1. Introducere

Obiectivul principal al epurrii apelor uzate l constituie ndeprtarea substanelor n suspensie, coloidale i n soluie, asubstanelor toxice, a microorganismelor etc. din apele uzate, n scopul proteciei mediului nconjurtor (aer, sol, emisar etc.) [1].

Staiile de epurare reprezint ansamblul de construcii i instalaii, n care apele de canalizare sunt supuse proceselor tehnologice de epurare, care le modific n aa mod calitile, nct s ndeplineasc condiiile prescrise, de deversare n receptorii naturali i de ndeprtare a substanelor reinute din aceste ape. Staiile de epurare pot fi clasificate n dou mari categorii [1]:

oreneti;

industriale. Prin aderarea Romniei la Uniunea European, la 1 ianuarie 2007, s-au adoptat o serie de dispoziii speciale care au sprijinit aderarea n bune condiii a acesteia. O astfel de dispoziie special este Directiva 91/271/CEE, acest document avnd ca obiectiv protecia mediului de efectele negative ale evacurilor de ape uzate i prezint etapele pe care Romnia i le propune s le urmeze privind epurarea apelor uzate, graficul de realizare n timp i costuri.

Conform acestora, apele uzate provenite de la aglomerri umane cu mai mult de 10.000 l.e.(locuitori echivaleni) trebuie sa fie supuse unei epurri teriare (reinerea compuilor azotului i fosforului, precum i a altor impurificatori a cror structur chimic i biologic nu permite ca acetia s fie reinui i eliminai ntr-o staie de epurare obinuit) pn la data de 31 decembrie 2015, iar apele uzate provenite de la aglomerri umane cuprinse ntre 2.000-10.000 l.e. trebuie s fie supuse unei epurri biologice pn la 31 decembrie 2018 [2].

Din aceste obiective impuse de ctre Uniunea European, se poate identifica o nou categorie de clasificare a staiilor de epurare. Aglomerrile umane cu mai mult de 10.000 l.e. se ncadreaz n categoria staiilor de epurare oreneti, iar cele cu aglomerri umane cuprinse ntre 2.000 10.000 l.e. formeaz noua categorie a staiilor de epurare rurale.

2. Costurile de exploatare ale staiilor de epurare

Costurile de ntreinere i exploatare se difereniaz n urmtoarele tipuri de costuri [3]:

a) Costuri specifice de ntreinere i exploatare raportate la procesul tehnologic, cum ar fi, pentru:

Costuri Energie; ntreinerea echipamentelor; Consumabile (substane chimice, saci deshidratare etc.).

b) specifice de ntreinere i exploatare raportate la ansamblul staiei de epurare, cum ar fi, pentru: Personal; Evacuarea deeurilor solide; Altele (spre exemplu administrare etc.). Dintre acestea, costurile cu energia reprezint ponderea cea mai mare din totalul costurilor de exploatare i ntreinere.

Sunt luate n considerare urmtoarele consumuri specifice (pe l.e.) de energie pentru staiile de epurare, referitoare la: Grtare i site0,5 kWh/l.e/an

Separator grsimi i deznisipator2,2 kWh/l.e/an

Decantor primar0,6 kWh/l.e/an

Modul biologic cu nmol activ25,8 kWh/l.e/an

Decantoare secundare2,3 kWh/l.e/an

ngrotor nmol1,1 kWh/l.e/an

Bazin fermentare anaerob nmol2,9 kWh/l.e/an

Fermentare i deshidratare nmol1,2 kWh/l.e/an

Altele (eliminare fosfor, administrare)3,0 kWh/l.e/an

n total, consumul specific anual cu energia pentru o staie de epurare este de 39,6 kWh/l.e/an, iar consumul specific zilnic cu energia este de 0,108 kWh/l.e/zi [3].

La 1 ianuarie 2010, populaia Romniei a fost, conform Institutului Naional de Statistic, de 21.462 mii locuitori, ponderea populaiei urbane fiind de 55,1 %, iar cea a populaiei rurale de 44,9 % din totalul populaiei [4]. Conform evidenei Administraiei Naionale Apele Romne, la finalul semestrului II al anului 2011, mediul urban avea un grad de racordare la staii de epurare de 67,17 %, iar mediul rural de 7,21 % [5].

