat asupra mediului,

- manipulare şi gestionare simple şi cu costuri reduse,

- operarea nu este influenţată de variaţia încărcării hidraulice şi organice

- absenţa mirosului.

Totuşi există câteva dezavantaje care se referă la:

- necesitatea unor spaţii mari

- timp relativ lung până la atingerea regimul de funcţionare (10-15 luni.)

Sistemele de fitoepurare se prezintă în multe variante legate de plantele folosite,

sensul de curgere al apei, modul de impermeabilizare a spaţiului de lucru. Plantele acvatice

sunt plutitoare, emergente când rădăcina este pe fundul bazinului, iar restul este deasupra

apei şi plante submergente cu rădăcina şi restul plantei sub nivelul apei.

Fluxul de apă uzată este sub nivelul apei (subteran) ceea ce determină o protecţie

Fig.1 Epurarea apelor uzate cu curgere orizontală sub nivelul apei (Brix, 1993)

termică a sistemului în timpul iernii şi împiedică dezvoltarea insectelor. Sistemul posedă o

zonă în care plantele sunt adaptate.

O primă variantă de sistem de fitoepurare este cel în care curgerea este de la

stânga la dreapta, orizontală. Bazinul în care plantele sunt adaptate este impermeabilizat şi

umplut cu materiale inerte de preferinţă pietriş. La intrarea şi la ieşirea din bazin a fluxului

de apă există 2 zone în care granulometria este mare pentru a asigura drenajul

corespunzător al efluentului. Materialele inerte au rolul de suport în care se dezvoltă

rădăcinile macrofitelor emergente (Phragmites, Scirpus, Typha). Fluxul de apă rămâne




Septembrie 2010

constant sub nivelul patului de pietriş şi curge orizontal datorită unei uşoare înclinări a

fundului bazinului (1 %). Nivelul apei în interiorul bazinului se reglează prin intermediul

unei conducte de evacuare.

O altă variantă a fitoepurării se prezintă în fig.2. Diferenţa faţă de varianta

anterioară se referă la materialul de umplutură dispus în straturi după cum urmează nisip,

nămol şi pietriş, la curgerea verticală a fluxului de apă şi cu evacuarea apei epurate la

fundul bazinului. Alimentarea cu apă uzată se face uniform şi la suprafaţă.

Fig.2 Epurarea apelor uzate cu curgere verticală sub nivelul apei (Brix, 1993)

A treia variantă de lucru constă în alimentarea cu apă uzată la suprafaţă (free

water surface-FWS) a bazinului cu macrofite a căror rădăcini sunt emergente şi/sau

macrofite plutitoare. Plantele folosite în acest sistem sunt aceleaşi ca şi în cazul sistemului

în care fluxul de apă este subteran la care se mai adaugă şi altele cum este Carex aquatilis.

Fluxul de apă este orizontal şi bazinul ese prezintă sub forma unui canal cu adâncimea

maximă de 40 m. Terenul din vecinătate trebuie protejat şi de aceea bazinul trebuie

impermeabilizat. Un astfel de sistem prezintă o eficienţă redusă de epurare în comparaţie cu

sistemul subteran şi necesită spaţii foarte mari motiv pentru care este recomandat în

următoarele cazuri:



- când plantele reproduc o zonă umedă, adică prezintă importanţă din

punctul de vedere al naturii: bazinul este integrat în mediu, se îmbunătăţeşte

peisajului natural şi este favorizată biodiversitatea;

Fig.3 Epurarea apelor cu flux superficial (macrofite emergente) (Brix, 1993)

- când rezultă o dezinfecţie a efluentului avansată ca urmare a unui timp

lung de şedere în bazin sub expunere permanentă la radiaţiile solare;

- când este posibilă îndepărtarea azotului;

- când apa care intră în bazin este deja parţial epurată şi nu există riscul

apariţiei de mirosuri şi nici de dezvoltare a insectelor în această zonă.

Dacă în sistemele de epurare convenţionale, factorii fizici, chimici şi biologici

contribuie la epurarea efluentului, în cazul sistemelor alternative de epurare, rolul principal

îl au bacteriile care găsesc condiţiile ideale pentru a se dezvolta datorită substratului organic

existent dispus pe materialele inerte şi pe rădăcinile plantelor care funcţionează ca suport pe

care acestea să adere. In acest sens fitoepurarea este similară cu procesele traditionale de

epurare cu biomasă aderentă pe biodiscuri sau filtre percolante cu deosebirea că acestea din

urmă necesiţă o energie mecanică suplimentară pentru a oxigena biomasa.

In fitoepurare plantele sunt cele care transferă oxigenul din atmosferă în faza

lichidă (efluentul poluat), de la părţile aeriene ale plantelor spre rădăcinile lor; cu ajutorul

rădăcinilor oxigenul se împrăştie în zonele înconjurătoare venind astfel în contact cu apa

poluată. Datorită zonelor cu material solid difuzia gazelor este uşor împiedicată şi ca

urmare există porţiuni de lichid fără oxigen, dar nu reprezintă un neajuns ci este utilă în

epurarea apelor.

