Studiu Tratabilitate Apa Slatina Balcescu v02

UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI FACULTATEA DE HIDROTEHNICA

DEPARTAMENTUL DE INGINERIE HIDROTEHNICA Bd. Lacul Tei 124 * Sector 2 * RO-020396 * Bucuresti - ROMANIA

Tel.: +40-21-242.12.08, Tel./Fax: +40-21-242.07.81, www.utcb.ro

BENEFICIAR FINAL: COMPANIA DE APA OLT S.A.

BENEFICIAR: EPTISA ROMANIA S.R.L.

STUDIU DE TRATABILITATE A APEI DIN SURSA SUBTERANA STATIA DE POMPARE NICOLAE BALCESCU

LOCALITATEA SLATINA, JUDETUL OLT

Martie 2016

UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI FACULTATEA DE HIDROTEHNICA

DEPARTAMENTUL DE INGINERIE HIDROTEHNICA Bd. Lacul Tei 124 * Sector 2 * RO-020396 * Bucuresti - ROMANIA


BENEFICIAR FINAL: COMPANIA DE APA OLT S.A.

BENEFICIAR: EPTISA ROMANIA S.R.L.

STUDIU DE TRATABILITATE A APEI DIN SURSA SUBTERANA STATIA DE POMPARE NICOLAE BALCESCU

LOCALITATEA SLATINA, JUDETUL OLT

Decan, Colectiv elaborare

Prof.dr.ing. Ioan Bica Prof.dr.ing. Gabriel Racoviteanu – Director proiect

Conf.dr.ing. Elena Vulpasu

Sef lucrari dr.ing. Eduard Dinet

Martie 2016

STUDIU DE TRATABILITATE A APEI CUPRINS SP BALCESCU, LOC. SLATINA, JUD. OLT

2

CUPRINS

Abrevieri ............................................................................................................................................... 4

1 Descrierea instalatiei pilot ........................................................................................................... 5

2 Calitatea apei brute ...................................................................................................................... 9

3 Consideratii teoretice ................................................................................................................. 12

3.1 Consideratii privind prezenta fierului si manganului in apele naturale .............................. 12

3.1.1 Tehnologii de reducere a concentratiei de mangan din apele naturale ..................... 12

3.1.1.1 Procese fizico-chimice de demanganizare............................................................ 12

3.1.1.2 Oxidarea manganului cu oxigen ........................................................................... 13

3.1.1.3 Oxidarea manganului cu clor ................................................................................ 14

3.1.1.4 Oxidarea manganului cu dioxid de clor ................................................................ 14

3.1.1.5 Oxidarea manganului cu ozon .............................................................................. 14

3.1.1.6 Oxidarea manganului cu permanganat de potasiu .............................................. 15

3.1.2 Procese biologice de demanganizare .......................................................................... 15

3.2 Consideratii privind existenta azotului amoniacal in apele naturale .................................. 16

3.2.1 Surse de amoniu un apele naturale ............................................................................. 16

3.2.2 Tehnologii de tratare pentru eliminare azotului amoniacal din apa ........................... 17

3.2.2.1 Clorinarea la break-point ...................................................................................... 17

3.2.2.2 Actiunea clorului asupra azotului amoniacal........................................................ 18

3.2.2.3 Procese biologice de reducere a concentratiei de amoniu .................................. 20

3.2.2.4 Procese de schimb ionic ....................................................................................... 20

3.2.2.5 Osmoza inversa ..................................................................................................... 21

4 Rezultatele cercetarilor experimentale ..................................................................................... 24

4.1 Descrierea protocolului experimental ................................................................................ 24

4.2 Determinari experimentale – Ciclul experimental nr. I ....................................................... 25

4.3 Determinari experimentale – Ciclul experimental nr. II...................................................... 33

5 Concluzii si recomandari ............................................................................................................ 41

Bibliografie ......................................................................................................................................... 46

TABELE Tabel 2.1. Calitatea apei din localitatea Slatina, Statia de pompare Balcescu, 12.11.2015..................... 9 Tabel 2.2. Calitatea apei din localitatea Slatina, Statia de pompare Balcescu (analize efectuate de

ECOIND). ................................................................................................................................................. 10

STUDIU DE TRATABILITATE A APEI CUPRINS SP BALCESCU, LOC. SLATINA, JUD. OLT

3

Tabel 3.1. Avantaje si dezavantaje ale tehnologiilor de indepartare a azotului amoniacal din apa

destinata potabilizarii. ............................................................................................................................... 22 Tabel 4.1. Parametrii de functionare ai instalatiei – ciclul I. .................................................................... 26 Tabel 4.2. Calitatea apei tratate si a apei brute din localitatea Slatina, SP Balcescu–ciclul experimental

I. ................................................................................................................................................................ 28 Tabel 4.3. Parametrii de functionare ai instalatiei – ciclul II. ................................................................... 35 Tabel 4.4. Calitatea apei tratate si a apei brute din localitatea Slatina, SP Balcescu – ciclul

experimental II. ......................................................................................................................................... 37 Tabel 5.1. Calitatea apei tratate si a apei brute din localitatea Slatina, SP Balcescu–ciclul experimental

I. ................................................................................................................................................................ 43 Tabel 5.2. Parametrii recomandati pentru schema de tratare propusa. .................................................. 44

FIGURI Figura 1.1. Imagine de ansamblu Statie Pilot de Tratarea Apei, Laborator Alimentari cu Apa – U.T.C.B.

.................................................................................................................................................................... 6 Figura 1.2. Statia pilot – camera de reactie rapida, camera de reactie lenta. .......................................... 6 Figura 1.3. Statia pilot – decantor si filtru rapid de nisip. .......................................................................... 7 Figura 1.4. Statie pilot – generator de ozon, coloana post-oxidare, filtre cu carbune activ granular. ...... 8 Figura 3.1. Variatia concentratiei de amoniu, respectiv amoniac in functie de pH. ................................ 16 Figura 3.2. Variatia procentajului de HClO in solutie apoasa la 20

0C. .................................................. 18

Figura 3.3. Reprezentarea grafica a curbei de clorinare a apelor cu continut de azot amoniacal [1]. ... 19 Figura 4.1. Schema tehnologica ciclul experimental I............................................................................. 25 Figura 4.2. Curba clorare apa bruta Slatina, SP Balcescu – ciclul experimental I. ................................ 26 Figura 4.3. Sistem injectie hipoclorit de sodiu – ciclul I........................................................................... 28 Figura 4.4. Filtru nisip si filtru CAG – ciclul I ........................................................................................... 28 Figura 4.5. Concentratii medii pentru Amoniu si Fe - ciclul I. ................................................................. 30 Figura 4.6. Variatia in timp a principalilor indicatori pentru apa filtrata pe nisip - ciclul I. ....................... 31 Figura 4.7. Schema tehnologica ciclul experimental II............................................................................ 33 Figura 4.8. Curba clorare apa filtrata Slatina, SP Balcescu, ciclul experimental II. ................................ 34 Figura 4.9. Sistem injectie permanganat de potasiu si coloana pre-oxidare - ciclul II. .......................... 37 Figura 4.10. Variatia concentratiei de amoniu si de mangan pe schema de tratare – ciclul II. .............. 39 Figura 4.11. Variatia in timp a concentratiei de mangan si amoniu din apa filtrata pe nisip si a

concentratiilor de clor din apa post-oxidata cu clor – ciclul II. ................................................................. 40 Figura 5.1. Schema de tratare propusa. ................................................................................................. 42

ANEXE

Anexa 1 Schema tehnologica a instalatiei pilot

Anexa 2 Buletine de analiza ciclul experimental 1

Anexa 2 Buletine de analiza ciclul experimental 2

STUDIU DE TRATABILITATE A APEI ABREVIERI SP BAPCESCU, LOC. SLATINA, JUD. OLT

4

Abrevieri

AB Apa bruta

AFRN Apa filtrata rapid pe nisip

AFCAG Apa Filtrata pe Carbune Activ Granular

APREOX Apa Pre-Oxidata

APOX Apa Post-Oxidata

AT Apa tratata

CMA Concentratie Maxim Admisa

EBCT Timpul de contact aparent (Empty Bed Contact Time)

FNU Unitati Nefelometrice (Formazina) de Turbiditate

d10 Diametrul ochiurilor sitei prin care trece 10% din materialul cernut

d60 Diametrul ochiurilor sitei prin care trece 60% din materialul cernut

HAP Hidrocarburi Aromatice Policiclice

MON Materii Organice Naturale

NTU Unitati Nefelometrice de Turbiditate

O2 Oxigen

O3 Ozon

Q Debit

SDWA Safe Drinking Water Act

ST Statie de Tratare

STAP Statie de Tratare Apa Potabila

Tc Timp de Contact

TDS Total Substante Dizolvate

THM Trihalometani

THMFP Potentialul de Formare a Trihalometanilor

TOC Carbon Organic Total

U.M. Unitate de masura

STUDIU DE TRATABILITATE A APEI CAPITOLUL 1 SP BALCESCU, LOC. SLATINA, JUD. OLT Descrierea instalatiei pilot

5

1 Descrierea instalatiei pilot

Instalatia experimentala din cadrul Departamentului de Inginerie Hidrotehnica, Facultatea de Hidrotehnica din Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti a fost conceputa sa asigure o flexibilitate ridicata, pentru un debit nominal Q = 0.2 - 0.72 m3/h si este constituita din urmatoarele obiecte tehnologice:

bazin de pre-oxidare, cu inaltimea coloanei de apa de 4 m, care asigura un timp de contact 8 – 40 min.; se pot utiliza ca agenti de oxidare ozonul, clorul, hipocloritul de sodiu;

coagulare – floculare, in bazine de reactie rapida si lenta;

treapta de decantare, poate fi asigurata cu doua tehnologii alternative:

o decantor cu viteza ascensionala variabila cu modul lamelar in curent ascendent;

o decantor cu camere de reactie rapida si lenta si cu modul lamelar tip "";

filtru rapid pe nisip, cu o inaltime de strat H=1.2 m;

bazin de contact post-oxidare, cu caracteristici similare bazinului de contact pre-oxidare;

filtre de carbune activ granular (2 unitati) cu inaltime activa de strat H = 2 x 1.2 m, cu posibilitatea de montaj in serie sau in paralel, care asigura un timp de contact de 15 – 30 min.;

generator de ozon din oxigen;

instalatii de dozare reactivi care cuprind pompe dozatoare si bazine de stocare reactivi;

instalatii de dozare clor cu vacuum, care cuprind butelii de clor, pompa de circulatie, injector si dozatorul propriu-zis;

instalatii de repompare cu rezervor si pompa submersibila;

instalatie de apa spalare filtre constituita din rezervor cu volumul V=300 dm3 si pompa apa spalare;

compresor aer spalare filtre;

rezervor stocare apa bruta cu pompe de recirculare si de alimentare;

instalatie de ultrafiltrare complet automatizata;

filtre cu medii speciale;

aparatura de laborator si de proces.

Instalatia pilot a fost conceputa si dotata cu legaturi multiple astfel incat:

asigura by-passul fiecarui proces;

permite functionarea in serie a unor procese;

asigura un domeniu larg de parametrii tehnologici: incarcari, timpi de reactie, debite, spalari;

sunt prevazute dotari pentru recoltarea probelor atat in fazele finale ale proceselor cat si in fazele intermediare.

Determinarile experimentale au fost efectuate in 2 cicluri experimentale, prezentate in continuare. Apa prelevata din sursa subterana, a fost transportata la sediul UTCB pe timpul noptii


6

pentru a nu se denatura calitatea acesteia. Apa procesata pe instalatia pilot a avut o temperatura medie de 10 - 150C. In anexa 1 este prezentata schema tehnologica a instalatiei pilot.