Pentru calculul consumului specific zilnic cu energia pentru staiile de epurare de pe teritoriul Romniei n 2012, datele anterior menionate sunt centralizate n tabelul 1.

Tabelul 1

Total populaie: 21462 mii loc.Consum specific energie:

1 l.e = 0,108 kWh/zi

PondereMiiGrad racordareMii

Mediupopulaielocuitori/la staiile delocuitori/MWh/zi

total [%]mediuepurare [%]mediu

Urban55,111825,5667,177943,23857,87

Rural44,99636,447,21694,7975,04

Total:932,91

Consumul mediu zilnic de energie la nivel naional este de 168.000 MWh [6], iar consumul de energie specific zilnic pentru staiile de epurare este de 932,91 MWh, acesta reprezentnd 0,56 % din consumul mediu zilnic de energie la nivel naional, cu un cost zilnic de aproximativ 110.000 euro.

Dac se presupune c Romnia i va ndeplini ndatoririle cu privire la Directiva 91/271/CEE, n anul 2018, ntreaga populaie a Romniei ar fi racordat la sisteme de epurare a apei uzate. Rezultatele consumului specific cu energia pentru staiile de epurare de pe teritoriul Romniei, n aceast ipotez este prezentat n tabelul 2.

Tabelul 2

Total populaie: 21462 mii loc.Consum specific energie: 1 l.e=0,108

kWh/zi

PondereMiiGrad racordareMii locuitori/

Mediupopulaielocuitori/la staiile deMWh/zi

total [%]mediuepurare [%]mediu

Urban55,111825,5610011825,561277

Rural44,99636,441009636,441041

Total:2318

Datele din tabelul 1 i respectiv din tabelul 2 sunt sintetizate n figura 1.

Fig. 1 Populaia total a Romniei i procentajul de racordare a acesteia la staiile de epurare

n aceast ipotez consumul de energie zilnic total pentru staiile de epurare este de 2.318 MWh, reprezentnd 1,38 % din consumul mediu zilnic de energie la nivel naional i un cost zilnic de energie de aproximativ 270.000 euro, figura 2.

Fig. 2 Consumul i costul zilnic de energiei la nivel naional, preconizat n 2018

Din analiza figurii 2 se observ o cretere a consumului de energie pentru staiile de epurare n 2018 de 248 % n comparaie cu anul 2012. Ponderea cea mai mare o reprezint mediul rural, unde creterea consumului de energie preconizat n 2018 este de 1.340% fa de anul 2012.

Aadar, se impune o optimizare a consumurilor de energie pentru staiile de epurare existente i gsirea unor metode tehnologice cu consum redus de energie pentru staiile de epurare care se vor construi n zona rural.

3. Metode de reducere a consumului de energie

n prezent se cerceteaz noi metode de optimizare a consumului de energie i implicit a costurilor de exploatare. Printre metodele cele mai vehiculate se includ [7]:

Automatizarea complex a proceselor, prin asigurarea regimurilor optime de funcionare a acestora cu consum minim de

energie i materiale, cu o fiabilitate deosebit. Aceast metod s -a impus n aproape toate domeniile, reprezentnd astzi nu o opiune, ci

o necesitate. Identificarea urmtoarelor surse de energie neconvenional care ar putea conduce la optimizarea energetic a staiei de epurare: Energie solar - panouri solare care obin direct energie termic i panouri fotovoltaice care furnizeaz direct energie electric;

Energie eolian - prin intermediul turbinelor eoliene care produc direct energie electric cu ajutorul curenilor de aer;

Energie geotermic - care prin intermediul pompei de cldur genereaz energie termic, folosind cldura extras din pmnt;

Energia co-generativ - prin utilizarea biogazului produs n staia de epurare a apelor uzate n grupuri care furnizeaz direct energie electric i termic simultan cu randamente superioare (peste 70 %) n funcie de mrimea grupului.

