Managementul deseurilor de tip namoluri

VII. Procese i procedee de prelucrare a nmolului

Procesele de prelucrare a nmolurilor sunt multiple i variate, n funcie de proveniena i caracteristicile lor, dar i n funcie de modul final de evacuare.

Clasificarea proceselor de prelucrare se poate face dup diferite criterii, cum ar fi reducerea umiditii, mineralizarea componentei organice etc.

n tabelul 7. se prezint o grupare a procedeelor de prelucrare sugernd posibilitatea alegerii unei scheme tehnologice convenabile fiecrui tip de nmol i condiiilor specifice locale.Tabelul 7 - Procedee de prelucrare a nmolurilor

Procedeede prelucrare a nmolului

Tip dengroareFermentareCondiionareDeshidratareUscareOxidareEvacuare

nmolOmoge-Igienizaretotalfinal

nizare

Gravita-FermentareChimicPlatforma pt.VetreIncine-ngrmnt

ionalanaerobuscareaetajaterareagricol

PRIMARnmoluluirotative

Depozitare

FermentareTermicFiltru pres

aerobMateriale

Vacuumconstrucii

filtruAtomi-

FlotareStabilizarenghearezareOxid.Agent de

chimicCentrifugumed

SECUNDARcondiio

Tratare termicCu material inertFiltru bandConcentrator rotativUscare solarPiroliznarea solului

Centrifu-Evacuare n

gareCompostareLagunsubteran sau

DE LAn

TRATAREmediu marin

CHIMIC

VII. 1. ngroarea nmoluluiAceast metod constituie cea mai simpl i larg rspndit metod de concentrare a nmolului, avnd drept rezultat reducerea i ameliorarea rezistenei specifice la filtrare. ngroarea se poate realiza prin decantare, flotare sau centrifugare, gradul de ngroare depinznd de mai multe variabile, dintre care mai importante sunt: tipul de nmol, concentraia iniial a solidelor, temperatur, utilizarea agenilor chimici, durata de ngroare etc.

ngroarea gravitaional se realizeaz n instalaii convenionale de tipul decantoarelor circulare, avnd radierul cu pant spre centru, dotate cu echipamente mecanice de amestec lent, pentru a favoriza dirijarea nmolului spre centru, de unde se extrage, apa separat evacundu-se pe la partea superioar.ngroarea prin flotare se aplic pentru suspensii care au tendina de flotare i sunt rezistente la compactare prin ngroare gravitaional.

Procesul de flotare cu aer se poate realiza prin: flotarea cu aer dispersat, flotare cu aer dizolvat sub presiune, flotare cu aer la presiune negativ i flotare biologic. Cel mai larg utilizat este procesul de flotare cu aer dizolvat sub presiune, care prin destindere la presiunea apropiat de cea atmosferic elimin bule fine (d 80 ), care se ataeaz sau se nglobeaz n flocoanele de nmol i le ridic la suprafa. Pentru asigurarea unei concentraii convenabile de materii n suspensie la alimentare, se practic recircularea unei fraciuni de efluent.

ngroarea prin centrifugare se aplic n general pentru nmolul activ n exces, atunci cnd nu se dispune de spaiu pentru alte instalaii mai puin compacte.

VII.2. Fermentarea nmolului

Fermentarea nmolului, n vederea unei prelucrri ulterioare sau a depozitrii se poate realiza prin procedee anaerobe sau aerobe - primele fiind cel mai des folosite. n procesul de fermentare, materialul organic este mineralizat, iar structura coloidal a nmolului se modific. Nmolul fermentat poate fi mai uor deshidratat, cu cheltuieli mai mici dect n cazul nmolului brut.