In figurile urmatoare sunt prezentate fotografii cu obiectele tehnologice din cadrul instalatiei pilot.

Figura 1.1. Imagine de ansamblu Statie Pilot de Tratarea Apei, Laborator Alimentari cu Apa – U.T.C.B.

Figura 1.2. Statia pilot – camera de reactie rapida, camera de reactie lenta.


7

Figura 1.3. Statia pilot – decantor si filtru rapid de nisip.


8

Figura 1.4. Statie pilot – generator de ozon, coloana post-oxidare, filtre cu carbune activ granular.

STUDIU DE TRATABILITATE A APEI CAPITOLUL 2 SP BALCESCU, LOC. SLATINA, JUD. OLT Calitatea apei brute

9

2 Calitatea apei brute

Conform buletinului de analiza nr. 1860.1 din 18.11.2015 emis de Administratia Nationala “Apele Romane” Administratia Bazinala de Apa Olt, Laborator Regional de Calitatea Apei – Rm. Valcea, pus la dispozitie de beneficiar, apa prelevata din statia de pompare Balcescu are caracteristici specifice apelor subterane si prezinta depasiri fata de concentratiile maxim admise pentru apa potabila la amoniu, mangan si turbiditate.

In tabelul urmator este prezentata calitatea apei brute la data de 12.11.2015.

Tabel 2.1. Calitatea apei din localitatea Slatina, Statia de pompare Balcescu, 12.11.2015.

Nr. crt.

Indicator U.M. Valoare Legea 458/2002 cu modificarile si

completarile ulterioare

1 pH Unitati pH 7.7 6.5-9.5

2 Turbiditate FNU 11 <5

3 Conductivitate μS/cm 512 2500

4 Cloruri mg/l 19.86 250

5 Fier μg/l 61.55 200

6 Mangan μg/l 124 50

7 Duritate totala grade de duritate 5.27 min.5

8 Amoniu mg/l 2.06 0.5

9 Azotati mg/l 0.2209 50

10 Azotiti mg/l 0.0174 0.5

11 Indice permanganat mgO2 /l <LOQ 5

12 Sulfuri/ hidrogen sulfurat mg/l <LOQ/0.014 0.1

S-au efectuat 2 analize complete privind calitatea apei brute din cele doua probe furnizate pentru realizarea studiului de tratabilitate. Rezultatele acestora sunt prezentate in tabelul urmator.

Analiza rezultatelor a pus in evidenta urmatoarele:

apa a avut un pH de 7.4, in domeniul usor alcalin, iar turbiditatea a fost 0.17 – 0.36 FNU, sub limita admisa pentru apa potabila (1 NTU valoarea maxim admisa de legea 458/2002 pentru eficienta dezinfectiei);

conductivitatea de 506 - 512 μS/cm pune in evidenta o mineralizare medie a apei, specifica apelor subterane;

duritatea apei a fost relativ redusa, cu valori de 4.58 – 5.15 grade de duritate;

concentratia de mangan a fost 79.5 μg/l in prima zi de teste, respectiv 82.8 μg/l, in ziua a doua, fata de 50 μg/l, concentratia maxim admisa pentru apa potabila conform legii privind calitatea apei potabile;

concentratia de fier a fost 23.8 – 40.1 μg/l fata de 200 μg/l, concentratia maxim admisa pentru apa potabila;


10

concentratiile de azotati si azotiti pentru cele doua probe analizate au fost reduse, sub limitele admise pentru apa potabila;

concentratia de amoniu a fost in domeniul 1.63 mg/l – 1.7 mg/l fata de 0.5 mg/l, concentratia maxim admisa pentru apa potabila;

incarcarea organica evaluata prin oxidabilitate si concentratia de carbon organic total a fost redusa incat se estimeaza ca nu exista riscul de a se forma trihalometani cu clorul adaugat pentru dezinfectie;

din punct de vedere al continutului de metale grele apa sursei este de buna calitate, concentratia acestora fiind sub limita admisa pentru apa potabila;

de asemenea concentratia de micropoluanti organici a fost sub limita admisa pentru apa potabila;

In concluzie, apa din localitatea Slatina, statia de pompare Nicolae Balcescu, nu se incadreaza in limitele impuse de legea privind calitatea apei potabile. Aceasta prezinta depasiri ale concentratiilor admise la mangan si amoniu.

Tabel 2.2. Calitatea apei din localitatea Slatina, Statia de pompare Balcescu (analize efectuate de ECOIND).

Nr. crt.

Indicator U.M. Valoare Legea 458/2002 cu modificarile si completarile

ulterioare

8.02.2016 9.02.2016

1 pH Unitati pH 7.4 7.4 6.5-9.5

2 Turbiditate FNU 0.36 0.17 <5

3 Conductivitate μS/cm 506 512 2500

4 Duritate totala Grade

germane 5.15 4.58 min.5

5 Fier μg/l 40.1 23.8 200

6 Mangan μg/l 79.5 82.8 50

7 Sulfat mg/l 7.75 7.06 250

8 Cloruri mg/l 20.18 19.48 250

9 Sodiu mg/l 89.1 82.7 200

10 Amoniu mg/l 1.7 1.63 0.5

11 Azotati mg/l 0.47 0.51 50

12 Azotiti mg/l 0.08 0.069 0.5

13 Indice permanganat mgO2 /l 1.6 1.6 5

14 Bor mg/l 0.796 0.076 1.0

15 Sulfuri si hidrogen sulfurat μg/l <10 <10 100

16 Arsen μg/l <0.2 <0.2 10

17 Cadmiu μg/l <0.12 <0.12 5

18 Crom total μg/l <0.4 <0.4 50

19 Cupru mg/l 1.4 1.1 0.1

20 Plumb μg/l <0.05 <0.05 10

21 Nichel μg/l <0.4 <0.4 20

22 Seleniu μg/l <0.1 <0.1 10


11

Nr. crt.


ulterioare

8.02.2016 9.02.2016

23 Stibiu μg/l <0.3 <0.3 5.0

24 Fluoruri mg/l 0.31 0.29 1.2

25 Mercur μg/l <0.01 <0.01 1

26 Carbon organic total (TOC) mg/l 1.24 1.23 Nici o modificare

anormala

27 Aluminiu μg/l 16.7 17.1 200

28 Zinc μg/l 27.7 27.2 5000

29

Hidrocarburi aromatice policiclice

0.1

-benzo(b)fluoranten μg/l <0.0006 <0.0006

-benzo(k)fluoranten μg/l <0.0006 <0.0006

-benzo(ghi)perilen μg/l <0.0006 <0.0006

-indeno(1,2,3-cd)piren μg/l <0.0006 <0.0006

30 Pesticide organoclorurate μg/l <0.001 <0.001 0.1

31 Pesticide triazinice μg/l <0.008 <0.008 0.1

32 Pesticide organofosforice μg/l <0.001 <0.001 0.1

33 Tetracloretena si μg/l <0.05 <0.05

10 Tricloretena μg/l <0.05 <0.05

34 Bromati** μg/l <0.5 <0.5 10

35 Benzen μg/l <0.05 <0.05 1

36 Cianuri totale μg/l <10 <10 50

37 Cianuri libere** μg/l <10 <10 -

38 1,2 Dicloretan μg/l <0.25 <0.25 3

39 Epiclorhidrina μg/l <0.05 <0.05 0.10

40 Clorura de vinil μg/l <0.05 <0.05 0.50

STUDIU DE TRATABILITATE A APEI CAPITOLUL 3 SP BALCESCU, LOC. SLATINA, JUD. OLT Consideratii teoretice

12

3 Consideratii teoretice

3.1 Consideratii privind prezenta fierului si manganului in apele naturale

Fierul si manganul se numara printre metalele cel mai des intalnite in alcatuirea scoartei terestre si reprezinta elemente importante pentru nutritia oamenilor si animalelor [7].

Aceste elemente sunt solubile in apa in forma lor redusa (ioni bivalenti) si sunt intalnite in ape subterane, lacuri naturale si lacuri artificiale. In forma redusa ionii de fier si mangan se pot intalni ca ioni liberi ( Fe2+ si Mn2+ ) in cazul majoritatii apelor subterane, sau legati in combinatii complexe cu materii organice, in cazul apelor de suprafata sau apelor subterane puternic colorate. In forma lor oxidata, fierul si manganul sunt insolubile in apa, cum este cazul apelor curgatoare si lacurilor aerate artificial pentru mentinerea gradului de oxigenare.

Prezenta acestor elemente confera apei culoare, turbiditate si gust metalic. In plus, aceste elemente favorizeaza dezvoltarea ferobacteriilor si formarea de depuneri in retelele de distributie, cu efecte negative cum sunt coroziunea conductelor, aparitia de pete la spalarea tesaturilor si furnizarea la consumator a unei ape cu aspect inestetic.

Analizand efectele prezentate, rezulta ca fierul si manganul pot genera probleme de acceptabilitate a apei la consumator, crescand importanta acestor elemente in procesul de selectie a schemelor de tratare [7].

3.1.1 Tehnologii de reducere a concentratiei de mangan din apele naturale

3.1.1.1 Procese fizico-chimice de demanganizare

Cele mai intalnite forme de prezenta a manganului dizolvat in apa sunt MnO2, Mn2CO3 si MnCO3. Figura urmatoare prezinta evolutia potentialului de oxido-reducere a Mn2+ in functie de valoarea pH-ului:

Figura 3.1 Evolutia potentialului de oxido-reducere a manganului in functie de pH [1].


13

Tabelul urmator prezinta recomandari privind utilizarea diversilor agenti oxidanti in functie de eficienta lor in procesele de demanganizare:

Tabel 3.1 Agenti oxidanti in procesele de demanganizare [1].

Aer Cl2 ClO2 O3 KMnO4

0 + ++ +++ +++ Nota: +++: Eficienta maxima; ++: Utilizare recomandata; +: Utilizarea este posibila; 0: Utilizarea nu are efect, sau efectele utilizarii nu sunt semnificative.

3.1.1.2 Oxidarea manganului cu oxigen

Procesul de oxidare cu oxigen a manganului este puternic influentat de temperatura si pH. Viteza reactiei de oxidare este de 5 ori mai mare la temperatura de 22⁰C decat la temperatura de 11⁰C. La valorile uzuale ale pH-ului apei reactia necesita timpi de contact incompatibili cu utilizarea procesului la scara industriala. Prin cresterea pH-ului la valori de peste 9.5 viteza de reactie creste considerabil, si este favorizata de prezenta dioxidului de mangan, cu rol catalizator, acesta formandu-se in timp in treapta de filtrare a schemei de tratare prin “manganizarea” mediului filtrant.

Manganizarea mediului filtrant reprezinta formarea unui strat de dioxid de mangan la suprafata granulelor din stratul filtrant, procesul fiind dificil de controlat, uneori chiar imposibil, chiar si cu utilizarea de permanganat de potasiu. In timp, stratul de dioxid de mangan poate ajunge la saturatie, prin conversie in oxid manganic Mn2O3, fiind necesara regenerarea acestuia cu permanganat de potasiu [1].

Reactia de regenerare simplificata este urmatoarea:

HMnOOHMnOMn 45223 224

2 (3.1)

In practica, in loc sa se urmareasca manganizarea stratului filtrant existent, se realizeaza combinarea acestuia, in diverse proportii, cu materiale avand continut ridicat de dioxid de mangan.

Si in acest caz este necesara regenerarea mediului manganizat, la anumite intervale de timp [1].

Procesul de oxidare a manganului, catalizat de mediul filtrant “manganizat” se realizeaza in 2 etape [1]:

- Un proces rapid de adsorbtie a Mn2+ pe particulele de dioxid de mangan;

2

22

2 .MnMnOMnOMn (3.2)

- O reactie lenta de oxidare efectiva a Mn2+;

22

2

2 2. MnOOMnMnO (3.3)

Doza teoretica necesara este de 0.29 g O2: 1 g Mn2+ [8].