Energia hidraulic - prin montarea unei centrale hidroelectrice de mic putere n punctul de deversare a apei epurate n emisar. ntr-adevr, automatizarea complex a proceselor prin implementarea unui sistem SCADA (Supervisory Control and Data

Acquisition = control supravegheat i achiziii de date) este o metod viabil pentru staiile de epurare de capacitate mare, unde exist personal specializat, iar costurile de implementare se amortizeaz ntr-o perioad relativ redus. Totui automatizarea complex a proceselor nu reprezint o soluie pentru staiile de epurare de capacitate mic din zonele rurale, unde nu exist personal specializat cu capacitate de exploatare a acestor sisteme. De asemenea, procesele tehnologice sunt simple, nefiind justificat necesitatea alegerii unui sistem complex de automatizare.

Prin amplasarea staiilor de epurare n zonele limitrofe ale localitilor, se creeaz condiiile optime de utilizare a surselor neconvenionale de energie. Dar analiznd randamentele de conversie a surselor regenerabile n energie electric (aproximativ 20 % [8]) se constat ineficacitatea implementrii acestora raportate la costurile de investiie.

Epurarea apelor uzate se realizeaz convenional prin intermediul proceselor tehnologice care utilizeaz echipamente electrice (exemplu: pompe, aeratoare, suflante etc.), energia consumat pentru funcionarea continu a acestora crescnd costurile de exploatare a staiei de epurare. Folosirea surselor regenerabile de energie nu reprezint soluia fiabil de reducere a acestor costuri

datorit randamentelor sczute de conversie n energie electric i a costurilor mari de investiie.

Metodele optime de epurare a apelor uzate le reprezint procesele tehnologice neconvenionale, care nu utilizeaz echipamente electrice pentru tratarea biologic a apei. Exemple de tehnologii neconvenionale de epurare a apelor uzate sunt cmpurile de irigare i filtrare, filtrele de nisip, cmpurile de filtrare subterane, iazurile de stabilizare i platourile dinamice sau zonele umede construite [1].

4. Platourile dinamice

Cele mai bine dezvoltate tehnici la nivelul staiilor de epurare a apelor reziduale urbane sunt procese biologice intensive. Principiul const n exploatarea pe un spaiu mic, intensificarea degradrii naturale a materiilor organice i nlturarea nutrienilor. O astfel de tehnologie consacrat i dezvoltat este sistemul cu nmol activ cu aerare continu, care necesit o alimentare permanent cu energie electric, precum i un personal calificat pentru exploatare i ntreinere.

Tehnologiile extensive au avantaje considerabile att n ceea ce privete cheltuielile de investiie ct i de exploatare. Procedeul de epurare extensiv se bazeaz pe culturi de bacterii. Epurarea se asigur datorit reteniei de lung durat care necesit un spaiu mai larg dect n cazul sistemelor intensive. Metodele de epurare n platouri dinamice au o performan ridicat, costuri sczute, consum mic de energie (uneori chiar egal cu zero) i procedeu de epurare cu necesitate redus de ntreinere, foarte potrivite zonelor rurale [9].

Platourile dinamice sunt ecosisteme naturale unde apele reziduale sunt introduse pentru epurare biologic i fizic ntr-un filtru de nisip pe care se dezvolt vegetaie. Patul filtrant poate fi format din materiale precum nisip sau pietri de diferite granulaii i izolat etan (cu geotextil i geomembran). Tratarea apelor uzate este asigurat prin activitatea bacteriilor de pe biofilmul substratului i filtrului fizic ct i prin efectele absorbante. Pentru accelerarea procesului pe toat suprafaa filtrului de nisip se cultiv plante, de obicei trestie, din acest motiv deseori sunt denumite filtr cu pat de trestie.

Exist diferite tipuri de sisteme, ns predomin utilizarea sistemului subsuperficial n care nivelul apelor se menine sub acela al suprafeei. n general, zonele umede construite cuprind o etap de tratare mecanic prealabil pentru sedimentarea materiilor organice solide cu scopul evitrii colmatrii.

