DESPRE EPURARE - STATII DE EPURARE

 

       Primele statii de epurare au aparut in Anglia în secolul XIX. Initial s-au realizat canalizari, care au rezolvat problema epidemiilor hidrice, dar au facut din Tamisa un râu mort ce degaja miros pestilential, incat in geamurile parlamentului au trebuit atarnate carpe imbibate cu clorura de calciu. Abia atunci s-a trecut la realizarea de statii de epurare. Tot in Anglia s-au pus bazele monitoringului pentru statii epurare. Parametrul "consum biochimic de oxigen" CBO5 a fost introdus in 1898 - temperatura de 20 C, timp de rezidenta în rau 5 zile, tip de poluare predominanta fiind cea fecaloid-menajera si a devenit foarte important pentru proiectare unei statii de epurare.

       In SUA, in 1984 existau 15438 de statii epurare care deserveau o populatie de 172 mil. locuitori, adica 73,1%. Procentul de epurare a apelor din statii de epurare din punct de vedere al incarcarii organice masurate prin CBO5 a fost de 84% iar din punct de vedere al suspensiilor de 86,3%. Pentru anul 2005 se prevede atingerea unui nivel de 16980 de statii epurare care sa deserveasca 243 mil. locuitori, adica 86,6% . Procentul de epurare a apelorin statii epurare din punct de vedere al incarcarii organice masurate prin CBO 5 e planificat sa atinga 89,9% iar din punct de vedere al suspensiilor de 88,9%.

        In SUA tot mai putine ape din statii epurare se descarca din nou în emisar, acestea se infiltreaza in sol sau se utilizeaza pentru irigatii, în industrie, pentru recreere (lacuri), pentru piscicultura, si chiar ca sursa de apa potabila, dupa descarcare in lacuri sau injectare in sol sau chiar direct, dar cu supunere la preepurare avansata. De exemplu in SUA se utilizeaza ape uzate la prepararea de apa potabila în orase ca Palo Alto, Denver, El Paso si chiar Washington DC . Aceasta solutie e destul de scumpa, dar totusi mai ieftina decat desalinizarea apei marine de exemplu, de aceea tehnologia reciclarii apei din statii epurare se raspandeste si in tari arabe si africane.

         Epurarea  reprezinta procesul complex de retinere si neutralizare a substantelor daunatoare dizolvate, in suspensie sau coloidale prezente in apele uzate industriale sau menajere in statii epurare. Principalul scop este de a imbunatatii calitatea acestor ape pentru a putea fi deversate in emisar fara a prejudicia flora sau fauna. Dupa ce apa este epurata in statii de epurare ea poate fi chiar refolosita in anumite domenii sau procese tehnologice.

       Epurarea apelor uzate poate fi in functie de caracteristicile apei si de cerintele evacuarii in emisar mai mult sau mai putin complexa astfel avand statii epurare simple mecano-biologice sau statii epurare complexe. Apele uzate cu caracter predominant anorganic vor fi tratate in statii de epurare numai prin mijloace fizico-chimice de retinere si neutralizare: sedimentare, neutralizare, precipitare, coagulare, floculare, adsorbtie pe carbune activ, schimb ionic. Apele uzate cu un caracter predominant organic sunt epurate intr-o statie de epurare prin procedee fizico-chimico-biologice.

         Epurarea apelor uzate in statii de epurare se imparte in :

•  retinerea sau neutralizarea substantelor nocive;

•  prelucrarea substantelor rezultate din prima operatiune denumite namoluri.

Progresele realizate in ultimile decenii in domeniul epurarii apelor uzate au dus nemijlocit la constructia unor statii de epurare mai judicios concepute si in special mai economice.