14

3.1.1.3 Oxidarea manganului cu clor

Reactia de oxidare a manganului cu clor este urmatoarea:

HClMnOOHClMn 422 222

2 (3.4)

Doza teoretica necesara este de 1.3 g Cl2 : 1 g Mn2+, dar in practica dozele utilizate sunt mult mai mari, pentru asigurarea oxidarii simultane si pentru alti constituenti ai apei (fier, substante organice, etc).

Procesul de oxidare a manganului cu clor necesita timpi de contact mari (peste o ora in conditii de pH sub 7). Spre deosebire de fier, care este oxidat rapid de clor, in cazul manganului este necesara atingerea unui pH de 9 si utilizarea de clor in exces. Astfel, un aspect foarte important in selectia clorului ca agent oxidant pentru demanganizare este compozitia apei brute, fiind necesara evaluarea potentialului de formare a subprodusilor de tipul trihalometanilor. Daca exista risc mare de aparitie a THM se recomanda utilizarea unor agenti oxidanti mai puternici, care nu produc THM, cum sunt dioxidul de clor sau permanganatul de potasiu.

3.1.1.4 Oxidarea manganului cu dioxid de clor

Reactia de oxidare a manganului cu dioxid de clor este urmatoarea [9]:

HClOMnOOHClOMn 42222 2222

2 (3.5)

Doza teoretica necesara este de 2.45 g ClO2 : 1 g Mn2+, insa dioxidul de clor se utilizeaza destul de rar pentru oxidarea manganului, atingerea eficientei dorite impunand depasirea dozei stoechiometrice datorita materiilor organice prezente in apa. Prin oxidarea materiilor organice se reduce dioxidul de clor la ioni clorit (ClO2-), subprodusi nedoriti [1], care prezinta potential risc toxicologic si imunologic privind oxidarea hematiilor.

3.1.1.5 Oxidarea manganului cu ozon

Oxidarea manganului cu ozon este o reactie rapida, desfasurata conform urmatoarei ecuatii [1]:

HOHMnOOHOMn 22223

2 (3.6)

Valoarea pH-ului optim pentru oxidare este 8, iar doza teoretica necesara este de 0.9 g O3

:1 g Mn2+. Este necesara dozarea astfel incat oxidarea sa conduca numai la formarea de dioxid de mangan.

Supradozarea ozonului conduce la formarea MnO4-, conferind apei tratate culoarea roz [1].

In cazul reactiei manganului cu ozonul rezulta suspensii coloidale ce nu pot fi retinute direct in treapta de filtrare. Astfel, este esentiala pentru eficienta procesului de demanganizare, destabilizarea suspensiilor coloidale inainte de treapta de filtrare. Daca ozonul este aplicat la punctul de intrare in schema de tratare, deci inainte de injectarea agentului de coagulare, suspensiile sunt destabilizate si se pot retine in treptele de decantare si filtrare. Daca injectarea ozonului se realizeaza intre treapta de decantare si treapta de filtrare este necesara destabilizarea particulelor coloidale prin adaugarea unei mici doze suplimentare de coagulant [9].


15

In mod uzual schemele de tratare continand treapta de ozonare si treapta de filtrare pot produce ape cu un continut total de mangan dizolvat sub 0.03 mg/l [9].

In cazul in care manganul se afla in combinatii cu substante organice si sunt necesare procese de coagulare-floculare si decantare, pentru evitarea utilizarii unor doze excesive de ozon, implicand costuri de productie ridicate, se recomanda utilizarea altui agent oxidant inainte de treapta de decantare, sau ozonarea apei numai dupa decantare, cu eliminarea in treapta de filtrare a manganului precipitat [1].

3.1.1.6 Oxidarea manganului cu permanganat de potasiu

Reactia de oxidare a manganului cu permanagat de potasiu este urmatoarea [1]:

HMnOOHMnOMn 45223 224

2 (3.7)

Doza teoretica necesara este de 1.9 g KmnO4: 1 g Mn2+, dar in practica valoarea este influentata de pH si de compozitia apei, o parte din permanganatul de potasiu fiind redus de materiile organice din apa. De asemenea se impune determinarea exacta a necesarului de KMnO4, supradozarea conducand la aparitia unei ape de culoare roz in obiectele statiei de tratare, care ulterior in conductele de aductiune devine de culoare galbena [1]

In cazul in care manganul nu se afla in combinatii cu materii organice, pH-ul optim pentru oxidare este de 7.2÷7.3, iar timpul de contact necesar este mai mic de 5 minute.

Daca manganul se afla in combinatii cu materii organice timpul de contact necesar creste pȃna la 20 de minute, pentru accelerarea reactiei fiind necesara cresterea pH-ului pȃna la valoarea de 8.5 [1].

3.1.2 Procese biologice de demanganizare

Exista numeroase bacterii capabile sa oxideze manganul in mediu aerob. Anumite tipuri de bacterii contribuie indirect la demanganizare, activitatea metabolica a acestora conducand la cresterea pH-ului apei, astfel favorizandu-se reactiile de oxidare cu oxigen dizolvat. Anumite specii de bacterii realizeaza oxidarea Mn2+ cu ajutorul unor enzime. Alte bacterii adsorb manganul pe suprafata celulelor lor, concentrandu-l in strate ce inconjoara una sau mai multe bacterii.

Pentru dezvoltarea acestor bacterii este necesara mentinerea unui potential de oxido-reducere de peste 400 mV. In cazul in care valoarea potentialului de oxido-reducere scade semnificativ sub aceasta valoare, anumite bacterii pot dizolva manganul retinut anterior. S-a demonstrat ca prezenta substantelor organice reprezinta un factor stimulativ pentru dezvoltarea speciilor de bacterii capabile de demanganizarea apei. Rata de dezvoltare a populatiilor bacteriene utilizate in procesele biologice de demanganizare este mult mai lenta decat in cazul proceselor de deferizare biologica, putand ajunge pȃna la 3 luni [1].

Printre avantajele utilizarii proceselor biologice de demanganizare se numara [1]:

- Reactivii necesari in acest proces sunt in mod uzual oxigenul, de obicei asigurat prin aerare,

si uneori, in etapa de amorsare, permanganatul de potasiu;


16

- Pentru majoritatea apelor brute timpul de contact pentru aerare este redus si corespunde

timpului necesar pentru cresterea potentialului de oxido-reducere pȃna la valoarea

recomandata pentru dezvoltarea speciilor bacteriene;

- Ca si in cazul proceselor biologice de deferizare, din activitatea bacteriana rezulta flocoane

rezistente, care permit utilizarea de viteze de filtrare ridicate, de pȃna la 30-40 m/h;

diametrul efectiv al granulelor materialului filtrant trebuie sa fie mai mari decat in cazul

proceselor de deferizare biologica, incadrandu-se in jurul valorii de 1.35 mm;

- Spalarea filtrelor se poate face cu apa bruta sau cu apa filtrata, neclorata;

- Namolurile rezultate se pot deshidrata usor.

In cazul in care apa necesita atat deferizare cat si demanganizare, si exista posibilitatea adoptarii de procese biologice in aceste scopuri, datorita conditiilor foarte diferite impuse pentru dezvoltarea bacteriilor utilizate, este necesara utilizarea a 2 trepte de filtrare [1].

3.2 Consideratii privind existenta azotului amoniacal in apele naturale

In solutii apoase ionul amoniu exista in echilibru cu amoniacul. Concentratia unei forme sau alta in apa este dependenta de valoarea pH-ului si de temperatura.

In figura urmatoare este prezentata variatia procentuala a formei ionice, respectiv moleculare in functie de pH pentru diferite temperaturi.

La pH-ul apelor naturale azotul amoniacal se gaseste preponderent sub forma ionica.

Figura 3.1. Variatia concentratiei de amoniu, respectiv amoniac in functie de pH.

3.2.1 Surse de amoniu un apele naturale

Sursele de azot amoniacal in apa sunt reprezentate de procesele de degradare incompleta a compusilor de natura organica care contin azot, amoniul fiind prima stare de degradare a compusilor orgnici. O alta sursa importanta de poluare cu azot amoniacat a surselor de apa o reprezinta fertilizatorii utilizati in agricultura.


17

In zonele in care s-a practicat agricultura intensiva concentratiile de amoniu in apa subterana ajunc la valori care sunt peste limita admisa pentru apa potabila conform Legii 458/2002 cu modificarile si completarile ulterioare.

Concentratii mari de amoniu in apa potabila conduce la formarea azotitilor in conditii oxidative. Azotitii sunt compusi toxici care conduc la oxidarea fierului divalent din hemoglobina la fier trivalent impiedicand transportul oxigenului catre tesuturi si conducand la methemoglobinemie.

Acesta trebuie eliminat din apa potabila deoarece este un nutrient care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor in reteaua de distributie. In plus reactioneaza cu clorul adaugat pentru dezinfectie reducand gradul de eficienta a dezinfectiei si formeaza cloramine care confera apei miros specific putand crea probleme de acceptabilitate la consumator.

3.2.2 Tehnologii de tratare pentru eliminare azotului amoniacal din apa

3.2.2.1 Clorinarea la break-point

Clorinarea la break-point este una dintre metodele aplicate pentru reducerea concentratiei de amoniu din apa destinata potabilizarii.

Clorul – agent oxidant

In conditii normale de presiune si de temperatura, clorul este un gaz galben-verzui. La introducerea in apa a clorului se stabileste echilibrul:

Cl2 + H2O H+ + Cl- + HOCl – reactie de disproportionare

Cl0 Cl+1

Cl0 Cl-1

Acidul hipocloros disociaza generand ioni hipoclorit conform reactiei:

HOCl OCl- + H3O+ ;

Constanta de aciditate a acesteia este data de relatia:

6.73

HOCl

OHOClKa

(3.8)

Distributia formelor HOCl, OCl- este functie de pH. In conditiile apei de baut ramane o cantitate foarte mica de clor sub forma moleculara.

Aceste trei tipuri Cl2, HClO si ClO- pot coexista, cate doua, in solutie apoasa.


18

Figura 3.2. Variatia procentajului de HClO in solutie apoasa la 20 0C.

3.2.2.2 Actiunea clorului asupra azotului amoniacal

Clorul este singurul reactiv eligibil pentru eliminarea azotului amoniacal prezent in apa, fie sub forma moleculara NH3, fie sub forma ionica NH4+.

In solutie apoasa, clorul liber oxideaza amoniacul la azot gazos, printr-o serie de reactii care conduc intr-o prima etapa la formarea monocloraminei (NH2Cl), dicloraminei (NHCl2) si tricloraminei (NCl3).

Suma cloraminelor constituie clorul combinat.

Pentru doze de clor suficient de mari, reactia globala, care conduce la degradarea totala cu formare de azot, se scrie:

3 Cl2 + 2 NH3 N2 + 6 Cl- + 6 H+

Aceasta reactie implica o stoechiometrie de 7,6 g Cl2/g N-NH3, care corespunde unui punct denumit punct de ruptura sau «break-point».

Aceasta este doza teoretica de clor necesara reactiei cu azotul amoniacal. In practica dozele de clor necesare sunt cuprinse in domeniul 9.7 – 14.5 mg Cl2/mg N-NH4

+ [11].

Evolutia concentratiei clorului rezidual (exprimat in mg/l), in functie de doza de clor aplicata in cursul clorinarii unei ape naturale, conduce la o curba caracterizata prin patru zone:

zona I: consumul instantaneu al clorului de catre elementele reducatoare prezente in apa,

zona II: formarea monocloraminelor si dicloraminelor,

zona III: distrugerea cloraminelor (trecerea in N2),

zona IV: acumularea clorului liber in apa.