In tabelul 1 se prezintă mecanismele de îndepărtare a principalilor poluanţi

prezenţi în apele uzate.

Tabel 1 Mecanisme de îndepărtare a principalilor poluanţi la fitoepurare

(Sigmund, 2005)




Septembrie 2010

Poluant

Mecanismul de îndepărtare

solide în suspensie sedimentare

filtrare

solide coloidale metabolismul bacterian

adsorbţie

filtrare

CBO5 metabolism bacterian

sedimentare

azot metabolism bacterian

absorbţia plantelor

sedimentare

fosfor adsorbţie

metabolism bacterian

precipitare

absorbţia plantelor

sedimentare

sacterii şi viruşi distrugere naturală

metabolismul plantelor

sedimentare

Solidele se retin prin filtrare şi sedimentare în zona de la intrarea în bazin. In

apele uzate menajere, solidele aflate în suspensie sunt de natura organică şi de aceea în

prezenţa bacteriilor o parte sunt transformate în substante inerte sau gaze şi o altă parte sunt

absorbite de plante; datorită tendinţei de acumulare a solidelor pe plante şi pentru a se evita

colmatarea stratului de material inert este important ca la intrarea în bazin să există o zonă

cu pietriş aşezat în straturi cu granulometrie în descreştere.

Fosforul din apele uzate se reţine prin adsorbţie, complexare sau precipitare.

Reacţiile sunt influenţate de o serie de factori: tipul de sol, pH, potenţialul redox. Adsorbţia

este un proces electrostatic în care fosforul sub formă de ion fosfat se leagă de un metal,

fier sau aluminiu sau de carbonatul de calciu prezent pe particulele solide ale materialului

care căptuşeşte bazinul.

Argila prezintă o capacitate mare de adsorbţie spre deosebire de pietrişul prezent

în bazin a cărui capacitate este limitată. Capacitatea de adsorbţie a unui sol este valabilă



până la ocuparea tuturor poziţiilor disponibile adică până când nu mai există ioni de Fe şi

Al disponibili să formeze precipitatul de fosfat de fier şi fosfatul de aluminiu.

Metabolismul bacterian contribuie într-o mică măsura la îndepărtarea fosforului

ceea ce explică de ce randamentul de epurare este puţin peste 50% după primii ani de

activitate a plantelor.

Substantele organice (CBO5) sunt parţial degradate de bacterii aerobe

heterotrofe prezente în rădăcinile plantelor şi o altă parte de bacteriile anaerobe sau

facultative (ultimele trăiesc în prezenţa şi în absenţa oxigenului) care sunt prezente în

zonele mai depărtate de rădăcini. Procesele aerobe sunt importante, sunt localizate în zona

înconjurătoare unui sistem de fitoepurare şi sunt mai rapide decât cele anaerobe. Acest fapt

se explică prin aceea că degradarea anaerobă decurge în mai multe etape cu formarea

acidului lactic, metanolului şi etanolului. Azotul din apele uzate se găseşte mai ales sub

formă amoniacală ( ion NH4+) ca produs de descompunere al proteinelor şi sub formă

organică (aminoacizi, uree, particule organice). Intr-o mică măsură se mai găseşte ca ion

azotat sau în forma oxidată ca acid azotic care este neglijabil. Indepărtarea azotului decurge

după reacţiile următoare:

azot organic→ NH4+

NH4+

+ 1,5 O2 → 2H+ + H2O + NO2

-

NO2- + 0,5 O2 → NO3

-

NO3- + substante organice → O2+ N2

Aceste reacţii au loc în prezenţa microorganismelor specializate şi astfel în

sistemele de fitoepurare o parte din biomasă participă la reacţiile azotului. Alte mecanisme

de îndepartare a azotului sunt degajarea amoniacului gazos, absorbţia de către unele părţi

ale plantelor şi adsorbţia amoniacului de către materialul de umplutură al bazinului.

Alternarea în mediul de filtrare a zonelor aerobe cu cele anaerobe contribuie de

asemenea la distrugerea bacteriilor patogene şi a viruşilor.

Concluzii

Plantele indicate în aceste sisteme sunt: Phargmites, Scyrpus, Typha datorită

următoarelor caracteristici:

-capacitate bună de dezvoltare pe orice teren cu granulometrie diversă, in conditii

climatice diferite;

-rezistenţă la încărcare organica mare;

-datorită unei dezvoltări considerabile a sistemului radicular formeaza o suprafaţă mare

de contact mare cu apa uzată.

Bibliografie

1. Brix H., Use of subsurface constructed wetlands for wastwater treatment-an

overview, Proc of IAWQ International seminar, 1995

2. Vymazal J. et al., Constructed wetlands for wastewater treatment in Europe,

Backhuys Publishers, Leiden, 1998

3. Stottmeister U. şi col., Effects of plants and microorganisms in constructed

wetlands for wastewater treatment, J.Biotechnology Advances 22 (2003), 93-117

4. Sigmund C., Teoria e practica della depurazione delle acque reflue, Dario

Flaccovio Editore, 2005.

Metode alternative de epurare a apelor

Documents

Transcript of Metode alternative de epurare a apelor