        Epurarea apelor in statii de epurare se urmareste prin determinari inainte si dupa intrarea in statie:

•  reactia pH;

•  suspensii solide fixe si volatile;

•  CBO 5 – consumul biochimic de oxigen la cinci zile, in mg/l, necesar pentru oxidarea biochimica a materiilor organice la o temperatura de 20C si in conditii de intuneric;

•  CCO – consum chimic de oxigen, in mg/l, pentru oxidarea sarurilor minerale oxidabile si a substantelor organice, bazat pe bicromat sau permanganat de potasiu; intre cei doi indicatori exista urmatoarele corelatii CCO=CBO 21, CCO=1,46 CBO 5, iar pentru prezenta in apa a substantelor organice nebiodegradabile CCO > CBO21;

•  prezenta azotului intalnit sub forma de amoniac liber, azot organic, azotati si azotiti;

•  prezenta microorganismelor, care sunt de diverse tipuri, unele contribuind procesul de epurare, iar altele ce produc boli si infectii la oameni si animale; prezenta acestora conduce la necesitatea dezinfectarii apei la iesirea din statia de epurare.

        Epurarea apei in statii de epurare se realizeaza in mai multe trepte si anume: treapta primara, treapta secundara si treapta tertiara. Ca produsi finali ai procesului de epurare dintr-o statie de epurare rezulta: apa purificata in diferite grade, functie de proces si de starea ei initiala, precum si namoluri.

        Schema de epurare se alege pe baza unor calcule tehnico-economice comparative intre mai multe variante facute prin considerarea mai multor factori ca: existenta de terenuri disponibile pentru statii de epurare sau economic inapte pentru alte folosinte, posibilitatea asigurarii zonei de protectie sanitara in jurul statiei de epurare, obligativitatea asigurarii gradului de epurare necesar, distanta fata de emisarul in care se deverseaza apele purificate, cantitatile de namoluri rezultate in fiecare proces de epurare si posibilitatile de depozitare sau de distrugere a lor, posibilitatea asigurarii statiei de epurare cu personal calificat.

        In functie de volumul de apa epurata zilnic si de natura apelor se poate opta din punct de vedere economic si constructiv pentru rezervoare din diferite materiale sau bazine din beton.

    Tipuri de instalatii de epurare:

- separatoare de grasimi - reducerea grasimilor - sunt utilizate in general de restaurante, fast food-uri, cantine, carmangerii inainte de deversarea in canalizare sau in statie de epurare;

- separatoare de hidrocarburi; - reducerea uleiurilor si hidrocarburilor - sunt utilizate in service auto si in parcari;

- statie epurare ape menajere individuale;

- statie epurare ape menajere pentru comunitati; - statii de epurare conventionale sau SBR;

- statii epurare ape industriale; - statii de epurare conventionale sau SBR;

- sisteme recirculare apa spalatorii auto.

       Unele din procesele care au loc intr-o asemenea instalatie pot fi accelerate prin dozarea controlata de spori bacterieni, nutrienti, neutralizanti etc.

TIPURI DE STATII DE EPURARE

      

Statie epurare polipropilena

 

O statie epurare cu un debit mai mare de 60 de mc/zi din punct de vedere economic este mult mai avntajos sa se realizeze pe infrastructura din beton.

Statie epurare pe infrastructura din beton

Principalele operatii dintr-o statie epurare sunt: sedimentarea, mixarea, aerarea, nitrificarea/denitrificarea, sedimentarea finala, dezinfectia si tratarea namolurilor.

  Principiul constructiv al unei staţii de epurare a apelor uzate

Deşi diferă prin dimensiuni şi tehnologii folosite, cea mai mare parte a staţiilor de epurare a apelor uzate orăşeneşti au o schemă constructivă apropiată. Există şi unele realizate pe verticală, tip turn, dar majoritatea sunt pe orizontală. Ocupă relativ mult teren, dar o parte din instalaţii se pot realiza în subteran, cu spaţii verzi deasupra.

Distingem o treapta primară, mecanică; o treaptă secundară, biologică; şi la unele staţii (deocamdată nu la toate!) o treapta terţiară - biologică, mecanică sau chimică.

Treapta primară constă din mai multe elemente succesive:

·  Grătarele reţin corpurile plutitoare şi suspensiile grosiere (bucăţi de lemn, textile, plastic, pietre etc.). De regulă sunt grătare succesive cu spaţii tot mai dese între lamele. Curăţarea materiilor reţinute se face mecanic. Ele se gestionează ca şi gunoiul menajer, luând drumul rampei de gunoi sau incineratorului...