Alura acestor curbe este influentata de numerosi parametri cum ar fi: pH, alcalinitate, forma de clor utilizata (gazos sau hipoclorit).


19

Figura 3.3. Reprezentarea grafica a curbei de clorinare a apelor cu continut de azot amoniacal [1].

Clorul poate, de asemenea sa reactioneze cu compusii de natura organica din apa si sa

formeze compusi organo-halogenati care pot depasi concentratiile admise pentru apa potabila.

Din acest motiv, atunci cand se utilizeaza clorarea la break-point pentru indepartarea amoniului

din apa trebuie prevazute filtre cu carbune activ granular pentru retinerea compusilor organici

halogenati [11]. In plus, carbunele activ catalizeaza descompunerea tricloraminei in azot gazos

[11]. Probabilitatea de formare a compusilor organo-halogenati creste cu cresterea timpului de

reactie dar si cu doza de clor [11]. Pe de alta parte, un timp de reactie prea mic si o doza de clor

redusa conduce la reactia incompleta a azotului amoniacal cu clorul.

Clorul reactioneaza, de asemenea cu compusii anorganici: fier, mangan, azotit. Actiunea

clorului asupra ionului azotit are loc conform ecuatiei urmatoare:

NO2- + HOCl = NO3

- + HCl [1]

Doza de clor stoechiometrica este de 1.54 mg Cl2/mg NO2- [1].

Aplicarea acestui procedeu trebuie sa se realizeze pe baza unor studii de tratabilitate care

sa conduca la optimizarea dozelor de clor si a timpilor de reactie in vederea reducerii

concentratiilor de sub-produsi de reactie formati.

In Romania concentratia maxima de trihalometani admisa pentru apa potabila este de 100

µg/l conform Legii 458/2002 cu modificarile si completarile ulterioare.


20

3.2.2.3 Procese biologice de reducere a concentratiei de amoniu

Microorganismele nitrificatoare sunt bacterii chemoautotrofe care utilizeaza carbonul anorganic (bicarbonati, dioxid de carbon) ca sursa de carbon si azotul amoniacat ca sursa de energie.

Procesul de nitrificare are loc in doua trepte:

oxidarea amoniului la azotiti, proces in care sunt implicate Nitrosomonas si aditional Nitrosospira, Nitrosococcus si care are loc conform ecuatiei:

NH4+ + O2 2H+ + H2O + NO2

-

oxidarea azotitului la azotat, proces in care sunt implicate bacteriile Nitrobacter si aditional Nitrospira si Nitrococcus. Procesul are loc conform reactiei:

NO2- + 0.5 O2 NO3

-

Pentru desfasurarea proceselor este necesar oxigen dizolvat si o temperatura adecvata. Concentratia minima de oxigen necesara functionarii biofiltrelor este de 2 mg/l [12] dar s-a aratat ca limitarea acesteia nu are influenta semnificativa asupra procesului de nitrificare in intervalul de temperaturi de 14 – 27 0C [13]. pH-ul optim pentru desfasurarea procesului este in domeniul 7 – 9. In procesul de nitrificare se elibereaza ioni de hidrogen care conduc la reducerea pH-ului apei.

Reactia completa care caracterizeaza procesul de nitrificare este:

NH4+ + 1.83 O2 + 1.98 HCO3

- 0.021 C2H7O2N + 1.88 CO3- + 1.041 H2O + 0.98 NO3

- [14]

Pentru oxidarea a 1 g N-NH4+ sunt necesare 4.18 g O2 si 7.07 g alcalinitate [15].

Datorita riscurilor asociate procesului biologic, aplicarea acestuie trebuie sa se faca numai dupa teste la scara pilot care sa puna in evidenta daca apa poate fi tratate prin procese de nitrificare si daca intreaga cantitate de amoniu este transformata in azotati. Factorii care influenteaza procesul sunt: concentratia de oxigen dizolvat, temperatura, pH-ul, concentratia de materii organice, alcalinitatea, turbulenta.

3.2.2.4 Procese de schimb ionic

Pocesele de schimb ionic pot fi utilizate in retinearea ionului amoniu din apa destinata potabilizarii cand concentratiile acestuia sunt relativ reduse.

Schimbatorii de ioni sunt utilizati in special in domeniul tratarii apei. Acest proces este cunoscut in tratarea apei potabile unde ionii de sodiu sau de hidrogen din rasinile cationice inlocuiesc ionii de Ca si Mg din apa de tratat, reducand astfel duritatea apei. Schimbul de ioni este folosit in cazurile in care este necesara indepartarea (eliminarea) azotului in diferite forme, metalelor grele si a materiilor dizolvate.

Schimbul ionic este o operatie unitara care are o baza teoretica comuna cu adsorbtia si cromatografia, sustinuta si de elemente specifice. Procesul global, cuprinde mai multe faze:

Afanarea - se realizeaza prin percolarea coloanei cu un curent de apa pretratata sau tratata si are drept scop indepartarea impuritatilor mecanice, a bulelor de gaz si a particulelor de rasina sfaramata. In acelasi timp se realizeaza si o distribuire uniforma a


21

particulelor solide, in vederea diminuarii sanselor de aparitie a defectelor de scurgere prin strat;

Epuizarea - procesul se desfasoara pana cand matricea se satureaza, iar ionii ce trebuie separati nu mai sunt retinuti de rasina, si apar la iesirea din coloana, momentul fiind marcat de cresterea brusca a concentratiei ionice;

Regenerarea - este procesul invers celui de epuizare, de reactivare a schimbatorului de ioni prin schimb ionic, realizat pe baza gradientului de concentratie dintre ionii retinuti la epuizare si ionul din agentul de regenerare;

Spalarea - are drept scop indepartarea solutiei de regenerare in exces in stratul de rasina. Operatia de spalare se efectueaza prin introducerea unui curent de apa tratata, decarbonatata sau demineralizata in sensul parcurs de influent in faza de epuizare;

Datele din literatura pun in evidenta posibilitatea reducerii concentratiei de amoniu din apa prin utilizarea cationitilor sintetici puternic acizi in forma Na respectiv in forma H si a zeolitilor artificiali.

Capacitatea de schimb a zeolitilor, determinata pe apa sintetica (apa care nu contine si alti cationi in afara de amoniu) a fost de 9 mg N-NH4

+/ g zeolit.

S-a demonstrat ca in cazul rasinii sintetice Lewatit 500A capacitatea de schimb a acesteia se epuizeaza dupa un volum de apa trecut prin rasina de 2750 BV (bed volumes) cu o concentratie initiala de amoniu de 10 mg/l [16]. In cazul unei ape naturale cu aceeasi concentratie de amoniu capacitatea de schimb a cationitului se epuizeaza dupa trecerea unui volum de apa de 295 BV [16].

Acesta pune in evidenta faptul ca ionul amoniu intra in competitie cu ceilalti cationi prezenti in apa naturala (Ca2+, Mg2+) ceea ce conduce la epuizarea prematura a acpacitatii ed schimb.

In cazul apelor cu mineralizare ridicata in care concentratia de calciu si magneziu este ridicata iar concentratia de amoniu relativ scazuta schimbul ionic conduce la costuri ridicate datorate regenerarii frecvente a cationitului. In plus, solutia rezultata de la regenerare care contine concentratii ridicate de sare si amoniu reprezinta un deseu care poate crea complicatii in gestionare (nu poate fi acceptat in statia de epurare).

3.2.2.5 Osmoza inversa

Osmoza inversa - procesul produce permeat (apa ultra pura) – intre 65% si 80% si concentrat (20%-35%), indiferent de calitatea apei brute. Osmoza se poate aplica pe debit partial, astfel incat prin amestecul apelor sa rezulte incadrarea la concentratiile depasite si sa nu fie necesara remineralizare. Procesul este fizic (o sitare printr-o sita cu ochiurile foarte fine care retine tot) se desfasoara la presiuni mai mari decat presiunea osmotica, Problema fundamentala o constituie formarea concentratului, care, ca si saramura rezultata de la schimbul ionic, trebuie tratat sau depozitat corespunzator. Procesul prezinta un grad foarte mare de automatizare, ceea ce il face pretabil in zonele rurale, fara a fi nevoie de operator permanent cu grad mare de calificare.

Statiile de tratare prin osmoza inversa sunt proiectate sa asigure o reducerea de 90% a sarurilor totale dizolvate continute in apa bruta, indiferent de calitatea apei brute.


22

In procesul de osmoza inversa apa este pompata printr-o membrana semipermeabila rezultand 2 fluxuri de fluid: permeat cu o concentratie redusa a sarurilor totale dizolvate si concentrat cu o concentratie mare a sarurilor continute.

Intregul proces de tratare consta in urmatorii pasi:

1. Dezinfectie (daca este necesara)

2. Coagulare a eventualelor suspensii si materii coloidale;

3. Filtrare rapida pe nisip;

4. Preparare-dozare reactvi

5. Microfiltrare

6. Osmoza inversa

Este obligatorie utilizarea reactivilor chimici pentru fiecare pas de tratare, iar acestia sunt utilizati pentru urmatoarele procese:

• Coagulare;

• Dezinfectie;

• Neutralizare clor;

• Corectie pH;

• Anti-incrustare.

Pentru reducerea concentratiei de amoniu la valori mai mici de 0.5 mg/l este necesar sa se treaca tot debitul de apa prin instalatia de osmoza inversa, fiind necesara remineralizarea in vederea asigurarii unui continut de saruri care sa conduca la o apa in echilibru calco-carbonic. In caz contrar apa produsa va fi coroziva.

In tabelul care urmeaza sunt prezentate avantajele si dezavantajele tehnologiilor de reducere a concentratiei de amoniu din apa destinata potabilizarii.

Tabel 3.1. Avantaje si dezavantaje ale tehnologiilor de indepartare a azotului amoniacal din apa destinata potabilizarii.

Nr.crt. Proces Avantaje Dezavantaje

1. Clorare la break-point

eficiente ridicate;

cost relativ scazut;

oxidare si alti poluanti (fier, mangan, azotiti);

timp de reactie relativ scazut (30 min.)

doze ridicate de clor;

posibil formare THM;

posibil formare azotiti;

necesar automatizare;

necesar adsorbtie CAG;

2. Procese biologice costuri relativ reduse;

fara consum de reactivi chimici;

proces dependent de temperatura, alcalinitate, pH, oxigen dizolvat;

posibil formare azotiti;

amorsare greoaie a procesului;

necesar sursa aditionala de C in


23

Nr.crt. Proces Avantaje Dezavantaje

cazul apelor cu alcalinitate redusa;

gestionare complicata a biomasei;

necesar adsorbtie CAG;

3. Schimb ionic eficienta ridicata;

operare simpla;

necesar pretratare apa;


costuri ridicate in cazul apelor cu mineralizare ridicata;

necesar reactivi pentru regenerare;

rezulta solutia de la regenerare greu de gestionat;

4. Osmoza inversa eficienta ridicata;

operare simpla

necesar pretratare apa;


costuri ridicate in cazul in care se trece tot debitul de apa prin instalatie;

necesar remineralizare

rezulta concentratul (30% din debitul de apa tratata) greu de gestionat;

STUDIU DE TRATABILITATE A APEI CAPITOLUL 4 SP BALCESCU, LOC. SLATINA, JUD. OLT Rezultatele cercetarilor experimentale

24

4 Rezultatele cercetarilor experimentale

4.1 Descrierea protocolului experimental

Experimentarile pe instalatia pilot au fost conduse in vederea retinerii manganului si azotului amoniacal din apa (indicatorii semnalati ca avand depasiri in buletinele de analiza puse la dispozitie de beneficiar) cu eficiente cat mai ridicate, astfel incat apa tratata sa se incadreze in limitele impuse de Legea 458/2002 privind calitatea apei potabile, cu modificarile si completarile ulterioare. S-au efectuat 2 cicluri experimentale astfel:

Ciclul experimental nr. I:

Oxidare cu clor a manganului si clorarea la break-point a azotului amoniacal;

Filtrare rapida pe nisip in vederea retinerii compusilor insolubili cu mangan si a turbiditatii apei brute;

Adsorbtie pe carbune activ granular in vederea retinerii subprodusilor de clorinare;

Dezinfectie.