O tratare neeficient poate rezulta prin acumulri n punctul de descrcare a influentului, miros neplcut, colmatarea filtrului sau blocaje ale conductelor de nfiltrare. Tratarea prealabil poate fi realizat prin sedimentare primar n decantoare. Pentru instalaiile de dimensiuni mici de regul se folosesc fosele septice, figura 3. Nmolul primar trebuie evacuat frecvent (o dat pe an).

Fig. 3 Platou dinamic cu flux vertical i pretratare mecanic [10]

Zona umed construit, dup tratarea mecanic, poate fi un procedeu cu o singur etap. Alimentarea platourilor dinamice se realizeaz intermitent, pentru a se asigura condiiile aerobe n filtru.

Criteriile de proiectare pentru platoul dinamic sunt suprafa de 4 m2/l.e i o ncrcare hidraulic zilnic de 80 mm. Adncimea patului filtrant este ntre 0,5 - 1,0 m. Corpul filtrant se alctuiete din umplutur de nisip i pietri. n stratul inferior de granulaie mare (filtru invers) se monteaz tuburile de drenaj, figura 4.

Tehnologia platourilor dinamice este fundamentat pe capacitatea de epurare a trei elemente principale: comunitatea microbian dezvoltat n patul filtrant, proprietile fizice i chimice ale stratului filtrant i plantele care populeaz platoul dinamic.

Microorganismele se ataeaz de particulele de nisip sau pietri i de rdcinile plantelor. Acestea metabolizeaz materiile poluante, le degradeaz i le mineralizeaz [12].

Alegerea componenei stratului filtrant este foarte important i depinde de cerinele aplicaiei. Componena straturilor filtrante trebuie s permit un timpul de tranzitare a acestuia de aproximativ 60 de secunde [13].

Fig. 4 Seciune printr-un platou filtrant [11]

Plantele ndeplinesc trei funcii n cadrul platoului dinamic. Sistemul foarte extins de rdcini creeaz, n primul rnd, canale pentru ca influentul s treac prin patul de nisip.

n al doilea rnd, rdcinile introduc oxigen n substraturile biofiltrului i asigur mediul unde bacteriile aerobice se pot dezvolta.

Aceste organisme sunt necesare pentru a descompune multe tipuri de compui, n special oxidarea azotului n nitrai.

n al treilea rnd, plantele asimileaz cantiti de nutrieni din apa uzat.

n timpul sezonului cald, aproximativ 15 % din capacitatea de tratare a biofiltrului are loc pe aceast cale. Plantele sunt de asemenea capabile s acumuleze anumite metale grele, o arie de aplicare care prezint un mare interes de cercetare n prezent.

5. DETERMINAREA COSTULUI APEI EPURATEAprecierea eficientei unei statii de tratare a apei trebuie facuta si din punct de vedere al aspectelor economice. Pentru aceasta este necesar a stabili costul apei.Exploatarea statiilor de epurare se reflecta n costul epurarii apei (lei/m3 apa epurata), n conditiile n care se realizeaza integral indicii stabiliti, conform normelor n vigoare pentru primirea apelor epurate n receptor.Cheltuielile anuale de exploatare se calculeaza cu relatia:A = a + b + c + d + e + f + g + h V=208 137 600 RONunde:A totalul cheltuielilor care se fac n timp de 1 an pentru exploatarea tehnica a statiei de epurare;a cotele de amortisment ale statiei de epurare;b costul energiei electrice necesare pentru: pompare, miscarea mecanismelor, iluminat, semnalizari, ncalzit tehnologic etc.;c costul combustibililor si energiei calorice consumate la fermentare, deshidratare, dezghetare si ncalzit;d costul reactivilor folositi pentru epurare, dezinfectie si deshidratare;e costul apei potabile si de incendiu sau alte folosinte;f cheltuieli de transporturi tehnologice;g retributii si alte drepturi banesti ale personalului;h cheltuieli generale de exploatare;V venituri rezultate din valorificarea produselor.Costul energiei electrice se stabileste pentru fiecare obiect lund consumul pe durata de functionare respectiva; calculul se face pentru un consum annual n vigoare la data proiectului sau a exploatarii.Costul energiei calorice se stabileste pentru fiecare obiect, n functie de sursele de energie folosite.Costul reactivilor se stabileste pentru fiecare material, pe obiect, se aplica preturile de la magazia statiei de epurare.Costul apei potabile si pentru combaterea incendiilor sau alte folosinte se apreciaza pe baza altor statii de epurare similare.Cheltuielile de transport privesc evacuarea gazelor, namolului si depunerilor la lacul de depozitare si consum.Retributiile si alte drepturi banesti ale personalului se stabilesc conform indicatiilor oficiale si experientei pentru statii similare.Veniturile pot rezulta din vnzarea gazelor produse prin fermentare a namolului deshidratat, a nisipului de la deznisipatoare si a grasimilor retinute n separatoarele de grasimi.Toate cheltuielile aratate se stabilesc n proiect pentru fiecare varianta de statie de epurare studiata si pentru fiecare etapa de dezvoltare a acestuia.Costul apei epurate se stabileste cu relatia:

unde: A cheltuielile anuale de exploatare;Q - cantitatea de apa epurata ntr-un an.n continuare este prezentat un calcul aproximativ pentru o statie de epurare n ipoteza n care n statie avem un numar de 17 de persoane cu urmatoarele salarii:-Inginer-sef de statie: 3 000 lei;-Inginer adjunct de sef de statie (2): 2 200 lei;-Inginer responsabil cu exploatarea (3) : 1 700 lei;-Chimist (2):1 000 lei;-Laborant : 900 lei;-Contabil: 1 500 lei;-Secretara: 700 lei;-Electrician (2): 800 lei;-Mecanic (2) : 750 lei;-Sudor: 850 lei;-Femeie de serviciu: 400-La nivelul statiei se mai fac urmatoarele cheltuieli:-Ore suplimentare: 4 000 lei/luna 48 000 lei/an;-somaj: 3 000 lei/luna 36 000 lei/an;-Sporuri: 2 500 lei/luna 30 000 lei/an;-CAS : 7 000 lei/luna 84 000 lei/an;-Impozit: 15 000 lei/luna 180 000 lei/an;-Concedii medicale: 2 000 lei/luna 24 000 lei/an;-Iluminat: 500 lei/luna 6 000 lei/an;-Motorina: 1 500 lei/luna 18 000 lei/an;-Gaz: 1 200 lei/luna 14 400 lei/an;-Apa potabila si menajera: 600 lei/luna 7 200 lei/an;-Reactivi: 2 000 lei/luna 24 000 lei/an;-Echipamente de protectie: 200 lei/luna 2 400 lei/an;-Ulei si vaselina: 100 lei/luna 1 200 lei/an;-Scule si aparate: 400 lei/luna 4 800 lei/an;-Consumabile: 500 lei/luna 6 000 lei/an;n total cheltuielile cu activitatea pe statie calculate lunar sunt:40 500 lei(Ron).Cheltuielile anuale ajung la suma de: 486 000 lei/an(Ron/an). Pentru a calcula costul apei epurate se tine seama de bilantul energetic pe statie.Debitul mediu anual de apa epurata este:Qm anual=Qzi med * 365*24*3600 = 10 293 000 m3/ann consecinta se poate determina pretul apei epurate raportnd volumul cheltuielilor anuale la debitul mediu anual de apa epurata:C = A/Qm anual =20.22RON/m3/an 6. Concluzii

Utilizarea platourilor dinamice pentru mbuntirea calitii apei uzate menajere este o tehnologie n dezvoltare. Totodat, reprezint soluia ideal pentru tratarea apelor uzate menajere provenite de la aezri rurale de capacitate mic, fiind o metod care epureaz suficient apele uzate menajere. Aceast metod este optim din punctul de vedere al costurilor de exploatare i ntreinere i ecoresponsabil n ceea ce privete protejarea tuturor componentelor mediului nconjurtor.