· Sitele au rol identic grătarelor, dar au ochiuri dese, reţinând solide cu diametru mai mic.

· Deznisipatoarele sau decantoarele pentru particule grosiere asigură depunerea pe fundul bazinelor lor a nisipului şi pietrişului fin şi altor particule ce au trecut de site dar care nu se menţin în ape liniştite mai mult de câteva minute. Nisipul depus se colectează mecanic de pe fundul bazinelor şi se gestionează ca deşeu împreună cu cele rezultate din etapele anterioare, deoarece conţine multe impurităţi organice.

· Decantoarele primare sunt longitudinale sau circulare şi asigură staţionarea apei timp mai îndelungat, astfel că se depun şi suspensiile fine. Se pot adăuga în ape şi diverse substanţe chimice cu rol de agent de coagulare sau floculare, uneori se interpun şi filtre. Spumele şi alte substanţe flotante adunate la suprafaţă (grăsimi, substanţe petroliere etc.) se reţin şi înlătură ("despumare") iar nămolul depus pe fund se colectează şi înlătură din bazin (de exemplu cu lame racloare susţinute de pod rulant) şi se trimite la metantancuri.

Treapta secundară constă şi ea din mai multe etape:

· Aerotancurile sunt bazine unde apa este amestecată cu "nămol activ" ce conţine microorganisme ce descompun aerob substanţele organice. Se introduce continuu aer pentru a accelera procesele biochimice.

· Decantoarele secundare sunt bazine în care se sedimentează materialele de suspensie formate în urma proceselor complexe din aerotancuri. Acest nămol este trimis la metantancuri iar gazele (ce conţin mult metan) se folosesc ca şi combustibil de exemplu la centrala termică.

Treapta terţiară nu există la toate staţiile de epurare. Ea are de regulă rolul de a înlătura compuşi în exces (de exemplu nutrienţi- azot şi fosfor) şi a asigura dezinfecţia apelor (de exemplu prin clorinare). Această treaptă poate fi biologică, mecanică sau chimică sau combinată, utilizând tehnologii clasice precum filtrarea sau unele mai speciale cum este adsorbţia pe cărbune activat, precipitarea chimică etc. Eliminarea azotului în exces se face biologic, prin nitrificare (transformarea amoniului în azotit şi apoi azotat) urmată de denitrificare, ce transformă azotatul în azot ce se degajă în atmosferă. Eliminarea fosforului se face tot pe cale biologică, sau chimică.

În urma trecerii prin aceste trepte apa trebuie să aibă o calitate acceptabilă, care să corespundă standardelor pentru ape uzate epurate. Dacă emisarul nu poate asigura diluţie puternică, apele epurate trebuie să fie foarte curate. Ideal e să aibă o calitate care să le

facă să nu mai merite numite "ape uzate" dar în practică rar întâlnim aşa o situaţie fericită. Pe de o parte tehnologiile de epurare se îmbunătăţesc, dar pe de altă parte ajung în apele fecaloid-menajere tot mai multe substanţe care nu ar trebui să fie şi pe care staţiile de epurare nu le pot înlătura din ape.

În final apa epurată este restituită în emisar - de regulă râul de unde fusese prelevată amonte de oraş. Ea conţine evident încă urme de poluant, de aceea este avantajos ca debitul emisarului să fie mare pentru a asigura diluţie adecvată.

Alte soluţii propun utilizarea pentru irigaţii a apelor uzate după tratamentul secundar, deoarece au un conţinut ridicat de nutrienţi. Acest procedeu e aplicabil dacă acele ape nu conţin toxice specifice peste limitele admise şi produsele agricole rezultate nu se consumă direct. În acest caz nu mai este necesară treapta a III-a şi nu se mai introduc ape în emisar (fapt negativ din punct de vedere al debitului dar pozitiv pentru calitate, deoarece apele epurate nu sunt niciodată cu adevărat de calitate apropiată celor naturale nepoluate antropic). Se experimentează şi utilizarea apelor uzate ca sursă de apă potabilă, desigur cu supunerea la tratamente avansate de purificare.