Ciclul experimental nr. II. In acest ciclu expeimental s-a optat pentru retinerea separata a manganului si apoi, intr-o treapta de tratare ulterioara, prin clorare la break-point, retinerea azotului amoniacal.

Retinere mangan:

Oxidare cu permanganat de potasiu a manganului bivalent solubil;

Filtrare rapida pe nisip;

Retinere azot amoniacal:

Clorare la break-point a azotului amoniacal;

Adsorbtie pe carbune activ granular;

Dezinfectie.

Au fost recoltate probe de apa pe filierele de tratare in vederea stabilirii eficientelor de reducere a indicatorilor urmariti: amoniu, mangan. De asemenea a fost urmarita variatia pH-ului, a turbiditatii si a clorului rezidual liber si total pe schemele de tratare.

Monitorizarea instalatiei pilot s-a realizat prin determinarea amoniului, clorului liber si total si fierului cu un spectrofotometru DR 2010 conform metodelor de analiza specificate in cartea tehnica a aparatului si prin determinarea pH-ului si a turbiditatii cu echipamente WTW.

Pentru confirmarea rezultatelor au fost recoltate probe care au fost analizate de catre laboratoarele ECOIND.

Mentionam ca este posibil sa se inregistreze diferente intre rezultatele UTCB si rezultatele ECOIND datorita, pe de o parte erorilor de masurare dar si faptului ca UTCB a efectuat analizele in timp real iar ECOIND abia dupa terminarea experimentelor pe instalatia pilot.


25

4.2 Determinari experimentale – Ciclul experimental nr. I

Schema de tratare din cadrul ciclului experimental nr. I este prezentata in figura urmatoare.

Apa bruta

Hipoclorit de sodiu (15 mg Cl2/l)

Q =200 dm

3/h

Hipoclorit de sodiu (0.5 mg Cl2/l)

Figura 4.1. Schema tehnologica ciclul experimental I.

Doza de clor necesara a fost determinata experimental, prin efectuarea unei curbe de clorare la break-point, prezentata in figura urmatoare.

REZERVOR APA BRUTA

FILTRU RAPID DE NISIP vF = 5 m/h

BAZIN PRE-OXIDARE Tc=27 min.

DEZINFECTIE Tc=42 min.

ADSORBTIE CAG EBCT=17.7 min.


26

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 5 10 15 20

NH

4(m

g/l

)

Doza clor (mg/l)

Amoniu

Clor total

Figura 4.2. Curba clorare apa bruta Slatina, SP Balcescu – ciclul experimental I.

In tabelul urmator sunt prezentati parametrii de functionare ai instalatiei pentru ciclul experimental nr. 1 si principalii indicatori de calitate ai apei brute. Un buletin de analiza emis de ECOIND, cu calitatea acesteia este prezentat in anexa nr. 2. Conform acestuia concentratia de amoniu a fost de 1.7 mg/l iar concentratia de mangan 0.0795 mg/l.

Tabel 4.1. Parametrii de functionare ai instalatiei – ciclul I.

NR. CRT.

PARAMETRU UM VALOARE

GENERAL

1 DEBIT APA BRUTA l/s 0.056

l/h 200.0

2

PARAMETRII CALITATE APA BRUTA

TURBIDITATE NTU 0.3

pH 8.4

Fe mg/l 0.04

Mn mg/l 0.084

NH4+ mg/l 1.710

3

SCHEMA DE TRATARE

PRE-OXIDARE CU CLOR

FILTRARE RAPIDA PE NISIP

ADSORBTIE PE CARBUNE ACTIV GRANULAR


27

DEZINFECTIE (HIPOCLORIT DE SODIU)

4 PREOXIDARE

4.1 TIMP DE CONTACT min 27.33

4.2 DOZA Cl2 mg/l 15.00

4.3 CONCENTRATIE Cl2 % 0.140

4.4 DEBIT POMPA ml/min 36.00

5 FILTRU RAPID DE NISIP

5.1 VITEZA DE FILTRARE m/h 5.0

5.2

INTENSITATE APA SPALARE

ETAPA 1 l/s,m2 3.0

ETAPA 2 l/s,m2 6.0

5.3

TIMP SPALARE

ETAPA 1 min 10.0

ETAPA 2 min 15.0

5.4

DEBIT APA SPALARE

ETAPA 1 l/h 675.0

ETAPA 2 l/h 1350.0

6 FILTRU CARBUNE ACTIV GRANULAR

6.1 EBCT min 17.7


7 DEZINFECTIE (CLOR)


7.2 DOZA NaOCl mg Cl2/l 0.5

In figurile care urmeaza sunt prezentate imagini din timpul experimentelor efectuate in acest ciclu experimental.

Instalatia pilot a functionat cu un debit de 200 dm3/h, o perioada de 10 ore iar tratarea a constat in:

oxidare mangan si amoniu cu hipoclorit de sodiu;

filtrare rapida pe nisip in vederea retinerii compusilor insolubili formati in timpul oxidarii;

adsorbtie pe carbune activ in vederea retinerii sub-produsilor de reactie;

dezinfectie.

In tabelul urmator este prezentata calitatea apei tratate comparativ cu calitatea apei brute utilizand schema de tratare mentionata. Buletinele de analiza sunt date in anexa 2.

Prin clorare la break-point si filtrare rapida pe nisip s-a redus atat concentratia de mangan cat si concentratia de amoniu sub limita admisa pentru apa potabila.

Doza de clor a fost ajustata astfel incat concentratia de amoniu in apa filtrata sa fie sub limita admisa pentru apa potabila.


28

Figura 4.3. Sistem injectie hipoclorit de sodiu – ciclul I Figura 4.4. Filtru nisip si filtru CAG – ciclul I

Tabel 4.2. Calitatea apei tratate si a apei brute din localitatea Slatina, SP Balcescu–ciclul experimental I.

Nr. crt.


ulterioare

AB AFRN AFCAG

1 pH* Unitati pH 8.38 8.35 8.27 6.5-9.5

2 Turbiditate* FNU 0.314 0.25 0.05 <5

3 Conductivitate μS/cm 506 - - 2500

4 Duritate totala Grade 5.15 - - min.5


29

Nr. crt.


ulterioare

AB AFRN AFCAG

germane

5 Fier μg/l 40 3.8 8.3 200

6 Mangan* μg/l 84 28 13 50

7 Sulfat mg/l 7.75 - - 250

8 Cloruri mg/l 20.18 - - 250

9 Sodiu mg/l 89.1 - - 200

10 Amoniu* mg/l 1.7 0.12 0.11 0.5

11 Azotati mg/l 0.47 1.94 0.33 50

12 Azotiti mg/l 0.08 0.023 0.014 0.5

13 Indice permanganat mgO2 /l 1.6 1.44 1.76 5

14 Bor mg/l 0.796 - - 1.0

15 Sulfuri si hidrogen sulfurat μg/l <10 - - 100

16 Arsen μg/l <0.2 - - 10

17 Cadmiu μg/l <0.12 - - 5

18 Crom total μg/l <0.4 - - 50

19 Cupru mg/l 1.4 - - 0.1

20 Plumb μg/l <0.05 - - 10

21 Nichel μg/l <0.4 - - 20

22 Seleniu μg/l <0.1 - - 10

23 Stibiu μg/l <0.3 - - 5.0

24 Fluoruri mg/l 0.31 - - 1.2

25 Mercur μg/l <0.01 - - 1

26 Carbon organic total (TOC) mg/l 1.24 1.15 0.56 Nici o modificare

anormala

27 Aluminiu μg/l 16.7 - - 200

28 Zinc μg/l 27.7 - - 5000

29


- -

0.1

-benzo(b)fluoranten μg/l <0.0006 - -

-benzo(k)fluoranten μg/l <0.0006 - -

-benzo(ghi)perilen μg/l <0.0006 - -

-indeno(1,2,3-cd)piren μg/l <0.0006 - -

30 Pesticide organoclorurate μg/l <0.001 - - 0.1

31 Pesticide triazinice μg/l <0.008 - - 0.1

32 Pesticide organofosforice μg/l <0.001 - - 0.1

33 Tetracloretena si μg/l <0.05 - -

10 Tricloretena μg/l <0.05 - -

34 Bromati** μg/l <0.5 - - 10


30

Nr. crt.


ulterioare

AB AFRN AFCAG

35 Benzen μg/l <0.05 - - 1

36 Cianuri totale μg/l <10 - - 50

37 Cianuri libere** μg/l <10 - - -

38 1,2 Dicloretan μg/l <0.25 - - 3

39 Epiclorhidrina μg/l <0.05 - - 0.10

40 Clorura de vinil μg/l <0.05 - - 0.50

41 Clor liber* mg/l - 0.081 <0.01 0.5

42 Clor total* mg/l - 0.31 <0.01 -

43 Trihalometani μg/l - <0.15 <0.15 100

NOTA: * analize efectuate de UTCB;

- pentru indicatorii ale caror valori determinate pe apa bruta nu au depasit limitele maxim admise pentru apa potabila nu s-au efectuat analize pe apa tratata deoarece acestia nu se schimba in procesul de tratare aplicat;

In figura care urmeaza este prezentata variatia concentratiei de amoniu si mangan pe schema de tratare (valori medii). Se observa o reducere semnificativa atat a concentratie de mangan cat si a concentratiei de amoniu. Apa filtrata pe nisip, respectiv apa filtrata pe carbune activ granular a avut concentratii de amoniu si mangan mai mici decat limita admisa pentru apa potabila conform Legii 458/2002. Valorile reprezentate grafic reprezinta media a 6 determinari.

0.01

0.10

1.00

10.00

AB AFRN AFCAG

mg

/l

Amoniu

Mn

AB AFCAG

Legea 458/2002 - NH4+

Legea 458/2002 - Mn

AFRN APREOX

Figura 4.5. Concentratii medii pentru Amoniu si Fe - ciclul I. AB – apa bruta, APREOX – apa pre-oxidata cu clor, AFRN – apa filtrata rapid pe nisip, AFCAG – apa filtrata

pe carbune activ granular.


31

In figura urmatoare este prezentata variatia concentratiei indicatorilor monitorizati in timp pentru apa filtrata rapid pe nisip. Se observa faptul ca din punct de vederea al reducerii concentratiei de mangan procesul a fost stabil, neinregistrandu-se variatii semnificative ale concentratiei. Stabilitatea procesului este data de faptul ca la suprafata filtrului de nisip s-a format un strat de oxid de mangan cu rol catalizator.

Concentratia de amoniu a fost usor fluctuanta deoarece aceasta este foarte usor influentata de variatiile debitelor si a concentratiilor de amoniu din apa bruta.

Concentratiile de clor liber si clor total au avut usoare fluctuatii in timp date de variatiile debitelor. Concentratia de clor total a fost in domeniul 0.19 – 0.58 mg/l iar concentratia de clor liber in domeniul 0.04 – 0.12 mg/l, ceea ce pune in evidenta concentratii reduse de cloramine (0.15 – 0.46 mg/l. Cloraminele formate in timpul clorarii la break-point vor fi retinute prin adsobtie pe carbune activ. De asemenea carbunele activ are rolul de e retine eventualii subprodusi de reactie (trihalometani) formati in timpul clorarii la break-point.