Produse finale ale fermentarii sunt : - materiile solide totale mai mult sau mai putin stabile, deoarece acestea mai contin inca materii organice ; -apa de namol incluzand materii solide coloidale ; -gazele de namol.Fermentarea anaerob a nmoluluiCinetica fermentrii anaerobe se desfoar sub influena a dou grupe principale de bacterii:-facultativ anaerobe, acido-productoare, care transform substaneleorganice complexe (hidrai de carbon, proteine, grsimi) n substane organice maisimple (acizi organici, alcooli, cetone etc) cu ajutorul enzimelor extracelulare;

-anaerobe, metano-productoare, care utilizeaz ca hran moleculele maisimple de substane organice i cu ajutorul enzimelor intracelulare sunttransformate n compui simpli: ap, bioxid de carbon i metan.

Factorii care influeneaz procesul de fermentare se pot grupa n dou categorii:-caracteristicile fizico-chimice ale nmolului supus fermentrii:concentraia substanelor solide, raportul mineral / volatil, raportul dintrecomponenta organic i elemente nutritive, prezena unor substane toxice sauinhibitoare etc;-concepia i condiiile de exploatare ale instalaiilor de fermentare:temperatura, sistemul de alimentare i evacuare, sistemul de nclzire, derecirculare, de omogenizare, timpul de fermentare, ncrcarea organic etc.

Concentraia substanelor solide din nmol trebuie s fie astfel aleas nct s asigure apa fiziologic necesar bacteriilor. Se recomand concentraii de 5-10% materii solide. Concentraii mai ridicate ale materialului, peste 12% creeaz dificulti la pompare i omogenizare.

Componenta organic a fazei solide prezint, de asemenea, importan n procesul de mineralizare i n producia gazului. Se apreciaz c o reducere minim de 50% a componentei organice asigur o stabilitate relativ a nmolului. Compoziia gazului nu este influenat de gradul de descompunere al materiei organice, ci de componentele organice.Principalele grupe de substane organice prezente n componenta volatil, cu implicaie asupra cantitii i compoziiei gazului de fermentare sunt: hidraii de carbon, proteinele i grsimile.Componenta mineral , n special srurile de azot i fosfor prezint importan n fermentarea anaerob. Sunt stabilite anumite rapoarte optime ntre carbon organic, azot i fosfor, o producie bun de gaz obinndu-se la raportul Corg/ Norg = 13 - 14. O serie de cationi ( Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH+) produc inhibarea fermentrii anaerobe la concentraii peste 10 g/l. Srurile de sodiu sunt relativ toxice fa de bacteriile metanice, astfel c n cazul de neutralizare a nmolului supus fermentrii este indicat s se evite hidroxidul de sodiu.

Influena substanelor toxice ca: nichel, crom (tri- i hexavalent), zinc, cupru, plumb etc. au efect de inhibare i dereglare a procesului de fermentare anaerob. Limitele de inhibare i dereglare a procesului sunt uneori controversate, influena toxic a metalelor fiind strns corelat cu prezena sulfurilor care produc, cu ionii metalici, complexe netoxice pentru bacterii.

O alt categorie de substane cu caracter inhibitor sau toxic sunt i unele substane organice, n concentraie mare, cum ar fi alcool metilic, etilic, propilic, izoamilic, benzen, toluen, peste 1 g/l; alcooli superiori peste 0,1 - 0,2 g/l; substane tensioactive peste 20 mg/l ,nmol. De asemenea pesticidele, n special cele organo-clorurate, produc dereglri n procesul de fermentare.

Influena pH-ului . Fermentarea anaerob se desfoar n condiii optime la pH = 6,8 - 7,6, interval n care producia i compoziia gazului sunt normale. Modificarea pH-ului apare la modificarea calitii nmolului de alimentare sau la exploatarea incorect a instalaiei

Influena temperaturii. n general, fermentarea anaerob se poate realiza ntr-un interval larg de temperatur, ntre 4 i 60C, cu aclimatizarea microorganismelor n anumite zone de temperatur. Viteza de mineralizare este influenat de temperatur, n sensul creterii duratei de mineralizare cu scderea temperaturii.