Nămolul din decantoarele primare şi secundare este introdus în turnuri de fermentaţie, numite metantancuri. De obicei sunt rezervoare de beton armat de mari dimensiuni, unde se asigură temperatură relativ ridicată, constantă, şi condiţii anaerobe, în care bacteriile fermentează nămolul şi descompun substanţele organice până la substanţe anorganice, rezultând un nămol bogat în nutrienţi şi gaze care, conţinând mult metan, se utilizează ca şi combustibil.

Probleme particular ale epurării apelor uzate

·  Staţii de epurare integral biologice

În anumite condiţii de climă se poate folosi şi epurarea biologică cu plante, prin mlaştină / lagună de epurare, care poate reţine fosfaţii, nitraţii şi agenţii patogeni. Un hectar de stuf de exemplu extrage din apă anual 10-15 tone de azot, fosfor şi sulf şi peste 150 tone de poluanţi organici!

La Arcata (California) în mod experimental s-a introdus un sistem de epurare exclusiv biologic, cu plante, într-un sistem de mlaştini şi lacuri. Fezabilitatea pe termen lung şi posibilitatea de a folosi pe scară largă asemenea tehnologie este deocamdată controversată.

· Preepurarea apelor uzate industriale

Apele uzate industriale au de regulă nivele înalte de încărcare cu poluant şi mai ales au caracteristici frecvent foarte diferite de cele uzate fecaloid-menajere. De aceea ele nu pot

fi epurate direct în staţiile de epurare orăşeneşti, ci trebuie supuse unui proces de preepurare specifică, adaptată naturii poluantului sau poluanţilor în cauză, şi apoi eventual descărcate în canalizarea orăşenească şi duse la staţia clasică de epurare. Se poate face şi o staţie complet separată pentru apele industriale, care să asigure epurare până la nivelul la care pot fi descărcate legal în emisar (râu de exemplu). O asemenea staţie complet separată se poate justifica economic la mari întreprinderi...

Ape industriale uzate sunt şi cele ce provin din "spălarea" gazelor, inclusiv a celor de la centralele termice sau termoelectrice, unde apele încarcă bioxid de sulf, rezultând gaze mai puţin poluante pentru atmosferă dar ape foarte poluate, ce trebuie epurate.

Uneori apele uzate industriale au încărcări de poluanţi pentru care nu există tehnologie de epurare adecvată, singura soluţie rămânând în acest caz injectarea profundă.

· Problema nămolului

Din staţiile de epurare rezultă mari cantităţi de nămol. De exemplu în Germania se produc anual peste 100 de milioane de tone de nămol brut! Acesta este în final uscat prin diverse procedee şi poate fi utilizat ca îngrăşământ agricol sau după caz este transportat la rampa de gunoi şi haldat sau incinerat sau supus pirolizei. Utilizarea ca îngrăşământ oricum nu se face direct, ci mai întâi trebuie supus unui proces de "condiţionare" ce poate cuprinde dezinfecţie, adăugare de săruri de aluminiu şi fier, var, cenuşă, materiale de floculare apoi deshidratare prin presă sau centrifugă....

În ultimul timp în apele uzate ajung tot mai multe metale grele şi alţi poluanţi care fac ca nămolul să fie toxic şi neadecvat utilizării ca îngrăşământ. În Germania de exemplu doar circa 40% poate fi utilizat în agricultură.... Alternative sunt folosirea lui ca materie primă la cărămizi speciale şi alte materiale de construcţii. O practică larg răspândită în trecut şi din fericire abandonată după îndelungi scandaluri a fost deversarea în ocean a nămolului provenit din staţii de epurare a apelor.