Pentru apa pre-oxidata concentratia de clor liber a fost de 0.12 – 0.19 mg/l iar concentratia de amoniu 0.05 – 0.41 mg/. Faptul ca nu s-au inregistrat modificari semnificative ale concentratiilor de clor si de amoniu pe parcursul filtrarii pune in evidenta faptul ca timpul de reactie asigurat in coloana de pre-oxidare (27.33 min) a fost suficient.

0.01

0.1

1

1 2 3 4 5 6 7 8

mg

/l

Timp (ore)

Mangan

Amoniu

Clor liber

Clor total

Figura 4.6. Variatia in timp a principalilor indicatori pentru apa filtrata pe nisip - ciclul I.

Pe parcursul experimentelor a fost monitorizat pH-ul care a avut valori de 8.33 pentru apa bruta si valori cuprinse in domeniul 8.2 – 8.3 pentru apa filtrata pe nisip respectiv 8.2 – 8.4 pentru apa filtrata pe carbune activ granular.


32

De asemenea, s-au facut determinari de turbiditate pe schema de tratare. Valorile turbiditatii au variat de la 0.3 NTU pentru apa bruta la 0.2 – 0.3 NTU pentru apa filtrata rapid pe nisip, respectiv 0.05 – 0.07 NTU pentru apa filtrata pe carbune activ granular.

Pentru confirmarea rezultatelor s-au efectuat analize la un laborator acreditat (ECOIND). Buletinele de analiza sunt prezentate in anexa 2.

Analizele efectuate au aratat ca, concentratia de trihalometani in apa filtrata rapid pe nisip, dar si in apa filtrata pe carbune activ granular a fost de <0.15 µg/l.

Schema de tratare adoptata in acest ciclu experimental a condus la o reducere semnificativa a concentratiei de amoniu, fara concentratii reziduale de cloramine si, de asemenea, la reducerea sub limita admisa pentru apa potabila a concentratiilor de mangan.

Desi oxidarea a avut loc concomitent pentru mangan si amoniu, procesul de tratare a fost stabil in timp, neinregistrandu-se variatii semnificative ale concentratiilor indicatorilor monitorizati.

Se considera ca prin aceasta schema de tratare, corect condusa se poate obtine o calitate a apei tratate care sa se incadreze in limitele impuse de Legea 458/2002 pentru apa potabila.

Trebuie mentionat ca datorita faptului ca doza de clor necesara reactiei azotului amoniacal este de 8 – 12 ori concentratia de amoniu orice variatie a concentratiei de amoniu in apa bruta conduce la reactie incompleta sau la concentratii de clor liber in apa tratata. De asemenea dozele ridicate de clor pot conduce la concentratii de sub-produsi de reactie (compusi organici halogenati) peste limita admisa pentru apa potabila. Din acest motiv este necesara automatizarea procesului de tratare dar si adsorbtia pe carbune activ granular pentru retinerea eventualilor sub-produsi de reactie, respectiv a clorului total rezidual.


33

4.3 Determinari experimentale – Ciclul experimental nr. II

Schema de tratare din cadrul ciclului experimental nr. II este prezentata in figura urmatoare.

Apa prelevata din sursa subterana Slatina, SP Balcescu a fost transportata la sediul UTCB in data de 9.02.2016.

Apa bruta

Permanganat de potasiu (0.21 mg/l)

Q =200 dm

3/h

Hipoclorit de sodiu (15 mg Cl2/l)

Figura 4.7. Schema tehnologica ciclul experimental II.

REZERVOR APA BRUTA


BAZIN PRE-OXIDARE Tc=27.3 min.

CLORARE BREAK-POINT Tc=41.8 min.

ADSORBTIE CAG EBCT=17.7 min.



34

S-a optat pentru permanganat de potasiu in preoxidare pentru ca:

apa are pH ridicat si acesta reactioneaza cu eficienta ridicata la pH ridicat;

are potential mic de a forma subprodusi de reactie;

se oxideaza in totalitate daca timpul de reactie este suficienta;

supradozarea este imediat observabila (apa roz);

precipitatul negru de MnO2 se retine usor din apa prin filtrare pe nisip;

dioxidul de mangan format are proprietatea de a adsorbi alti ioni din apa (Fe2+, Mn2+, Ra2+) marind astfel eficienta de reducere a acestor ioni;

deasemenea dioxidul de mangan are proprietatea de a adsorbi materiile organice naturale care reprezinta precursori de formare a THM in procesul de dezinfectie;

dozele utilizate sunt reduse: 0.94 mg KMnO4/ mg Fe redus, respectiv 1.92 mg KMnO4/mg Mn redus.

Doza de permanganat re potasiu a fost doza stoechiometrica corespunzatoare concentratiei de mangan din apa bruta, respectiv 1.92 mg permanganat/mg Mn.

Doza de hipoclorit de sodiu necesara pentru clorarea la break-point a apei filtrate pe nisip a fost determinata experimental prin efectuarea unei curbe de clorare pe apa filtrata. Aceasta este prezentata in figura urmatoare.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 5 10 15 20

NH

4(m

g/l

)

Doza clor (mg/l)

Amoniu

Clor total

Figura 4.8. Curba clorare apa filtrata Slatina, SP Balcescu, ciclul experimental II.

S-a utilizat pe instalatia pilot, si in acest caz, o doza de 15 mg Cl2/l.


35

In tabelul urmator sunt prezentati parametrii de functionare ai instalatiei pentru ciclul experimental nr. II si principalii indicatori de calitate a apei brute.

Tabel 4.3. Parametrii de functionare ai instalatiei – ciclul II.

NR. CRT.


GENERAL

1 DEBIT APA BRUTA l/s 0.056

l/h 200.0

2

PARAMETRII CALITATE APA BRUTA

TURBIDITATE NTU 0.25

pH 8.4

Fe mg/l 0.04

Mn mg/l 0.091

NH4+ mg/l 1.200

3

SCHEMA DE TRATARE

PRE-OXIDARE CU PERMANGANAT DE POTASIU


POST-OXIDARE CU CLOR


DEZINFECTIE (HIPOCLORIT DE SODIU)

4 PREOXIDARE


4.2 DOZA KMnO4 mg/l 0.21

4.3 CONCENTRATIE KMnO4 % 0.007

4.4 DEBIT POMPA ml/min 10.20



5.2

INTENSITATE APA SPALARE

ETAPA 1 l/s,m2 3.0

ETAPA 2 l/s,m2 6.0

5.3

TIMP SPALARE

ETAPA 1 min 10.0

ETAPA 2 min 15.0

5.4

DEBIT APA SPALARE

ETAPA 1 l/h 675.0

ETAPA 2 l/h 1350.0

6 POSTOXIDARE CU HIPOCLORIT DE SODIU

6.1 DEBIT APA FILTRATA l/h 200.0



6.4 CONCENTRATIE NaOCl % 0.140

6.5 DEBIT POMPA ml/min. 36

7 FILTRU CARBUNE ACTIV GRANULAR

7.1 EBCT min 17.7


36

NR. CRT.



8 DEZINFECTIE (CLOR)



O analiza in detaliu a calitatii apei brute a fost efectuata de laboratoarele ECOIND. Buletinul de analiza este dat in anexa 3. Apa bruta a avut o calitate similara cu cea procesata in ciclul experimental I.

In figurile urmatoare sunt prezentate imagini din timpul experimentelor.

Solutia de permanganat de potasiu a fost injectata pe la partea inferioara a coloanei de preoxidare iar aceasta a fost alimentata cu apa bruta prin partea superioara. Timpul de contact in pre-oxidare a fost de 27.33 min.

Apa pre-oxidata, evacuata in zona inferioara a coloanei de pre-oxidare a intrat in filtrul rapid de nisip pe la partea superioara. Viteza de filtrare a fost de 5 m/h.

Efluentul filtrului de nisip a fost pompat in coloana de post-oxidare unde s-a dozat hipoclorit de sodiu – 15 mg Cl2/l. Timpul de contact in coloana de post-oxidare a fost de 41.8 min.

Apa post-oxidata a fost pompata in filtrul cu carbune activ granular pentru retinerea prin adsorbtie a eventualilor sub-produsi de reactie formati in timpul clorarii la break-point.

Dat fiind faptul ca dozele de clor necesare reactiei azotului amoniacal sunt foarte mari, si timpii de contact necesari sunt mai mari de 30 min. probabilitatea de a se forma sub-produsi de reactie (cloramine, trihalometani) este ridicata.

In tabelul urmator este data calitatea apei brute comparativ cu cea a apei filtrate pe nisip respectiv efluentul filtrului de carbune activ granular.


37

Figura 4.9. Sistem injectie permanganat de potasiu si coloana pre-oxidare - ciclul II.

Tabel 4.4. Calitatea apei tratate si a apei brute din localitatea Slatina, SP Balcescu – ciclul experimental II.

Nr. crt.


ulterioare

AB AFRN APOX AFCAG

1 pH* Unitati pH 8.36 8.32 8.28 8.31 6.5-9.5

2 Turbiditate* FNU 0.21 0.2 0.22 0.28 <5

3 Conductivitate μS/cm 512 - - - 2500


germane 4.58 - - - min.5

5 Fier μg/l 23.8 4.4 - 38.2 200


38

Nr. crt.


ulterioare

AB AFRN APOX AFCAG

6 Mangan* μg/l 91 20 - 10 50

7 Sulfat mg/l 7.06 - - - 250

8 Cloruri mg/l 19.48 - - - 250

9 Sodiu mg/l 82.7 - - - 200

10 Amoniu* mg/l 1.2 0.99 0.02 0.02 0.5

11 Azotati mg/l 0.51 0.64 - 4.84 50

12 Azotiti mg/l 0.069 0.04 - <0.003 0.5


14 Bor mg/l 0.076 - - - 1.0

15 Sulfuri si hidrogen sulfurat μg/l <10 - - - 100

16 Arsen μg/l <0.2 - - - 10

17 Cadmiu μg/l <0.12 - - - 5

18 Crom total μg/l <0.4 - - - 50

19 Cupru mg/l 1.1 - - - 0.1

20 Plumb μg/l <0.05 - - - 10

21 Nichel μg/l <0.4 - - - 20

22 Seleniu μg/l <0.1 - - - 10

23 Stibiu μg/l <0.3 - - - 5.0

24 Fluoruri mg/l 0.29 - - - 1.2

25 Mercur μg/l <0.01 - - - 1

26 Carbon organic total (TOC) mg/l 1.23 1.22 - 0.54 Nici o modificare

anormala

27 Aluminiu μg/l 17.1 - - - 200

28 Zinc μg/l 27.2 - - - 5000

29


- - -

0.1

-benzo(b)fluoranten μg/l <0.0006 - - -

-benzo(k)fluoranten μg/l <0.0006 - - -

-benzo(ghi)perilen μg/l <0.0006 - - -

-indeno(1,2,3-cd)piren μg/l <0.0006 - - -

30 Pesticide organoclorurate μg/l <0.001 - - - 0.1

31 Pesticide triazinice μg/l <0.008 - - - 0.1

32 Pesticide organofosforice μg/l <0.001 - - - 0.1

33 Tetracloretena si μg/l <0.05 - - -

10 Tricloretena μg/l <0.05 - - -

34 Bromati** μg/l <0.5 - - - 10

35 Benzen μg/l <0.05 - - - 1

36 Cianuri totale μg/l <10 - - - 50


39

Nr. crt.


ulterioare

AB AFRN APOX AFCAG

37 Cianuri libere** μg/l <10 - - - -

38 1,2 Dicloretan μg/l <0.25 - - - 3

39 Epiclorhidrina μg/l <0.05 - - - 0.10

40 Clorura de vinil μg/l <0.05 - - - 0.50

41 Clor liber* mg/l - - 0.58 0.01 0.5

42 Clor total* mg/l - - 0.62 0.01 -

43 Trihalometani μg/l - - - <0.15 100



Rezultatele experimentale sunt prezentate in figura urmatoare.