Din punct de vedere termic, procesele de fermentare anaerob se pot clasifica n trei categorii:- fermentare criofil (fr nclzire) la temperatura mediului ambiant;

- fermentare mezofil (32-35C);- fermentare termofil (55C).n practic este larg aplicat fermentarea mezofil.Fermentarea termofil, dei prezint unele avantaje, ca reducerea duratei de fermentare i deci a volumului instalaiilor, este totui rar utilizat, ntruct implic consumuri suplimentare de energie caloric (mai ales n perioada de iarn) i formeaz cruste i spume n bazine.Fermentarea aerob a nmoluluiAcest proces const, ca i fermentarea anaerob, dintr-un proces de degradare biochimic a compuilor organici uor degradabili.

Fermentarea aerob se realizeaz n practic prin aerarea separat a nmolului (primar, secundar sau amestec) n bazine deschise. Fermentarea aerob a nmolului se recomand mai ales pentru prelucrarea nmolului activ n exces, cnd nu exist treapt de decantare primar, sau cnd nmolul primar nu se preteaz la fermentare anaerob. Avantajele procedeului sunt:- exploatare simpl;- lipsa mirosurilor neplcute;-igienizarea nmolului (reducerea numrului de germeni patogeni) ireducerea cantitii de grsimi.

Dintre dezavantaje se semnaleaz, ca mai importante, consumul de energie pentru utilajele de aerare proprii, comparativ cu fermentarea anaerob care produce i gaz de fermentare.

Un nmol se consider fermentat aerob cnd componena organic s-a redus cu 20-25%, cantitatea de grsimi a ajuns la maximum 6,5 % (fa de substana uscat), activitatea enzimatic este practic nul, iar testul de fermentabilitate este negativ.Instalaiile de fermentare aerob se dimensioneaz, de regul, pentru durata de retenie de 8-15 zile, n funcie de caracteristicile nmolului, n care se include i o perioad de aclimatizare la condiiile aerobe (nmol primar).

Comparnd cele dou sisteme de stabilizare biologic a nmolului organic, apare net avantajos procedeul de stabilizare anaerob, mai ales sub aspectul energetic. n tabelul 12. se dau date comparative ale celor dou procedee.Tabelul 12 - Date comparative privind fermentarea anaerob i aerob

MetodaPerioada de retentie

zile Consum de energie

KWh/m3 nmol Caracteristici

Fermentare8-155-10Simpl; cost sczut de

aerobinvestiie; consum mare de

energie

Fermentare15-200,2 - 0,6Cost de exploatare ridicat; cost

anaerobde investiie ridicat; consum

mic de energie; producie de

gaz (surs de energie)

VII.3. Condiionarea SAU COAGULAREA nmolului

Aducerea nmolurilor primare, secundare sau stabilizate n categoria nmolurilor uor filtrabile se realizeaz n principal, prin condiionare chimic sau termic. Se pot obine, teoretic, rezultate satisfctoare i prin adaos de material inert (zgur, cenu, rumegu etc.), dar acest procedeu prezint dezavantajul de a crete considerabil volumul de nmol ce trebuie prelucrat n continuare.

Condiionarea chimicAgenii de condiionare chimic a nmolului se pot grupa n trei categorii:

- minerali: sulfat de aluminiu, clorhidrat de aluminiu, clorur feric, sulfat feros ,oxid de calciu, extracte acide din deeuri;- organici: polimeri sintetici (anioni, cationi sau neionici), produi depolicondensare sau polimeri naturali;