· Metode speciale de epurare a apelor - osmoza inversa

Osmoza a fost descoperită în 1748 iar osmoza inversă mult mai târziu, dar cu vaste aplicaţii. Ea produce apă curată, chiar prea "curată" (demineralizată) şi se poate folosi pentru epurarea apelor uzate , preparare de apă potabilă, dar şi în alte scopuri ( producerea gheţii, aplicaţii biomedicale şi de laborator, în fotografie, industria farmaceutică, cosmetică, electronică şi electrotehnică, zootehnie, medicină pentru hemodializă, dedurizarea apei pentru centralele termice etc.).

Principiul de funcţionare al procedeului este o membrană semi-permeabilă prin care apa trece foarte uşor dar alte substanţe mai puţin sau deloc din cauza mărimii moleculei. Punând în contact două mase de apă cu concentraţii diferite de diverse substanţe, separate

prin membrană, la osmoza normală apa va tinde să traverseze membrana de la soluţia mai diluată către cea mai concentrată până la egalarea concentraţiilor. Dar dacă pe soluţia mai concentrată se aplică o presiune mare, peste nivelul celei osmotice produsă de diferenţa de concentraţie, procesul este invers şi apa trece din soluţia concentrată spre cea diluată, cu alte cuvinte de la cea poluată spre cea purificată.

Stratul de soluţie concentrată care se formează pe suprafaţa membranei trebuie îndepărtat periodic pentru a preveni astuparea microporilor prin care trec moleculele de apă. În acest sens se poate utiliza un pre-filtru cu carbon activ pentru reţinerea clorului care poate distruge membrana şi a unui pre-filtru pentru sedimente care să reţină suspensiile fine. Dedurizarea prealabilă a apei e necesară dacă e foarte dură.

· Latrinele nu sunt o adevărată rezolvare a problemelor apelor uzate. Multe sunt doar nişte gropi în pământ de unde dejecţiile se infiltrează în sol şi îl contaminează cu multiple substanţe. Corect ele ar trebui să aibă bazinele betonate şi să fie vidanjate periodic iar dejecţiile să fie transportate la staţia de epurare.

·  Injectarea profundă - o alternativă la epurare?

O soluţie mai puţin ecologică în locul tratării în staţii de epurare sau alte metode este injectarea profundă a apelor uzate, în zone şi adâncimi unde nu contaminează surse de apă subterană în uz curent sau cunoscute. În funcţie de natura poluantului, unele sperăm să îşi modifice sau reducă conţinutul de poluanţi, dar la majoritatea se speră doar să nu ne deranjeze în următoarele secole sau chiar milenii, ceea ce nu este deloc o abordare durabilă, dar se practică, la fel ca depozitarea deşeurilor nucleare puternic radioactive.

Injectarea se face la adâncimi de regulă de 500-2000 metri, cu extreme de la câteva sute de metri până la peste 4000 de metri. Depinde şi de tipul de rocă / formaţiune geologică în care se injectează, de regulă nisip, gresie, dolomit sau calcare. Debitul şi presiunea sunt şi ele variabile, iar tipurile de ape uzate care se injectează sunt de regulă ape grav contaminate şi foarte greu de epurat sau în cantităţi foarte mari. Categorii de ape uzate injectate profund: ape uzate comunale şi industriale, ape sărate de la exploatări petroliere, ape utilizate la minerit prin solvire a diverselor minerale (clorură de sodiu, potasiu, fosfaţi, uraniu, cupru etc.), ape utilizate în procedeul de ardere in situ a combustibililor fosili (cărbune, şisturi bituminoase...), producere de energie electrică pe baza celei geotermale; ape radioactive sau încărcate cu substanţe de înaltă toxicitate din industria farmaceutică, chimică etc.; ape de răcire; ape meteorice colectate de canalizări municipale şi alte structuri. Se practică ţi reinjectare de ape ne sau puţin uzate din raţiuni hidrogeologice, cum sunt reîncărcarea acviferelor, injecţii de barare a intruziuni apei sărate în acvifer, injecţii de solide sub formă de suspensie înapoi în golurile de unde au fost extrase ex. steril înapoi în mine. În SUA, cel mai frecvent au fost injectate ape uzate

de provenienţă din industria chimică, farmaceutică şi petrochimică (55%), rafinării şi industrie extractivă de gaze naturale (20%), industria metalurgică (7%).