0.00

0.01

0.10

1.00

10.00

AB AFRN APOX AFCAG

mg

/l

Amoniu

Mn

AB AFCAG

Legea 458/2002 - NH4+

Legea 458/2002 - Mn

AFRN APOX

Figura 4.10. Variatia concentratiei de amoniu si de mangan pe schema de tratare – ciclul II.

AB – apa bruta; AFRN – apa filtrata rapid pe nisip; APOX – apa post-oxidata cu clor; AFCAG – apa filtrata pe carbune activ granular.

Se observa ca prin oxidare cu permanganat de potasiu si filtrare rapida pe nisip s-a redus concentratia de mangan la valori sub limita admisa pentru apa potabila (0.02 mg/l, valoarea medie, fata de 0.05 mg/l concentratia maxim admisa pentru apa potabila). Concentratia de amoniu nu s-a redus semnificativ, astfel ca in apa filtrata pe nisip aceasta a fost de 1 mg/l.


40

Post-oxidarea cu clor care s-a efectuat cu scopul reducerii concentratiei de amoniu a condus la concentratii ale acestui indicator usor sub limita admisa pentru apa potabila. Trebuie mentionat ca timpul de contact a fost de 41.8 minute iar dupa post-oxidare apa a fost pompata in filtrul de carbune activ unde a avut loc adsorbtia clorului rezidual, spre deosebire de ciclul experimental nr. I unde reactia clorului cu azotul amoniacal a putut continua in filtrul de nisip.

Concentratia de amoniu in apa post-oxidata cu clor a fost de 0.02 mg/l fata de 0.5 mg/l concentratia maxim admisa pentru apa potabila conform Legii 458/2002 cu modificarile si completarile ulterioare.

Concentratia medie ce clor liber in apa post-oxidata a fost de 0.58 mg/l iar concentratia de clor total 0.62 mg/l. Aceasta pune in evidenta o concentratie scazuta de cloramine (0.04 mg/l).

Figura care urmeaza reda variatia in timp a indicatorilo monitorizati.

0.01

0.1

1

10

1 2 3 4 5 6

mg

/l

Timp (ore)

Mangan

Amoniu

Clor liber

Clor total

Figura 4.11. Variatia in timp a concentratiei de mangan si amoniu din apa filtrata pe nisip si a concentratiilor de clor din apa post-oxidata cu clor – ciclul II.

Concentratia de trihalometani in efluentul filtrului de carbune activ a fost <0.15 µg/l.

In concluzie, si aceasta schema de tratare conduce la o calitate a apei produse care se incadreaza in limitele impuse de legislatia in vigoare.

STUDIU DE TRATABILITATE A APEI CAPITOLUL 5 SP BALCESCU, LOC. SLATINA, JUD. OLT Concluzii si recomandari

41

5 Concluzii si recomandari

In vederea stabilirii tehnologiei optime, a parametrilor de functionare precum si a tipurilor si dozelor de reactivi pentru tratarea apei prelevata de la statia de pompare Nicolae Balcescu, Localitatea Slatina, jud. Olt s-au realizat doua cicluri experimentale pe instalatia pilot.

Analiza rezultatelor analizelor efectuate pe apra bruta in cadrul ciclurilor experimentale a pus in evidenta urmatoarele:

conform datelor puse la dispozitie de beneficiar apa bruta prelevata din SP Balcescu localitatea Slatina, jud. Olt prezinta depasiri ale concentratiei admise la turbiditate, amoniu si mangan;

analizele efectuate in cadrul cilurilor experimentale a pus in evidenta:

- apa bruta prelevata din statia de pompare Balcescu, localitatea Slatina are caracteristici specifice apelor subterane (mineralizare ridicata, concentratie redusa de materii organice);

- concentratia de fier a fost 40.1 μg/l in prima zi de teste, respectiv 23.8 μg/l, in ziua a doua, fata de 200 μg/l, concentratia maxim admisa pentru apa potabila conform legii privind calitatea apei potabile;

- concentratia de mangan a fost 84 – 91μg/l fata de 50 μg/l, concentratia maxim admisa pentru apa potabila;

- concentratiile de azotati si azotiti pentru cele doua probe analizate au fost reduse, sub limitele admise pentru apa potabila

- concentratia de amoniu a fost in domeniul 1.2 mg/l – 1.7 mg/l fata de 0.5 mg/l, concentratia maxim admisa pentru apa potabila;

- concentratia de substante organice a fost redusa (1.23 – 1.24 mg/l carbon organic total);

- concentratiile de micropoluanti organici si de metale grele au fost sub limita admisa pentru apa potabila pentru ambele probe analizate.

Schemele de tratare au vizat reducerea concentratiilor de amoniu si mangan, acesti indicatori fiind semnalati cu depasiri in buletinele de analiza puse la dispozitie de beneficiar.

Rezultatele ciclurilor experimentale realizate pe instalatia pilot au pus in evidenta urmatoarele:

Azotul amoniacal poate fi redus la concentratii mai mici de 0.5 mg/l prin clorare la break-point. Deoarece doza de clor stoechiometrica necesara este de 7.6 mg Cl2/mg N-NH4

+, iar in practica aceasta variaza in domeniul 9 – 14 mg Cl2/mg N-NH4

+ variatia debitelor si a concentratiilor de amoniu in apa bruta conduce la variatii ale concentratiilor de amoniu in efluent dar si la variatii ale concentratiilor de clor rezidual liber si de clor total in apa tratata. In vederea asigurarii unui proces stabil este necesara automatizarea procesului.

Procesul de oxidare concomitenta a manganului si a azotului amoniacal cu clor a condus la eficiente ridicate de retinere atat a mangan (60%) cat si a azotului amoniacal (91%). Apa tratata se incadreaza in limitele impuse de Legea 458/2002 privind calitatea apei potabile.

Oxidarea in trepte (oxidarea manganului cu permanganat de potasiu si retinerea compusilor insolubili urmata de clorarea la break-point a apei filtrate pe nisip) conduce, de asemenea, la o calitate buna a apei tratate insa avand in vedere ca manganul se gaseste in concentratie usor


42

peste limita admisa si dozele de clor necesare oxidarii acestuia sunt extrem de reduse, se prefera schema cu dozare de clor in pre-oxidare care sa asigure atat oxidarea manganului cat si reactia cu ionul amoniu.

Pe baza celor prezentate se recomanda urmatoarea schema tehnologica pentru tratarea apei din statia de pompare Balcescu, localitatea Slatina:

Preoxidare cu clor (10 - 20 mg/l) cu asigurarea unui timp de reactie de cel putin 30 min.;

Filtrare rapida pe nisip cuartos, pentru retinerea compusilor de fier insolubili;

Adsorbtie pe carbune activ granular pentru retinerea eventualilor sub-produsi de reactie rezultati in procesul de clorare a apei; sortul de carbune activ granular se va selecta pentru a corespunde retinerii cloraminelor si trihalometanilor;

Dezinfectie cu clor (0.5 mg/l) pentru a asigura doza de marcaj conform Legii privind calitatea apei potabile cu completarile si adaugirile ulterioare.

Hipoclorit de sodiu (10 - 20 mg Cl2/l)

Hipoclorit de sodiu (0.5 mg Cl2/l)

Figura 5.1. Schema de tratare propusa.

Calitatea apei tratate pe aceasta filiera de tratate, comparativ cu calitatea apei brute este prezentata in tebelul urmator.

REZERVOR APA BRUTA


BAZIN PRE-OXIDARE Tc=30 min.


ADSORBTIE CAG EBCT=15 min.


43

Tabel 5.1. Calitatea apei tratate si a apei brute din localitatea Slatina, SP Balcescu–ciclul experimental I.

Nr. crt.


ulterioare

AB AFRN AFCAG

1 pH* Unitati pH 8.38 8.35 8.27 6.5-9.5

2 Turbiditate* FNU 0.314 0.25 0.05 <5

3 Conductivitate μS/cm 506 - - 2500


germane 5.15 - - min.5

5 Fier μg/l 40 3.8 8.3 200

6 Mangan* μg/l 84 28 13 50

7 Sulfat mg/l 7.75 - - 250

8 Cloruri mg/l 20.18 - - 250

9 Sodiu mg/l 89.1 - - 200

10 Amoniu* mg/l 1.7 0.12 0.11 0.5

11 Azotati mg/l 0.47 1.94 0.33 50

12 Azotiti mg/l 0.08 0.023 0.014 0.5


14 Bor mg/l 0.796 - - 1.0

15 Sulfuri si hidrogen sulfurat μg/l <10 - - 100

16 Arsen μg/l <0.2 - - 10

17 Cadmiu μg/l <0.12 - - 5

18 Crom total μg/l <0.4 - - 50

19 Cupru mg/l 1.4 - - 0.1

20 Plumb μg/l <0.05 - - 10

21 Nichel μg/l <0.4 - - 20

22 Seleniu μg/l <0.1 - - 10

23 Stibiu μg/l <0.3 - - 5.0

24 Fluoruri mg/l 0.31 - - 1.2

25 Mercur μg/l <0.01 - - 1

26 Carbon organic total (TOC) mg/l 1.24 1.15 0.56 Nici o modificare

anormala

27 Aluminiu μg/l 16.7 - - 200

28 Zinc μg/l 27.7 - - 5000

29


- -

0.1

-benzo(b)fluoranten μg/l <0.0006 - -

-benzo(k)fluoranten μg/l <0.0006 - -

-benzo(ghi)perilen μg/l <0.0006 - -

-indeno(1,2,3-cd)piren μg/l <0.0006 - -

30 Pesticide organoclorurate μg/l <0.001 - - 0.1

31 Pesticide triazinice μg/l <0.008 - - 0.1


44

Nr. crt.


ulterioare

AB AFRN AFCAG

32 Pesticide organofosforice μg/l <0.001 - - 0.1

33 Tetracloretena si μg/l <0.05 - -

10 Tricloretena μg/l <0.05 - -

34 Bromati** μg/l <0.5 - - 10

35 Benzen μg/l <0.05 - - 1

36 Cianuri totale μg/l <10 - - 50

37 Cianuri libere** μg/l <10 - - -

38 1,2 Dicloretan μg/l <0.25 - - 3

39 Epiclorhidrina μg/l <0.05 - - 0.10

40 Clorura de vinil μg/l <0.05 - - 0.50

41 Clor liber* mg/l - 0.081 <0.01 0.5

42 Clor total* mg/l - 0.31 <0.01 -

43 Trihalometani μg/l - <0.15 <0.15 100



Tabelul urmator prezinta parametrii generali recomandati pentru schema propusa de tratare.

Tabel 5.2. Parametrii recomandati pentru schema de tratare propusa.

NR. CRT.

PARAMETRU U.M. VALOARE

1

SCHEMA DE TRATARE

PRE-OXIDARE CU CLOR



DEZINFECTIE CU CLOR

2 BAZIN CONTACT PRE-OXIDARE

2.1 TIMP CONTACT min 30

2.3 DOZA DE CLOR mg Cl2/l 10 - 20


3.1 TIP PROCES: FILTRARE CU NIVEL CONSTANT SI DEBIT VARIABIL

3.2 VITEZA DE FILTRARE IN CICLU DE FILTRARE m/h 5

3.3 VITEZA DE FILTRARE IN CICLU DE SPALARE m/h MAX 8

3.4 CARACTERISTICI STRAT FILTRANT

- CONTINUT DE CUART - DIAMETRU EFECTIV

%

mm

MIN. 95 0.9 – 1.0


45

NR. CRT.