- micti: amestec de polimeri sintetici cu sruri minerale sau amestec decoagulani minerali.Reactivii anorganici cei mai des utilizai pentru condiionarea nmolului sunt clorura feric i varul, fiecare avnd un cmp de aciune propriu. Sulfatul feros este mai economic, dar are o aciune corosiv. Srurile de aluminiu, n special clorhidratul de aluminiu, sunt eficiente, mai puin corosive, dar costul este mai ridicat.Dintre polimerii organici, cei cationici se pot utiliza singuri, iar cei anionici i neionici, n asociere cu ali coagulani minerali. n general, dozele de polimeri organici sunt mult mai reduse dect la cei minerali, dar costul este nc ridicat. Alegerea coagulantului i doza optim se fac pe baza ncercrilor experimentale de laborator, ntruct alegerea depinde de proveniena nmolului, compoziia sa chimic, gradul de dispersie, tehnologia de deshidratare ce urmeaz a se aplica etc.Condiionarea termicAcest mod de condiionare se realizeaz la temperaturi de 100-200C, presiuni de 1-2,5 atm i durate de nclzire pn la 60 min, depinznd de tipul i caracteristicile nmolului i de procesul utilizat. Prile principale ale unei instalaii de condiionare termic sunt: reactorul, n care se realizeaz tratarea nmolului la temperaturi menionate mai sus; schimbtorul de cldur, n care nmolul proaspt este prenclzit de nmolul tratat; boilerul pentru prepararea aburului necesar ridicrii temperaturii n reactor i decantorul de nmol tratat.

Avantajele principale ale condiionrii termice sunt: lipsa mirosurilor neplcute n timpul condiionrii, condiionare fr adaos de substane chimice i sterilizarea nmolului.Alte procedee de condiionareCondiionarea prin ngheare produce un efect similar cu condiionarea termic. La temperaturi sczute, structura nmolului se modific, iar la dezgheare cedeaz cu uurin apa.Condiionarea cu material inert trebuie analizat pentru anumite tipuri de nmol i surse de materiale inerte locale, fie pentru creterea puterii calorice a nmolului (n cazul incinerrii), fie pentru valorificarea nmolului (agricol, ameliorarea solului, redare n circuitul agricol).

VII.4. Deshidratarea nmolului

n scopul prelucrrii avansate sau eliminrii finale, apare necesitatea reducerii coninutului de ap din nmol pentru diminuarea costurilor i volumelor de manipulat.n cazul staiilor mici de epurare (debite mici de nmol), deshidratarea se poate realiza prin procedee naturale (platforme pentru uscarea nmolurilor sau iazurilor de nmol) n cazul n care se dispune de spaiu i sunt asigurate condiiile de protecie ale mediului nconjurtor (protecia apelor subterane, aezrilor umane, aerului etc).Metodele mecanice de deshidratare sunt larg aplicate pentru diferite tipuri de nmol (nmol brut, fermentat, de precipitare etc). Pentru a obine o separare eficient a fazelor se impune condiionarea prealabil a nmolului.Deshidratarea natural pe platforme de uscare a nmolului este larg utilizat, avnd n vedere simplitatea construciei i costul redus de exploatare.Platformele de uscare sunt suprafee de teren ndiguite n care se depoziteaz nmolul. Dimensiunile platformelor de uscare sunt alese n funcie de metoda adoptat pentru evacuarea nmolului deshidratat. Cnd evacuarea nmolului se face manual, limea patului nu trebuie s depeasc 4 m; evacuarea cu mijloace mecanizate permite o lime de pn la 20 m. Lungimea platformelor de uscare este determinat, n principal, de panta terenului i nu trebuie s depeasc 50 m. Platformele pot fi aezate pe un strat de baz permeabil sau impermeabil. Stratul de drenaj permeabil se execut din zgur, pietri sau piatr spart cu o grosime de 0,2-0,3 m (stratul de susinere), peste care se aeaz un strat de nisip sau pietri mai fin, cu o grosime de 0,2 - 0,6 m. n stratul de susinere se ngroap tuburile de drenaj pentru colectarea apei drenate.Grosimea stratului de nmol ce se trimite pe paturi depinde de caracteristicile materialului i de climatul zonei respective. n general, o nlime de circa 0,20 m este recomandabil pentru o clim temperat.Determinarea duratei de deshidratare a nmolului pe platformele de uscare presupune cunoaterea proprietilor fizico-chimice ale nmolului i regimului climatic al zonei respective. n general, n climat temperat, durata de deshidratare este cuprins ntre 40 i 100 zile, ceea ce nseamn c, n total, se poate conta pe o grosime de nmol ce se rspndete pe platform de 1,5 - 2,0 m pe an, respectiv o productivitate de 80-100 kg substan uscat/m2an.Deshidratarea mecanic pe vacuum-filtre este procedeul tehnic cel mai larg utilizat n prezent pentru drenajul artificial al apei. Forma constructiv a vacuum-filtrelor poate fi diferit (cu disc, taler sau tambur), vacuum-filtrele cu tambur fiind cele mai utilizate pentru deshidratarea nmolurilor provenite din epurarea apelor uzate. Productivitatea vacuum-filtrelor la deshidratarea nmolurilor provenite din epurarea apelor variaz n limite largi: 5-10 kg /m2h pentru nmol activ proaspt i fermentat, 20 - 25 kg / m2 h pentru nmol amestecat fermentat i circa 30 kg/m2h pentru nmolul primar fermentat.Deshidratarea nmolurilor pe vacuum-filtre prezint avantajul funcionrii continue (spre deosebire de filtrele pres) i a capacitii mari de filtrare. Dintre avantaje se pot semnala degradarea relativ rapid a pnzelor filtrante, umiditatea destul de ridicat a turtei (70-80%) i consum de energie mai mare dect al filtrelor pres.Deshidratarea mecanic pe filtre presCaracteristica principal a acestor utilaje este concentrarea unei mari suprafee de filtrare ntr-un echipament de dimensiuni reduse.

Filtrele pres pot fi adaptate pentru o gam larg de suspensii. Exist multe variante constructive de filtre pres, deosebirile principale constnd n forma i modul de funcionare a elementelor filtrante.

n aceste instalaii, nmolul ngroat sau condiionat este pompat cu pompe speciale n camerele filtrului pres. Dup umplerea camerelor se face deshidratarea prin creterea presiunii, n final rmnnd n camer o turt cu umiditate redus, chiar sub 40%. Consumul de energie electric este de circa 3 kWh/m3nmol.Durata de deshidratare a nmolurilor pe filtre de pres se calculeaz pe baza a dou componente eseniale i anume tipul de deshidratare propriu-zis sau timpul de presare i durata de ncrcare i descrcare a filtrului sau timpul auxiliar. Timpul auxiliar poate fi egal cu timpul de presare n cazul filtrelor pres cu ncrcare i descrcare manual sau mai redus 10-15 min, la instalaiile moderne.

Principalele avantaje ale filtrelor - pres sunt capacitatea mare de filtrare, consum redus de energie, umiditatea sczut a turtelor. Dintre dezavantaje se semnaleaz consum mare de material filtrant, consum ridicat de reactivi pentru condiionare, consum mare de manoper.Deshidratarea mecanic prin centrifugareDeshidratarea prin centrifugare poate fi definit ca o decantare accelerat sub influena unui cmp centrifugal, mai mare de dou ori dect fora gravitaiei. Tendina actual se manifest ctre utilizarea centrifugelor cu rotor compact i funcionare continu. Aceste echipamente se pot grupa n trei categorii, cu domenii specifice de aplicare:- centrifuge cu rotor conic, care produc o bun deshidratare i centratlimpede, dar neadecvate pentru solide fine;

- centrifuge cu rotor cilindric, care produc, n general, un centrat limpede;-centrifuge cu rotor cilindro-conic, care produc i turte bine deshidratatei centrat limpede.Deshidratarea mecanic pe filtru pres cu bandAcesta este un echipament construit i introdus recent pentru deshidratarea nmolului. n general, se obin performane bune, cu nmoluri avnd o concentraie iniial n solide de circa 4%.