PARAMETRU U.M. VALOARE

- COEFICIENT DE UNIFORMITATE - DENSITATE APARENTA - DENSITATE REALA - POROZITATE - FRIABILITATE - PIERDEREA LA ACID - INALTIME STRAT

- g/cm3 g/cm3

% % % m

< 1.6 1.4 – 1.6 2.4 – 2.6

40 < 5 < 2

1.20

3.5 DRENAJ CU PLACI CU CREPINE

3.6

SPALARE IN CONTRACURENT CU APA SI AER: - ETAPA 1: CU AER SI APA SIMULTAN:

- INTENSITATE APA: - INTENSITATE AER: - DURATA:

- ETAPA 2: CU APA: - INTENSITATE APA: - DURATA:

l/s,m2 l/s,m2 min.

l/s,m2 min.

4 18 10

8

15

4 ADSORBTIE - FILTRU CARBUNE ACTIV GRANULAR

4.1 EBCT (Empty Bed Contact Time) min 15

4.2 TIP PROCES: FILTRARE CU NIVEL CONSTANT SI DEBIT VARIABIL

5 DEZINFECTIE

5.1 TIMP CONTACT min 15

5.2 DOZA CLOR mg Cl2/l 0.5

STUDIU DE TRATABILITATE A APEI BIBLIOGRAFIE SP BALCESCU, LOC. SLATINA, JUD. OLT

46

Bibliografie

1. Degremont - Water treatment handbook – Seventh edition, ISBN 978-2-7430-0970-0, France, 2007.

2. Directiva 98/83/EC - Calitatea apei destinate consumului uman.

3. Legea 458/2002 M.O. Nr. 552/29 iulie 2002 - Legea privind calitatea apei potabile cu completarile si modificarile ulterioare.

4. AWWA - Water Quality and Treatment – a handbook of community water supplies – fifth edition;

5. Australian Government – Australian Drinking Water Guidelines 6 2011, version 3.0 updated December 2014, disponibil la:

http://www.nhmrc.gov.au/_files_nhmrc/publications/attachments/eh52_aust_drinking_water_guidelines_update_131216.pdf

6. HDR ENGINEERING INC. Handbook of Public Water Systems, 2nd Edition. John Wiley & Sons, Inc, 2001.

7. WHO. Guidelines for Drinking Water Quality, Third Edition, Volume 1. Geneva, 2008;

8. USEPA OFFICE OF WATER. Alternative Disinfectants and Oxidants Guidance Manual. USEPA, 1999.

9. BLACK&VEATCH. White's Handbook of Chlorination and Alternative Disinfectants. John Wiley & Sons Inc, 2010;

10. John F. McPeak, Harold L. Aronovitch. Iron in water and processes for its removal. Hungerford & Terry, Inc, Philadelphia, Pennsylvania, 1983.

11. Szabolcs Takó - Ammonium removal from drinking water - comparison of the breakpoint chlorination and the biological technology - Conference of Junior Researchers in Civil Engineering pag. 248 – 254.

12. S. Chen, C Zhun: Nitrification kinetics of biofilm as affected by water quality factors - Original Research Article, Aquacultural Engineering, Volume 34, Issue 3, May 2002, Pages 179-197.

13. Wilczak, Andrzej - Chloramine Decay Rate: Factors and Research Needs - 2001 AWWA, Annual Conference Proceedings. Washington, D.C.: AWWA. 2001.

14. Kirmeyer, Gregory J., Lee H. Odell, Joe Jacangelo, Andrzej Wilczak and Roy Wolfe. - Nitrification Occurrence and Control in Chloraminated Water Systems. Denver, Colo.:AwwaRF and AWWA. (1995).

15. Shulin Chen, Jian Ling, Jean-Paul Blancheton - Nitrification kinetics of biofilm as affected by water quqlity factors - Water Research, Aquacultural Engineering 34, 179–197 (2006).

16. H. M. Abd El-Hady, A. Grünwald, K. Vlčková, J. Zeithammerová - Lewatit S100 in Drinking Water Treatment for Ammonia Removal - Acta Polytechnica Vol. 41 No.1/2001.



STUDIU DE TRATABILITATE A APEI ANEXE SP BALCESCU, LOC. SLATINA, JUD. OLT

ANEXA 1 SCHEMA TEHNOLOGICA A STATIEI PILOT

Schema Statia Pilot de Tratarea Apei. Legenda: 1. Bazin de stocare apa bruta; 2. Bazin contact pre-oxidare; 3. Decantor cu viteza ascensionala variabila; 4. Decantor cu camere de reactie si modul lamelar; 5. Filtru rapid de nisip; 6. Bazin de contact post-oxidare; 7. Filtre de carbune activ

granular; 8. Filtre speciale; 9. Generator de ozon; 10. Instalatii preparare-dozare reactivi; 11. Instalatie golire si evacuare namol; 12. Pompa recirculare namol; 13. Treapta de repompare; 14. Compresor; 15; Rezervor si pompa apa spalare filtre; 16. Instalatie preparare-dozare clor. 17. Instalatie de filtrare pe membrane.


ANEXA 2 BULETINE ANALIZA CICLUL EXPERIMENTAL I


ANEXA 2.1

BULETINE DE ANALIZA BENEFICIAR


ANEXA 2.2

BULETINE DE ANALIZA UTCB

UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI

DEPARTAMENTUL DE CERCETARE SI PROIECTARE IN CONSTRUCTII

Bd. Lacul Tei 124 * Sect. 2 * RO-020396 * Bucuresti - ROMANIA


Functionare conform HG nr. 223/2005, cod fiscal R13726642

1

FACULTATEA DE HIDROTEHNICA DEPARTAMENT DE INGINERIE HIDROTEHNICA LABORATORUL DE CHIMIA APEI SI A POLUANTILOR

BULETIN DE ANALIZE FIZICO-CHIMICE

nr. 8 din 8.02.2016

Proba: Apa subterana, jud. Olt, loc Slatina, SP Nicolae Balcescu (AB); Recoltare: Recoltată de beneficiar; Data primirii probelor: 8.02.2016; Efectuarea analizelor: 8.02.2016; Conservare proba: - Rezultate obtinute:

Nr. crt.

Indicator U.M. Valoare Val. Adm. Cf.

L. 458/2002 si L. 311/2004

1 pH unităţi 8.38 6.5 – 9.5

2 Turbiditate NTU 0.31 1


4 Fier mg/l 0.04 0.2

5 Mangan mg/l 0.084 0.05 Nota: a. Rezultatele incercarilor se refera numai la proba supusa incercarii.

b. Corecturile sau adaugirile se pot efectua prin intermediul unui alt document suplimentar la Raportul de incercari

c Se interzice reproducerea partiala a prezentului document fara acordul scris al UTCB.

Decan, Elaborat, Prof.dr.ing. Ioan Bica Conf.dr.ing. chim. E. Vulpasu






2



nr. 9 din 8.02.2016

Proba: AFRN Ciclul experimental I, jud. Olt, loc Slatina, SP Nicolae Balcescu; Recoltare: Proba a fost recoltata de la iesirea din filtrul de nisip de Elena Vulpasu; Data primirii probelor: 8.02.2016; Efectuarea analizelor: 8.02.2016; Conservare proba: - Rezultate obtinute:

Nr. crt.


L. 458/2002 si L. 311/2004

1 pH unităţi 8.35 6.5 – 9.5



4 Fier mg/l 0.01 0.2

5 Mangan mg/l 0.028 0.05

6 Clor liber mg/l 0.081 0.5

7 Clor total mg/l 0.31 - Nota: a. Rezultatele incercarilor se refera numai la proba supusa incercarii.









3



nr. 10 din 8.02.2016

Proba: AFCAG Ciclul experimental I, jud. Olt, loc Slatina, SP Balcescu; Recoltare: Proba a fost recoltata de la iesirea din filtrul CAG de Elena Vulpasu; Data primirii probelor: 8.02.2016; Efectuarea analizelor: 8.02.2016; Conservare proba: - Rezultate obtinute:

Nr. crt.


L. 458/2002 si L. 311/2004

1 pH unităţi 8.27 6.5 – 9.5



4 Fier mg/l 0.01 0.2

5 Mangan mg/l 0.013 0.05

6 Clor liber mg/l <0.01 0.5

7 Clor total mg/l <0.01 - Nota: a. Rezultatele incercarilor se refera numai la proba supusa incercarii.





ANEXA 2.3

BULETINE DE ANALIZA ECOIND

STUDIU DE TRATABILITATE A APEI ANEXA 3 SP BALCESCU, LOC. SLATINA, JUD. OLT

ANEXA 3 BULETINE DE ANALIZA CICLUL EXPERIMENTAL

II


ANEXA 3.1

BULETINE DE ANALIZA BENEFICIAR


ANEXA 3.2

BULETINE DE ANALIZA UTCB






1



nr. 11 din 9.02.2016

Proba: Apa subterana, jud. Olt, loc Slatina, SP Nicolae Balcescu (AB); Recoltare: Recoltată de beneficiar; Data primirii probelor: 9.02.2016; Efectuarea analizelor: 9.02.2016; Conservare proba: - Rezultate obtinute:

Nr. crt.


L. 458/2002 si L. 311/2004

1 pH unităţi 8.36 6.5 – 9.5



4 Fier mg/l 0.04 0.2

5 Mangan mg/l 0.091 0.05 Nota: a. Rezultatele incercarilor se refera numai la proba supusa incercarii.









2



nr. 12 din 9.02.2016

Proba: AFRN Ciclul experimental II, jud. Olt, loc Slatina, SP Nicolae Balcescu; Recoltare: Proba a fost recoltata de la iesirea din filtrul de nisip de Elena Vulpasu; Data primirii probelor: 9.02.2016; Efectuarea analizelor: 9.02.2016; Conservare proba: - Rezultate obtinute:

Nr. crt.


L. 458/2002 si L. 311/2004

1 pH unităţi 8.32 6.5 – 9.5



4 Fier mg/l - 0.2

5 Mangan mg/l 0.02 0.05

6 Clor liber mg/l - 0.5

7 Clor total mg/l - - Nota: a. Rezultatele incercarilor se refera numai la proba supusa incercarii.









3



nr. 13 din 9.02.2016

Proba: AFCAG Ciclul experimental II, jud. Olt, loc Slatina, SP Balcescu; Recoltare: Proba a fost recoltata de la iesirea din filtrul CAG de Elena Vulpasu; Data primirii probelor: 9.02.2016; Efectuarea analizelor: 9.02.2016; Conservare proba: - Rezultate obtinute:

Nr. crt.


L. 458/2002 si L. 311/2004

1 pH unităţi 8.31 6.5 – 9.5



4 Fier mg/l - 0.2

5 Mangan mg/l 0.01 0.05

6 Clor liber mg/l <0.01 0.5

7 Clor total mg/l <0.01 - Nota: a. Rezultatele incercarilor se refera numai la proba supusa incercarii.









4



nr. 14 din 9.02.2016

Proba: APOX Ciclul experimental II, jud. Olt, loc Slatina, SP Balcescu; Recoltare: Proba a fost recoltata de la iesirea din coloana de post-oxidare de E. Vulpasu; Data primirii probelor: 9.02.2016; Efectuarea analizelor: 9.02.2016; Conservare proba: - Rezultate obtinute:

Nr. crt.


L. 458/2002 si L. 311/2004

1 pH unităţi 8.28 6.5 – 9.5



4 Fier mg/l - 0.2

5 Mangan mg/l - 0.05

6 Clor liber mg/l 0.58 0.5

7 Clor total mg/l 0.62 - Nota: a. Rezultatele incercarilor se refera numai la proba supusa incercarii.





ANEXA 3.3

BULETINE DE ANALIZA ECOIND

Studiu Tratabilitate Apa Slatina Balcescu v02

Documents

Transcript of Studiu Tratabilitate Apa Slatina Balcescu v02