VII.5. Uscarea

Reducerea avansat a umiditii nmolului se poate realiza prin evaporarea forat a apei, pn la o umiditate de 10-15%, n instalaii speciale i cu aport de energie exterioar.Principalele tipuri de instalaii utilizate pentru uscarea termic a nmolului sunt: usctoare cu vetre etajate, usctoare rotative i usctoare prin atomizare. Pentru cantiti mici de nmoluri cu coninut de metale, pentru reintroducerea n circuitul economic, prin ntreprinderile de prelucrarea minereurilor, s-a utilizat tehnologia de uscare cu energie solar cu instalaie de uscare cu platouri suprapuse. Aerul cald obinut de la captatorii solari poate fi utilizat pentru uscarea nmolului i pe platforme de uscarea nmolului nchise i cu ventilaie forat.VII.6. Incinerarea nmolului

Dac nmolurile rezultate din epurarea unor ape uzate industriale conin compui organici i/sau anorganici toxici ce nu permit valorificarea agricol, depozitarea pe sol sau aplicarea procedeelor de recuperare a substanelor utile, se face apel la incinerare ca singura alternativ acceptabil. n timpul incinerrii compuii organici sunt oxidai total, iar compuii minerali sunt transformai n oxizi metalici ce se regsesc n cenu.Pentru incinerare se recomand reducerea prealabil a umiditii nmolului brut i evitarea stabilizrii aerobe sau fermentrii anaerobe, care diminueaz puterea caloric a materialului supus incinerrii.

Toate instalaiile de incinerare trebuie echipate cu instalaii de splare sau filtrarea gazelor de ardere, pn la obinerea unui coninut de suspensii (cenu) la evacuare de 150-200 g/m3.Incinerarea nmolului semiplastic, cu putere caloric mic i coninut ridicat de ap impune echipament special, pentru a menine un raport adecvat suprafa/volum n timpul combustiei.n acest scop, pentru incinerarea nmolului se utilizeaz cuptoare rotative cilindrice, cu vetre multiple sau cu pat fluidizat.

Cuptorul rotativConst dintr-un cilindru cptuit cu material refractar, cu axul puin nclinat fa de orizontal. Nmolul este injectat la captul amonte i, n timp ce este ars, este transportat la cealalt extremitate prin micarea de rotaie a cilindrului. Pentru a asigura o bun funcionare a cuptorului este necesar s se mruneasc materialul, nainte de alimentare, pentru a obine o suprafa suficient de mare i a asigura o distribuie uniform a acestuia.

Cuptorul cu pat fluidizatConst dintr-un cilindru vertical, echipat cu dispozitive de injectare a aerului la partea inferioar i un suport pentru susinerea stratului de nisip fin care este fluidizat cu ajutorul aerului insuflat. Nmolul se introduce la partea superioar. Instalaia de incinerare cu strat fluidizat cuprinde urmtoarele faze: pregtirea nmolului (reinerea corpurilor grosiere, mrunirea sub 10 mm, deshidratarea mecanic) i combustia propriu-zis a materialului la o temperatur de 600....800C. Apa din nmol se evapor, n timp ce substana combustibil se gazeific i arde cu adaos, uneori, de combustibil convenional.

Cuptorul cu vetre multipleSe compune, n esen, dintr-un cilindru vertical din oel cptuit cu crmid refractar i un ax central, care se rotete cu 1 rotaii/minut i pe care se monteaz braele de agitare. Prile axului i agitatorului din zona de combustie trebuie s fie confecionate din materiale rezistente la temperaturi ridicate. n acest tip de instalaie se creaz trei zone de combustie: zona de uscare, zona de combustie i zona de rcire. Nmolul este injectat la partea superioar i este injectat la partea inferioar datorit braelor de agitare, care asigur i repartizare pe vetre, pentru a se obine o suprafa de contact ct mai mare. Aerul necesar combustiei este introdus la partea inferioar; aerul rece este prenclzit n prenclzitor, unde cenua cald evacuat transfer cldur aerului.

Alte tipuri de instalaiiPentru incinerarea nmolului sau altor reziduuri industriale apoase se mai utilizeaz instalaii de oxidare umed, instalaii de piroliz, incinerare prin automatizare etc.24